基于钢结构在建筑中的应用体会

龚利杰 孙国庆

摘 要：文章从建筑钢结构特点出发，分析了钢结构在建筑中的应用，总结了钢结构安装阶段的质量与安全控制。供同行参考

关键词：钢结构；建筑施工；应用；安全措施

引 言：钢结构建筑主要是以钢结构作为建筑骨架，并配合多种复合材料组成轻型墙体，钢结构或者是混凝土构件组成建筑主要的承重骨架。钢结构具有延性好、强度高、重量轻以及施工速度快的优点，是新型节能材料的代表。钢结构在建筑中的应用能够提升住宅的产业化程度，实现我国建筑用钢的产业化调整，推动国民经济的发展。

一、建筑钢结构的特点

1、 强度

一般来说，结构构件承受或者容纳作用效应的能力是由材料的强度来决定的。近几年来，建筑用钢发生了很大的变化，过去的建筑结构所用的抗拉强度以及屈服强度相关数据均摘自于CISC（2006）历史记录，而目前加拿大对于工程结构钢以及普通建筑结构钢的标准定出7个钢种和8个强度级别。根据屈服强度其范围为260～700Mpa.不过并不是全部的钢种都有所有的强度级别，因此如果是一个特定的建筑钢结构设计，那么对钢种类型和强度级别的选择就非常重要。从整体来说，采用钢结构可以减少物料消耗、减轻结构自重、降低支撑部件与地基的尺寸，最终降低整个建筑的结构成本。

2、 刚度

振动、变形等适用性参数由构件的刚度来决定，进而由结构体系的刚度来决定。结构体系的实际刚度又由其构件和连接件的分布来决定。不过简单说来，构件的刚度由材料的几何截面特性以及材料的弹性模量来决定，结构钢的弹性模量通常为200GPa.而普通密度抗压强度在20-40Gpa范围内的混凝土其弹性模量通常在20-28GPa范围内；即使对于高強度混凝土来说，其弹性模量也不过在40-45GPa之间，由此可见，钢结构的钢性是混凝土的十倍及五倍左右，所以钢结构的刚性有着显着的优势。

3、 延性

延性指的是某种材料拉伸的过程中无断裂的塑性变形能力。一般情况下延性是结构设计中，特别是抗震设计中比较重要的特性参数，地震中幸存的建筑物直接依赖于主要结构框架经历大的非弹性变形时的滞后耗能性。钢结构可以说是目前使用最广泛的、韧性最好的工程材料之一。不过材料内在的延性并不一定都会转化为建筑结构的内在延性，因此要充分认识到这一点，采取适当的设计策略和可靠、稳定的滞消机制。通常一个设计具有延性响应就要有足够的材料截面、材料延性以及结构延性和构件延性。延性值的能力和需求要与变延性水平、曲率延性（构件延性）以及位移延性（结构延性）所匹配。不过虽然钢结构的应变延性比较高，但是因为受弯构件的受力不稳定，所以构件的曲率延性经常不足。

二、钢结构在建筑中的应用分析

1、建筑层数确定和结构选型。随着经济的发展，城市中的高层建筑逐渐增多，钢结构在高层建筑中得到了重要的应用。城市建筑的发展方向是自由分割的大空间结构，这主要通过大进深和大开间来实现，建筑设计之初需要做好用钢量以及结构自重的协调问题，避免建筑的重量影响建筑的配筋、厚度和强度。此外，设计者要进行建筑的平面布置和结构选型，钢结构不适宜错开较多的轴线和容易产生扭转的建筑平面，钢结构的设计需要将电梯间墙体、卫生间或者是厨房部分墙体作为抗侧力结构。

2、钢结构变形限值确定。钢结构具有较好的延性和抗震性，钢结构在建筑中的应用还需要对结构变形限值进行确定，限值为1/300的钢结构容易造成剪力墙的破坏，而限值在1/800的剪力墙，钢结构的柱截面压力较大，设计者需要根据建筑的承重和功能来确定建筑的变形限值。此外，设计者还要选择建筑柱断面型式和柱网，柱网确定之前要首先确定外墙处柱的间距，处理好外墙窗上皮和外墙钢梁高度。钢结构钢柱截面型式包括了H型钢柱、方管柱和圆管柱，H型钢柱设计和施工方便，但是用钢量较多，方管柱施工难度较大，设计人员要根据造价和施工的具体要求来确定钢柱截面形式。

