第7章鋼結(jié)構(gòu)高層建筑施工●7.1鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

●7.1.1純框架結(jié)構(gòu)體系

●7.1.2框架一支撐(剪力墻)結(jié)構(gòu)體系●7.1.3錯列桁架結(jié)構(gòu)體系●7.1.4外筒式結(jié)構(gòu)體系●7.1.5筒體結(jié)構(gòu)體系●

7.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼材●結(jié)構(gòu)用鋼材的種類●結(jié)構(gòu)鋼材的品種

●7.2.3鋼材的選用●7.2.4鋼材的代用●7.2.5鋼材的驗收如北京的京城大廈(183.35m)、深圳的地王大廈(384m)、上海的金茂大廈(421m)等著名的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑。目前，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑已成為我國高層建筑的主要結(jié)構(gòu)類型，并且由于我國已生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)高層建筑用厚鋼板、熱軋H型鋼等多種鋼材品種，也為鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的發(fā)展提供了重要的物質(zhì)保證。鋼結(jié)構(gòu)建筑被稱為21世紀(jì)的綠色工程。表7-1列舉了國內(nèi)較有代表性的一些鋼結(jié)構(gòu)高層建筑。目前，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要有純框架結(jié)構(gòu)體系、框架—支撐(剪力墻)結(jié)構(gòu)體系、錯層桁架結(jié)構(gòu)體系、外筒式結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系等幾種，如圖7.1所示?！?.1鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

●7.1.1純框架結(jié)構(gòu)體系純框架結(jié)構(gòu)體系是由水平梁和垂直柱通過節(jié)點的剛性構(gòu)造連接而成的多個平面剛接框架結(jié)構(gòu)組成的空間桿系結(jié)構(gòu)，承受作用于各個平面的荷載。框架結(jié)構(gòu)在垂直平面上不設(shè)支撐，可以形成較大的空間，為平面布置提供了最大的靈活性，框架結(jié)構(gòu)可以有多種結(jié)構(gòu)平面，如圖7.2所示?！?.1.2框架一支撐(剪力墻)結(jié)構(gòu)體系高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容之一是控制建筑物頂點的水平位移在規(guī)定的限值范圍內(nèi)，上述純框架結(jié)構(gòu)體系到達(dá)一定高度后，難以承受水平荷載作用下的水平剪力，通過在框架結(jié)構(gòu)某些節(jié)間的豎向平面內(nèi)增設(shè)起剪力墻作用，由鋼支撐構(gòu)成的豎向抗剪支撐桁架，來承受水平剪力。即能有效地提高結(jié)構(gòu)體系的抗剪剛度而大大減少水平位移，這種結(jié)構(gòu)型式一般稱之為框架—支撐結(jié)構(gòu)，其類型如圖7.3(a)、(b)所示。當(dāng)剛接框架和抗剪支撐共同工作而成為框架—支撐結(jié)構(gòu)體系時，框架主要作為承受豎向荷載的結(jié)構(gòu)，也承受一部分水平荷載(一般約占15%～20%)，大部分水平荷載由抗剪支撐承受。在水平力作用下，抗剪支撐桁架的支撐構(gòu)件只承受拉、壓軸向應(yīng)力，無論從強(qiáng)度或變形的角度看，都是十分有利的。這種結(jié)構(gòu)中因柱子主要承受墻、梁和樓板傳遞的豎向荷載，用鋼量較純框架結(jié)構(gòu)小，框架梁—柱節(jié)點相對簡單，可視為鉸接或半剛接。由于豎向抗剪支撐桁架提高了結(jié)構(gòu)的抗水平力能力，增加了結(jié)構(gòu)的整體剛度。因而此結(jié)構(gòu)體系的建筑高度可以加大。可建到60層左右。如53層的北京京廣中心(208m)即為鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)。但當(dāng)豎向支撐桁架設(shè)置在建筑物中部構(gòu)成抗水平力核心筒時，外圍柱一般不參與抵抗水平力，則整個結(jié)構(gòu)的剛度提高有限，也就影響了建筑物層數(shù)的增加。如果在結(jié)構(gòu)的頂層或中間層設(shè)置高度相當(dāng)于一個樓層的水平帶狀支撐桁架，可使外圍柱共同抵抗水平力，結(jié)構(gòu)抵抗水平力能力大大提高。一般設(shè)在中間樓層的水平桁架稱腰桁架，設(shè)在頂層的水平桁架稱帽桁架。此類框架—支撐結(jié)構(gòu)又稱為有腰(帽)桁架的框架—支撐結(jié)構(gòu)體系。如52層的北京京城大廈(183.35m)就采用了此結(jié)構(gòu)體系。支撐的類型很多，如圖7.4所示，采用何種類型支撐、其數(shù)量多少及剛度大小，主要依建筑物高度和水平力的大小加以調(diào)整。在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中，用的最多的是人字支撐、交叉支撐和單斜桿支撐。為保持抗側(cè)力性能的均衡，單斜桿支撐應(yīng)對稱布置，以承受左、右兩方向來的地震作用。另外有時在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中多采用帶豎縫或水平縫的混凝土墻板代替支撐桁架，這種墻板的變形能力比普通混凝土墻板大得多。它的上下邊沿全長與框架梁連接。由于混凝土墻板的斷面大，有很大的剛度和抗剪能力，能有效地抵抗地震作用引起的剪力，顯著地節(jié)約了鋼材，如43層的深圳發(fā)展中心(165m)?！?.1.3錯列桁架結(jié)構(gòu)體系由框架—支撐結(jié)構(gòu)派生演變成。其特點是下一樓層的桁架位于上一樓層兩榀桁架間距的中線上，使相鄰兩個樓層桁架呈“品”字形交錯排列，如圖7.5所示。此結(jié)構(gòu)的樓板架設(shè)在下層桁架的上弦桿和上層桁架的下弦桿上，樓板參與桁架傳遞水平力，起剛性隔板作用。水平力作用于每層桁架上弦，經(jīng)腹桿傳至下弦，又由樓板傳至相鄰桁架的上弦。這一過程的重復(fù)，就可以使水平力傳至基礎(chǔ)。這種結(jié)構(gòu)適用于公寓、旅館等狹長建筑物，因為狹長矩形平面高層建筑，短邊剛度往往較小，而短邊方向的風(fēng)載又較大。錯列桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是短邊剛度較大，容易滿足以上設(shè)計要求，而且此結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效果非常突出，國內(nèi)尚無這種結(jié)構(gòu)實例，據(jù)國外報道此體系非常省鋼，其用鋼量比框筒結(jié)構(gòu)低40%。又因桁架在工廠制作后整體吊裝，結(jié)構(gòu)安裝速度快，施工周期短，美國已有此類結(jié)構(gòu)實例?！?.1.4外筒式結(jié)構(gòu)體系外筒式結(jié)構(gòu)體系如圖7.1(e)、(f)、(g)所示，有開口筒、框架筒、桁架筒等幾種。當(dāng)建筑物高度超過60層后，水平荷載作用的影響愈來愈嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)體系必須具有更強(qiáng)有力的承受水平荷載的有效部分。由于框架—核心筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒平面尺寸較小，其側(cè)向剛度受到限制，所以有時把抗剪結(jié)構(gòu)在外圍延伸至建筑短邊全寬，長邊則在中間斷開，在平面兩端形成槽形懸臂構(gòu)件，稱為半框筒式結(jié)構(gòu)或開口筒結(jié)構(gòu)。如長邊較長，中間可再加工字形抗剪懸臂構(gòu)件或加一個封閉的中間筒。此結(jié)構(gòu)的抗水平力構(gòu)件可采用支撐桁架或密柱解決，其抗水平力能力加大，內(nèi)部空曠，使用較靈活，但樓蓋梁跨度較大，可建到70層。國內(nèi)尚無此結(jié)構(gòu)體系實例。如果采用密排的柱和各層樓蓋處的橫梁(或以窗下墻作為橫梁)剛接組成密間距矩形網(wǎng)格，四周成圈，形成一個封閉空心箱形懸臂筒(豎直方向)，來承受水平荷載，則大大提高了體系的抗側(cè)移剛度和抗扭轉(zhuǎn)性能。豎直重力荷載則主要由內(nèi)部少量中間柱承受。勁性樓面作為橫隔把側(cè)力分布到周邊結(jié)構(gòu)上，無需樓板梁的彎矩約束作用來抵抗和傳遞水平力，樓板可做成密肋板或無梁平板，則可獲得較大的樓層凈高。這種結(jié)構(gòu)的外筒是由空腹格網(wǎng)組成的框架式結(jié)構(gòu)，因而稱為框架筒。其合適高度為80層左右，其平面具有很大的多功能靈活性，且其外圈密排式空腹格網(wǎng)可直接作為安裝玻璃的窗框。但這種外筒不是實腹外墻而是密網(wǎng)框架，框架的柔性在傳力過程中易造成應(yīng)力損失，使正應(yīng)力兩邊大中間小，角柱軸力大于中間軸力，形成剪力滯后現(xiàn)象。因此框架筒結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下，仍存在一定的缺點，為克服缺點可將外筒的剛性框架結(jié)構(gòu)改為桁架式結(jié)構(gòu)，也稱為桁架式外筒結(jié)構(gòu)。因框架筒依靠梁柱的彎曲抵抗水平剪力，而桁架筒則主要靠斜撐的軸向力來抵抗水平剪力，水平剪力引起的斜撐拉力將會被重力荷載產(chǎn)生的壓力抵消，斜撐的這種雙重作用使這種結(jié)構(gòu)有很高的效能，用鋼量也降低約10%，應(yīng)用此結(jié)構(gòu)體系，建筑物高可達(dá)100層以上。其缺點是開窗受斜撐影響，大量交叉節(jié)點使結(jié)構(gòu)變的復(fù)雜。如圖7.6所示美國芝加哥100層的約翰·漢考克中心即為桁架式外筒結(jié)構(gòu)，強(qiáng)大的交叉支撐外露于建筑物的立面上?！?.1.5筒體結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)體系如圖7.1(h)、(i)所示，主要有筒中筒、筒束等幾種。加強(qiáng)框架外筒式結(jié)構(gòu)體系的另一種方法是在內(nèi)部設(shè)置強(qiáng)勁的鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻式的核心內(nèi)筒，外圍結(jié)構(gòu)為密柱深梁鋼框筒，從而發(fā)展形成筒中筒結(jié)構(gòu)體系。此結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)筒和外筒由樓蓋結(jié)構(gòu)連接起來形成一個整體，共同承受水平荷載和豎直荷載，可以十分有效地抵抗側(cè)力。由于有內(nèi)筒參與抵抗側(cè)力，框筒的剪力泄后現(xiàn)象得到改善，其合適高度也可達(dá)到100層左右。筒式結(jié)構(gòu)的發(fā)展，從單筒到筒中筒，進(jìn)而又把許多個筒體排列而成筒束結(jié)構(gòu)體系。此體系合適高度約為110～120層，如采用桁架式筒束結(jié)構(gòu)體系，有可能把合適高度提高到140層以上。美國芝加哥西爾茲大廈是采用筒束結(jié)構(gòu)的典型實例。其平面形式及外形特征如圖7.7所示。110層的西爾茲大廈平面尺寸67.5×67.5m，高445m。50層以下結(jié)構(gòu)由9個22.5×22.5的框筒相互連接組成筒束，平面呈正方形；51～66層去掉2個角部框筒，平面呈雙菱形；67～90層又去掉另兩個角部框筒，平面呈十字形；91～110層再去掉3個框筒，平面呈長方形。●

