建筑施工中钢结构技术探研.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 174 建筑施工中钢结构技术探研 涂 超 江西省城建集团有限公司，江西 高安 330800 摘要：摘要：本文主要针对建筑施工中的钢结构技术进行深入分析，包括钢结构设计技术、制造与施工技术以及维护与保养技术等方面的内容。首先，研究了预应力钢结构设计、组合结构设计、轻钢框架结构设计、钢结构抗震设计和钢结构防火设计等设计技术，重点在于展示这些设计的独特性和如何适应各种需求。接下来，探讨了钢结构的制造与施工技术，包括钢材加工、结构组装、吊装技术和连接技术等方面，揭示了其核心过程和注意事项。最后，讨论了钢结构的维护与保养技术，包括防腐保养、结构检修、钢结构保温隔热技术以及维护策略等内容，提供了对于保障钢结构长期稳定运行的策略与方法。关键词：关键词：钢结构；设计技术；制造与施工技术；维护与保养技术；防腐保养；保温隔热；结构检修 中图分类号：中图分类号：TU973 随着科技的发展和社会的进步，钢结构因其高强度、轻质、施工速度快、可回收利用等优点，已在建筑行业中得到广泛的应用。从桥梁、塔楼到大型工厂、体育馆，钢结构的影子无处不在。对于钢结构的设计、施工和维护，是一个系统性、复杂性的工程问题，需要深入研究和掌握的相关技术。本文旨在对建筑施工中的钢结构技术进行全面的探讨和分析。首先，将会详细介绍钢结构设计的核心技术，包括预应力钢结构设计、组合结构设计、轻钢框架结构设计、钢结构抗震设计和钢结构防火设计等内容，以理解设计的各个环节和挑战。然后，将会聚焦于钢结构的制造与施工技术，包括钢材加工、结构组装、吊装技术和连接技术等重要环节，了解施工过程中的关键技术和工艺流程。最后，将会探讨钢结构的维护与保养技术，包括防腐保养、结构检修、钢结构保温隔热技术以及维护策略等内容，旨在提供保障钢结构长期稳定运行的有效方法和策略。希望本文的探讨和分析，能为建筑行业从业人员以及对钢结构技术感兴趣的读者提供有价值的参考，推动钢结构技术的进一步发展和应用。1 钢结构设计技术 钢结构设计是建筑工程中一个关键的环节，涉及到建筑物的安全、稳定和使用寿命。不同类型的钢结构有其独特的设计原则和技术要求，这包括预应力钢结构设计、组合结构设计、轻钢框架结构设计、钢结构抗震设计和钢结构防火设计等。针对这些不同类型的钢结构，以下将分别进行介绍。1.1 预应力钢结构设计 预应力钢结构设计是一种利用预应力原理，使得钢结构在使用过程中始终处于受压状态，从而提高其承载能力和稳定性的设计方法。根据不同的预应力方式，预应力钢结构可以分为预张拉预应力结构和预压预应力结构两种。预张拉预应力结构的设计方法是在钢结构构件施工完成后，对构件施加预张拉力，使其产生预应力。这种设计方法能使结构在使用过程中，即使受到外力作用，也能保持良好的稳定性和承载能力。例如，某大型钢结构桥梁的主梁使用预张拉预应力设计，其预张拉力可达到 1500kN，从而大大提高了桥梁的稳定性和使用寿命。预压预应力结构的设计方法是在钢结构构件施工过程中，对构件施加预压力，使其在施工完成后能产生预应力。这种设计方法能使结构在施工过程中保持良好的稳定性，同时也能提高其使用过程中的承载能力。例如，一座钢结构大厦的柱子使用预压预应力设计，预压力可达 2000kN，从而在大厦的施工过程中保持了良好的稳定性。1.2 组合结构设计 组合结构设计是一种将不同材料或者不同形状的构件组合使用，从而发挥各自优点，提高整体性能的设计方法。在钢结构设计中，常见的组合结构包括钢-混凝土组合结构和钢-钢组合结构。中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 175 钢-混凝土组合结构是将钢材与混凝土两种材料组合使用，发挥钢材的高强度和混凝土的大刚度的优点。在设计过程中，一般使用钢筋混凝土构件与钢结构构件共同承担荷载。例如，在一座高层建筑中，楼板采用钢-混凝土组合结构设计，使用 Q345 钢和 C30混凝土，可以有效提高楼板的承载能力和刚度。钢-钢组合结构则是将不同形状或者不同性能的钢构件组合使用，从而提高整体性能。常见的设计方法包括将型钢与板材组合使用，或者将高强度钢与低强度钢组合使用。例如，一座工业厂房的主体结构使用 H 型钢与 C 型钢的组合，能有效提高结构的稳定性和抗震性。