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鋼結(jié)構(gòu)丨 Steel structure
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    鋼材的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重輕、整體剛度好、變形能力強(qiáng),故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;材料勻質(zhì)性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學(xué)的基本假定;材料塑性、韌性好,可有較大變形,能很好地承受動(dòng)力荷載;建筑工期短;其工業(yè)化程度高,可進(jìn)行機(jī)械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)。

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)研究高強(qiáng)度鋼材,大大提高其屈服點(diǎn)強(qiáng)度;此外要軋制新品種的型鋼,例如H型鋼(又稱寬翼緣型鋼)和T形鋼以及壓型鋼板等以適應(yīng)大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的需要。

另外還有無(wú)熱橋輕鋼結(jié)構(gòu)體系,建筑本身是不節(jié)能的,本技術(shù)用巧妙的特種連接件解決了建筑的冷熱橋問題;小桁架結(jié)構(gòu)使電纜和上下水管道從墻里穿越,施工裝修都方便。

 

特點(diǎn):

1、材料強(qiáng)度高,自身重量輕

鋼材強(qiáng)度較高,彈性模量也高。與混凝土和木材相比,其密度與屈服強(qiáng)度的比值相對(duì)較低,因而在同樣受力條件下鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面小,自重輕,便于運(yùn)輸和安裝,適于跨度大,高度高,承載重的結(jié)構(gòu)。

2、鋼材韌性,塑性好,材質(zhì)均勻,結(jié)構(gòu)可靠性高

適于承受沖擊和動(dòng)力荷載,具有良好的抗震性能。鋼材內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均勻,近于各向同性勻質(zhì)體。鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能比較符合計(jì)算理論。所以鋼結(jié)構(gòu)可靠性高。

3、鋼結(jié)構(gòu)制造安裝機(jī)械化程度高

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件便于在工廠制造、工地拼裝。工廠機(jī)械化制造鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件成品精度高、生產(chǎn)效率高、工地拼裝速度快、工期短。鋼結(jié)構(gòu)是工業(yè)化程度最高的一種結(jié)構(gòu)。

4、鋼結(jié)構(gòu)密封性能好

由于焊接結(jié)構(gòu)可以做到完全密封,可以作成氣密性,水密性均很好的高壓容器,大型油池,壓力管道等。

5、鋼結(jié)構(gòu)耐熱不耐火

當(dāng)溫度在150℃以下時(shí),鋼材性質(zhì)變化很小。因而鋼結(jié)構(gòu)適用于熱車間,但結(jié)構(gòu)表面受150℃左右的熱輻射時(shí),要采用隔熱板加以保護(hù)。溫度在300℃ -400℃時(shí).鋼材強(qiáng)度和彈性模量均顯著下降,溫度在600℃左右時(shí),鋼材的強(qiáng)度趨于零。在有特殊防火需求的建筑中,鋼結(jié)構(gòu)必須采用耐火材料加以保護(hù)以提高耐火等級(jí)。

6、鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差

特別是在潮濕和腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中,容易銹蝕。一般鋼結(jié)構(gòu)要除銹、鍍鋅或涂料,且要定期維護(hù)。對(duì)處于海水中的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu),需采用“鋅塊陽(yáng)極保護(hù)”等特殊措施予以防腐蝕。