7.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼材結(jié)構(gòu)鋼主要由鐵元素組成，約占化學(xué)成分的98%或更高，但是影響鋼材材質(zhì)的卻是所占百分比含量很小的其他元素，如碳、其他合金元素以及雜質(zhì)元素。鋼化學(xué)成分的微量變化，會直接影響鋼材的機(jī)械性能、加工性能和使用性能。有時為獲得更高的強(qiáng)度和韌性，必須加入少量其他元素，特別是碳和錳。對于焊接結(jié)構(gòu)鋼，除了抗拉強(qiáng)度外，塑性、韌性和可焊性都是主要指標(biāo)，因而含碳量一般控制在0.22%以下，對碳、磷極限含量都嚴(yán)格控制，防止熱脆和冷脆等?！?.2.1結(jié)構(gòu)用鋼材的種類鋼材的品種繁多，性能各異，但在鋼結(jié)構(gòu)中采用的鋼材按其化學(xué)元素組成，主要有以下幾類：1.碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是最普通的工程用鋼，其中碳是形成鋼材強(qiáng)度的主要元素，直接影響著鋼材的可焊性。按其含碳量的多少，可分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼，見表7-2。其中低碳鋼是最主要并最多使用的鋼材品種。碳素結(jié)構(gòu)鋼又可以分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。1)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB700—1988)根據(jù)現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB700—1988)的規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母(Q)、屈服點數(shù)值(N/mm2)、質(zhì)量等級代號(A、B、C、D)、脫氧方法代號(F、b、Z、TZ)等四個部分符號按順序組成。Q是“屈”字漢語拼音的首位字母；質(zhì)量等級中A級最差，D級最優(yōu)；F、b、Z、TZ則分別是“沸”、“半”、“鎮(zhèn)”及“特鎮(zhèn)”漢語拼音的首位字母，分別代表沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼及特殊鎮(zhèn)靜鋼(表示脫氧程度不同)。其中代號Z、TZ可以省略。如：Q235-A.F表示屈服點為235N/mm2的A級沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。Q235-D表示屈服點為235N/mm2的D級特殊鎮(zhèn)靜碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼按屈服點的大小，分為Q195、Q215、Q235、Q255、及Q275等五種牌號。由平爐或氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉、交貨時，供方應(yīng)提供力學(xué)性能和化學(xué)成分的質(zhì)保書，其內(nèi)容包括屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率、彎曲實驗及碳、錳、硅、硫、磷等的含量。不同，牌號、不同質(zhì)量等級的鋼材對化學(xué)成分和拉伸、沖擊韌性、冷彎等力學(xué)性能指標(biāo)要求也不同，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。優(yōu)質(zhì)碳素鋼鋼號的寫法是用其平均含碳量的萬分之幾表示，如“45號鋼”是表示平均含碳量0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，用作高強(qiáng)螺栓的熱圈等。優(yōu)質(zhì)碳素鋼在建筑工程中應(yīng)用較少，國家標(biāo)準(zhǔn)《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T699—1988)中可用于建筑鋼結(jié)構(gòu)的牌號有15(U20152)、20(U20202)、15Mn(U21152)、20Mn(U21202)，其化學(xué)成分與力學(xué)性能應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。2.低合金鋼(GB/T1591—1994)低合金鋼是一種在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加少量的一種或多種合金元素(總量低于5%)如釩、鈮、鈦、鉻、鎳等，以提高其強(qiáng)度，耐腐蝕性、耐磨性或低溫沖擊韌性的鋼材。加入釩、鈮、鈦等元素能明顯提高鋼材的強(qiáng)度、細(xì)化晶粒、改善可焊性；鎳、鉻屬于殘余元素，本身就是不銹鋼的主要元素，它能提高強(qiáng)度，淬硬性和耐磨性等綜合性能，但是對可焊性不利；有時加入少量鉬和稀土(RE)元素，可以改善其綜合性能，使低合金結(jié)構(gòu)鋼可以比碳素結(jié)構(gòu)鋼節(jié)省約20%的用鋼量。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T1591—1994)規(guī)定，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示由代表屈服點的漢語拼音字母(Q)、屈服點數(shù)值(N/mm2)。質(zhì)量等級符號(A、B、C、D、E)等三個部分組成，其中質(zhì)量等級由A到E質(zhì)量從低到高。鋼牌號按屈服點大小，分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等五種，其中常用的鋼種為Q345和Q390。如按老標(biāo)準(zhǔn)GB/T1591-88規(guī)定，共列出了十幾種鋼號，隨著低合金鋼在鋼結(jié)構(gòu)中的推廣使用，用于土木工程中的低合金鋼除了常用的16錳鋼和15錳釩鋼外，還有16錳鈮半、16錳稀土、14錳鈮半、18鈮半、15錳鈦、09錳等。表7-3列示了新國標(biāo)GB/T1591—1994的低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法與原國標(biāo)GB1591—1988不同。低合金鋼由氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐冶煉，交貨時供方應(yīng)提供力學(xué)性能和化學(xué)性能的質(zhì)保書，其內(nèi)容包括屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌性、冷彎實驗等及碳、錳、硅、硫、磷、釩、鈮和鈦等的含量。不同牌號、不同質(zhì)量等級的低合金鋼其化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。3.耐候鋼在鋼的冶煉過程中，加入少量的Cu、P、Cr、Ni等特定合金元素，可以在金屬基體表面上形成保護(hù)層，以提高鋼材耐大氣腐蝕性能，這類鋼材稱為耐候鋼或耐大氣腐蝕鋼，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4171的規(guī)定，耐候鋼適用于耐大氣腐蝕的建筑結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品通常在交貨狀態(tài)下使用。在暴露初期，腐蝕速度與普通鋼并沒有太多的區(qū)別，然而，隨著穩(wěn)定銹層的形成，腐蝕速度就會延緩下來。但是在海邊等氯離子多的地區(qū)或雨量充沛的地區(qū)，表面緩蝕層很容易喪失其作用。以使用耐候鋼為借口而降低防腐蝕涂裝的質(zhì)、涂膜厚度或者想著可以延長更新涂裝周期都是不合理的。我國目前生產(chǎn)的耐候鋼分為高耐候結(jié)構(gòu)鋼和焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼兩種：1)高耐候結(jié)構(gòu)鋼其性能比焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼好，故稱作高耐候性結(jié)構(gòu)鋼。按化學(xué)成分可分為：銅磷鋼和銅磷鉻鎳鋼兩類。其牌號表示方法是由代表“屈服點”的拼音字母Q、屈服點的數(shù)字及“高耐候”的拼音字母GNH按順序組成，含Cr、Ni的高耐候鋼在牌號后加代號“L”?？煞譃镼295GNH、Q295GNHL、Q345GNH、Q345GNHL、Q390GNH五種牌號。各牌號的化學(xué)成分與力學(xué)性能要求應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。2)焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼這類鋼材具有良好的焊接性能，適用厚度為100mm。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼的牌號表示由代表“屈服點”的字母Q、鋼材的屈服點數(shù)值及“耐候”的字母NH按順序組成。分為Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q460NH四種牌號，各牌號的化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

