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钢结构

钢结构是主要由钢制材料组成的结构,是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻,且施工简便,广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。

以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;材料匀质性和各向同性好,属理想弹性体,最符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好,可有较大变形,能很好地承受动力荷载;建筑工期短;其工业化程度高,可进行机械化程度高的专业化生产。钢结构今后应研究高强度钢材,大大提高其屈服点强度;此外要轧制新品种的型钢,例如H型钢(又称宽翼缘型钢)和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。

另外还有无热桥轻钢结构体系,建筑本身是不节能的,本技术用巧妙的特种连接件解决了建筑的冷热桥问题;小桁架结构使电缆和上下水管道从墙里穿越,施工装修都方便;无比节能是世界上唯一的一家以冷弯薄壁型钢建7层住宅的建筑体系。

钢结构下游行业对钢结构行业的发展具有较大的牵引和驱动作用,它们的需求变化直接决定了行业未来的发展状况。

1.钢结构的上游行业为钢铁等原材料供应行业

钢铁行业是钢结构产业发展的物质基础,钢铁行业的技术进步为钢结构的应用创造了有利条件。国内钢铁行业的一些大企业已经开始了建筑结构用钢的品种和技术的研发,相继开发了高强钢和耐火、耐候、耐海水、抗层状撕裂、抗低温用钢,以及H 型钢、高性能彩涂钢板、冷弯型钢等,为钢结构产业的发展奠定了良好的应用基础。

钢结构以其强度高、自重轻、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短、可塑性强、节能环保等综合优势,在工业厂房、市政基础设施建设、文教体育建设、电力、桥梁、海洋石油工程、航空航天等行业得到了广泛的应用,市场空间广阔。

2、上下游对本行业的影响

钢结构的上游主要是钢铁行业,钢材产品价格波动直接影响本行业的采购成本。从整体上看,上游行业基本属于竞争性行业,生产用于钢结构的各类钢板、钢管、型钢等钢材,其中H 型钢和中厚板是钢结构建筑中最为常用的产品。产业洞察研究数据2011 年粗钢产量达6.96 亿吨,产量相对饱和,钢结构生产所需的原材料能获得稳定的供应。

下游行业对钢结构行业的发展具有较大的牵引和驱动作用,它们的需求变化直接决定了行业未来的发展状况。钢结构以其强度高、自重轻、抗震性能好、工业化程度高、施工周期短、可塑性强、节能环保等综合优势,在工业厂房、市政基础设施建设、文教体育建设、电力、桥梁、海洋石油工程、航空航天等行业得到了广泛的应用,市场空间逐步扩大。另外,一旦住宅钢结构市场取得突破,逐步取代传统建筑形态进入住宅建设领域,钢结构行业将引来爆发性的增长。

中国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就,但由于2000多年的封建制度的束缚科学不发达,因此,长期停留于铁制建筑物的水平。直到19世纪末,我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后,钢结构的应用有了很大的发展,不论在数量上或质量上都远远超过了过去。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平,掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术,在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等,我国的人民大会堂钢屋架,北京和上海等地的体育馆的钢网架,陕西秦始皇兵马佣陈列馆的三铰钢拱架和北京的鸟巢等。 

轻钢结构的楼面由冷弯薄壁型钢架或组合梁、楼面OSB结构板,支撑、连接件等组成。所用的材料是定向刨花板,水泥纤维板,以及胶合板。在这些轻质楼面上每平方米可承受316~365公斤的荷载。 迈特建筑轻钢结构住宅的楼面结构体系重量仅为国内传统的混凝土楼板体系的四分之一到六分之一,但其楼面的结构高度将比普通混凝土板高100~120毫米。

设备钢结构的加工制作与精密钢结构类似,介于普通结构件(对加工要求不高)与精密机械加工(要求加工较精细)之间,采用焊接或者栓接的连接方式。

设备钢结构通常会在以下方面提出特殊要求或者更高要求:

结构件:材质、表面粗糙度公差、表面处理、直线度(或弧度)

连接:孔位偏差、螺栓等级;焊接方法、焊接标准、焊材;气密性,要求进行无损检测、液体渗透检测等

整体结构:垂直度、水平度等

包装:包装材料、包装方法

仓储:环境温度、环境湿度

运输:装卸、车内摆放、集装箱内摆放,等等。

编辑

钢结构在使用过程中会受到各种形式的作用(荷载、基础不均匀沉降、温度等),所以要求钢材应具有良好的机械性能(强度、塑性、韧性)和加工性能(冷热加工和焊接性能),以保证结构安全可靠。钢材的种类很多,符合钢结构要求的只是少数几种,如碳素钢中的Q235,低合金钢中的l6Mn,用于高强螺栓的20锰钒钢(20MnV)等。

