对建筑钢结构设计及安装的探讨

对建筑钢结构设计及安装的探讨

摘要：由于钢结构具有施工工期短、结构自重小、构件可循环利用等优点，近年来钢结构在我国的不同建筑功能、不同建筑高度以及不同地震烈度和场地类型的建筑中均获得了快速的发展。本文对建筑钢结构的设计和安装进行了浅要的探究和讨论。

关键词: 钢结构；设计；安装

一、引言

由于钢筋混凝土结构自重大，并且柱子所占的建筑面积比率较大；而同时，随着高强度钢材的横空出世已经钢结构理论研究的不断完善，钢结构已经越来越广泛地应用到了建筑结构当中。由于钢结构的构件可以进行工厂化批量生产，并且施工简单快捷，有利于缩短施工工期；同时钢结构在自重方面与钢筋混凝土结构相比，可以减轻建筑结构自重的30%；另外钢结构体系时一种环保型的绿色建筑体系，因为钢材具有极高的循环利用价值，而且不需要进行制模施工。综合上述特点，近年来钢结构在我国的不同建筑功能、不同建筑高度以及不同地震烈度和场地类型的建筑中均获得了快速的发展。

二、建筑钢结构的设计

1、钢结构的构件设计

建筑钢结构的设计首先是构件材料的选择，通常选用的是Q235或者Q345为钢构件材料，并且主结构一般选用单一的钢种以便于整个工程的管理，另外从经济方面来考虑，适当地选择不同强度的钢材作为组合截面也是很有效的。一般而言，当考虑强度来起控制作用时，应选择Q345钢；而考虑稳定来起控制作用时，则选择Q235钢。在钢构件的设计中，应注意采用弹塑性的方法来进行截面的验算，这和结构的内力计算中的弹性方法并不相同。

2、钢结构的节点设计

钢结构连接节点的设计是其设计中的一项重要内容，在钢结构的分析之前，就要对节点的形式进行充分的思考，以避免最终设计出的节点和结构的分析模型中采用的形式不一致的现象。根据节点传力特性的不同，共分为刚接、半刚接和铰接，通常选用刚接或者铰接。当节点采用焊接时，应对于节点焊缝的尺寸和形式进行符合规范要求的设计，其焊条的选用应当和被连接的材料性质相适应，具

体就是E43焊条对应Q235钢、E50焊条对应Q345钢，而当Q235钢与Q345钢连接时，则应选择E43焊条。在焊接的设计中不能随意加大焊缝，并使焊缝的重心尽量地与该构件的重心接近。而当节点采用栓接时，通常对于铆接形式只能在次要的结构部位上使用，对于主要的结果部位则通常采用高强螺栓，较为普遍的是采用10.9s和8.8s两个强度等级，按照螺栓的受力特点分为摩擦型和承压型，应注意两者的计算方法不同，且超大规格的螺栓由于其性能的不稳定，因此在设计中应当慎重使用。对于节点中的连接板，通常可以直接将其厚度设计为梁腹板厚度再加上4mm，然后通过净截面的抗剪等验算即可。而对于节点中的梁腹板，则应对栓孔处的腹板进行净截面抗剪验算，并对承压型的高强螺栓连接进行孔壁局部承压的验算。另外，钢结构的框架节点设计还应注意遵循强柱弱梁、更强节点的原则，并且对于一、二级抗震要求下的节点进行受剪承载力的验算，同时，对于大跨度、大荷载、大空间的钢结构节点核心区，其抗剪验算则显得尤为重要。

三、建筑钢结构的安装

1、钢结构的钢柱安装

钢柱是高层以及超高层的钢结构建筑中决定其层高和建筑总高度的重要竖向构件，因此在其安装过程中必须严格遵循现行规范的验收标准。通常超过100m 高的超高层中，其钢柱一般由8至12节构件组成，在钢柱放样下料制作的过程中应当考虑竖向荷载作用下导致的压缩变形以及焊缝产生的收缩变形，因此钢柱的放样下料长度并不等于设计的长度，即便只有几毫米的相差也不能予以忽略。而且在安装过程中即使上下两节钢柱的截面完全相等也不能进行互换，因此要求对每节钢柱都进行编号相互区别从而，正确地安装就位。其中对于方形或矩形钢柱内的加劲板，其焊接应按照现行规范的要求进行熔嘴电渣焊，而不能采用其他的形式比如槽塞焊、在箱板上开孔等。

2、钢结构的框架梁安装

高层以及超高层的钢结构框架梁通常采用H型钢，且框架梁与钢柱之间宜采用刚性连接，即钢柱为贯通型，而在钢柱内的框架梁上下翼缘处设置横向加劲肋。在框架梁的安装过程中应按照设计的编号进行正确就位。同时为了保证框架梁与钢柱之间的节点区域有较好的延性、精确性和可靠性，因此可以在框架梁所处的位置来设置悬臂梁，该悬臂梁的上下翼缘与钢柱之间通过剖口熔透焊缝进行连

接，而腹板则采用贴角焊缝。对于框架梁与钢柱上的短牛腿之间的连接，其上下翼缘的连接应当采用衬板进行全熔透焊缝连接，而腹板则采用高强螺栓连接。对于框架梁与钢筋混凝土结构之间的连接，其腹板的连接板应当开椭圆孔，该椭圆孔的长向尺寸不应超过螺栓孔径的两倍，并且还应保证孔边距的相关要求。对于框架梁的放样下料长度同样也不等于设计的长度，也应相应地考虑焊接收缩变形等因素，一般可以采用经验公式来进行计算再通过实际加工之后进行校核，从而最终确定其放样下料的精确长度。而框架梁上下翼缘之间的连接可以采用焊接连接或高强螺栓连接，目前比较普遍的是采用带衬板全熔透的焊接连接形式，并在施工过程中先焊接下翼缘再焊接上翼缘，先进行一端点的焊接定位，再焊接另一端。框架梁的腹板则可以采用高强度螺栓进行连接，并在安装时充分理解设计采用的是承压型还是摩擦型高强螺栓。当采用高强螺栓群进行连接时，其孔位的精度非常重要。通常可以采用多轴数控钻孔和模板进行制孔，由于前者的精度更高，因此应当优先考虑采用前者。而如果采用的是模板制孔，则应当保证模板的精度，从而确保高强螺栓的工地安装孔和组装孔的精度要求。当孔位出现局部偏差时，只允许采用铰刀扩孔的方式进行整改，而绝不允许采用气割扩孔。

3、钢结构的楼盖安装

高层以及超高层的钢结构建筑，其楼板和屋盖都具有极大的平面刚度，可以对钢柱、剪力墙和筒体等竖向构件起到平面抗侧力的作用，同时还能够对竖向构件之间的变形起到协调作用。通常钢结构建筑物的楼板以及屋盖均使用轧制的压型钢板再加上现浇钢筋混凝土板，其厚度一般都不小于150mm。当前在设计此类的钢承混凝土楼板以及屋盖时，一般没有考虑其与钢梁的共同作用，主要是因为对于板底呈波浪形的结构的计算原理比较繁琐，而简化为按照平板进行计算，这样就降低了安全性并增加了框架梁的用钢量，因此在楼盖的安装中更应当小心严谨地进行。

参考文献：

[1] 吴洋. 浅谈建筑钢结构的设计与安装工艺 [J].黑龙江科技信息.

2009(35).

[2] 朱力勋.浅析高层钢结构建筑的设计与安装 [J]．黑龙江科技信息.

2010(26)．