●7.2.2結(jié)構(gòu)鋼材的品種目前隨著鋼結(jié)構(gòu)的大力發(fā)展，建筑形式多種多樣，應(yīng)用的鋼材品種也有了很大變化。鋼材的主要品種有以下類型。1.鋼板、鋼帶鋼板和鋼帶的主要區(qū)別在于鋼板是平板狀矩形的鋼材，而鋼帶是指成卷交貨的鋼材。鋼板按軋制方法可以分為冷軋鋼板和熱軋鋼板，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中主要用熱軋鋼板。根據(jù)厚度、長度與寬度的變化，鋼板分為薄板、厚板、特厚板和扁鋼等。薄板主要用來制造冷彎薄壁型鋼；厚板用做梁、柱、實腹式框架等構(gòu)件的腹板和翼緣，以及桁架中心節(jié)點板；特厚板用于鋼結(jié)構(gòu)高層建筑箱形柱等；扁鋼可作為組合梁的翼緣板、各種構(gòu)件的連接板等。2.普通型材工字鋼、槽鋼、角鋼三種類型是工程結(jié)構(gòu)中使用最早的型鋼。1)工字鋼有普通熱軋工字鋼和輕型工字鋼兩種。翼緣內(nèi)表面有著1：6傾斜度，使翼緣外薄而內(nèi)厚，就造成工字鋼在兩個主平面內(nèi)的截面特性相差極大。不宜單獨用做軸心受壓構(gòu)件或承受斜彎曲和雙向彎曲的構(gòu)件，在應(yīng)用中難以發(fā)揮鋼材的強(qiáng)度特性，已逐漸被H型鋼所淘汰。2)槽鋼有普通熱軋槽鋼和輕型槽鋼兩種，其伸出肢較大，可用于屋蓋檁條，承受斜彎曲或雙向彎曲。另外槽鋼翼緣內(nèi)表面斜度1∶10比工字鋼平緩，安裝螺栓較容易，但其腹板較厚，使槽鋼組成的構(gòu)件用鋼量較大。相比而言，型號相同的輕型槽鋼比普通槽鋼的翼緣寬而薄，腹板厚度更小，截面特性更好。3)角鋼是傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用非常廣泛的型材，有等邊角鋼和不等邊角鋼兩大類，可以組成獨立的受力構(gòu)件，或作為受力構(gòu)件之間的連接零件。3.H型鋼H型鋼有熱軋H型鋼和焊接H型鋼兩種。其中熱軋H型鋼又分為寬翼緣H型鋼(HW)、中翼緣H型鋼(HM)、窄翼緣H型鋼(HN)和H型鋼柱等。焊接H型鋼由平鋼板用高頻焊接組合而成。H型鋼與工字鋼相比，其翼緣寬，兩個主軸方向的慣性矩接近，抗彎、抗扭、抗壓、抗震能力強(qiáng)；翼緣內(nèi)表面沒有斜度，上下表面平行，便于機(jī)械加工、結(jié)構(gòu)連接和安裝。H型鋼的截面特性要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的普通型鋼，受力更加合理，故已廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)高層建筑建筑中。具體內(nèi)容后面有闡述。經(jīng)過剖分H鋼而成的T型鋼相應(yīng)分為TW、TM、TN三種。4.冷彎型鋼是由薄鋼板或鋼帶經(jīng)冷軋(彎)或壓模而成，其截面型式有等邊角鋼、卷邊等邊角鋼、Z型鋼、卷邊Z型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼等開口截面以及方形和矩形閉口截面等，如圖7.8所示。冷彎型鋼在輕型鋼結(jié)構(gòu)、大跨度鋼結(jié)構(gòu)中有著不容忽視的地位?！?.2.3鋼材的選用采用焊接連接的節(jié)點，當(dāng)板厚≥50mm，并承受沿板厚方向的拉力作用時，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《厚度方向性能鋼板》(GB5313)的規(guī)定，附加板厚度方向的斷面收縮率，并不得小于該標(biāo)準(zhǔn)Z15級規(guī)定的允許值(Z15級斷面收縮率：三個試樣平均值大于15%，單個試樣值大于10%)，以防止發(fā)生層狀撕裂?？拐痄摻Y(jié)構(gòu)高層建筑的鋼材應(yīng)保證：強(qiáng)屈為1.2～1.8、有明顯屈服臺階、伸長率大于20%、有保持延性的良好可焊性。不應(yīng)采用15MnV或15MnVq鋼，可采用Q235和16Mn鋼材。2.鋼結(jié)構(gòu)高層建筑選用的鋼材根據(jù)以上有關(guān)規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑選用的鋼材種類和品種分別有以下一些。熱處理低合金鋼，是對低合金鋼進(jìn)行熱處理，來進(jìn)一步提高強(qiáng)度而又不顯著降低其塑性和韌性。目前這種鋼材的屈服點已可達(dá)700N/mm2，如美國的T—1、日本的HT70、俄羅斯的70/80級鋼以及我國的14錳鉬鈮鋼。雖然其強(qiáng)度高，但伸長率小，脆性大，塑性差，應(yīng)力重分布能力低，可焊性不好，在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中采用很少，而且僅用于受拉或受彎構(gòu)件。2)鋼材的品種(a)普通軋機(jī)(b)萬能軋機(jī)在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中，廣泛采用H型鋼、厚度方向性能鋼板、壓型鋼板、薄壁鋼管等。(1)型鋼。有熱扎H型鋼和H型鋼。熱軋H型鋼，歐美國家稱寬翼緣工字鋼、日本稱H型鋼，它用四輪萬能軋機(jī)軋制而成，如圖7.9所示；焊接H型鋼，將鋼板裁剪、組合后再用自動埋弧焊或手工焊、二氯化碳?xì)怏w保護(hù)焊、高頻電焊工藝焊接而成。H型鋼因為力學(xué)性能好(沿兩軸方向慣性矩比較接近)，翼緣板內(nèi)外側(cè)相互平行，連接施工方便。明顯用這種型鋼做鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的框架非常適合。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中的柱子，當(dāng)結(jié)構(gòu)高度不十分高時，一般選用軋制H型鋼；當(dāng)荷載較大時可用焊接的H型鋼。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的梁，多為軋制或焊接的H型鋼。當(dāng)然還有一些其他的組合截面，如箱形截面、十字形截面在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中的框架中使用。箱形截面一般由H型鋼加焊鋼板或由四塊鋼板焊接而成，鋼板厚度由計算確定，用于荷載很大或存在雙向彎矩的高度很大的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的柱子截面(如美國紐約110層世貿(mào)中心，我國金茂大廈等建筑的柱)，或鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的大梁、懸臂梁及懸掛構(gòu)件的懸臂梁截面；十字形截面由兩個軋制工字鋼或鋼板組成，用于承受雙向彎矩的柱子截面(如上海27層的瑞金大廈的柱)。但鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的柱、梁仍多為H型截面，所以軋制和焊接的H型鋼在國外發(fā)展很快。我國近年來在H型鋼的生產(chǎn)方面取得很大進(jìn)展，目前國內(nèi)已經(jīng)有多家生產(chǎn)H型鋼的廠家，如馬鋼、萊鋼和鞍山一軋等，生產(chǎn)的H型鋼的規(guī)格有70余種。它的規(guī)格標(biāo)記采用高度H(mm)×寬度B(mm)×腹板厚度t1(mm)×翼緣厚度t2(mm)表示，生產(chǎn)的HW型鋼截面高度為100～400mm，寬高比B/H=1；HM型鋼截面高度為150～600mm，寬高比B/H=1/2～2/3；HN型鋼截面高度為100～700mm，寬高比為B/H=1/2～1/3。對于焊接H型鋼，冶金工業(yè)部頒布了YB3302—1981輕型焊接H型鋼和YB3301—1981焊接H型鋼的部頒布標(biāo)準(zhǔn)。輕型焊接H型鋼的規(guī)格為100×50mm～454×300mm；焊接H型鋼的規(guī)格為300×200mm～1200×600mm，后者一般采用的是自動埋弧焊工藝焊接，規(guī)格較大，宜用作鋼結(jié)構(gòu)高層建筑建筑的柱和梁。上海施工的一些鋼結(jié)構(gòu)高層建筑建筑，有的即采用國產(chǎn)的焊接H型鋼。焊接H型鋼的翼緣突伸的最大寬厚比為15t2(t2翼緣厚度)，最大的腹桿高厚比為70t1(t1為腹板厚度)，鋼板厚度采用以2mm的級差遞增，但保留25mm一級。鋼板的下料，板厚小于8mm時用機(jī)械剪切；大于8mm，采用氧一丙烷或氧一乙炔精密切割工藝和多頭自動切割機(jī)或半自動切割機(jī)進(jìn)行加工，翼緣板邊緣的光潔度應(yīng)達(dá)到有關(guān)要求。(2)厚度方向性能鋼板。厚度方向性能鋼板，也稱Z向鋼，是在某一級結(jié)構(gòu)鋼(母級鋼)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過特殊冶煉、處理的鋼材。其含硫量控制更嚴(yán)，為一般鋼材的1/5以下，截面收縮率在15%以上。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑是首先提出有厚度性能要求的建筑結(jié)構(gòu)，為防止發(fā)生層狀撕裂，國家制定和頒布了相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。包括以下幾項。采用薄壁鋼管(圓管或方管)，內(nèi)灌素混凝土的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。在壓力作用下，鋼管和混凝土之間產(chǎn)生相互作用的緊箍力，使混凝土處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)下工作，大大提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度，改善了塑性，提高了抗震性能；而薄壁鋼管在混凝土的擠壓下不易屈曲，提高了鋼管的局部穩(wěn)定性，使鋼材強(qiáng)度得到充分發(fā)揮。試驗研究，鋼管混凝土強(qiáng)度比單鋼管或同樣截面的混凝土強(qiáng)度提高了好幾倍，特別適用于軸心受壓構(gòu)件。以上兩種組合構(gòu)件在高層建筑中已有很多應(yīng)用，是很有發(fā)展前景且承載力高，塑性、韌性好，節(jié)省材料，方便施工，有較好經(jīng)濟(jì)效益等特點的新型組合結(jié)構(gòu)。