性能指标

1、强度

钢材的强度指标由弹性极限σe,屈服极限σy,和抗拉极限σu,设计时以钢材的屈服强度为基础,屈服强度高可以减轻结构的自重,节省钢材,降低造价。抗拉强度σu即是钢材破坏前所能承受的最大应力,此时的结构因塑性变形很大而失去使用性能,但结构变形大而不垮,满足结构抵抗罕遇地震时的要求。‘σu/σy值的大小,可以看作钢材强度储备的参数。

2、塑性

钢材的塑性一般指应力超过屈服点后,具有显著的塑性变形而不断裂的性质。衡量钢材塑性变形能力的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。

3、冷弯性能

钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力。钢材的冷弯性能是用冷弯实验来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能。

4、冲击韧性

钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下,断裂过程中吸收机械动能的一种能力,是衡量钢材抵抗冲击荷裁作用,可能因低温、应力集中,而导致脆性断裂的一项机械性能。一般通过标准试件的冲击试验来获得钢材的冲击韧性指标。

5、焊接性能

钢材的焊接性能是指在定的焊接工艺条件下,获得性能良好的焊接接头。焊接性能可分为焊接过程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能两种。焊接过程中的焊接性能是指焊接过程中焊缝及焊缝附近金属不产生热裂纹或冷却不产生冷却收缩裂纹的敏感性。 焊接性能好,是指在一定焊接工艺条件下,焊缝金属和附近母材均不产生裂纹。使用性能上的焊接性能是指焊缝处的冲击韧性和热影响区内延性性能,要求焊缝及热影响区内钢材的力学性能不低于母材的力学性能。我国采用焊接过程的焊接性能试验方法,也采用使用性使用性质上的焊接性能试验方法。

6、耐久性

影响钢材耐久性的因素很多。首先是钢材的耐腐蚀性差,必须采取防护措施,防止钢材腐蚀生锈。防护措施有:定期对钢材油漆维护,采用镀锌钢材,在有酸,碱,盐等强腐蚀介质条件下,采用特殊防护措施,如海洋平台结构采用“阳极保护”措施防止导管架腐蚀,在导管架上固定上锌锭,海水电解质会自动先腐蚀锌锭,从而达到保护钢导管架的功能。其次由于钢材在高温和长期荷载作用下,其破坏强度比短期强度降低较多,故对长期高温作用下的钢材,要测定持久强度。钢材随时间推移会自动变硬、变脆、即“时效”现象。对低温荷载作用下的钢材要检验其冲击韧性。

钢结构也是有损坏的时候,我们要即时发现即时解决问题,钢结构网介绍钢结构损坏的主要因素有:1)由荷载变化,超期服役,规范和规程改变导致结构承载力不足;2)构件由于各种意外产生变形、扭曲、伤残、凹陷等,致使构件截面削弱,杆件翘曲,连接开裂等;3)温差作用下引起构件或连接变形、开裂和翘曲;4)由于化学物质的侵蚀而产生腐蚀以及电化学腐蚀致使钢结构构件截面削弱;5)其它包括设计、生产、施工中的失误及服役期中的违规使用和操作等。

钢结构的加固技术措施主要有三种:1) 截面补强法:在局部或沿构件全长以钢材补强,连成整体使之共同受力;2) 改变计算简图:增设附加支承,调整荷载分布情况,降低内力水平,对超静定结构支座进行强迫位移,降低应力峰值;3) 预应力拉索法:利用高强拉索加固结构薄弱环节或提高结构整体承载力、刚度和稳度。

①安装前,施工单位应对构件的产品合格证、设计文件与预拼装记录进行检查,并复验记录构件的尺寸。钢结构的变形、缺陷超出允许偏差时,应进行处理。

安装前,应编制详细的测量和矫正工艺,厚钢板的焊接应在焊接安装前进行模拟产品结构的工艺试验,编制相应的施工工艺。对拼装好的屋架应预设一定的起拱度。

②钢结构吊装就位后,应对构件定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记,对吊装对接接头质量进行焊前检查。安装好临时支撑及钢浪索以使钢屋架在施工过程中安全稳定。

③钢结构安装时,施工单位应提交每榀构件吊装后的标高尺寸、焊接、涂装等分别向监理提交验收。

我国建筑钢结构起步较早,行业标准和规范日趋完善,行业人才(包括设计、安装、施工)逐渐形成规模,并且部分优质公司开始承接海外项目。前瞻产业研究院发布的《2015-2020年中国钢结构行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》数据显示,2000年以来,我国钢结构行业进入高速发展阶段,钢结构产量从2002年的850万吨,增长到2011年的3500万吨,年均复合增长率在15%以上,2012年产量约为3900万吨。

