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摘要：我国的历史最为悠久，是最早用铁建造结构的国家，钢结构的发展经历了一个漫长的历程。从古至今，炼铁、炼钢以及每一项新技术的问世都极大地推动了钢结构的发展。钢结构是由钢板或型钢制造而成的结构，近年来，随着我国钢产量的逐年增加，钢结构在多层、高层、超高层建筑中的运用将会更加广泛。本文主要以我司华超大厦高层结构钢结构的型钢混凝土柱和钢筋混凝土柱运用为例来进行阐述：
关键词：钢结构；强度；抗震性能
1 工程概述
该工程的基本概况为：该工程位于深圳市福田区凯丰路与林丰路交汇处，总建筑面积约7万m2，地上27层、地下4层。塔楼标准层层高4.05m，结构主体总高度为116.85m；计入出屋面结构时，总高度127.3m。结构体系为框架-剪力墙钢筋混凝土结构体系，外框距柱约8.8~13.4m，外框柱与剪力墙距离最大11.30m。由于钢筋混凝土结构体积与质量都比较大，故外框柱主要采用型钢混凝土柱和钢筋混凝土柱，外框梁以及楼层梁采用混凝土梁来减轻结构自重。钢结构构件主要采用焊接H型钢，部分采用热轧角钢，钢板最大厚度50mm，H型截面最大尺寸约1.2m×0.8m，有良好的可焊性。
2 钢结构的特点
不同材料形成的结构有各自的特点。钢结构是由钢板或型钢制造而成的结构，其主要特点有：1.强度高，2.塑性、韧性好，3.材质均匀，4.可焊性好，5.工业化程度高，6.密闭性好，7.耐腐蚀性差，8.耐热不耐火。目前高层结构、尤其是超高层结构发挥钢结构强度高，塑性、韧性好，抗震性能优越等优点。
3 建筑工程中钢结构主要施工技术
（一）螺栓预埋技术
在土建工程中钢结构部分施工时，正确的施工标准和工艺是保证钢结构工程顺利进行的基础。为确保工程质量，在实际操作时，按照之前确定好的位置，准确地进行螺栓预埋，将偏差控制在规范要求的范围之内。应设置相应的控制轴线（轴线可在建筑物内部或外部），并进行复核，在确保轴线精度满足设计要求后，将其作为测量控制的依据，以激光仪或者经纬仪引导，进行构件安装作业。在安装过程中，通常不允许对上节钢柱测量参数进行引用，而只能测量并控制地面轴线，以避免误差累积的产生。通常使用埋入式钢式柱脚连接基础与钢柱时，将混凝土基础与柱脚用高强度螺栓固接在一起，在预埋时，应以基准轴线为参照进行地脚螺栓的预埋，此环节应严格要求，若有误差应拆除重做，坚决杜绝强行安装作业。螺栓预埋后，要进行埋设位置的测量，并且在浇筑的混凝土凝固之后，要对埋设位置进行二次测量，确保每次测量的数据都在规范要求的范围之内。
（二）构件加工制作、预拼装
1.钢结构制作详图编制
（1）制作单位应按本设计图纸和技术文件编制相应的制作详图，并应经过设计方批准。
（2）制作详图编制时，若发现原设计文件有误，或需要对原设计文件进行优化，需以书面文件及时通知设计进行核对工作。在得到确认之前，不得进行下一道工序施工。
（3）当已经过设计批准的制作详图需修改时，制作单位应向原设计单位申报，经同意且签署相关文件后该修改才能生效。
（4）制作详图中，应列明所有相关的规范规程、技术标准、材料标准、检测标准及工艺要求。
（5）钢结构制作单位根据自身的技术和经验，结合运输、吊装安放等要求，可对设计图纸进行适当优化。其优化内容必须征得设计总承包人事先同意，优化结果必须报经设计总承包人审定并签章确认。
（6）对于钢管混凝土构件以及所有与混凝土相连的钢结构，应结合混凝土部分的图纸，确定钢构件的预留钢筋孔、连接套筒（钢筋连接器）的位置和数量。套筒位置和数量仅为示意，制作单位应根据相关图纸深化，并进行确认。
（7）对于箱形钢管混凝土构件及节点，应采取有效的方案，为混凝土的浇灌创造有利条件。
2.工厂制作和预拼装
（1）所有钢构件的制作均应在工厂进行，严格按钢结构有关规范规程执行。
（2）需油漆的板和型材的边和角，应打磨至最小2mm半径的倒角。