●7.2.4鋼材的代用鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)按照選用鋼材的原則選用鋼材的鋼號并提出對鋼材的性能要求。鋼結(jié)構(gòu)工程所采用的鋼材必須附有鋼材的質(zhì)量證明書，各項指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計文件的要求和國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。施工單位不宜隨意更改或代用。只有在供方無法滿足設(shè)計要求又沒有其他貨源的情況下，經(jīng)原設(shè)計單位同意時方可代換，并可根據(jù)鋼材選擇的原則靈活調(diào)整。對材質(zhì)的要求，受拉構(gòu)件高于受壓構(gòu)件；焊接結(jié)構(gòu)高于螺栓連接的結(jié)構(gòu)；厚鋼板結(jié)構(gòu)高于薄鋼板結(jié)構(gòu)；低溫結(jié)構(gòu)高于常溫結(jié)構(gòu)；受動力荷載的結(jié)構(gòu)高于受靜力荷載的結(jié)構(gòu)。一般確定鋼材必須代換時，應(yīng)注意以下各點。(1)代用鋼材的化學(xué)成分和機(jī)械性能與原設(shè)計應(yīng)一致。鋼號雖然滿足設(shè)計要求，但生產(chǎn)廠提供的材質(zhì)保證書中缺少設(shè)計部門提出的部分性能要求時，應(yīng)做補(bǔ)充試驗。(2)鋼材性能雖然滿足設(shè)計要求，但鋼號的質(zhì)量優(yōu)于設(shè)計提出的要求時，應(yīng)注意節(jié)約。(3)如鋼材性能滿足設(shè)計要求，而鋼號質(zhì)量低于設(shè)計要求時，一般不允許代用。如結(jié)構(gòu)性質(zhì)和使用條件允許，在材質(zhì)相差不大的情況下，經(jīng)設(shè)計單位同意亦可代用。(4)鋼材的鋼號和性能都與設(shè)計的要求不符時，如Q235鋼代Q345鋼，首先應(yīng)根據(jù)上述1和2的規(guī)定檢查是否合理，然后按鋼材的設(shè)計強(qiáng)度重新計算，根據(jù)計算結(jié)果改變結(jié)構(gòu)的截面，焊縫尺寸和節(jié)點構(gòu)造。(5)對于成批混合的鋼材，如用于主要承重結(jié)構(gòu)時，必須逐根按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對其化學(xué)成分和機(jī)械性能分別進(jìn)行試驗，如檢驗不符合要求時，可根據(jù)實際情況用于非承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件。(6)采用進(jìn)口鋼材時，應(yīng)驗證其化學(xué)成分和機(jī)械性能是否滿足相應(yīng)鋼號的標(biāo)準(zhǔn)。(7)當(dāng)采用代用鋼材而引起構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度變化較大，并產(chǎn)生較大的偏心影響時，要重新進(jìn)行設(shè)計。(8)鋼材的規(guī)格尺寸與設(shè)計要求不同時，不能隨意以大代小，須經(jīng)計算后才能代用?！?.2.5鋼材的驗收對鋼結(jié)構(gòu)的鋼材進(jìn)行驗收是保證鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)該遵照《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50205—2001)對鋼材的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。其主要內(nèi)容包括以下幾項。(1)鋼材的數(shù)量和品種是否與訂貨單符合。(2)鋼材的質(zhì)量保證書是否與鋼材上打印的記號符合。每批鋼材必須具備生產(chǎn)廠家提供的材質(zhì)證明書，寫明鋼材的爐號、化學(xué)成分和機(jī)械性等項目。應(yīng)檢查各項目是否齊全，并根據(jù)國標(biāo)GB700—1988和GB/T1591—1994中的有關(guān)規(guī)定，核對鋼材的各項指標(biāo)。以上驗收檢查的數(shù)量為全數(shù)檢查；檢驗的方法是檢查質(zhì)量合格證明文件及檢驗報告等。(3)檢驗鋼材的表面質(zhì)量，其表面不得有結(jié)疤、裂紋、折疊和分層等缺陷，其深度不得大于該鋼材厚度負(fù)允許偏差值的1/2。本項檢查驗收的數(shù)量為全數(shù)檢查；檢驗方法是觀察檢查。(4)根據(jù)國標(biāo)中的有關(guān)規(guī)定核對鋼材的規(guī)格尺寸以及各類鋼材外形尺寸的允許偏差。在YB3301—1992中規(guī)定了焊接H型鋼外形尺寸的允許偏差，見表7-5。本項檢查驗收的數(shù)量為每一品種、規(guī)格的鋼材或型鋼抽查5處；檢驗的方法是用鋼尺或游標(biāo)卡尺量測。(5)屬于下列情況之一的鋼材，鋼材必須具備材質(zhì)質(zhì)量保證書和試驗報告。同時應(yīng)進(jìn)行抽樣復(fù)驗，復(fù)驗結(jié)果應(yīng)符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。①國外進(jìn)口鋼材。②鋼材混批。③鋼材質(zhì)量保證書的項目少于設(shè)計要求(應(yīng)提供缺少項目的試驗報告)。④板厚大于40mm且設(shè)計有幾項性能要求的厚板。⑤設(shè)計有復(fù)驗要求的鋼材。⑥對質(zhì)量有疑義的鋼材。本項檢查驗收的數(shù)量為全數(shù)檢查；檢驗的方法是檢查質(zhì)量保證書、試驗報告及復(fù)驗報告。其中(1)、(2)、(5)為鋼材驗收的主控項目；(3)、(4)為鋼材驗收的一般項目。鋼結(jié)構(gòu)的連接是通過一定的方式將各個板件或桿件連成整體。板件、桿件間要保持正確的相互位置，連接部位應(yīng)有足夠的靜力強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，來滿足傳力和使用要求。因此連接是鋼結(jié)構(gòu)制作和施工中重要的環(huán)節(jié)。一般好的連接，應(yīng)當(dāng)符合安全可靠、節(jié)省鋼材、構(gòu)造簡單和施工方便的原則。我國鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在制作和安裝施工時采用的連接方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點，主要是焊接連接和高強(qiáng)度螺栓連接等?！?.3.1焊接連接的方法、原理及操作工藝而手工電弧焊的電弧長度，大致應(yīng)等于焊條直徑，電弧過長，熱量不集中，焊縫變寬，溶深不一致；過短，則易短路，焊縫變窄，表面凹凸不平。手工焊電流、電壓參數(shù)選擇參考有關(guān)手冊。一般焊接電流初步選定后，要通過試焊調(diào)整，電流過大或過小都有弊端。(2)焊條的選用。在選用焊條時，應(yīng)注意以下原則。①應(yīng)與主體金屬相匹配。②不同材質(zhì)的母材焊接，焊條匹配強(qiáng)度低的母材。③對于易裂的母材或結(jié)構(gòu)的塑性、韌性要求高的重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用塑性、韌性好，含氫量低及坑裂性能好的堿性焊條(低氫焊條)。④應(yīng)選用低氫焊條而無直流焊接電源時，可選用低氫鉀型焊條。一般與主體金屬鋼材相匹配國產(chǎn)焊條的選用可參見表7-6。(3)焊縫的起頭、接頭及收尾。①焊縫的起頭。焊縫的起頭就是指剛開始焊接的操作。起頭部分往往容易出現(xiàn)氣孔、未熔透、寬度不夠及焊縫堆積過高等缺陷。為了避免和減少這種現(xiàn)象，應(yīng)該在引弧后稍將電弧拉長，對焊縫端頭進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱，并且多次往復(fù)運條，達(dá)到熔深和所需要寬度后再調(diào)到合適弧長進(jìn)行正常焊接。②焊縫的接頭。在手工電弧焊操作中，焊縫接頭的好壞，影響焊縫外觀成形和焊縫質(zhì)量。必須準(zhǔn)確掌握接頭部位，如過于推后，會出現(xiàn)焊肉重疊高起現(xiàn)象；反之，又會出現(xiàn)脫節(jié)凹陷。接頭處應(yīng)在熔池溫度沒有完全冷卻時更換焊條，換焊條的動作越快越好，這樣能增加電弧穩(wěn)定性，保證和前焊縫的結(jié)合性能，減少氣孔，并使接頭美觀。接頭一般是在弧坑前約15mm處引弧，然后移動到原弧坑位置進(jìn)行焊接。用酸性焊條時，引燃電弧后可稍拉長電弧，待移到接頭位置時再壓低電弧；用堿性焊條時，電弧不可拉長，否則容易出現(xiàn)氣孔。③焊縫的收尾。指焊縫結(jié)束時的收尾，焊縫收尾操作時，應(yīng)保持正常的熔池溫度，做無直線移動的橫擺點焊動作，逐漸填滿熔池后再將電弧拉向一側(cè)熄弧。每條焊縫結(jié)束時必須填滿弧坑。過深的弧坑不僅會影響美觀，還會使焊縫收尾處產(chǎn)生縮孔、應(yīng)力集中。為了填滿弧坑，一般采用以下三種操作方法。劃圈收尾法：當(dāng)焊條移至焊縫終點時，作圓圈運動，直到填滿弧坑再拉斷電弧。此法適合于厚板收尾。反復(fù)斷弧收尾法：當(dāng)焊接進(jìn)行到焊縫終點時，在弧坑處反復(fù)熄弧和引弧數(shù)次，直到填滿弧坑為止。此法適用于薄板和大電流焊接，但不適用于堿性焊條，容易產(chǎn)生氣孔。回焊收尾法：焊條移至焊縫收尾處梢加停頓，接著改變焊條角度往回焊一小段，相當(dāng)于收尾處變成一個起頭。此法適用于堿性焊條的焊接。2.自動埋弧焊埋弧焊是利用電弧作為熱源的焊接方法，焊接時電弧在顆粒狀的焊劑下層燃燒而完成焊接過程。1)原理其原理如圖7.11所示，一般焊絲成卷裝置在焊絲轉(zhuǎn)盤上，焊絲外表裸露不涂焊劑，焊劑成散狀顆粒裝置在焊劑漏斗中。通電使焊絲末端和焊件之間產(chǎn)生電弧后，電弧下的焊絲和附近焊件金屬熔化形成熔池，焊劑也熔化并不斷地從漏斗流下，將熔融的焊縫金屬覆蓋，焊劑將熔成焊渣浮在熔融的焊縫金屬表面。部分蒸發(fā)的焊劑蒸汽將電弧周圍的焊劑熔渣排開，形成封閉空間，使電弧與外界空氣隔絕，故而焊接時看不見強(qiáng)烈的電弧光，稱為埋弧焊。當(dāng)埋弧焊的全部裝備固定在小車上，由小車按規(guī)定的速度沿軌道前進(jìn)進(jìn)行焊接時，這種方法就稱為自動埋弧焊。自動埋弧焊由于焊劑對電弧空間保護(hù)可靠，電弧熱量集中，熔深大，焊接速度快，熱影響區(qū)較小，焊接變形??；且自動化操作，焊接工藝條件好，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，光潔平直，內(nèi)部缺陷少，化學(xué)成分和機(jī)械性能較均勻，生產(chǎn)效率也高。廣泛用于焊接中厚度板的有規(guī)律的直長對接和貼角焊縫，可焊接碳素鋼低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼及其復(fù)合鋼等。但由于采用顆粒狀焊劑，一般只適用于平焊位置。2)操作工藝(1)焊絲的選擇。我國《鋼結(jié)構(gòu)高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程》推薦自動埋弧焊的焊絲和焊劑見表7-7。3)焊劑(1)堆放高度。高度太小時，對電弧的保護(hù)不全，影響焊接質(zhì)量；太大時，易使焊縫產(chǎn)生氣孔和表面成形不良。因此必須根據(jù)使用電流的大小適當(dāng)選擇焊劑堆放高度，一般為25～50mm。當(dāng)電流及弧壓大時，應(yīng)適當(dāng)增大焊劑堆放高度和寬度。(2)粒度。電流大時，應(yīng)選用細(xì)粒度焊劑，否則焊縫外形不良；電流小時，應(yīng)選用粗粒度焊劑，否則焊縫表面易出現(xiàn)麻坑。