建设部颁发建筑业10项新技术（五）---钢结构技术

5. 钢结构技术 5.1 钢结构CAD 设计与CAM 制造技术 (1) 主要技术内容 推广与应用钢结构的关键是钢结构欣的CAD 技术，CAD 技术包括：各类钢结构的建模、计算分析(平面与三维空间分析)、节点设计(框架的梁柱节点、柱脚节点，桁架的杆件连接节点、支座节点，排架的柱脚节点、牛腿节点、支撑节点)与施工图的绘制(各类钢框架、桁架、排架、网架、网壳、梁、柱等结构与构件)。 钢结构CAM 用于钢结构的辅助制造技术，包括杆件与板材的优化下料，钢管相贯节点下料及网架与网壳杆件与节点的计算机辅助加工，随着CAM 技术的发展，将对钢结构加工技术的进步起到积极作用。 (2) 技术指标 钢结构CAD 设计技术可保证钢结构设计的准备性，提高设计效率，CAM 技术可显著提高钢结构加工效率、节省钢材，这二个技术的应用对于提高设计与施工速度，降低工程成本有积极意义。 (3) 适用范围 该技术可应用于多、高层钢结构、单层门式刚架、单层工业厂房、各类桁架与屋架、大跨度体系场馆与公共建筑等钢结构的设计，在确保结构安全的前提下，提高设计效率、节省钢材。 5.2 钢结构施工安装技术 5.2.1 厚钢板焊接技术 (1) 主要技术内容 在高层建筑钢结构柱与一些特殊大跨度重荷载桁架与梁的设计与施工中，厚钢板大量应用，而影响钢结构焊接质量的一个最主要因素是厚钢板的焊接。为解决厚钢板的焊接问题要考虑如下因素：材料方面应采用有Z 向性能要求的钢板；焊缝形式应合理设计，以减小层状撕裂；焊接材料采用低氢型焊条；焊接工序要选择合适的预热温度与焊后热控制，并严格控制焊接顺序。 (2) 技术指标 对于板厚大于或等于40mm，且承受沿板厚方向拉力作用的焊接时，应考虑厚钢板的焊接问题。板材要有Z 向性能保证，符合国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313 的规定。 (3) 适用范围 适用于高层、超高层的钢结构的柱制作的焊接(箱型柱、H 型柱)、梁柱节点焊接，大跨度重载梁的翼缘与腹板的焊接，大跨度重载桁架节点焊接等方面。 5.2.2 钢结构安装施工仿真技术 (1) 主要技术内容 钢结构安装施工仿真技术主要包括以下四个方面：1.大型构件的吊装仿真，检验构件安装中与其它构件的及支架的碰撞与干涉问题，得出正确的安装方式；2.施工进度仿真模拟，以直观实现对于施工进度与质量的管理；3.结构安装的预变形技术，包括安装构件的起拱与预变位，以最终实现结构安装完成后的正确几何位置；4.结构构件的预拼装模拟。 (2) 技术指标 施工安装仿真技术须依靠计算机建立三维实体模型，正确反映构件与各构件在结构中的关系。在吊装仿真中要模拟构件在吊装中的运动关系，以实现构件的正确就位，提高施工安装效率；施工进度模拟要反映工程中各工序关系，达到实时模拟的要求。 (3) 适用范围 适用于复杂型体的钢结构与大跨度钢结构的安装。 5.2.3 大跨度空间结构与大型钢构件的滑移施工技术 (1) 主要技术内容 大跨度空间结构与大型钢构件在施工安装时，为加快施工进度、减少脚手架、确保焊接安装质量，可采用滑移施工技术。滑移技术是在建筑物的一侧搭设一条施工平台，在建筑物二边或跨中铺设滑道，所有构件都在施工平台上组装，分条组装后用牵引设备向前牵引滑移(可用分条滑移或整体累积滑移)。结构整体安装完毕并滑移到位后，拆除滑道实现就位。 (2) 技术指标 结构滑移设计时要对滑移工况进行受力性能验算，保证结构的杆件内力与变形符合规范要求。滑移牵引力要正确计算，当钢与钢面滑动磨擦时，磨擦系数取0.12~0.15；当滚动磨擦时，滚动轴处磨擦系数取0.1。滑移时要确保同步，位移不同步应小于50mm。 (3) 适用范围 适用于大跨度网架结构、平面立体桁架(包括曲面桁架)及平面形式为矩形的钢结构屋盖的安装施工。 