1.3 轻钢框架结构设计 轻钢框架结构设计是一种以轻型钢为主体材料，通过框架结构方式进行组合构建的设计方法。这种设计方式具有构件重量轻、抗震性能好、施工速度快等优点。在轻钢框架结构设计中，一般采用 Q235 或者 Q345轻型钢材，通过焊接或者螺栓连接方式，将构件连接成框架结构。在设计过程中，需要对构件的截面特性进行计算，以保证其在受到荷载作用时，能够满足强度和稳定性的要求。例如，一座两层轻钢别墅的设计中，楼层之间的承重柱采用 Q345 轻型钢，其截面积为200mm*100mm，根据强度计算，可以满足楼层荷载的要求。另外，轻钢框架结构的连接设计也是一个重要的环节。例如，采用高强度螺栓连接，其预紧力需要通过扭矩系数进行计算，以保证连接的可靠性。例如，如果螺栓的直径为 M20，扭矩系数为 0.2，那么其预紧力应为 0.2/4(20mm)2*300MPa=188.4kN。1.4 钢结构抗震设计 钢结构抗震设计是为了提高钢结构在地震作用下的安全性和稳定性的设计方法。在抗震设计中，需要对钢结构进行合理的布置和配置，以保证其在地震作用下，能够有足够的强度和变形能力，避免因地震引起的灾害。在抗震设计过程中，需要依据相关规范，进行地震力的计算和构件强度的验算。例如，一座位于地震烈度 VII 级地区的工业厂房，其地震作用系数为 0.2，根据规范，需要对其主要构件进行强度验算，并进行必要的抗震措施。此外，钢结构的连接设计也是抗震设计的重要环节，例如，采用耗能连接，能够提高结构的抗震性能。1.5 钢结构防火设计 钢结构防火设计是为了提高钢结构在火灾情况下的稳定性和安全性的设计方法。因为钢材在高温环境下会丧失强度，因此，防火设计是钢结构设计的重要组成部分。在防火设计中，一般会采用防火涂料、防火板、喷涂等方式，对钢构件进行防火保护。例如，对一座商业大楼的钢结构主体进行防火设计，可以在钢构件表面喷涂厚度为 15mm 的膨胀型防火涂料，当遇到火灾时，防火涂料会膨胀形成保护层，阻止高温对钢材的侵蚀。此外，钢结构的防火设计还需要考虑到建筑的使用性能和消防设施的设置，例如，采用防火墙、设置疏散通道、安装喷淋设施等，可以提高建筑的防火性能。2 钢结构制造与施工技术 钢结构的制造和施工是建筑工程的重要环节，关系到整个建筑工程的品质和进度。制造工艺主要包括钢材加工、结构组装等步骤，而施工技术则包括吊装技术、连接技术等。在钢结构的制造和施工过程中，严格的技术控制和精细的工艺流程是保证钢结构品质的关键。2.1 制造技术 钢结构制造技术主要包括钢材的采购、检验、加工和构件的组装。其中，钢材的采购和检验是制造的基础，加工和组装则是制造的主体环节。在钢材的采购和检验环节，需要按照设计要求，选用合格的钢材，并进行必要的品质检验。例如，对于一座设计使用 Q345B 钢的高层建筑，需要在采购钢材时，检验其化学成分、力学性能等参数，确保其满足设计要求。在钢材的检验过程中，可以采用化学分析、金相分析、力学性能测试等方法，对钢材进行全面检验。例如，对于化学成分的检验，可以采用光谱分析仪进行检测，例如，Q345B 钢的 C 含量应小于 0.20%，Mn 含量为 1.00%1.60%，P 含量小于 0.045%，S 含量小于 0.045%，V 含量为 0.02%0.15%，Ti 含量为 0.02%，Nb 含量为 0.015%0.060%。钢材加工和构件组装是制造的主体环节。在这个中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 176 环节中，需要根据设计图纸，对钢材进行切割、成形、钻孔等加工，然后将加工后的构件进行组装。在这个过程中，精确的加工和严谨的组装是关键。例如，对于一个使用H型钢的构件，需要首先对钢材进行切割、矫直、成形等加工，然后通过焊接或者螺栓连接的方式，将构件进行组装。在构件的组装过程中，需要对焊缝进行无损检测，例如，可以采用射线探伤、超声探伤等方法，对焊缝的品质进行检验。2.2 施工技术 钢结构施工技术主要包括吊装技术和连接技术。吊装技术是指在施工过程中，将钢结构构件从地面提升到设计的位置，包括起重设备的选择、吊点的设计、提升过程的控制等。而连接技术则是针对施工过程中构件与构件之间的连接，包括螺栓连接、焊接连接、铆接连接等。在吊装技术中，选择合适的起重设备是关键。例如，对于一座高层建筑的施工，可能需要使用塔吊进行吊装作业。