一般粒度為8～40目，細(xì)粒度為14～80目。(3)回收次數(shù)。焊劑反復(fù)使用次數(shù)過多時應(yīng)與新焊劑混合使用，否則影響焊縫質(zhì)量。4)焊絲的數(shù)目目前埋弧焊發(fā)展很快，已有雙絲、三絲、多絲埋弧焊等工藝。其中雙絲焊是用2根焊絲沿焊縫方向排列并同時施焊，可一次得到大量熔敷金屬，焊接速度提高，焊接變形小。如用焊劑—銅熱板取代焊劑熱，則可以克服焊劑熱托力不均勻的現(xiàn)象，同時在工件與銅熱板之間的焊劑也起到了對熔池背面的保護(hù)和合金作用，以保護(hù)焊縫背面的成形。3.CO2氣體保護(hù)焊CO2氣體保護(hù)焊是利用CO2氣體為保護(hù)氣體，依靠焊絲與焊件之間產(chǎn)生的電弧熱來熔化金屬，并與焊絲形成焊縫的一種電弧焊方法。如圖7.13所示。1)原理CO2氣體保護(hù)焊的原理是在焊接時焊絲由送絲機(jī)構(gòu)通過軟管經(jīng)導(dǎo)電嘴送出，而CO2氣體從噴嘴以一定的流量噴出。當(dāng)焊絲與焊件接觸引燃電弧后，電弧下的焊絲和附近焊件金屬熔化形成熔池，連續(xù)給送的氣體把電弧、熔池與大氣隔離，從而保持焊接過程的穩(wěn)定，獲得高質(zhì)量的焊縫。操作時可用自動或半自動焊方式。由于焊接時沒有熔渣，便于觀察焊縫的成型過程，但操作時須在室內(nèi)避風(fēng)處，若在工棚施焊須搭設(shè)防風(fēng)棚。氣體保護(hù)電弧加熱集中，焊接速度較快，焊件熔深大，熱影響區(qū)較窄，焊接變形和應(yīng)力較??；CO2在高溫下具有的強(qiáng)氧化性可減少金屬熔池中游離態(tài)氫的含量，其熔焊金屬中的含氫量比低氫焊條施焊的還小，大大降低了金屬的冷脆傾向；另外其耗量也僅為交流電手工焊的一半左右，且清渣工作量極小，效率比手工焊高1～2倍；但設(shè)備復(fù)雜，電弧光較強(qiáng)，金屬飛濺多，焊表面成型較差。難用交流電進(jìn)行焊接。2)操作工藝(1)焊接參數(shù)的選擇。①焊絲直徑的選擇。根據(jù)工件厚度、施焊位置及生產(chǎn)率的要求來選擇。焊絲直徑的選擇參照有關(guān)手冊。②焊接電流和電弧電壓的選擇。一般CO2焊接的電流應(yīng)根據(jù)工件的厚度、焊絲直徑、施焊位置以及要求的熔滴過渡形式來選擇。電弧電壓選擇時必須與焊接電流恰好配合，應(yīng)在16～24V范圍內(nèi)。最佳電弧電壓有時只有1～2V之差，應(yīng)仔細(xì)調(diào)整。常用的焊接電流和電弧電壓的范圍參考有關(guān)手冊。平焊多采用左向焊法。薄板平位置對接焊時，焊柱作直線運動，如果間隙較大，可以適當(dāng)橫向擺動，但幅度不要太大，以免影響氣體對熔池的保護(hù)；中厚板V形坡口對接焊時，底層焊縫采用直線運動，上層焊縫可采用橫向擺動的多層焊，也可采用多道焊法。橫焊多采用右向焊法。焊柱作直線運動，必要時也可作小幅度的往復(fù)擺動。平角焊和搭接焊時，采用左向焊法和右向焊法均可以。立焊有向上和向下兩種操作方法。向上立焊的熔深較大，多用于中厚板的細(xì)絲焊接，操作時適當(dāng)?shù)刈魅切螖[動，可以控制熔寬、改善焊縫的成形；向下立焊的焊縫成形良好，生產(chǎn)率高，但熔深較小，多用于薄板焊接。向下立焊必須選擇合適的焊接規(guī)范，焊柱一般不作橫向擺動。(5)特種CO2氣體保護(hù)焊簡介。①粗絲CO2氣體保護(hù)焊。粗絲(焊絲直徑3～5mm)自動焊用于中厚板的水平位置焊接。它的特點是焊接熔化系數(shù)高，電弧穿透力強(qiáng)，熔深大。與埋弧焊比，在相同條件下，有較高的生產(chǎn)率，較低的焊接成本。雖然使用較大的焊接電流，但是電流密度比用細(xì)絲焊時低得多，而電弧電壓也較低。焊接過程中，電弧深入熔池，形成所謂的“潛弧”現(xiàn)象，使飛濺減少，焊接過程穩(wěn)定焊縫成形良好。②藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊。藥芯焊絲是一種新型的焊接材料。用普通08號鋼帶加焊藥芯軋制而成，截面形式如圖7.14所示。(a)多為小直徑焊絲，φ=1.6～2.4mm，與平外特性直流電源匹配；(b)、(c)直徑為2.4～3.2mm，與交流電源匹配。所用機(jī)械與CO2氣體保護(hù)焊相似，成盤的焊絲由送絲機(jī)軟管連續(xù)自動送入焊柱，焊工手持焊柱施焊。這種焊接工藝靠空心焊絲中含有造渣劑、合金劑、脫氧劑、穩(wěn)弧劑等成分的焊藥產(chǎn)生的氣體保護(hù)熔池金屬，它兼有引弧、穩(wěn)弧、造渣和向焊縫金屬摻合金的作用。有利于獲得質(zhì)量優(yōu)良的焊縫，具有熔敷率比CO2保護(hù)焊更高，坑風(fēng)能力強(qiáng)等優(yōu)點，在美、俄、日等國家采用廣泛。(6)CO2保護(hù)焊注意事項。在一定的焊絲直徑、焊接電流和電弧電壓條件下，熔寬與熔深都隨著焊接速度的增加而減小。如果焊接速度過快，容易產(chǎn)生咬邊和未熔合等缺陷，同時氣體保護(hù)效果變壞，可能出現(xiàn)氣孔；焊速過低，產(chǎn)生率不高，焊接變形增大。一般自動焊速度應(yīng)在15～40m/h范圍內(nèi)，自動焊則不超過90m/h。CO2氣體用40L的鋼瓶灌裝，瓶內(nèi)壓力隨外界溫度升高而增大，所以CO2氣瓶不可靠近熱源或置于烈日下暴曬，防爆炸。當(dāng)壓力小于1.0N/mm2時，CO2氣體中的含水量大大增加，不能繼續(xù)使用，否則極易在焊縫跟部及熱影響區(qū)域出現(xiàn)細(xì)微氫致裂紋，危害很大。CO2氣流量根據(jù)焊接電流速度、焊絲伸長度及噴嘴直徑等來選擇。一般短滴過渡時，氣體流量約為8～15L/min，大滴過渡時約為15～25L/min。坡口兩側(cè)各大于2倍板件厚且不小于100mm寬度范圍內(nèi)對母材均勻預(yù)熱，焊縫層間溫度應(yīng)保持在120℃以上；焊后熱處理0.5～1h，加熱溫度200℃～250℃，用石棉布包裹保溫2h。4.電渣焊1)原理電渣焊也是一種自動焊，主要用于中碳鋼及中、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在豎直位置上的對接焊接。其原理同電弧焊有本質(zhì)區(qū)別。電渣焊開始一般先在電極和引弧板之間產(chǎn)生電弧，利用其熱量使周圍的焊劑熔化而變成液態(tài)熔渣。當(dāng)液態(tài)熔渣在焊件和冷卻滑塊的空間內(nèi)達(dá)到一定深度(即形成渣池)時，電弧熄滅，此時電弧過程即轉(zhuǎn)變?yōu)殡娫^程。當(dāng)焊接電流由電極經(jīng)過渣池至焊件時，渣池產(chǎn)生的電阻熱使電極和焊件熔化，在渣池下面形成金屬熔池。隨著金屬熔池的不斷升高，遠(yuǎn)離熱源的熔池金屬逐漸冷卻而形成焊縫。其過程如圖7.15所示。電渣焊有絲極、板極、熔嘴和管狀熔嘴等數(shù)種，其中管狀熔嘴是一種新的工藝方法。其特點是焊絲的外面套一根細(xì)鋼管(直徑d=12mm，壁厚3mm)，其外壁涂有一層厚2mm的藥皮，焊接時管狀熔嘴與焊絲一起不斷送進(jìn)和熔化。

其藥皮既自動補(bǔ)充熔渣，又向焊縫金屬過渡一定的合金元素。而其他電渣焊要通過焊劑向焊縫過渡合金元素相當(dāng)困難，因而不得不采用低合金鋼焊接材料(如絲極、板極等)。熔嘴電渣焊適用于建筑結(jié)構(gòu)的厚板對接、角接焊縫，尤其是鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中的箱形柱柱面板與內(nèi)置橫隔板的立縫焊接。如圖7.16所示為管狀熔嘴。1—送進(jìn)壓輪2—管狀熔嘴3—藥皮4—水冷銅塊5—焊縫表面渣殼6—焊絲7—電動機(jī)8—管狀熔嘴夾持器9—渣池10—熔融金屬11—焊縫2)操作工藝(1)焊接電流和電壓。①焊接電流的選擇?？砂唇?jīng)驗公式計算I=KF(I：平均焊接電流，A；F：管狀熔嘴截面積，mm2；K：比例系數(shù)，一般取5～7)。②電壓與熔縫的熔寬成正比，在起弧階段電壓稍高，一般為50～55V，便于盡快熔化母材邊緣和形成穩(wěn)定的電渣過程。在保證焊透的情況下，電壓盡可能低一些。正常焊接階段所需電壓稍低，一般可在35～55V之間選取。焊縫收尾時應(yīng)適當(dāng)減小焊接電壓，并斷續(xù)送進(jìn)焊絲，將焊縫引到熄弧板上收尾。焊接電壓隨焊接過程而變化，焊接過程隨時注意調(diào)整電壓。(2)焊劑。國產(chǎn)電渣焊專用焊劑有170和360兩種。170為無錳、低硅、高氟型焊劑；360為中錳、高硅、中氟型焊劑。另外某些埋弧焊焊劑(如HJ430、431等)亦可配合適當(dāng)焊絲用于電渣焊。焊接含碳量低于0.30%～0.35%的碳素鋼和低合金鋼時，常用焊絲有H08Mn2Si、H10Mn2等牌號。焊接啟動時，慢慢投入少量焊劑，一般為35～50g，焊接過程中應(yīng)逐漸少量添加焊劑。(3)速度。①焊接速度可在1.5～3m/h的范圍內(nèi)選取。②送絲速度常用的范圍為200～300m/h，造渣過程中選取200m/h為宜。(4)渣池深度。渣池深度穩(wěn)定，所產(chǎn)生的熱量穩(wěn)定，焊接過程也穩(wěn)定。一般深度與產(chǎn)生的電阻熱成正比，取值常為35～55mm。(5)引弧、熄弧板。焊道兩端應(yīng)按工藝要求設(shè)置引弧板和熄弧板，一般引弧板長度應(yīng)達(dá)到板厚的2～2.5倍，熄弧板長度應(yīng)達(dá)到板厚的1.5～2倍。(6)熔嘴。①熔嘴不應(yīng)有明顯銹蝕和彎曲。②安裝管狀熔嘴并調(diào)整對中，熔嘴下端距引弧板底面距離一般為15～25mm。③焊接過程中，應(yīng)隨時檢查熔嘴是否在焊道的中心位置上，嚴(yán)禁熔嘴和焊絲過偏。(7)焊接過程中注意。①隨時檢查焊件的熾熱狀態(tài)，一般約在800℃(櫻紅色)以上為熔合良好。當(dāng)不足800℃時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整焊接工藝參數(shù)，適當(dāng)增加渣池內(nèi)總熱量。②當(dāng)翼緣板較薄時，翼緣板外部的焊接部位應(yīng)安裝水冷卻裝置，隨時控制冷卻水溫在50℃～60℃，水流量應(yīng)保持穩(wěn)定。(8)熔嘴電渣焊不作焊前預(yù)熱和焊后熱處理，只是引弧前對引弧器加熱100℃左右。高強(qiáng)螺栓連接是目前鋼結(jié)構(gòu)建筑最先進(jìn)的連接方法之一。其特點是施工方便，可拆可換，傳力均勻，沒有鉚釘傳力的應(yīng)力集中高，接頭剛性好，承載能力大，疲勞強(qiáng)度高，螺母不易松動，結(jié)構(gòu)安全可靠。在我國鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中廣泛應(yīng)用，如上海的瑞金大廈、金茂大廈等鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中亦采用高強(qiáng)螺栓連接。1.高強(qiáng)度螺栓連接的方法。高強(qiáng)螺栓的連接方法分為摩擦型連接，承壓型連接兩種，如圖7.17所示。