鋼結構工程制作與施工

單元1鋼結構加工與制作鋼結構概述鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程1.11.2單元1鋼結構加工與制作教學導航1.1鋼結構概述

1.1.1

鋼結構的特點與應用

鋼結構工程是一個系統(tǒng)工程，小到幾噸，大到幾千噸、幾萬噸，在國民經濟中占有很重要的地位。我國是世界上最大的鋼結構市場，并且鋼產量大幅度增加，已躍居世界第一，這些都加速了鋼結構的發(fā)展。1.1鋼結構概述鋼結構的特點1.鋼結構與鋼筋混凝土結構、砌體結構、木結構等同屬于建筑結構類型范疇，鋼結構與其他結構類型的區(qū)別在于它的主要承重構件（如梁、柱等）由鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成。與其他結構相比，鋼結構具有以下特點。1.1鋼結構概述

（1）輕質高強、質地均勻。鋼材與混凝土、木材相比，雖然質量密度較大，但屈服強度較混凝土和木材高得多，其質量密度與屈服點的比值相對較低。在承載力相同的條件下，鋼結構與鋼筋混凝土結構、木結構相比，構件較小，質量較輕，便于運輸和安裝。鋼材質地均勻，各向同性，彈性模量大，有良好的塑性和韌性，為理想的彈塑性體，完全符合目前所采用的計算方法和基本理論。1.1鋼結構概述

（2）生產、安裝工業(yè)化程度高，施工周期短。鋼結構生產具備成批大件生產和高度準確性的特點，可以采用工廠制作、工地安裝的施工方法，因此其生產作業(yè)面多，可縮短施工周期，進而為降低造價、提高效益創(chuàng)造了條件。

（3）密閉性能好。由于焊接結構可以做到完全密封，因而一些要求氣密性和水密性好的高壓容器、大型油庫、氣柜、管道等板殼結構都采用鋼結構。1.1鋼結構概述

（4）抗震及抗動力荷載性能好。鋼結構因自重輕、質地均勻、具有較好的延性，故抗震及抗動力荷載性能好。

（5）有利于保護環(huán)境、節(jié)約資源。采用鋼結構可大大減少砂、石、水泥的用量，減輕對不可再生資源的破壞。鋼結構拆除后可回爐再生，循環(huán)利用，有的還可以搬遷復用，大大減少了建筑垃圾。1.1鋼結構概述

（6）耐熱性能好，但耐火性能差。當溫度低于250℃時，鋼材的性質變化很小；當溫度達到300℃以上時，鋼材的強度逐漸下降；當溫度為450～650℃時，鋼材的強度降為零。因此，鋼結構可用于溫度不高于250℃的場合。在有特殊防火要求的建筑中，鋼結構必須用耐火材料予以維護。若防火設計不當或防火層被破壞，則有可能產生災難性的后果。

（7）抗腐蝕性較差。鋼結構的最大缺點是易被銹蝕。新建造的鋼結構一般都需仔細除銹、鍍鋅或刷涂料，以后隔一定時間又要重新刷涂料，維護費用較高。目前，國內外正在發(fā)展不易被銹蝕的耐候鋼，使用這種鋼材可大量節(jié)省維護費用，但還未能被廣泛采用。1.1鋼結構概述

鋼結構由于具有綜合力學性能好、質量輕、便于拆裝、生產周期短、易于實現(xiàn)高度現(xiàn)代工業(yè)化生產、可回收利用等優(yōu)點，以及更易實現(xiàn)新穎和靈巧的結構形式，在當今建筑領域得到了廣泛的應用。隨著新的結構體系、設計計算理論及材料、制作安裝工藝的不斷涌現(xiàn)，特別是計算機技術和工程力學理論的飛速發(fā)展，鋼結構必將得到更大范圍的應用和更深層次的發(fā)展。1.1鋼結構概述鋼結構的應用2.

改革開放以來，我國鋼產量迅速增加。同時，隨著我國高強度鋼材生產工藝的不斷提高與完善，建筑鋼結構使用的鋼材已發(fā)展到Q420和Q460，綜合性能（如屈強比、塑性和韌性、焊接性能和Z向性能等）得到了明顯的改善。此外，還可根據特殊結構的需求，生產耐候性能優(yōu)良的耐候鋼材。1.1鋼結構概述