7、低碳、節(jié)能、綠色環(huán)保,可重復(fù)利用

鋼結(jié)構(gòu)建筑拆除幾乎不會(huì)產(chǎn)生建筑垃圾,鋼材可以回收再利用。

建筑鋼材的類別
   1.1.1 建筑鋼材的類別
   (1) 碳素結(jié)構(gòu)鋼
   碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)(簡(jiǎn)稱鋼號(hào))有 Q195 、Q235A 、 B 、 C 及 D , Q275 。其中的 Q是屈服強(qiáng)度中屈字漢語(yǔ)拼音的字首,后接的阿拉伯字表示以 N/mm2為單位屈服強(qiáng)度的大小, A 、 B 、 C 或 D等表示按質(zhì)量劃分的級(jí)別,D級(jí)質(zhì)量最好。最后還有一個(gè)表示脫氧方法的符號(hào)如 F ,Z或 b 。從 Q195 到 Q275 ,是按強(qiáng)度由低到高排列的;鋼材強(qiáng)度主要由其中碳元素含量的多少來決定,但與其他一些元素的含量也有關(guān)系。所以,鋼號(hào)的由低到高在較大程度上代表了含碳量的由低到高。
   國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑中的次要構(gòu)件使用最多的鋼材是Q235(南方多用Q235B,北方多用Q235C),市場(chǎng)上的熱軋鋼材(如角鋼、槽鋼、工字鋼、熱軋方管、熱軋圓管)多為Q235材質(zhì),Q345材質(zhì)也有,但相對(duì)少一些。次要構(gòu)件如支撐、檁托板等;
  ?。?) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼
   低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過程中添加少量幾種合金元素使鋼的強(qiáng)度明顯提高,故稱低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。Q345 、 Q390 和 Q420 是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用的鋼種。其符號(hào)的含義和碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的含義相同。這三種鋼都包括 A 、 B 、 C 、 D 、 E 五種質(zhì)量等級(jí),和碳素結(jié)構(gòu)鋼一樣,不同質(zhì)量等級(jí)是按對(duì)沖擊韌性(夏比 V 型缺口試驗(yàn))的要求區(qū)分的。 A 級(jí)無(wú)沖擊功要求; B 級(jí)要求提供20 ℃沖擊功 AKv ≥ 34J(縱向) ; C 級(jí)要求提供0℃沖擊功 AKV ≥ 34J(縱向) ; D 級(jí)要求提供一20 ℃沖擊功 AKv≥34J(縱向) ; E 級(jí)要求提供一40 ℃沖擊功 AKv ≥27J(縱向)。不同質(zhì)量等級(jí)對(duì)碳、硫、磷、鋁等含量的要求也有區(qū)別。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的 A 、 B 級(jí)屬于鎮(zhèn)靜鋼, C 、D 、 E 級(jí)屬于特殊鎮(zhèn)靜鋼。
   國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要受力構(gòu)件多采用Q345材質(zhì)(南方多用Q345B,北方多用Q345C或Q345D)。主要構(gòu)件如框架(剛架)結(jié)構(gòu)的梁柱、吊車梁、大跨桁架等;
  ?。?) 高強(qiáng)鋼絲和鋼索材料
   懸索結(jié)構(gòu)和斜張拉結(jié)構(gòu)的鋼索、桅桿結(jié)構(gòu)的鋼絲繩等通常都采用由高強(qiáng)鋼絲組成的平行鋼絲束、鋼絞線和鋼絲繩。高強(qiáng)鋼絲是由優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)過多次冷拔而成,分為光面鋼絲和鍍鋅鋼絲兩種類型。
   鋼絲強(qiáng)度的主要指標(biāo)是抗拉強(qiáng)度,其值在 1570-1700 N/mm2范圍內(nèi),而屈服強(qiáng)度通常不作要求。高強(qiáng)鋼絲的伸長(zhǎng)率較小,最低為 4 % ,但高強(qiáng)鋼絲(和鋼索)卻有一個(gè)不同于一般結(jié)構(gòu)鋼材的特點(diǎn)—— 松弛,即在保持長(zhǎng)度不變的情況下所承拉力隨時(shí)間延長(zhǎng)而略有降低。
   平行鋼絲束由 7 根、 19 根、 37 根或 61 根鋼絲組成。鋼絲束內(nèi)各鋼絲受力均勻,彈性模量接近一般受力鋼材。用來組成鋼絲束的鋼絲除圓形截面外,還有梯形和異形截面的鋼絲。
施工技術(shù)
一、鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接前的準(zhǔn)備工作