（3）柱与柱、梁与柱以及大型构件焊接接头应进行试验，将焊接工艺全过程详细记录，测量出焊接的收缩量，反馈到钢构件的制作中，作为杆件加工时增加长度的依据。
（4）幕墙、建筑装饰构件和其它围护结构与钢结构焊接连接的钢件、预埋件以及空调、水电等设备的焊接连接之挂钩、挂具，详见相关专业图纸，在制作详图中详细表示；预先进行表面防锈处理。
（5）钢构件预留孔洞，按照设计图纸所示尺寸、位置在工厂制孔，并按设计要求进行补强。在工地不应随意制孔。除注明外，所有螺孔、预留钢筋孔、排气孔等，不得采用气焰制孔。
（6）除注明者外，钢板圆弧切角半径为R=35，三角形切角20×30（宽×高），制作详图设计时，可结合工艺要求做适当调整。焊接坡口加工应采用自动切割、半自动切割、坡口机、刨边等方法进行。坡口加工时，应用样板控制角度和各部分尺寸。
（7）对于管节点的相贯线应由计算机放样绘制，并由机器自动切割。
（8）结构应在出厂前进行预拼装，预拼装单元应尽可能大，为确保工地安装拼接顺利提供基本条件。
（9）制作厂焊接应尽量采用自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。根据工艺要求，进行焊接预热及后热，并采取防止层状撕裂（特别是对于T型接头、十字接头、角接接头焊接）、控制焊接变形的工艺措施。对重要构件重要节点，应进行焊后消除应力处理。
（10）钢框架安装单元的划分，采用柱贯通的形式时，柱宜二层一根，视具体情况可两层一根，对于特殊情况可一层一根。除注明者外，柱工地接头设于主梁顶面以上1.0m~1.3m处。在满足运输和现场安装的前提下，尽可能加大工厂焊接组装单元。
（三）焊缝焊接要求
（1）对于全熔透焊缝，制作单位可根据焊接规程的基本要求，结合焊缝质量等级、焊接工艺和焊接次序，确定坡口形式和尺寸。
（2）本工程焊缝如下：
C-1，全熔透一级焊缝；C-2，全熔透二级焊缝；P，部分熔透焊缝；P-2，部分熔透焊缝，坡口深度t为2mm。
（3）T型接头部分熔透焊缝应优先采用双面坡口；确因条件所限无法双面坡口时，方可采用单面坡口。坡口方向的焊缝高度（从构件表面起算）不小于 t/4，但不应大于10mm。
（4）对于30mm及以上厚板的焊件，焊接前应对母材焊道中心线两侧各2倍板厚加30mm的区域进行超声波探伤检查。母材中不得有裂纹、夹层及分层等缺陷存在。
（5）板厚小于40mm的柱壁板，在框架节点焊缝连接处梁翼缘上下各150mm范围内作超声波探伤。
（6）不同厚度的钢板、钢管对接时，应将较厚板件焊前倒角，坡度不大于1：4（板厚差值：倒角长度）。
（7）在钢结构中首次采用的钢种、焊接材料、接头形式、坡口形式及工艺方法，应进行焊接工艺评定，其评定结果应符合设计要求。对于厚钢板（t≥40）焊接、异种钢板焊接以及负温度下施工等主要工艺，应进行工艺试验。
（8）焊接工作应在焊接工程师指导下进行，编制焊接工艺文件，并采取相应措施使结构的焊接变形和残余应力减到最小。厚板焊接时，应注意严格控制焊接顺序，防止产生厚度方向上的层状撕裂。对于厚钢板的焊接，应进行预热、后热处理。在施工中严格按照工艺文件中规定的焊接方法、工艺参数、施焊顺序等进行，并应符合现行国家标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002、J218-2002的规定。
（9）对接接头、T型接头和要求全焊透的角部焊缝，应在焊缝两边配置引弧板和引出板，其材质应与焊件相同或通过试验选用。手工焊引板长度不小于60mm，且不小于2倍板件厚度，埋弧自动焊引板长度不应小于150mm，引焊到引板上的焊缝长度不得小于引板长度的2/3。
（10）引弧板、引出板、垫板的固定焊缝应焊在接头焊接坡口内和垫板上，不应在焊缝以外的母材上焊接定位焊缝。焊接完成后应割除全部长度的垫板及引弧板、引出板，打磨清除未融合或夹渣等缺陷后，再封底焊成平缓过渡形状。
（11）柱、支撑的工地接头焊接，应由两名焊工在相互对称的位置以相等速度同时施焊。
（12）发现焊接引起母材裂纹或层状撕裂时，应更换母材；经设计和质量检查部门同意，也可进行局部处理。
