建設部頒發建筑業10項新技術（五）---鋼結構技術

5. 鋼結構技術 5.1 鋼結構CAD 設計與CAM 制造技術 (1) 主要技術內容 推廣與應用鋼結構的關鍵是鋼結構欣的CAD 技術，CAD 技術包括：各類鋼結構的建模、計算分析(平面與三維空間分析)、節點設計(框架的梁柱節點、柱腳節點，桁架的桿件連接節點、支座節點，排架的柱腳節點、牛腿節點、支撐節點)與施工圖的繪制(各類鋼框架、桁架、排架、網架、網殼、梁、柱等結構與構件)。 鋼結構CAM 用于鋼結構的輔助制造技術，包括桿件與板材的優化下料，鋼管相貫節點下料及網架與網殼桿件與節點的計算機輔助加工，隨著CAM 技術的發展，將對鋼結構加工技術的進步起到積極作用。 (2) 技術指標 鋼結構CAD 設計技術可保證鋼結構設計的準備性，提高設計效率，CAM 技術可顯著提高鋼結構加工效率、節省鋼材，這二個技術的應用對于提高設計與施工速度，降低工程成本有積極意義。 (3) 適用范圍 該技術可應用于多、高層鋼結構、單層門式剛架、單層工業廠房、各類桁架與屋架、大跨度體系場館與公共建筑等鋼結構的設計，在確保結構安全的前提下，提高設計效率、節省鋼材。 5.2 鋼結構施工安裝技術 5.2.1 厚鋼板焊接技術 (1) 主要技術內容 在高層建筑鋼結構柱與一些特殊大跨度重荷載桁架與梁的設計與施工中，厚鋼板大量應用，而影響鋼結構焊接質量的一個最主要因素是厚鋼板的焊接。為解決厚鋼板的焊接問題要考慮如下因素：材料方面應采用有Z 向性能要求的鋼板；焊縫形式應合理設計，以減小層狀撕裂；焊接材料采用低氫型焊條；焊接工序要選擇合適的預熱溫度與焊后熱控制，并嚴格控制焊接順序。 (2) 技術指標 對于板厚大于或等于40mm，且承受沿板厚方向拉力作用的焊接時，應考慮厚鋼板的焊接問題。板材要有Z 向性能保證，符合國家標準《厚度方向性能鋼板》GB/T 5313 的規定。 (3) 適用范圍 適用于高層、超高層的鋼結構的柱制作的焊接(箱型柱、H 型柱)、梁柱節點焊接，大跨度重載梁的翼緣與腹板的焊接，大跨度重載桁架節點焊接等方面。 5.2.2 鋼結構安裝施工仿真技術 (1) 主要技術內容 鋼結構安裝施工仿真技術主要包括以下四個方面：1.大型構件的吊裝仿真，檢驗構件安裝中與其它構件的及支架的碰撞與干涉問題，得出正確的安裝方式；2.施工進度仿真模擬，以直觀實現對于施工進度與質量的管理；3.結構安裝的預變形技術，包括安裝構件的起拱與預變位，以最終實現結構安裝完成后的正確幾何位置；4.結構構件的預拼裝模擬。 (2) 技術指標 施工安裝仿真技術須依靠計算機建立三維實體模型，正確反映構件與各構件在結構中的關系。在吊裝仿真中要模擬構件在吊裝中的運動關系，以實現構件的正確就位，提高施工安裝效率；施工進度模擬要反映工程中各工序關系，達到實時模擬的要求。 (3) 適用范圍 適用于復雜型體的鋼結構與大跨度鋼結構的安裝。 5.2.3 大跨度空間結構與大型鋼構件的滑移施工技術 (1) 主要技術內容 大跨度空間結構與大型鋼構件在施工安裝時，為加快施工進度、減少腳手架、確保焊接安裝質量，可采用滑移施工技術?；萍夹g是在建筑物的一側搭設一條施工平臺，在建筑物二邊或跨中鋪設滑道，所有構件都在施工平臺上組裝，分條組裝后用牽引設備向前牽引滑移(可用分條滑移或整體累積滑移)。結構整體安裝完畢并滑移到位后，拆除滑道實現就位。 (2) 技術指標 結構滑移設計時要對滑移工況進行受力性能驗算，保證結構的桿件內力與變形符合規范要求?；茽恳σ_計算，當鋼與鋼面滑動磨擦時，磨擦系數取0.12~0.15；當滾動磨擦時，滾動軸處磨擦系數取0.1?；茣r要確保同步，位移不同步應小于50mm。 (3) 適用范圍 適用于大跨度網架結構、平面立體桁架(包括曲面桁架)及平面形式為矩形的鋼結構屋蓋的安裝施工。 