1)摩擦型連接該連接是擰緊螺母后，螺栓桿產(chǎn)生強(qiáng)大拉力，把接頭處各層鋼板壓得很緊，以巨大的抗滑移力來傳遞內(nèi)力，連接件之間產(chǎn)生相對滑移作為承載能力極限狀態(tài)。摩擦力的大小是根據(jù)鋼板表面的粗糙程度(與摩擦面處理的方法有關(guān))和螺栓桿對鋼板施加壓力的大小來決定。摩擦型連接螺栓形式有六角頭型和扭剪型兩種，兩者的連接性能和本身的力學(xué)性能都是相同的，都是以扭矩的大小取決螺栓軸向力的大??；其區(qū)別在于外形和施工方法不同，前者的扭矩是由施工工具來控制，后者的扭矩是由螺栓尾部切口的扭斷力矩來控制。兩者相比，扭剪型更具有施工簡便、檢查直觀、受力良好、質(zhì)量可靠等優(yōu)點。近年來鋼結(jié)構(gòu)高層建筑工程上絕大部分采用這種形式。2)承壓型連接連接是由螺栓擰緊后所產(chǎn)生的抗滑移力及螺栓桿在螺孔內(nèi)和連接鋼板間產(chǎn)生的承壓力來傳遞應(yīng)力的一種方法。在荷載設(shè)計值下，以螺栓或連接件達(dá)到最大承載能力，作為承載能力極限。承壓型連接不得用于直接承受動力荷載的構(gòu)件連接、承受反復(fù)荷載作用的構(gòu)件連接和冷彎薄壁型鋼構(gòu)件連接。所以在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中都是應(yīng)用摩擦型連接。2.高強(qiáng)度螺栓的材料要求。大六角頭高強(qiáng)螺栓連接副由一個螺栓桿、一個螺母和二個墊圈組成。螺栓性能等級分為8.8級和10.9級，前者用45號鋼或35號鋼制作，后者用20MnTiB、40B或35VB鋼制作。扭剪型高強(qiáng)螺栓連接副由一個螺栓桿、一個螺母和一個墊圈組成。螺栓性能等級只有10.9級，用20MnTiB制作。鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度螺栓、螺母、墊圈的性能等級及機(jī)械性能要求見表7-8。其規(guī)格尺寸和鋼材的化學(xué)成分、性能要求應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。3.施工工藝高強(qiáng)螺栓的施工，包括摩擦面處理、安裝、初擰、終擰和檢驗等工作。1)栓桿長度確定長度計算：L=A+B+C+D式中L：螺栓需要總長度，(mm)；A：節(jié)點各層鋼板厚度總和，(mm)；B：墊圈厚度(mm)；C：螺母厚度，(mm)；D：擰緊后露出2～4扣的長度，(mm)。2)備料數(shù)量：按計算的數(shù)量增加5%的施工損耗3)工藝要點(1)安裝前注意。①高強(qiáng)螺栓連接副應(yīng)按批號分別存放，并應(yīng)在同批內(nèi)配套使用。在儲存、運輸和施工過程中不得混用，輕裝、輕卸，防止受潮、生銹、玷污和碰傷。②高強(qiáng)螺栓節(jié)點鋼板的抗滑移面，應(yīng)按規(guī)定的工藝進(jìn)行摩擦面處理，并達(dá)到設(shè)計要求的抗滑移動系數(shù)(摩擦系數(shù))。③高強(qiáng)螺栓使用前，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定對高強(qiáng)螺栓的各項性能進(jìn)行檢驗。④安裝高強(qiáng)螺栓時，接頭摩擦面上不允許有毛刺、鐵屑、油污、焊接飛濺物。摩擦面應(yīng)干燥、沒有結(jié)露、積霜、積雪、并不得在雨天進(jìn)行安裝。⑤使用定扭矩扳子緊固高強(qiáng)度螺栓時，班前應(yīng)對定扭矩扳子進(jìn)行核校，合格后方能使用。(2)安裝時注意以下幾點。①一個接頭上的高強(qiáng)螺栓，應(yīng)從螺栓群中部開始安裝，逐個擰緊。初擰、復(fù)擰、終擰都應(yīng)從螺栓群中部開始向四周擴(kuò)展逐個擰緊，每擰緊一遍均應(yīng)用不同顏色的油漆做上標(biāo)記，防止漏擰。終擰后應(yīng)用膩子封嚴(yán)四周，防止雨水侵入，初擰、復(fù)擰、終擰必須在同一天內(nèi)完成。②接頭如有高強(qiáng)度螺栓連接又有電焊連接時，是先緊固還是先焊接，應(yīng)按設(shè)計要求規(guī)定的順序進(jìn)行。當(dāng)設(shè)計無規(guī)定時，按先栓后焊的施工工藝順序進(jìn)行。③高強(qiáng)螺栓應(yīng)自由穿入螺栓孔內(nèi)，高強(qiáng)度螺栓應(yīng)自由穿入孔內(nèi)，嚴(yán)禁用榔頭等工具強(qiáng)行打入或用扳手強(qiáng)行擰入螺孔，否則螺桿產(chǎn)生擠壓力，使扭矩轉(zhuǎn)化為拉力，使鋼板壓緊力達(dá)不到設(shè)計要求。當(dāng)板層發(fā)生錯孔時，允許用鉸刀擴(kuò)孔。擴(kuò)孔時，鐵屑不得掉入板層間。擴(kuò)孔數(shù)量不得超過一個接頭螺栓孔的1/3，擴(kuò)孔直徑不得大于原孔徑再加2mm。嚴(yán)禁用氣割進(jìn)行高強(qiáng)螺栓孔的擴(kuò)孔工作。④一個接頭多顆高強(qiáng)螺栓穿入方向應(yīng)一致。墊圈有倒角的一側(cè)應(yīng)朝向螺栓頭和螺母，螺母有圓臺的一面應(yīng)朝向墊圈，螺母和墊圈不應(yīng)裝反。并以扳手向下壓的緊固方向為最佳。⑤安裝中出現(xiàn)板厚差(δ)時，δ≤1mm可不處理；δ＞1mm，將厚板一側(cè)磨成1∶5緩坡，使間隙<1mm；δ>3mm時，要加設(shè)填板，填板制孔、表面處理與母材相同。⑥當(dāng)氣溫低于－10℃和雨、雪天氣時，在露天作業(yè)的高強(qiáng)螺栓應(yīng)停止作業(yè)。當(dāng)氣溫低于0℃時，應(yīng)先做緊固軸力實驗，不合格者，當(dāng)日應(yīng)停止作業(yè)。⑦高強(qiáng)螺栓緊固方法。高強(qiáng)螺栓的緊固是用專門扳手?jǐn)Q緊螺母，使螺栓桿內(nèi)產(chǎn)生要求的拉力。大六角頭高強(qiáng)螺栓一般用兩種方法擰緊，即扭矩法和轉(zhuǎn)角法。扭矩法分初擰和終擰二次擰緊，進(jìn)行初擰扭矩用終擰扭矩的60%～80%，其目的是通過初擰，使接頭各層鋼板達(dá)到充分密貼。再用終擰扭矩把螺栓擰緊。如板層較厚，板疊較多，初擰后板層達(dá)不到充分密貼，還要增加復(fù)擰，復(fù)擰扭矩和初擰扭矩相同。轉(zhuǎn)角法也是以初擰和終擰二次進(jìn)行。初擰用扭矩法，終擰用轉(zhuǎn)角法。初擰用定扭矩扳子以終擰扭矩的50%～80%進(jìn)行，使接頭各層鋼板達(dá)到充分密貼，再在螺母和螺栓桿上面通過圓心畫一條直線，然后用扭矩扳子轉(zhuǎn)動螺母一個角度，使螺栓達(dá)到終擰要求。轉(zhuǎn)動角度的大小在施工前由實驗確定。扭剪型高強(qiáng)螺栓緊固也分初擰和終擰二次進(jìn)行。初擰用定扭矩扳手，以終擰扭矩的50%～80%進(jìn)行，使接頭各層鋼板達(dá)到充分密貼，再用電動扭剪型扳子把梅花頭擰掉，使螺栓桿達(dá)到設(shè)計要求的軸力。電動扭剪型扳子一般有大小兩各套管，大套管卡住螺母，小套管卡住梅花頭，接通電源后，兩個套管按反向旋轉(zhuǎn)，螺母逐漸擰緊，梅花頭切口受剪力逐漸加大，螺母達(dá)到所需要的扭矩時，梅花頭切口剪斷，梅花頭掉下。這時螺栓達(dá)到要求的軸力，如圖7.18所示?！?.4鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的制作和安裝●

7.4.1鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作4)鋼材的準(zhǔn)備檢驗鋼材材質(zhì)的質(zhì)量保證書(記載著本批鋼材的鋼號、規(guī)格、長度、根數(shù)、出產(chǎn)單位、日期、化學(xué)成分和力學(xué)性能)；檢查鋼材的外形尺寸、鋼材的表面缺陷；檢驗鋼結(jié)構(gòu)用鋪助材料(包括螺栓、電焊條、焊劑、焊絲等)的化學(xué)成分，力學(xué)性能及外觀。所有檢驗結(jié)構(gòu)均應(yīng)符合設(shè)計文件要求和國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。5)堆放檢驗合格的鋼材應(yīng)按品種、牌號、規(guī)格分類堆放，其底部應(yīng)墊平、墊高，防止積水。注意堆放不得造成地基下陷和鋼材永久變形。2.零件加工1)放樣根據(jù)加工工藝圖，以1∶1的要求放出整個結(jié)構(gòu)的大樣，制作出樣板和樣桿以作為下料、銑邊、剪制、制孔等加工的依據(jù)。放樣應(yīng)在專門的鋼平臺或平板上進(jìn)行，樣板和樣桿是構(gòu)件加工的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)使用質(zhì)輕、堅固、不宜變形的材料(如鐵皮、扁鐵、塑料板等)制成并精心使用，妥善保管。2)號料以放樣為依據(jù)，在鋼材上畫出切割、銑、刨邊、彎曲、鉆孔等加工位置。號料前，應(yīng)根據(jù)圖紙用料要求和材料尺寸合理配料，尺寸大、數(shù)量多的零件應(yīng)統(tǒng)籌安排、長短搭配、先大后小或套材號料；根據(jù)工藝圖的要求盡量利用標(biāo)準(zhǔn)接頭節(jié)點，使材料得到充分的利用而耗損率降到最低值；大型構(gòu)件的板材宜使用定尺料，使定尺的寬度或長度為零件寬度或長度的倍數(shù)；另外根據(jù)材料厚度的切割方法適當(dāng)?shù)脑黾忧懈钣嗔俊Ｇ懈钣嗔?、號料的允許偏差應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。3)下料鋼材的下料方法有氣割、機(jī)械剪切、等離子切割和鋸切等，下料的允許偏差應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)定。(1)氣割。利用氧氣和燃料燃燒時產(chǎn)生的高溫熔化鋼材，并以高壓氧氣流進(jìn)行吹掃，使金屬按要求的尺寸和形狀切割成零件?？梢詫Ω鞣N鋼材進(jìn)行切割，它用的氧氣的純度對氣體消耗量、切割速度、切割質(zhì)量有很大的關(guān)系。4)制孔制孔分鉆孔和沖孔兩類，各級螺栓孔、孔距等的允許偏差應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。(1)鉆孔。鉆孔適用性廣，孔壁損傷小，孔的精度高。對于重要結(jié)構(gòu)的節(jié)點，先預(yù)鉆一級孔眼的尺寸，在裝配完成調(diào)整好尺寸后，擴(kuò)成設(shè)計孔徑；一次鉆成設(shè)計孔徑時，為了使孔眼位置有較高的精度，一般均先制成鉆模，鉆模貼在工件上調(diào)好位置，在鉆模內(nèi)鉆孔。為提高鉆孔效率，可以把零件疊在一起鉆幾塊鋼板，或用多頭鉆進(jìn)行鉆孔。一般鉆孔在鉆床上進(jìn)行，若工件太大，不便在鉆床上進(jìn)行時，可用電磁座鉆加工。(2)沖孔。沖孔一般只能用沖較薄的鋼板和型鋼，且孔徑大小一般大于鋼材厚度，否則易損壞沖頭。沖孔效率高，但孔的周圍會產(chǎn)生冷作硬化，孔壁制質(zhì)量差，只用于次要連接。沖孔一般用沖床。