（13）现场进行手工电弧焊时当风速大于8m/s，进行气体保护焊当风速大于2m/s，均应采取防风措施方能施焊。另外，下雨、或者相对湿度大于或等于90%无防护措施时，不得施焊。
（14）当焊件厚度较大（>36mm）时，宜按接头的约束条件考虑焊接的预热措施，并根据焊接工艺评定试验结果确定焊后是否需要采取保温措施。
（15）对30mm以上厚板焊接、为防止在厚度方向出现层状撕裂，建议采取以下措施：
a.对母材焊道中心线两侧各2倍板厚加30mm的区域内进行超声波探伤检查。母材中不得有裂纹、夹层及分层等缺陷存在。
b.严格控制焊接顺序，尽可能减少板厚方向的约束。
c.采用低氢焊条或超低氢焊条。在满足设计强度要求的前提下，尽可能采用屈服强度低的焊条。
d.根据母材的碳当量及焊接裂纹敏感性系数值选择正确的预热措施和后热处理。
（四）螺栓连接、套筒连接以及栓钉焊要求
（1）普通螺栓公称直径d≤16时，螺栓孔径d =d+1mm；d>16时，螺栓孔径d =d+1.5mm。
（2）摩擦型高强度螺栓孔径选配按下表：
（3）制作厂应在钢结构制作的同时进行抗滑移系数的实验，并出具报告。经处理的摩擦面应采取防油污和损伤的保护措施。
（4）高强度螺栓接头各层钢板安装时发生错孔，严禁强行穿入螺栓（如用锤敲打）。经设计同意后，方可用铰刀扩孔。一个节点中的扩孔数不应多于该节点孔数的 1/3，扩孔直径不得大于原孔径2mm。严禁用气割扩孔。
（5）栓钉焊施工前应进行工艺试验。钢筋桁架组合楼板的栓钉连接，应考虑钢梁防腐涂层对焊接的不利影响，并采取相应措施，确保焊接牢固。
（五）安装定位
（1）安装前，应对构件的外形尺寸、螺栓孔径及位置、连接件位置及角度、焊缝、栓钉焊、高强度螺栓接头摩擦面加工质量、栓件表面的油漆进行全面检查，在符合设计文件和有关标准的要求之后，才能进行安装工作。
（2）楼层标高采用设计标高控制，由柱拼接焊接引起钢柱的收缩变形，或其它引起钢柱的压缩变形，需在构件制作时逐节进行考虑确定柱的实际长度，或采用调整焊缝间隙的方法以修正。
（3）采用内爬、外附塔式起重机安装多高层钢结构时，施工方应进行全面验算，并采取可靠措施，保证机械安装、运作、拆卸安全、以及主体结构安全。
（4）除梁柱节点外，柱段全长内不得施加任何水平力。
（5）结构安装时，应注意环境温差（如日照）、焊接等温度变化引起的热影响对构件的伸缩和弯曲引起的变化，并采取相应的措施。
（6）钢结构安装前，应根据定位轴线和标高基准点复核和验收土建施工单位设置的支座预埋件或预埋螺栓的平面位置和标高。支承面的施工偏差应满足《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的要求。
（六）连接质量检验
1.焊接连接
（1）焊接的质量检验应按照《建筑钢结构焊接技术规程》、《钢结构工程施工质量验收规范》，接头的内部缺陷分级应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB/T11345、钢结构超声波探伤及质量分级法（JG/T203-2007）。
（2）焊缝质量等级
钢构件对接连接及塔楼外框架钢梁焊接槽钢为一级焊缝；主体钢结构构件的工厂接长为一级焊缝；型钢混凝土（SRC）构件的现场焊接，钢柱拼接和梁柱节点，为一级焊缝；一般部位焊接，不低于二级质量等级，并应进行外观检查；除图纸注明外，其它全熔透焊缝质量等级不低于二级；部分熔透焊缝、角焊缝质量等级三级，外观缺陷二级。
（3）套筒（钢筋连接器）与钢板之间的连接，应满足与钢筋等强连接要求，焊缝质量等级不低于三级，外观缺陷二级。
（4）一级、二级焊缝应采用超声波探伤，焊缝探伤质量等级及缺陷分级见下表：
3.栓钉连接检测标准按照《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205。
（七）钢构件防腐要求
（1）钢构件出厂前不需要涂漆部位：钢骨混凝土中的钢构件以及钢结构埋入式柱脚的埋没部分、高强螺栓节点摩擦面。