我国空间钢结构的应用较广,在钢结构应用中占比较大,主要用于大型体育场馆、剧院、机场、火车站等城市公共建筑。到2012年空间钢结构的市场容量约为430多亿元。

钢结构建筑具有抗震、重量轻、环境污染小等优点,符合建筑节能环保的方向,在美国、日本等发达国家,钢结构建筑面积占总建筑面积的40%以上,而在中国,这一比例仅5%左右。从而,钢结构建筑的推广将极大的扩张钢结构行业的需求市场,并且这一市场在国内具有极大的发展空间。

钢结构发展:应关注三大领域

根据行业发展状况,刘军认为,海洋石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁等3个领域的发展应当引起国家有关主管部门的关注,如果受到重视和政策鼓励,完全可以实现产业倍增的目标。

刘军指出,海洋石油的产量在2015年要达到1亿吨,海洋工程装备企业的目标是要为深海1500米~3000米的开采提供大量装备,产业水平及规模必须提高;钢结构住宅符合绿色环保、节能减排和循环经济政策,其工业化、标准化的钢结构住宅产品具有广阔和无限的市场空间;目前,全国59万座公路桥梁中钢结构桥梁不足1%,铁路系统高速发展,新建线路以桥代路,80%均是预应力钢筋混凝土桥梁。而钢结构桥梁在日本占到41%,美国占到33%,由此可见我国钢结构桥梁的市场需求和产业发展与发达国家还有很大差距。

中国钢结构产业在近10余年期间发展迅速,已成为全球钢结构用量最大、制造施工能力最强、产业规模第一、企业规模第一的钢结构大国。

钢结构企业:须重视“十二五”发展

刘军指出,各地重大钢结构工程的成功建设,说明我国的钢结构综合技术水平已处于国际先进水平。但我国的钢结构产业在信息化、自动化、标准化、科研创新方面同发达国家相比还有不小的差距。2011年是国家“十二五”规划起始之年,国家有关部委、行业协会及企业集团、钢结构企业都在进行调研、分析市场及未来发展趋势。国家发改委、工信部、科技部也正在研究有关战略性新型产业确定和规划目标,对具有国际先进水平、自主创新能力强、国际竞争实力强大并可以占领更多市场的产业,将列入规划并给予支持、扶持政策。机遇也是挑战,我国钢结构产业能否上台阶、上规模,“十二五”期间的发展至关重要。

刘军介绍说,中国钢结构协会经过调查研究,在听取有关专家意见和建议后,草拟了《关于钢结构产业在国家“十二五”规划的战略思考及建议草案》,在征求有关人员的意见后,协会将组织有关专家具体落实、完善,以促进“十二五”期间钢结构行业取得更大发展。

我国钢结构行业呈现持续和快速的增长势头,钢结构产量从2002年的850万吨增长到2009年的2294万吨,年均复合增长率达到15.24%。据相关数据估计,2010年,钢结构产量达到2600万吨。2011年,钢结构产量约为2900万吨。我国钢结构行业正处于迅猛发展时期。

我国钢结构行业总体集中度较低。年产量1万吨以下、1-5万吨、5-30万吨、30万吨以上的钢结构企业数量分别为4000-5000、100、20、6-8;拥有钢结构特级制造资质的企业51家,拥有轻型钢结构工程设计专项甲级资质的企业82家,而同时拥有上述资质及专业承包一级资质的企业更少。随着行业不断发展,行业内并购整合现象将成为常态。

1 、钢结构体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势,塑性和韧性好 抗冲击性好。

2 、钢材的种类有: 按厚度不同分薄板(薄钢板厚度<4mm)、中板(中厚度4-20mm)和厚板(厚度20--60mm)大于60为特厚种。钢带包括在钢板类内。

3、普通螺栓与高强螺栓的区别?

普通螺栓一般用普通碳素结构钢制造,不经热处理,高强螺栓一般用优质碳素结构钢或合金结构钢制造,需要经过调质热处理提高综合机械性能。 高强度分为,8.8级,10.9级,12.9级。

从强度等级: 高强螺栓常用8.8S和10.9S两个强度等级。 普通螺栓一般有4.4级,4.8级 5.6级8.8级。

从受力特点高强螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力,普通螺栓靠栓杆抗剪力和孔壁承压来传递剪力。

4、 按受力特性分为:摩擦型与承压型

摩擦型高强螺栓是依据被连接件之间的摩擦力传递外力,当剪力等于摩擦力时,极为摩擦型高强螺栓连接的设计极限荷载。此时联众的杆件不会发生相对滑移,螺栓杆不受剪,螺栓孔壁不承压。