3、钢结构体系的选择。6层以下的建筑可以使用框架支撑体系或者是框架体系，6层以上的建筑可以使用框架混凝土剪力墙建筑体系或者是框架支撑体系，很多建筑都是使用的双重结构体系。小高层建筑可以使用钢骨砼柱或者是钢管砼柱，这种组合柱的用钢量较小，使用钢支撑来代替剪力墙，减少地震造成的影响。在建筑设计的过程中，很多设计者还建议使用钢框架和砼剪力墙混合结构体系，该种结构体系的抗震性还没有得到充分论证，设计者应该慎重选用该种混合结构使用小钢柱来进行核心筒安装，方便施工的同时缩短施工工期，降低工程整体造价。

4、钢结构节点构造。建筑节点构造直接影响着建筑的整体用钢量，在设计和施工的过程中要重点做好柱脚生根部位以及钢框架钢梁和混凝土剪力墙连接部位节点设计。柱脚一般处于地下室顶板标高部位，顶板预埋钢板和柱脚通过螺栓连接，两层以上的主要使用钢框架和钢筋混凝土剪力墙结构。设计者需要对剪力墙端部以及核心筒拐角处节点进行重点设计，确保施工的安全性和可靠性，钢梁高度处可以使用钢衍架作为芯柱之间的连接，确保节点能够正常工作。钢结构在建筑中的应用还需要对梁柱处理和管线装修进行考虑，钢结构的产业化还需要一定时间的发展，钢结构需要专业化的施工队伍进行施工。

5、钢结构在建筑中应用应注意的问题。钢结构在建筑中的使用具有严格的限制，建筑超过9层的为高层建筑，住宅的钢结构一般在12层以下。建筑钢结构布置的规则性在很大程度上影响着建筑的抗震性，不规则的建筑结构布置在地震时很容易遭受损害，设计者在进行钢结构设计的时候应该尽量使建筑结构符合规则性，避免剪力墙的偏置，必要的时候需要对剪力墙进行调整。

三、钢结构安装阶段的质量与安全控制

严格按照施工图施工安装，作为施工单位，取得施工图以后，一定要组织有经验的技术人员进行图纸会审，看看应用规范有没有问题：节点图有没有表述清楚：强制性条文所要求的内容在设计总说明中有没有显示，各种材料的规格、型号、性能、等级、施工的质量要求和工程的安全等级有没有明确：节点设计是否合理；施工中有没有不可逾越的难度等，都要向设计单位预先提出。钢构件安装质量控制。柱、梁安装时，主要检查柱底版下的垫铁是否垫实、垫平，柱是否垂直和位移，梁的垂直、平直、侧向弯曲、螺栓的拧紧程度以及摩擦面清理，验收合格后，方可起吊。当钢结构安装形成空间固定单元，并进行验收合格后，要求施工单位将柱底板和基础顶面的空间用膨胀混凝土二次浇筑密实。

螺栓安装质量的控制。钢结构工程中螺栓连接一般用高强螺栓和普通螺栓，普通螺栓连接，每个螺栓一端不得垫2个以上垫片，螺栓孔不得用气割扩孔，螺栓拧紧后外露螺纹不得少于2个螺距高强螺栓使用前我们检查螺栓的格证和复试单，安装过程中板叠接触面应平整，接触面必须大于75%，边缘缝隙不得大于0.8mm，高强螺栓应自由穿入，不得敲打和扩孔：高强螺栓不得作为临时安装螺栓，螺栓拧紧应按一个方向施拧，当天安装的应终拧完毕，终拧完毕应逐个检查，对欠拧、超拧的应进行补拧或更换。

四、结束语

钢结构工程的结构性能好、施工速度快，大量的钢结构工业厂房、高层建筑、桥梁相继出现，取代了一部分传统的砖混结构、混凝土框架结构建筑。钢结构的大部分构件在工厂中加工完成，施工现场的主要工作是组合安装，施工质量的好坏是直接影响工程结构的安全，因此控制工程施工质量是保证施工安全、高效的必要条件。