當(dāng)碳素結(jié)構(gòu)鋼在環(huán)境溫度低于－20℃、低合金結(jié)構(gòu)鋼在環(huán)境溫度低于－15℃時，不得進(jìn)行沖孔。5)邊緣加工邊緣加工包括：為消除切割造成的邊緣硬化而將板邊刨去2～4mm；為了保證焊縫質(zhì)量而將鋼板邊刨成坡口；為了裝配的準(zhǔn)確性及保證壓力的傳遞，而將鋼板刨直或銑平。邊緣加工的方法有刨邊、銑邊、鏟邊、碳弧氣刨、氣割坡口等。刨邊使用刨床，可刨直邊也可刨斜邊；銑邊為端面加工，光潔度比刨邊差一些，用銑床加工；鏟邊可以用手工或風(fēng)鏟，加工精度較差；碳弧氣刨利用碳棒與被刨削的金屬產(chǎn)生的電弧將工件熔化，壓縮空氣隨即將熔化的金屬吹掉；氣割坡口將割炬嘴偏斜成所需要的角度，然后對準(zhǔn)開坡口的位置運行割炬。邊緣加工的允許偏差應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)定。6)彎曲根據(jù)設(shè)計要求，利用加工設(shè)備和一定的工裝模具把板材或型鋼彎制成一定形狀的工藝方法。一般油冷彎和熱彎兩種方法。(1)冷彎。鋼板或型鋼冷彎的工藝方法有滾圓機(jī)滾彎、壓力機(jī)壓彎以及頂彎、拉彎等，各種工藝方法均應(yīng)按型材的截面形狀、材質(zhì)、規(guī)格及彎曲半徑制作相應(yīng)的胎膜，并經(jīng)試彎符合要求后方準(zhǔn)正式加工。冷彎后零件的自由尺寸的允許偏差應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)定。(2)熱彎。也稱煨彎，是將鋼材加熱到1000℃～1100℃(暗黃色)時立即進(jìn)行煨彎，并在500℃～550℃(暗黑色)之前結(jié)束。鋼材加熱如超過1100℃，則晶格將會發(fā)生裂隙，材料變脆，致使質(zhì)量急劇降低而不能使用；如低于550℃，則鋼材產(chǎn)生藍(lán)脆而不能保證煨彎的質(zhì)量，因此一定要掌握好加熱溫度。7)變形矯正3.構(gòu)件的組裝和預(yù)拼裝1)組裝組裝是將設(shè)備完成的零件或半成品按要求的運輸單元，通過焊接或螺栓連接等工序裝配成部件或構(gòu)件。組裝應(yīng)按工藝方法的組裝次序進(jìn)行，當(dāng)有隱蔽焊縫時，必須先施焊，經(jīng)檢驗合格后方可覆蓋；為減少大件組裝焊接的變形，一般采用小件組裝，經(jīng)矯正后再整體大部件組裝；組裝要在平臺上進(jìn)行，平臺應(yīng)測平，胎膜須牢固地固定在平臺上；根據(jù)零件的加工編號，對其材料、外形尺寸嚴(yán)格檢驗考核，毛刺飛邊應(yīng)清除干凈，對稱零件要注意方向以免錯裝；組裝好的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)單元，應(yīng)按圖紙用油漆編號。鋼構(gòu)件組裝的方法見表7-9。2)預(yù)拼裝由于受運輸、安裝設(shè)備能力的限制，或者為了保證安裝的順利進(jìn)行，在工廠里將多個成品構(gòu)件按設(shè)計要求的空間設(shè)置試裝成整體，以檢驗各部分之間的連接狀況，稱為預(yù)拼裝。預(yù)拼裝一般分平面預(yù)拼裝和立體預(yù)拼裝兩種狀態(tài)，拼裝的構(gòu)件應(yīng)處于自由狀態(tài)，不得強(qiáng)行固定。預(yù)拼裝檢驗合格后，應(yīng)在構(gòu)件上標(biāo)注上下定位中心線、標(biāo)高基準(zhǔn)線、交線中心點等必要標(biāo)記，必要時焊上臨時撐件和定位器等。其允許偏差應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)定。4.成品涂裝、編號1)涂裝鋼結(jié)構(gòu)高層建筑件一般只作防銹蝕處理，不刷面漆。通常是在加工驗收合格后，對焊縫處、高強(qiáng)螺栓摩擦面處刷兩遍防銹油漆，待現(xiàn)場安裝完后，再對焊縫和高強(qiáng)螺栓接頭處補(bǔ)刷防銹漆。涂刷前必須將構(gòu)件表面的毛刺、鐵銹、油污以及附著物清除干凈，使鋼材露出鐵灰色，以增加油漆與表面的黏結(jié)力，其方法、質(zhì)量等級見表7-10?！?.4.2鋼結(jié)構(gòu)的安裝3)物質(zhì)準(zhǔn)備(1)各種機(jī)具、儀器的準(zhǔn)備。①塔式起重機(jī)。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的安裝采用的機(jī)械主要是塔式起重機(jī)。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)平面的幾何形狀和尺寸，構(gòu)件的質(zhì)量等進(jìn)行選用。靜安希爾頓酒店選用內(nèi)爬式塔式起重機(jī)，深圳發(fā)展中心大廈工程選用了外附著式塔式起重機(jī)。一般情況下，應(yīng)盡可能采用外附著式起重機(jī)，拆裝方便，其塔基可選在地下層或另設(shè)塔基；當(dāng)選擇內(nèi)爬塔式起重機(jī)時，塔式起重機(jī)一般設(shè)在電梯井處。塔式起重機(jī)的位置和性能應(yīng)能滿足以下要求：臂桿長度對建筑物具有足夠的覆蓋面；有足夠的起重機(jī)能力，并滿足不同位置構(gòu)件起吊質(zhì)量的要求；鋼絲繩容量需滿足起吊高度和起重能力的要求；起吊速度要有足夠的檔次，以滿足安裝需要。當(dāng)多機(jī)作業(yè)時，應(yīng)考慮當(dāng)塔式起重機(jī)為水平臂桿時，臂桿要有足夠的高差，能夠安全運轉(zhuǎn)而不碰撞；各塔式起重機(jī)之間應(yīng)有足夠的安全距離，確保臂桿與塔身互不相碰。塔式起重機(jī)的頂升、錨固或爬升應(yīng)注意的問題：對外附著式塔式起重機(jī)，其吊鉤的高度應(yīng)滿足安裝高度和各塔式起重機(jī)之間的高差要求，并根據(jù)塔身允許的自由高度來確定錨固次數(shù)；塔式起重機(jī)的錨固點應(yīng)選擇有利于鋼結(jié)構(gòu)加固，并能先形成框架整體結(jié)構(gòu)以及有利于幕墻安裝的部位，錨固點應(yīng)進(jìn)行計算。對內(nèi)爬式塔式起重機(jī)，其爬升的位置應(yīng)滿足塔身自由高度和鋼結(jié)構(gòu)每節(jié)柱單元安裝高度的要求；塔式起重機(jī)的基座與鋼結(jié)構(gòu)梁柱的連接方法，應(yīng)進(jìn)行計算確定；塔式起重機(jī)所在位置的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)在爬升前焊接完畢，以形成整體。②焊接設(shè)備與輔助設(shè)備。焊接設(shè)備常用的有：焊接發(fā)電機(jī)、焊接整流器、焊接變壓器、埋弧焊機(jī)、明弧焊機(jī)，電渣焊機(jī)和栓釘焊機(jī)等，目前國產(chǎn)的電焊機(jī)種類很多，分直流和交流兩大類。輔助設(shè)備有遠(yuǎn)紅外線烘干箱(烘干焊條)和空氣壓縮機(jī)(作為碳弧氣刨、空氣等離子切割機(jī)及風(fēng)動機(jī)具的風(fēng)源)等。⑥測量儀器與工具。測量儀器包括激光經(jīng)緯儀和激光鉛直器(豎向投點，夜間作業(yè)放線)、經(jīng)緯儀(一般放線，柱子校正，垂直放線)、水平儀或精密水平儀、彎管目鏡(垂直投點)、全站儀(工程測量、放樣、體積計算)等。測量工具包括：各種尺，彈簧枰，溫度計，鐵水平，激光靶，記號筆，油漆，報話機(jī)等。⑦安裝設(shè)備與工具。包括千斤頂、鐵扁擔(dān)、鋼絲繩及卡子、滑輪及附件等。(2)按施工平面布置的要求，組織鋼構(gòu)件及大型機(jī)械進(jìn)場，并對機(jī)械進(jìn)行安裝及試運行。(3)構(gòu)件的配套、預(yù)檢。①構(gòu)件配套按安裝流水順序進(jìn)行，以一個結(jié)構(gòu)安裝流水段為單元，將所有鋼構(gòu)件分別由堆場整理出來，集中到配套場地，在數(shù)量和規(guī)格齊全之后進(jìn)行構(gòu)件預(yù)檢和處理修復(fù)，然后根據(jù)安裝順序，分批將合格的構(gòu)件由運輸車輛供應(yīng)到工地現(xiàn)場。配套中應(yīng)特別注意附件(如連接板等)的配套，否則小小的零件將會影響到整個安裝進(jìn)度，一般對零星附件是采用螺栓或鉛絲直接臨時捆扎在安裝節(jié)點上。②鋼構(gòu)件在出廠前，制造廠根據(jù)制作規(guī)范、規(guī)定及設(shè)計圖紙的要求進(jìn)行產(chǎn)品檢驗，填寫質(zhì)量報告，實際偏差值。鋼構(gòu)件交付結(jié)構(gòu)安裝單位后，結(jié)構(gòu)安裝單位再在制造廠質(zhì)量報告的基礎(chǔ)上，根據(jù)構(gòu)件性質(zhì)分類，再進(jìn)行復(fù)檢或抽檢。結(jié)構(gòu)安裝單位對鋼構(gòu)件預(yù)檢的項目，主要是同施工安裝質(zhì)量和工效有關(guān)的數(shù)據(jù)，如幾何外形尺寸、螺孔大小和間距、預(yù)埋件位置、焊縫坡口、節(jié)點摩擦面、構(gòu)件數(shù)量規(guī)格等。構(gòu)件的內(nèi)在制作質(zhì)量應(yīng)以制造廠質(zhì)量報告為準(zhǔn)。預(yù)檢數(shù)量，關(guān)鍵構(gòu)件全部檢查；其他構(gòu)件抽檢10%～20%，應(yīng)記錄預(yù)檢數(shù)據(jù)。構(gòu)件預(yù)檢最好由結(jié)構(gòu)安裝單位和制造廠聯(lián)合派人參加(其計量工具、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)統(tǒng)一)。同時還應(yīng)組織構(gòu)件處理小組，將預(yù)檢出的偏差及時給予修復(fù)，嚴(yán)禁不合格構(gòu)件送到工地現(xiàn)場，更不應(yīng)到高層去處理?，F(xiàn)場施工安裝應(yīng)根據(jù)預(yù)檢數(shù)據(jù)，采取措施，以保證安裝順利進(jìn)行。(4)安裝前，應(yīng)對建筑物的定位軸線、底層柱的安裝位置線、柱間距、柱基地腳螺栓、基礎(chǔ)標(biāo)高和基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢查，待合格后才能進(jìn)安裝。3.鋼結(jié)構(gòu)高層建筑安裝1)安裝流水段鋼結(jié)構(gòu)高層建筑安裝須按照建筑平面形狀、結(jié)構(gòu)形式、安裝機(jī)械的數(shù)量和位置等，合理劃分安裝施工流水區(qū)段。(2)立面流水段劃分。以一節(jié)鋼柱(各節(jié)所含層數(shù)不一)高度內(nèi)所有構(gòu)件作為一個流水段。每個流水段先滿足以主梁或鋼支撐帶狀桁架安裝成框架的原則，再進(jìn)行次梁、樓板及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝。塔式起重機(jī)的提升、頂升與錨固均應(yīng)滿足組成框架的需要。2)安裝(1)安裝順序。安裝多采用綜合法，其順序一般是：平面內(nèi)從中間的一個節(jié)間(標(biāo)準(zhǔn)節(jié)框架)開始，以一個節(jié)間的柱網(wǎng)為一個安裝單元，先安裝柱，后安裝梁，然后往四周擴(kuò)展。