試驗(yàn)鋼材包括Q345GJC-Z15(壁厚70mm)、Q345GJC-Z15(壁厚40mm)、Q345C(翼緣厚28mm),焊接位置為柱—柱橫焊、柱—梁平焊(包括桁架梁上下翼緣平焊)、T型角立焊。坡口形式及尺寸按設(shè)計(jì)要求。焊后外觀及超聲波檢查合格后取樣進(jìn)行了力學(xué)和物理試驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,接頭彎曲180°無(wú)裂紋。采用的焊接材料和焊接設(shè)備技術(shù)條件應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),性能優(yōu)良。清渣、氣刨、焊條烘干保溫等裝置應(yīng)齊全有效。
二、手工電弧焊及CO2氣保焊焊材和設(shè)備
(1)焊條應(yīng)在高溫烘干箱中烘干,焊條烘干次數(shù)不得超過兩次。
(2)焊絲包裝應(yīng)完好,如有破損而導(dǎo)致焊絲污染或彎折、紊亂時(shí)應(yīng)部分棄之。
(3)CO2氣體純度應(yīng)不低于99.9%(體積比),含水量應(yīng)低于0.05%(重量比),瓶?jī)?nèi)高壓低于1MPa時(shí)應(yīng)停止使用。
(4)焊機(jī)電壓應(yīng)正常,地線壓緊牢固,接觸可靠,電纜及焊鉗無(wú)破損,送絲機(jī)應(yīng)能均勻送絲,氣管應(yīng)無(wú)漏氣或堵塞。
三、安裝焊接程序及一般規(guī)定
焊接的一般順序?yàn)椋汉盖皺z查 →預(yù)熱除銹 → 裝焊墊板和引弧板→ 焊接 → 檢驗(yàn)
1.焊前檢查坡口角度、鈍邊、間隙及錯(cuò)口量,坡口內(nèi)和兩側(cè)的銹斑、油污、氧化鐵皮等應(yīng)清除干凈。
2.預(yù)熱。焊前用氣焊或特制烤槍對(duì)坡口及其兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)的母材均勻加熱,并用表面測(cè)溫計(jì)測(cè)量溫度,防止溫度不符合要求或表面局部氧化,預(yù)熱溫度。
3.重新檢查預(yù)熱溫度,如溫度不夠應(yīng)重新加熱,使之符合要求。
4.裝焊墊板及引弧板,其表面清潔程度要求與坡口表面相同,墊板與母材應(yīng)貼緊,引弧板與母材焊接應(yīng)牢固。
5.焊接:第一層的焊道應(yīng)封住坡口內(nèi)母材與墊板的連接處,然后逐道逐層累焊至填滿坡口,每道焊縫焊完后,都必須清除焊渣及飛濺物,出現(xiàn)焊接缺陷應(yīng)及時(shí)磨去并修補(bǔ)。
6.一個(gè)接口必須連續(xù)焊完,如不得已而中途停焊時(shí),應(yīng)進(jìn)行保溫緩冷處理,再焊前,應(yīng)重新按規(guī)定加熱。
7.遇雨、雪天時(shí)應(yīng)停焊,構(gòu)件焊口周圍及上方應(yīng)有擋風(fēng)、雨棚,風(fēng)速大于5m/s時(shí)應(yīng)停焊。環(huán)境溫度低于零度時(shí),應(yīng)按規(guī)定采取預(yù)熱和后熱措施施工。
8.碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊縫冷卻到環(huán)境溫度、低合金結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在完成24h以后,進(jìn)行焊縫探傷檢驗(yàn)。
9.焊工和檢驗(yàn)人員要認(rèn)真填寫作業(yè)記錄表。
四、典形節(jié)點(diǎn)的焊接順序和工藝參數(shù)
(1)上下柱無(wú)耳板側(cè)由兩名焊工在兩側(cè)對(duì)稱焊至板厚的1/3處時(shí),切去耳板。
(2)然后在切去耳板側(cè)由兩名焊工在兩側(cè)對(duì)稱焊至板厚的1/3處。
(3)再由兩名焊工分別承擔(dān)相鄰兩面的焊接。
(4)每?jī)蓪又g焊道的接頭應(yīng)相互錯(cuò)開,兩名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯(cuò)開,焊接過程中要注意檢測(cè)層間溫度。
(5)焊接工藝參數(shù):
CO2氣保焊:焊絲直徑Φ1.2mm,電流280~320A,焊速350~450mm/min
焊絲伸出長(zhǎng)度:約20mm,氣體流量25~80L/min,
電壓29~34V,層間溫度120~150℃
五、柱—梁、梁—梁節(jié)點(diǎn)
(1)先焊梁的下翼緣,梁腹板兩側(cè)的翼緣焊道要保持對(duì)稱焊接。
(2)待下翼緣焊完,然后焊接上翼緣。
(3)如翼緣板厚大于30mm時(shí),宜上下翼緣輪換施焊。
(4)焊接工藝參數(shù):
CO2氣保焊:焊絲直徑φ1.2mm,電流280~360A,焊速300~500mm/min
焊絲伸出長(zhǎng)度約20 mm,氣體流量20~80L/mm
電壓30~38V,層間溫度120~150℃

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