承压型高强螺栓与普通螺栓类似,剪力可以超过摩擦力,此时被连接构件之间会发生相对滑移,螺栓杆与孔壁接触,连接依靠摩擦力与螺栓杆的剪切、承压共同传力。

承压型高强螺栓的变形较大,不适用于直接承受动力荷载结构的连接。

5、焊条种类几种

大体有十几种:碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条及特殊用途焊条。

6、焊缝缺陷:

(1)未焊透:母体金属接头处中间(X坡口)或根 部(V、U坡口)的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度,在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点,在焊接件承受载荷时容易导致开裂。

(2)未熔合:固体金属与填充金属之间(焊道与母材之间),或者填充金属之间(多道焊时的焊道之间或焊层之间)局部未完全熔化结合,或者在点焊(电阻焊)时母材与母材之间未完全熔合在一起,有时也常伴有夹渣存在。

(3)气孔:在熔化焊接过程中,焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及溢出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙,视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔(包括蜂窝状气孔)等,特别是在电弧焊中,由于冶金过程进行时间很短,熔池金属很快凝固,冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体,或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体,甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等,这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应力集中趋势没有那么大,但是它破坏了焊缝金属的致密性,减少了焊缝金属的有效截面积,从而导致焊缝的强度降低。

7、无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下,对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。

常用无损探伤方法:

超声波探伤:利用超声能透入金属材料的深处,并由一截面进入另一截面时,在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法,当超声波束自零件表面由探头通至金属内部,遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来,在萤光屏上形成脉冲波形,根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

射线探伤(X射线、γ射线):利用射线穿透物体来发现物体内部缺陷的探伤方法 。

磁粉探伤:是用来检测铁磁性材料表面和近表面缺陷的一种检测方法。当工件磁化时,若工件表面有缺陷存在,由于缺陷处的磁阻增大而产生漏磁,形成局部磁场,磁粉便在此处显示缺陷的形状和位置,从而判断缺陷的存在。

8、零部件加工的程序:准备工作、矫正、放羊、切割、弯曲、制孔、组装、焊接、检测、除锈、涂装。

9、 金属表面除锈方法有:手工处理、机械处理、化学处理和火焰处理四种。

(1)手工处理:

手工处理主要用铲刀、钢丝刷、砂布、断钢锯条等工具,靠手工敲、铲、刮、刷、砂的方法来达到清除铁锈,这是漆工传统的除锈方法,也是最简便的方法,没有任何环境及施工条件限制,但由于效率及效果太差,只能适用小范围的除锈处理。

(2)机械除锈法

机械除锈法主要是利用一些电动、风动工具来达到清除铁锈的目的。常用电动工具如电动刷、电动砂轮;风动工具如风动刷。电动刷和风动刷是利用特制圆形钢丝刷的转动,靠冲击和摩擦把铁锈或氧化皮清除干净,特别对表面铁锈,效果较好,但对较深锈斑很难除去。电动砂轮实际是手提砂轮机,可以在手中随意移动,利用砂轮的高速旋转除去铁锈,效果较好,特别对较深的锈斑,其工作效率高,施工质量也较好,使用方便,是一种较理想的除锈工具。但在操作中须注意,不要把金属表皮打穿。

(3)喷砂、喷丸处理法

喷砂、喷丸处理法同前节清除旧涂膜使用法。(4)火焰处理法火焰处理法是利用气焊枪对少量手工难以清除的较深的锈蚀斑,进行烧红,让高温使铁锈的氧化物改变化学成份而达到除锈目的。使用此法,须注意不要让金属表面烧穿,以及防止大面积表面产生受热变形。

(5)化学处理法

化学处理法实际是酸洗除锈法,利用酸性溶液与金属氧化物(铁锈)发生化学反应,生成盐类,而脱离金属表面。常用的酸性溶液有:硫酸、盐酸、硝酸、磷酸。操作中将酸性溶液涂于金属铁锈部位让其慢慢与铁锈发生化学反应而去掉。铁锈去除后应用清水冲洗,并用弱碱溶液进行中和反应,再用清水冲洗后揩干、烘干,以防很快生锈。

对酸洗过的金属表面须要经粗糙处理或磷化处理,主要是增加金属表面与底漆的附着力。

在稀释浓硫酸时,应慢慢把硫酸倒入容器的水中,并不断搅拌,切勿相反操作,以免硫酸液溅出伤人。

10、常见的起重设备:门式起重机 塔式起重机 履带起重机 汽车起重机 轮式起重机 桅杆式起重机 千斤顶 转扬机 葫芦 桥式起重机。

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