5.2.4 大跨度空间结构与大跨度钢结构的整体顶升与提升施工技术 (1) 主要技术内容 对于大跨度屋盖与钢结构，具有地面拼装条件，又有较好的周边支承条件时，可采用整体顶升与提升技术。屋盖与钢结构在地面安装为一个整体后，利用周边支承结构或临时扒杆，应用顶升或提升技术将结构整体顶升或提升，顶升或提升施工时应用计算机精确控制各点的同步性。顶升用实心千斤项，利用千斤顶与临时支架相配合逐级顶升，提升用穿心双作用千斤顶，且可连续提升。 (2) 技术指标 对于整体顶升与提升时，要作施工状态下结构整体受力性能验算，并计算各顶、提点的作用力，配备千斤顶。对于施工支架或下部结构应验算承载能力与整体稳定性。施工时各作用点的同步应控制于不大于30mm。 (3) 适用范围 适用于大跨度网架结构、桁架结构、大型钢结构与构件整体安装施工。 5.3 钢与混凝土组合结构技术 (1) 主要技术内容 钢与混凝土组合结构主要包括钢管混凝土、型钢混凝土与组合梁。钢管混凝土可显著减小柱的截面尺寸，提高承载力；型钢混凝土承载能力高，刚度大且抗震性能好；组合梁承载能力高且高跨比小。钢管混凝土施工简便，梁柱节点采用内环板或外环板式，施工与普通钢结构一致，钢管内的混凝土可采用高抛免震捣混凝土，关键技术是设计合理的梁柱节点与确保钢管内浇捣混凝土的密实性。型钢混凝土除了钢结构优点外还具备混凝土结构的优点，同时结构具有良好的防火性能。其关键技术是如何合理解决梁柱节点区钢筋的穿筋问题，以确保节点良好的受力性能与加快施工速度。组合梁是在钢梁上部浇筑混凝土，形成混凝土受压、钢筋受拉的截面合理受力形式，充分发挥钢与混凝土各自的受力性能。组合梁施工时，钢梁可作为模板的支撑。组合梁设计时要确保钢梁与混凝土结合面的抗剪性能，又要充分考虑钢梁各工况下从施工到正常使用各阶段的受力性能。 (2) 技术指标 钢管混凝土设计时应遵循《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS 28:90的要求。型钢混凝土设计时应遵循《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001 的要求。 (3) 适用范围 钢管混凝土特别适合应用于高层、超高层建筑的柱及其它有重载承载力设计要求的柱；型钢混凝土适合于高层建筑外框柱及公共建筑的大柱网框架与大跨度梁设计；组合梁适用于结构跨度较大而高跨比又有较高要求的楼盖结构。 5.4 预应力钢结构技术 (1) 主要技术内容 预应力钢结构是指索结构或索与其它结构组合的杂交结构。包括索结构、斜拉结构、张弦梁结构、横向加劲单曲悬索、预应力网架与预应力网壳结构等方面。预应力钢结构显著改善结构受力性能，且有结构性能好、结构优、用钢量省、实现结构控制等诸多优点。预应力钢结构，其关键点是依靠索(斜拉索、拉索、悬索)通过预应力技术对结构建立与增大刚度。预应力实现有多种方式，包括索的张拉及结构体系支座的强迫位移等。索可依据设计要求采用整体索或钢绞线集成索或直接为高强钢拉杆，预应力张拉时宜分步到位，并必须作模拟计算分析。 (2) 技术指标 索一般采用1860MPa 级高强钢丝或高强钢绞线，其设计强度一般取0.4 倍索的标准强度。 (3) 适用范围 预应力钢结构广泛适用于各种类型的大跨度的公共建筑包括体育场馆、候机候车厅、展览馆，建筑造型丰富、结构性能优异，有很好的应用前景。 5.5 住宅结构技术 (1) 主要技术内容 采用钢结构作为住宅的主要承重结构体系，对于低密度住宅以采用冷弯薄壁型钢结构体系为主，墙体为墙柱加石膏板，楼盖为C 型搁栅加轻板；对于多层住宅以钢框架结构体系，楼板宜采用混凝土楼板，墙体为预制轻板或轻质砌块。多层钢结构住宅的另一个方向是采用带钢板剪力墙或与普钢混合的轻钢结构；对于高层住宅，则以钢框架与混凝土筒体组合构成的混合结构或以带钢支撑的框架结构。 (2) 技术指标 对于低层冷弯薄壁型钢住宅体系，其总结构用钢量为22～25kg/m2，开间尺寸为3.3m～4.8m；多层钢框架住宅体系，其钢结构用钢量为35～40kg/m2，开间尺寸以3.3m～4.5m 为宜；高层钢框架混合结构或带钢支撑钢框架体系，其钢结构用钢量为50kg/m 左右，开间尺寸为3.3m～7.2m 为宜。 (3) 适用范围 冷弯薄壁型钢可广泛应用于低层住宅(1～3 层)的建设；钢框架结构可广泛应用于多层住宅(4～7 层)的建设；钢与混凝土混合结构或带钢支撑框架结构可应用于高层住宅(9～24 层)的建设。钢结构住宅建设要以产业化为目标做好墙板的配套工作，以试点工程为基础做好钢结构住宅的推广工作。 5.6 高强度钢材的应用技术 （1） 主要技术内容 对承受较大动荷载的焊接钢结构，选材需要考虑可焊性好、冲击韧性高、强度较高、厚板焊接效应不明显的优质钢材。现国内开发研制的14MnNbq和15MnVNq 桥梁钢，可达到上述要求，其与国标GB/T 714-2000 对应牌号为Q370qE 和Q420qE。 （2） 技术指标 14MnNbq（Q370q-E）和15MnVNq（Q420q-E）桥梁钢应正火交货。14MnNbq（Q370q-E）钢板厚t≤24mm 的钢板经双方协议可按控轧或正火交货。主要技术指标为： 14MnNbq 钢： 屈服强度：t＝50～6mm，分别≥340～370MPa 抗拉极限强度：t＝50～6mm，分别≥490～685MPa 冲击韧性：-40℃时，t≤24mm，Akv≥100J;t＞24mm，Akv≥120J 最大使用钢板厚度tmax：50mm 15MnVNq 钢： 屈服强度：t＝60～25mm，分别≥420～430MPa 抗拉极限强度：t＝60～25mm，分别≥560～580MPa 冲击韧性：-40℃时，Akv≥100J 最大使用钢板厚度tmax：56mm （3） 适用范围 适用于大型铁路桥梁用钢、低温地区焊接钢结构、其它承受动荷载的焊接钢结构。 （4） 已应用的典型工程 该技术已在九江长江公铁路大桥、芜湖长江公铁路大桥、秦沈铁路客运专线结合梁钢梁、渝怀线长寿长江大桥、青藏铁路结合梁钢梁、长东铁路黄河二桥等大型工程中应用，经济效益显著。 5.7 钢结构的防火防腐技术 (1) 主要技术内容 钢结构的防火防腐技术对于钢结构的安全性能与耐久性起着极为重要的作用。就钢结构的防火技术来说，一般采用防火涂料或防火板材预以保护。防火涂料分为超薄型、膨胀型与厚型三种类型。超薄型防火涂料，厚度最厚仅为2.6mm，采用辊涂、刷涂或喷涂；膨胀型防火涂料，最大厚度可达7mm，采用喷涂方法施工；当无装饰要求时，可采用不带矿物纤维的非膨胀厚型无机防火涂料，最大厚度为50mm，采用涂抹或喷涂方法施工。对某些梁柱需要包裹的情况下还可以应用防火板材包裹，达到保护目的。采用的各类防火涂料与材料必须得到消防部门指定的检测机构的认可，施工时必须按要求多道喷涂或涂刷，严格达到设计的防火涂料厚度要求。钢结构防腐按钢结构的使用要求而定，一般情况下用常规防锈漆即可，当所处的环境条件较恶劣时必须要采用性能优异的防腐涂料如富锌类涂料或采用耐侯钢。 (2) 技术指标 按构件的建筑防火要求与对结构的外观要求选取适宜的防火涂料，超薄型防火涂料，厚度0.6mm—2.6mm，其耐火极限为0.5 小时至2.5 小时；膨胀型防火涂料，厚度3.0mm—7.0mm，其耐火极限为0.5 小时至2.5 小时；厚型无机防火涂料，厚度8.0mm—50.0mm，其耐火极限为0.5 小时至3.0 小时。 (3) 适用范围 防火涂料或防火板材广泛应用于各类钢结构的保护，各类公共建筑中当外观要求较高时采用超薄型防火涂料，各类大跨度结构常采用膨胀型防火涂料，而大量的高层钢结构则常用厚型防火涂料保护。