5.2.4 大跨度空間結構與大跨度鋼結構的整體頂升與提升施工技術 (1) 主要技術內容 對于大跨度屋蓋與鋼結構，具有地面拼裝條件，又有較好的周邊支承條件時，可采用整體頂升與提升技術。屋蓋與鋼結構在地面安裝為一個整體后，利用周邊支承結構或臨時扒桿，應用頂升或提升技術將結構整體頂升或提升，頂升或提升施工時應用計算機精確控制各點的同步性。頂升用實心千斤項，利用千斤頂與臨時支架相配合逐級頂升，提升用穿心雙作用千斤頂，且可連續提升。 (2) 技術指標 對于整體頂升與提升時，要作施工狀態下結構整體受力性能驗算，并計算各頂、提點的作用力，配備千斤頂。對于施工支架或下部結構應驗算承載能力與整體穩定性。施工時各作用點的同步應控制于不大于30mm。 (3) 適用范圍 適用于大跨度網架結構、桁架結構、大型鋼結構與構件整體安裝施工。 5.3 鋼與混凝土組合結構技術 (1) 主要技術內容 鋼與混凝土組合結構主要包括鋼管混凝土、型鋼混凝土與組合梁。鋼管混凝土可顯著減小柱的截面尺寸，提高承載力；型鋼混凝土承載能力高，剛度大且抗震性能好；組合梁承載能力高且高跨比小。鋼管混凝土施工簡便，梁柱節點采用內環板或外環板式，施工與普通鋼結構一致，鋼管內的混凝土可采用高拋免震搗混凝土，關鍵技術是設計合理的梁柱節點與確保鋼管內澆搗混凝土的密實性。型鋼混凝土除了鋼結構優點外還具備混凝土結構的優點，同時結構具有良好的防火性能。其關鍵技術是如何合理解決梁柱節點區鋼筋的穿筋問題，以確保節點良好的受力性能與加快施工速度。組合梁是在鋼梁上部澆筑混凝土，形成混凝土受壓、鋼筋受拉的截面合理受力形式，充分發揮鋼與混凝土各自的受力性能。組合梁施工時，鋼梁可作為模板的支撐。組合梁設計時要確保鋼梁與混凝土結合面的抗剪性能，又要充分考慮鋼梁各工況下從施工到正常使用各階段的受力性能。 (2) 技術指標 鋼管混凝土設計時應遵循《鋼管混凝土結構設計與施工規程》CECS 28:90的要求。型鋼混凝土設計時應遵循《型鋼混凝土組合結構技術規程》JGJ138-2001 的要求。 (3) 適用范圍 鋼管混凝土特別適合應用于高層、超高層建筑的柱及其它有重載承載力設計要求的柱；型鋼混凝土適合于高層建筑外框柱及公共建筑的大柱網框架與大跨度梁設計；組合梁適用于結構跨度較大而高跨比又有較高要求的樓蓋結構。 5.4 預應力鋼結構技術 (1) 主要技術內容 預應力鋼結構是指索結構或索與其它結構組合的雜交結構。包括索結構、斜拉結構、張弦梁結構、橫向加勁單曲懸索、預應力網架與預應力網殼結構等方面。預應力鋼結構顯著改善結構受力性能，且有結構性能好、結構優、用鋼量省、實現結構控制等諸多優點。預應力鋼結構，其關鍵點是依靠索(斜拉索、拉索、懸索)通過預應力技術對結構建立與增大剛度。預應力實現有多種方式，包括索的張拉及結構體系支座的強迫位移等。索可依據設計要求采用整體索或鋼絞線集成索或直接為高強鋼拉桿，預應力張拉時宜分步到位，并必須作模擬計算分析。 (2) 技術指標 索一般采用1860MPa 級高強鋼絲或高強鋼絞線，其設計強度一般取0.4 倍索的標準強度。 (3) 適用范圍 預應力鋼結構廣泛適用于各種類型的大跨度的公共建筑包括體育場館、候機候車廳、展覽館，建筑造型豐富、結構性能優異，有很好的應用前景。 5.5 住宅結構技術 (1) 主要技術內容 采用鋼結構作為住宅的主要承重結構體系，對于低密度住宅以采用冷彎薄壁型鋼結構體系為主，墻體為墻柱加石膏板，樓蓋為C 型擱柵加輕板；對于多層住宅以鋼框架結構體系，樓板宜采用混凝土樓板，墻體為預制輕板或輕質砌塊。多層鋼結構住宅的另一個方向是采用帶鋼板剪力墻或與普鋼混合的輕鋼結構；對于高層住宅，則以鋼框架與混凝土筒體組合構成的混合結構或以帶鋼支撐的框架結構。 (2) 技術指標 對于低層冷彎薄壁型鋼住宅體系，其總結構用鋼量為22～25kg/m2，開間尺寸為3.3m～4.8m；多層鋼框架住宅體系，其鋼結構用鋼量為35～40kg/m2，開間尺寸以3.3m～4.5m 為宜；高層鋼框架混合結構或帶鋼支撐鋼框架體系，其鋼結構用鋼量為50kg/m 左右，開間尺寸為3.3m～7.2m 為宜。 (3) 適用范圍 冷彎薄壁型鋼可廣泛應用于低層住宅(1～3 層)的建設；鋼框架結構可廣泛應用于多層住宅(4～7 層)的建設；鋼與混凝土混合結構或帶鋼支撐框架結構可應用于高層住宅(9～24 層)的建設。鋼結構住宅建設要以產業化為目標做好墻板的配套工作，以試點工程為基礎做好鋼結構住宅的推廣工作。 5.6 高強度鋼材的應用技術 （1） 主要技術內容 對承受較大動荷載的焊接鋼結構，選材需要考慮可焊性好、沖擊韌性高、強度較高、厚板焊接效應不明顯的優質鋼材?，F國內開發研制的14MnNbq和15MnVNq 橋梁鋼，可達到上述要求，其與國標GB/T 714-2000 對應牌號為Q370qE 和Q420qE。 （2） 技術指標 14MnNbq（Q370q-E）和15MnVNq（Q420q-E）橋梁鋼應正火交貨。14MnNbq（Q370q-E）鋼板厚t≤24mm 的鋼板經雙方協議可按控軋或正火交貨。主要技術指標為： 14MnNbq 鋼： 屈服強度：t＝50～6mm，分別≥340～370MPa 抗拉極限強度：t＝50～6mm，分別≥490～685MPa 沖擊韌性：-40℃時，t≤24mm，Akv≥100J;t＞24mm，Akv≥120J 最大使用鋼板厚度tmax：50mm 15MnVNq 鋼： 屈服強度：t＝60～25mm，分別≥420～430MPa 抗拉極限強度：t＝60～25mm，分別≥560～580MPa 沖擊韌性：-40℃時，Akv≥100J 最大使用鋼板厚度tmax：56mm （3） 適用范圍 適用于大型鐵路橋梁用鋼、低溫地區焊接鋼結構、其它承受動荷載的焊接鋼結構。 （4） 已應用的典型工程 該技術已在九江長江公鐵路大橋、蕪湖長江公鐵路大橋、秦沈鐵路客運專線結合梁鋼梁、渝懷線長壽長江大橋、青藏鐵路結合梁鋼梁、長東鐵路黃河二橋等大型工程中應用，經濟效益顯著。 5.7 鋼結構的防火防腐技術 (1) 主要技術內容 鋼結構的防火防腐技術對于鋼結構的安全性能與耐久性起著極為重要的作用。就鋼結構的防火技術來說，一般采用防火涂料或防火板材預以保護。防火涂料分為超薄型、膨脹型與厚型三種類型。超薄型防火涂料，厚度最厚僅為2.6mm，采用輥涂、刷涂或噴涂；膨脹型防火涂料，最大厚度可達7mm，采用噴涂方法施工；當無裝飾要求時，可采用不帶礦物纖維的非膨脹厚型無機防火涂料，最大厚度為50mm，采用涂抹或噴涂方法施工。對某些梁柱需要包裹的情況下還可以應用防火板材包裹，達到保護目的。采用的各類防火涂料與材料必須得到消防部門指定的檢測機構的認可，施工時必須按要求多道噴涂或涂刷，嚴格達到設計的防火涂料厚度要求。鋼結構防腐按鋼結構的使用要求而定，一般情況下用常規防銹漆即可，當所處的環境條件較惡劣時必須要采用性能優異的防腐涂料如富鋅類涂料或采用耐侯鋼。 (2) 技術指標 按構件的建筑防火要求與對結構的外觀要求選取適宜的防火涂料，超薄型防火涂料，厚度0.6mm—2.6mm，其耐火極限為0.5 小時至2.5 小時；膨脹型防火涂料，厚度3.0mm—7.0mm，其耐火極限為0.5 小時至2.5 小時；厚型無機防火涂料，厚度8.0mm—50.0mm，其耐火極限為0.5 小時至3.0 小時。 (3) 適用范圍 防火涂料或防火板材廣泛應用于各類鋼結構的保護，各類公共建筑中當外觀要求較高時采用超薄型防火涂料，各類大跨度結構常采用膨脹型防火涂料，而大量的高層鋼結構則常用厚型防火涂料保護。