在选择塔吊时，需要考虑其载荷、吊臂长度、转速等参数。例如，对于一座高度为 100 米的建筑，可能需要使用载荷为 20 吨、吊臂长度为 70 米的塔吊进行施工。在吊装过程中，还需要设计合理的吊点，以保证吊装的稳定性。例如，对于一个长 10 米、宽 2 米的构件，可能需要在 1/4 和 3/4 处设计吊点，以保证吊装的稳定性。连接技术是针对施工过程中构件与构件之间的连接。例如，对于螺栓连接，需要根据设计要求，选择合适的螺栓，并进行预紧力的控制。例如，对于一个使用 M20 高强度螺栓的连接，需要根据扭矩系数进行预紧力的计算，例如，如果扭矩系数为 0.2，那么其预紧力应为 0.2/4(20mm)2*300MPa=188.4kN。在施工过程中，需要使用扭矩扳手对螺栓进行预紧，以保证连接的可靠性。对于焊接连接，需要根据设计要求，选择合适的焊条和焊接参数，并对焊缝进行无损检测，以保证焊接的品质。例如，对于一座使用 Q345B 钢的高层建筑，可能需要使用 E5015 焊条进行焊接，焊接电流为 150A，电压为 220V。3 钢结构维护与保养技术 钢结构维护与保养工作旨在维持建筑物的安全性、稳定性及其使用功能。这些工作涵盖防腐处理、定期检查修复、保温隔热以及制定系统化的维护策略等方面。在防腐保养方面，涂层保护和牺牲阳极保护是常见的防腐方法。涂层保护依靠物理隔离，防止钢材直接暴露在腐蚀环境中。例如，可以采用环氧锌富粉末涂层，其具有优良的耐候性和耐化学介质腐蚀性能，可以有效延长钢结构的使用寿命。牺牲阳极保护则是利用电化学原理，将更易腐蚀的金属（如锌）作为阳极牺牲，保护主体钢材不受腐蚀。针对钢结构的定期检查和修复，应主要关注结构裂纹、螺栓松动、焊缝品质下降等问题。例如，对于裂纹宽度w，应依据相关规范进行处理，一般当w0.2mm时，应进行裂纹修复。对于螺栓松动，应根据其扭矩系数和公称直径重新紧固，保证连接的稳定性。在提升能源效率方面，保温隔热技术不可或缺。例如，可以采用硅酸铝等保温材料，对钢结构进行保温处理。对于一面积为 100 的墙体，如果其热传导系数为 0.45W/(mK)，外部和内部温差为 20，则其热损失为 Q=0.45*100*20=900W，可以通过保温处理，将热传导系数降低至 0.035W/(mK)，相应地，热损失将减小为 70W，大大提高了能源效率。钢结构维护策略则需要综合考虑使用环境、结构特性等因素，制定出全面的、具有针对性的维护与保养方案。例如，可以设置定期的维护检查周期，对钢结构进行全面的性能评估，根据评估结果调整维护策略，以确保其在设计使用年限内的性能和安全性能。4 结论 在建筑施工中，钢结构技术无疑扮演着关键角色。钢结构设计技术的优化，可以根据项目需求，创造出具有良好性能和效率的钢结构。制造与施工技术的应用，可确保钢结构的安全施工，提升工作效率。同时，通过有效的维护与保养，钢结构的使用寿命可以得到延长，进一步增强其经济效益。通过对预应力钢结构设计、组合结构设计、轻钢框架结构设计、抗震设计、防火设计等方面的深入研究，可以提高钢结构设计的科学性和合理性。钢结构制造与施工技术涉及制造技术、吊装技术和连接技术，这些都对保证钢结构品质和施工效率起到关键作用。维护与保养技术，包括防腐保养、结构检修、钢结构保温隔热技术和维护策略等，均可有效保障钢结构的稳定性能和延长其使用寿命。中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 177 综上所述，这些技术在钢结构的施工和使用中都起到了重要的作用。因此，对这些技术的深入理解和应用对于钢结构工程的成功实施至关重要。参考文献 1 吴 之 昊,熊 卫 华,任 嘉 锋,等.基 于 Attention-YOLOv3 的锈蚀区域检测与识别J.计算机技术与发展,2020,30(11):147-152.2张旭,翟登辉.基于深度学习目标检测的电力设备锈蚀缺陷检测算法J.供用电,2020,37(12):87-92.3阳旭,赖涵,朱洪伟.钢结构梁柱节点加固J.建筑结构,2021(4):45.4徐继东,王平山,安东亚.交错桁架结构抗震性能分析及在高烈度区的应用研究J.河南城建学院学报,2021(4):45-50.5高山,郭兰慧,张素梅.基于材料损伤的钢板加固半刚性组合节点抗倒塌性能分析 J.建筑结构学报,2021(4):45-50.