（2）除上述所列范围以外的钢构件表面，钢构件出厂前需涂漆部位，除锈后喷涂底漆和中间漆，焊接区清锈后涂专用坡口焊保护漆两道。所有混凝土内埋置的钢构件，表面外观质量应符合国家现行标准要求，其表面不得存在片状锈蚀和严重麻点，应无可见油脂，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂料涂层和异杂物。
（3）构件安装后需补涂漆部位有高强螺栓未涂漆部分、工地焊接区以及经碰撞脱落的工厂油漆等部分、应采取专门的处理。
（4）钢构件涂漆前应严格进行金属表面喷砂防锈处理，其级别达到Sa2.5级，表面粗糙度中等G样块（40~70μm）；对于工地焊缝，宜采用工地用喷砂设备除锈，当采用手工除锈时，应不低于t3级别。除锈要求应符合国标《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-1988以及《涂装前钢材表面粗糙度等级的评定（比较样块法）》GB/T13288-1991的规定。
4施工安全及施工中应注意事项
（一）施工安全
（1）施工时应严格按国家、地区有关施工规范、规程、标准及相关图集执行，并满足国家、地区有关安全生产的规定（包括安全生产条例），确保施工场地、人员以及周边其它建（构）筑物、道路、管线的安全。
（2）施工过程中施工堆载不得超出本设计规定的施工荷载及使用荷载值。如确有必要超过时，应做好临时加固措施，并经设计同意。
（3）施工中如遇紧急意外情况，应及时通知各相关单位共同处理
（二）施工中应注意的问题及使用过程的观测
（1）柱身不得施加设计以外的任何侧向荷载。
（2）每节柱吊装就位后，应精确复测，并将相关测试数据及误差及时反馈到设计院和制作加工单位，并对下节柱和梁下料制作和定位进行修正，防止误差积累。
（3）钢结构施工时，应设置可靠支护，支撑体系保证梁、柱施工时的侧向稳定性和安全性。运输吊装过程中，应采取措施防止过大变形和失稳。
（4）应在施工及使用期间对结构的垂直度、柱顶及混凝土筒体的位移量进行观测，测量变形等级应满足行业标准《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-2007）规定的一级要求。
（5）对结构的自振周期及阻尼比、重要构件及重点部位的应力等进行长期监测，掌握结构在服役期间的受力和变形状态。通过加速度传感器监测与记录结构在风和地震作用下的响应，确定结构的动力特性及其在结构使用期间的变化，及时把握结构的健康状态。
（6）在各项测试中应做好详细的记录，并注明测试的日期、时间与气温、湿度等环境气候条件及工程相应的进展情况。
（7）施工时，应先浇筑钢筋混凝土内筒，内外筒施工最大高差不得大于4层。
（8）在施工过程中，本说明应结合混凝土施工说明共同使用。
5结论
土建工程中钢结构施工有比较严格的要求，也有着相对复杂的施工工艺。框架柱主要采用型钢混凝土柱和钢筋混凝土柱，充分发挥钢结构强度高，塑性、韧性好，抗震性能优越等优点，结合混凝土耐久性，耐火性，刚度大等优点，对减轻结构自重，增加整体稳定性，提高抗震性能。随着近年来的经济发展，城市化进程逐渐加快，钢结构在土建工程中得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1]张春玉，《钢结构基本原理》，黄河水利出版社，2011.01
[2]戴国欣，《钢结构设计原理》，武汉理工大学出版社，2014.05
[3]姜晨光，《建筑钢结构设计与施工实用技术》，机械工业出版社，2012年04月
[4]周文瑛，《建筑钢结构焊接工程综合技术》，中国建筑工业出版社，2011.10
论文作者:黄治中
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
标签：钢结构论文; 结构论文; 构件论文; 混凝土论文; 螺栓论文; 钢板论文; 详图论文; 《基层建设》2019年第18期论文;