鋼材產量的迅速增加和鋼材質量的不斷提高，為發(fā)展我國建筑鋼結構建設事業(yè)創(chuàng)造了極好的時機。建筑鋼結構的應用領域已有了很大的擴展，從早期僅一些國家重點工程和大型/重型廠房采用鋼結構，發(fā)展為今天的普通單層/多層房屋、高層/超高層建筑、大跨度建筑、塔桅建筑等都大量采用鋼結構。目前，我國年完成單層鋼結構輕型房屋面積已達數千萬平方米，已建和在建的高層及超高層鋼結構建筑有上百幢。其中，高聳結構有世界最高觀光電視塔——廣州新電視塔（高610m，見圖1-1）、上海東方明珠電視塔（高468m，見圖1-2）等；1.1鋼結構概述圖1-1廣州新電視塔圖1-2上海東方明珠電視塔1.1鋼結構概述大跨度結構有廣州國際會展中心（跨度為126m，見圖1-3）、國家體育場——鳥巢（南北長332.3m，東西寬296.4m，見圖1-4）、南京奧林匹克體育中心體育場（主拱跨度為360m，見圖1-5）、沈陽奧林匹克體育中心體育場（主拱跨度為360m，見圖1-6）等；復雜結構有廣東科學中心（見圖1-7）、大連國際會議中心（見圖1-8）等；我國第一幢多面體空間剛架結構——水立方（見圖1-9），以及弦支穹頂結構的代表作——奧運會羽毛球館（見圖1-10）等。這些建筑物、構筑物的建成，標志著我國在鋼結構設計、制作和安裝等方面均已達到國際先進或領先水平。1.1鋼結構概述圖1-3廣州國際會展中心圖1-4鳥巢1.1鋼結構概述圖1-5南京奧林匹克體育中心體育場圖1-6沈陽奧林匹克體育中心體育場1.1鋼結構概述圖1-7廣東科學中心圖1-8大連國際會議中心1.1鋼結構概述圖1-9水立方圖1-10奧運會羽毛球館1.1鋼結構概述在建筑鋼結構發(fā)展的浪潮中，我國涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的鋼結構制造和安裝企業(yè)，完成了大量大型、復雜、新、特、奇的建筑鋼結構工程的制作和安裝施工，其中許多工程不僅成為當地的標志性建筑物，甚至還登上了世界奇觀建筑的排行榜。現(xiàn)在，我國的鋼結構制造企業(yè)不僅規(guī)模大，而且技術先進，自動、半自動生產線及相配套的數控技術得到了普遍應用，基本實現(xiàn)了專業(yè)化、機械化、現(xiàn)代化、工業(yè)化和規(guī)?；a。鋼結構安裝企業(yè)也蓬勃發(fā)展，各類安裝設備齊全，安裝、測量技術先進，施工階段的分析驗算、信息化控制等技術得到了普遍重視和廣泛應用。1.1鋼結構概述

1.1.2

鋼結構的類型和發(fā)展方向鋼結構的類型1.鋼結構按結構形式和應用范圍，一般可分為大跨度空間鋼結構（如桁架結構、網架結構、網殼結構等）、高層/超高層鋼結構（如寫字樓、酒店等）、多層鋼結構（如多層廠房、超市、辦公樓等）、單層鋼結構（如單層廠房、倉庫等）、預應力鋼結構（如張弦結構、弦支穹頂結構、斜拉結構等）、住宅鋼結構（如低層/別墅結構、多層結構、高層/小高層結構等）、高聳鋼結構（如電視塔、發(fā)射塔等）、鋼混組合結構和其他鋼結構（如橋梁結構、鍋爐支架、設備平臺等）。1.1鋼結構概述鋼結構的發(fā)展方向2.

（1）高強度鋼材的研制開發(fā)和應用。更多地研制高強度優(yōu)質鋼材，并加以廣泛運用。

（2）結構形式的創(chuàng)新和應用。采用新的結構體系，包括薄壁型鋼結構、懸索結構、懸掛結構、網架結構和預應力鋼結構等。

（3）新型材的開發(fā)和應用。我國已開發(fā)和應用的新型鋼材有H型鋼、壓型鋼板、夾芯板、建筑用鋁制品及膜材料、彩板瓦、金屬拱形屋面板。鋼和混凝土組合構件是一種經濟合理的組合形式。目前，壓型鋼板與混凝土組合板、鋼與混凝土組合梁、鋼管混凝土柱等形式正在推廣應用。1.1鋼結構概述

（4）先進計算機技術與測試技術的應用。這對正確合理地進行鋼結構設計和測試結構實際工作狀態(tài)有著重要的意義，是改進結構設計的計算方法和結構理論研究的重要手段。

（5）當前鋼結構的主要發(fā)展趨勢是：以中厚板為主的鋼材、H型鋼、冷彎型鋼、鋼管（無縫鋼管、焊接鋼管）、彩色涂層卷板需求量增加，大中規(guī)格角鋼、熱軋工字鋼、槽鋼用量減少，焊條、焊絲、高強度螺栓等連接材料的品種和質量正在不斷發(fā)展。但是，我國的鋼材在品種、規(guī)格、強度級別、設計安全儲備等方面與工業(yè)發(fā)達國家相比，還存在一定的差距。1.1鋼結構概述圖1-11湘西矮寨特大懸索橋1.1鋼結構概述圖1-12俄羅斯索契冬奧會場館1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程