垂直方向自下而上組成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后分層次安裝次要構(gòu)件，一節(jié)間一節(jié)間鋼框架，一層樓一層樓安裝完成，以便消除安裝誤差累積和焊接變形，使誤差減低到最小限度。筒體結(jié)構(gòu)的安裝順序一般為先內(nèi)筒后外筒，對稱結(jié)構(gòu)采用全方位對稱方案安裝。凡有鋼筋混凝土內(nèi)筒體的結(jié)構(gòu)，應(yīng)先澆注筒體。(2)安裝要點。一般高層及超鋼結(jié)構(gòu)高層建筑建筑的安裝工藝流程如圖7.21所示。①凡在地面拼裝的構(gòu)件，須設(shè)置拼裝架組拼(立拼)，易變形的構(gòu)件應(yīng)先進(jìn)行加固，組拼后的尺寸經(jīng)校檢無誤后，方可安裝。②各類構(gòu)件的吊點，宜按下述方法設(shè)置：鋼柱平運兩點起吊，安裝一點立吊。立吊是須在柱子根部墊以墊木，以回轉(zhuǎn)法起吊，嚴(yán)禁根部拖地。鋼梁，用特制吊卡兩點平吊或串吊。鋼構(gòu)件的組合件因組合件形狀、尺寸不同，可通過計算重心來確定吊點，并可采用兩點、三點或四點吊。③鋼構(gòu)件的零件及附件應(yīng)隨構(gòu)件一并起吊，對尺寸較大、質(zhì)量較大的節(jié)點板，應(yīng)用鉸鏈固定在構(gòu)件上；鋼柱上的爬梯，大梁上的輕便走道也應(yīng)牢固固定在構(gòu)件上。④每個流水段一節(jié)柱的全部鋼構(gòu)件安裝完畢并驗收合格后，方能進(jìn)行下一流水段鋼結(jié)構(gòu)的安裝。⑤在安裝前、安裝中及竣工后均應(yīng)采取一定的測量手段來保證工程質(zhì)量測量，測量預(yù)控程序如圖7.22所示。⑥當(dāng)天安裝的構(gòu)件，應(yīng)形成空間穩(wěn)定體系，以確保安裝質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的安全；當(dāng)一節(jié)柱的各層梁安裝校正后，應(yīng)立即安裝本節(jié)各層樓梯，鋪好各層樓面的壓型鋼板；預(yù)制外墻板應(yīng)根據(jù)建筑物的平面形狀對稱安裝，使建筑物各側(cè)面均勻加載；樓面上的施工荷載不得超過梁和壓型鋼板的承載力；疊合樓板的施工應(yīng)隨著鋼結(jié)構(gòu)的安裝進(jìn)度進(jìn)行，兩個工作面相距不宜超過5個樓層。⑦安裝時，應(yīng)注意日照、焊接等溫度引起的熱影響，施工中應(yīng)有調(diào)整因構(gòu)件伸長、縮短、彎曲而引起的偏差的措施。⑧為控制安裝誤差，對鋼結(jié)構(gòu)高層建筑先確定標(biāo)準(zhǔn)柱(能控制框架平面輪廓的少數(shù)柱子)，一般選平面轉(zhuǎn)角柱為標(biāo)準(zhǔn)柱。其垂直度觀測取柱基中心線為基準(zhǔn)點用激光經(jīng)緯儀進(jìn)行。

(3)安裝校正。①安裝前，首先要確定是采用設(shè)計標(biāo)高安裝還是采用相對標(biāo)高安裝。柱子、主梁、支撐等大構(gòu)件安裝時，應(yīng)立即進(jìn)行校正，校正正確后，應(yīng)立即進(jìn)行永久的固定，以確保安裝質(zhì)量。②柱子安裝時，應(yīng)先調(diào)整位移，最后調(diào)整垂直偏差，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行校正，標(biāo)準(zhǔn)柱子的垂直偏差應(yīng)校正到±0.000；當(dāng)上柱和下柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)錯位時，可在連接上下柱的臨時耳板處，加墊板進(jìn)行調(diào)整。主梁安裝時，應(yīng)根據(jù)焊縫收縮量預(yù)留焊縫變形量。各項偏差均符合規(guī)范的規(guī)定。③當(dāng)每一節(jié)柱子的全部構(gòu)件安裝、焊接、栓接完成并驗收合格后，才能從地面引測上一節(jié)柱子的定位軸線。各部分構(gòu)件(即柱、主梁、支撐、樓梯、壓型鋼板等)的安裝質(zhì)量檢查記錄，必須是安裝完成后驗收前的最后一次實測記錄，中間的檢查記錄不得作為竣工驗收的記錄。(4)鋼結(jié)構(gòu)連接。目前鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場連接方法主要有：焊接連接，用于柱一柱連接，鋼柱之間常用坡口焊連接；螺栓—焊接混合連接，用于柱—梁連接、梁—梁連接，一般上、下翼緣用坡口焊連接，而腹板用高強(qiáng)螺栓連接，次梁與主梁的連接基本上是在腹板處用高強(qiáng)螺栓連接，少量在上、下翼緣處用坡口焊連接，混合連接如圖7.23所示；螺栓連接，用于支撐連接。柱與梁的焊接順序是先焊接頂部柱、梁的節(jié)點，再焊接底部柱、梁的節(jié)點，最后焊接中間部分的柱、梁節(jié)點。高強(qiáng)螺栓連接兩個連接構(gòu)件的緊固順序是先主要構(gòu)件，后次要構(gòu)件；H形構(gòu)件的緊固順序是上翼→下翼緣→腹板；同一節(jié)柱上各梁柱節(jié)點的緊固順序是柱子上部的梁柱節(jié)點→柱子下部的梁柱接點→柱子中部的梁柱節(jié)點；每一節(jié)點安裝緊固高強(qiáng)螺栓的順序是摩擦面處理→檢查安裝連接板(對孔，擴(kuò)孔)→臨時螺栓連接→高強(qiáng)螺栓緊固→初擰→終擰。操作要點見本章相關(guān)內(nèi)容。●7.4.3鋼結(jié)構(gòu)高層建筑制作和安裝焊接工藝1.焊接方法鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的焊接方法多采用CO2保護(hù)焊、自動埋弧焊、電渣焊等，手工電弧焊則一般用作焊縫打底。在鋼構(gòu)件的制作中，翼緣板和腹板的長度拼接及H形、箱形柱和梁等構(gòu)件縱向組合主焊縫的焊接，廣泛采用埋弧焊。在要求全焊透的接頭中，為了避免坡口底部因漏焊而破壞焊縫成型，還采用藥皮焊條手工點弧焊或CO2氣體保護(hù)焊打底，然后用埋弧焊填充和蓋面；如圖7.24所示為H形截面采用埋弧焊的操作示意圖。箱形截面柱與梁翼緣連接部位的柱內(nèi)設(shè)置的橫隔板，與柱身面板間的立縫一般采用熔嘴電渣焊焊接，箱形結(jié)構(gòu)封閉后，通過預(yù)留孔用兩臺焊機(jī)同時進(jìn)行電焊。由兩根熱軋H型鋼(其中一根從腹部中線切開)組成或者用鋼板組焊而成的一個H型截面和兩個T型截面組成的十字型鋼柱，由于十字型構(gòu)件翼緣的障礙，腹板焊接可用手工電弧焊或CO2保護(hù)半自動焊，整個焊接工作必須在模架上進(jìn)行，利用絲杠、夾縣把零件固定在模架上點焊，然后按十字形腹板的焊接順序施焊。在鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場安裝中，柱與柱的連接用橫坡口焊，柱與梁的連接用平坡口焊；焊接母材厚度不大于30mm時采用手工焊，焊接母材厚度大于30mm時采用CO2氣體保護(hù)半自動焊。2.焊接前的準(zhǔn)備工作1)焊條、焊絲、焊劑規(guī)格和型號等的選擇先根據(jù)焊接工藝試驗確定的焊接方法，再由不同的焊接方法的操作工藝來進(jìn)行選擇，參見本章相關(guān)內(nèi)容。2)檢查焊接操作條件，工具、設(shè)備和電源焊工操作平臺，腳平放風(fēng)等操作條件都安裝到位；焊機(jī)型號應(yīng)正確、完好；事先放好設(shè)備平臺，必要的工具應(yīng)配備齊全，且放在操作平臺上的設(shè)備排列應(yīng)符合安全規(guī)定；電源線路要合理和安全可靠，安裝穩(wěn)壓器。3)焊條(絲)、焊劑的烘烤焊條和粉芯焊絲使用前必須按質(zhì)量要求進(jìn)行烘烤，嚴(yán)禁使用濕焊條。焊條的烘烤制度見表7-11。焊劑不應(yīng)受潮結(jié)塊，焊劑在使用前必須烘干，烘干溫度一般為中錳型焊劑(如HJ430、HJ431)250℃～300℃，烘烤時間2h；無錳或低錳型焊劑(如HJ230)300℃～400℃，烘烤2h后使用。使用中回收的焊劑經(jīng)過篩除，去雜物后烘干，再與新焊劑配比使用。車間要定期回收焊劑以免浪費。4)熱板和引弧板：坡口焊均用熱板和引弧板，目的是保證底層焊接質(zhì)量。引弧板可保證正式焊縫的質(zhì)量，避免起弧和收弧時對焊接件增加初應(yīng)力和產(chǎn)生缺陷，引弧板安裝如圖7.25所示。熱板和引弧板均用低碳鋼制作，間隙過大的焊縫宜用紫銅板。5)定位點焊焊接結(jié)構(gòu)在拼接組裝、安裝時，要確定零件、構(gòu)件的準(zhǔn)確位置，要先進(jìn)行定位點焊，如果定位點焊的質(zhì)量不好，這種短焊縫的焊接缺陷留在焊縫中，將會影響焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。定位點焊的尺寸可參考有關(guān)手冊。進(jìn)行定位點焊時，應(yīng)注意的事項如下。(1)定位焊采用的焊材型號應(yīng)與焊件材質(zhì)相匹配。定位焊必須由持有相應(yīng)合格證的焊工施焊，定位焊焊縫應(yīng)與最終焊縫有相同的質(zhì)量要求。(2)點焊時，對要求預(yù)熱的鋼板要用高于正式焊縫的預(yù)熱溫度進(jìn)行預(yù)熱。(3)嚴(yán)禁在母材上引弧和收弧，應(yīng)設(shè)引弧板。(4)定位焊的位置應(yīng)布置在焊道以內(nèi)，且盡量避開構(gòu)件的端部、邊角等應(yīng)力集中的地方，如圖7.26所示。如遇到焊縫交叉時，定位焊縫應(yīng)離交叉處50mm以上。(5)為了與正式焊縫搭接，定位焊縫的余高不應(yīng)過高，定位點焊的起點和終點要與母材平緩過渡，防止正式焊接時產(chǎn)生未焊透等缺陷。(6)焊條直徑比正式焊縫的直徑小一些；電流要比正式焊縫提高10%～15%，以防止點焊縫出現(xiàn)夾渣缺陷。(7)焊前必須清除焊接區(qū)的有害物，定位焊縫不得有裂紋、夾渣、焊瘤等缺陷。當(dāng)定位焊縫上有氣孔、裂紋時，必須清除后重新進(jìn)行焊接。(8)定位焊焊縫厚度不宜超過設(shè)計焊縫厚度的2/3，且不應(yīng)大于6mm。長焊縫焊接時，定位焊縫長度不宜小于50mm，焊縫間距宜為500～600mm，并應(yīng)填滿弧坑。6)坡口檢查采用坡口焊的焊接連接，焊前應(yīng)對坡口組裝的質(zhì)量進(jìn)行檢查，如誤差超過規(guī)范所允許的誤差，則應(yīng)返修后再進(jìn)行在進(jìn)行焊接。同時，焊接前對坡口進(jìn)行清理，去除對焊接有妨礙的水分、垃圾、油污和銹等。7)焊工崗前培訓(xùn)焊工必須事先培訓(xùn)和考核，培訓(xùn)內(nèi)容同規(guī)范一致。考核合格后發(fā)合格操作證明(發(fā)證單位須具有發(fā)證資格)，嚴(yán)禁無證操作。3.焊接工藝要點1)焊接順序采用合理的焊接順序，可以防止產(chǎn)生過大的焊接變形，并盡可能減少焊接應(yīng)力，保證焊接質(zhì)量。(1)構(gòu)件制作時合理的焊接順序。