1.2.1

鋼結構加工制作的特點建筑鋼結構制作的最小單元為零件，它是組成部件和構件的基本單元，如節(jié)點板、肋板等；由若干零件組成的單元稱為部件，如焊接H型鋼、鋼牛腿等；由零件和部件組成的單元稱為構件，如梁、柱、支撐等。構件的連接可以采用焊接、栓接、鉚接等多種形式。完整的鋼結構產品，需要通過將原材料使用機械設備和成熟的工藝方法進行各種加工處理，達到規(guī)定產品的預定要求和目標。鋼結構制作需要運用剪、沖、切、折、割、鉆、焊、鉚、噴、壓、滾、彎、卷、刨、銑、磨、鋸、涂、拋、熱處理、無損檢測等加工設備，并輔之以各種專用胎具、模具、夾具、吊具等工藝裝備，以保證構件形狀和尺寸能達到設計要求。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程由于建筑鋼結構形式多樣，采用的建筑、結構形式不同，因此構件的形狀、尺寸和要求也不同，即使同一結構也很少有完全相同的構件。此外，由于鋼結構工程工程量大、工期緊、對制造成本控制嚴，因此，建筑鋼結構的加工制作與其他產品相比，具有以下特點。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程我國對建筑企業(yè)實行嚴格的專業(yè)資質要求制度，建筑鋼結構的加工制作必須符合這一制度的要求。從事建筑鋼結構加工制作的單位必須取得相應的資質，并在其資質允許范圍內從事加工制作的生產、經營活動。未取得建筑鋼結構加工制作資質的單位不得從事建筑鋼結構的加工制作。隨著建筑結構形式的多樣化和新穎化，建筑質量要求更趨嚴格和專業(yè)，這使得對建筑鋼結構加工制作的專業(yè)化要求更高。（1）專業(yè)化。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程（2）規(guī)模化。在我國，建筑工程實行招投標制度，每項鋼結構工程的加工制作量都相當大，因此，要求參與建筑鋼結構加工制作的單位具有一定的生產規(guī)模，必須具備滿足工程量和工程進度的加工制作能力。這就使得建筑鋼結構的加工制作具有一定的規(guī)模。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程（3）工業(yè)化。鋼結構加工制作周期短，鋼結構工程施工速度快。為了滿足這一需求、提高生產效率、實現(xiàn)規(guī)?；a、有效地降低生產成本、保證產品質量，建筑鋼結構的加工制作必須實現(xiàn)機械化和自動化的工業(yè)化生產。目前，自動、半自動生產線及相配套的全自動數控設備得到了普遍應用，鋼結構零部件的加工基本采用機械化加工，焊接基本采用自動或半自動焊，質量穩(wěn)定，可靠度高。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程建筑鋼結構的加工制作手段涉及鋼材的各種冷加工、熱加工技術和表面處理技術。冷加工技術主要有剪切、沖剪、折彎、鉆削、滾圓、車削、刨削、銑削、鋸切等；熱加工技術主要有火焰切割、等離子切割、焊接、鑄造、鍛造、熱處理等；表面處理技術有除銹、涂料涂裝、熱噴涂、熱鍍等。（4）多樣化。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程

1.2.2

鋼結構加工制作的方法

雖然鋼結構形式不同，但其均是由構件或節(jié)點通過某種連接方法（焊縫連接、螺栓連接、鉚釘連接或混合連接）連接而成的。鋼材通過一定的方法加工制作成零件，零件通過組裝、焊縫連接制作成部件，零件和部件通過組裝、焊接制作成構件或節(jié)點，構件或節(jié)點經檢驗合格后進行表面處理加工、防腐加工，最終成為成品構件或節(jié)點。按制作過程，鋼結構加工制作可分為施工詳圖設計、原材料采購、零件與部件的加工、組裝、焊接、矯正、預拼裝、表面處理、涂裝、包裝、運輸等過程?，F(xiàn)就主要工藝進行介紹。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程零件與部件的加工1.

零件與部件的加工分為鋼材切割加工、邊緣加工、端部銑平加工、彎曲、成形和制孔等。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程

（1）鋼材切割加工。（2）邊緣加工。

鋼材切割加工的方法有機械剪切、氣割和等離子切割等。常用的邊緣加工方法主要有鏟邊、刨邊、銑邊、碳弧氣刨、氣割和坡口機加工等。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程（3）端部銑平加工。（4）彎曲。端部銑平加工主要為端面銑削加工。鋼材的彎曲按加工方法不同分為折彎、壓彎、滾彎和拉彎等；按加熱方式不同分為冷彎和熱彎兩種。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程

（5）成形。（6）制孔。鋼材的成形包括彎制（卷制）成形和模具壓制成形等加工方法。鋼材通常采用鉆孔和沖孔的方法來制孔。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程組裝2.構件組裝根據零、部件的定位方法不同可分為畫線定位組裝和用樣板或定位器組裝兩類。具體方法有地樣法、仿形復制裝配法、立裝法、臥裝法、胎模裝配法等。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程焊接3.常用的焊接方法有手工電弧焊、氣體保護電弧焊、埋弧焊、電渣焊、栓釘焊等。1.2鋼結構加工制作的特點、方法及工藝流程表面處理4.