第6章钢结构工程 本章学习要求 了解钢结构构件加工制作的工艺流程 熟悉钢结构焊接和高强度螺栓连接的工艺要点 熟悉多层及高层钢结构构件的安装与校正方法 了解轻型门式刚架结构及彩板围护结构的安装工艺 了解网架结构的各种安装方法，熟悉高空散装法、分条或分块安装法及高 空滑移法的安装操作原理 了解钢结构的防腐与防火涂料涂装的原理与方法 钢结构建筑被称为21世纪的绿色工程，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、建筑造型美观等综合优势。随着我 国钢铁工业的发展，国家建筑技术政策由以往限制使用钢结构转变为积极合理推 广应用钢结构，从而推动了建筑钢结构的快速发展。 钢结构工程一般由专业厂家或承包单位负责详图设计、构件加工制作及安装 任务。其工作程序如下： 工程承包→详图设计→技术设计单位审批一→材料订货→材料运输→钢结构 构件加工→成品运输→现场安装。 钢结构工程的施工，应符合《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205 2001)及其他相关规范、规程的规定。 6.1钢结构构件的加工制作 6.1.1加工制作前的准备工作 1.图纸审查 图纸审查的目的，一方面是检查图纸设计的深度能否满足施工的要求，核 对图纸上构件的数量和安装尺寸，检查构件之间有无矛盾等；另一方面也对图纸 进行工艺审核，即审查在技术上是否合理，构造是否便于施工，图纸上的技术 要求按加工单位的施工水平能否实现等。图纸审查的主要内容包括： (1)设计文件是否齐全。设计文件包括设计图、施工图、图纸说明和设计变 更通知单等。 (2)构件的几何尺寸是否标注齐全，相关构件的尺寸是否正确
(3)构件连接是否合理，是否符合国家标准。 (4)加工符号、焊接符号是否齐全。 (5)构件分段是否符合制作、运输、安装的要求。 (6)标题栏内构件的数量是否符合工程的总数量。 (7)结合本单位的设备和技术条件考虑能否满足图纸上的技术要求。 2.备料 根据设计图纸算出各种材质、规格的材料净用量，并根据构件的不同类型和 供货条件，增加一定的损耗率（一般为实际所需量的10%）提出材料预算计划。 目前国际上采取根据构件规格尺寸增加加工余量的方法，不考虑损耗，国内 也已开始实行由钢厂按构件表加余量直接供料。 3.工艺装备和机具的准备 (1)根据设计图纸及国家标准定出成品的技术要求。 (2)编制工艺流程，确定各工序的公差要求和技术标准。 (3)根据用料要求和来料尺寸统筹安排、合理配料，确定拼装位置。 (4)根据工艺和图纸要求，准备必要的工艺装备（胎、夹、模具）。 6.1.2零件加工 1.放样 在钢结构制作中，放样是指把零（构）件的加工边线、坡口尺寸、孔径和弯折、 滚圆半径等以1：1的比例从图纸上准确地放制到样板和样杆上，并注明图号、 零件号、数量等。样板和样杆是下料、制弯、铣边、制孔等加工的依据 在制作样板和样杆时，要增加零件加工时的加工余量，焊接构件要按工艺需 要增加焊接收缩量。高层建筑钢结构按设计标高安装时，柱子的长度还必须增加 荷载压缩的变形量。 2.划线 划线亦称号料，即根据放样提供的零件的材料、尺寸、数量，在钢材上画出 切割、铣、刨边、弯曲、钻孔等加工位置，并标出零件的工艺编号
划线号料时，要根据工艺图的要求，利用标准接头节点，使材料得到充分的 利用，损耗率降到最低数量。 3.切割下料 钢材切割下料方法有气割、机械剪切和锯切等。 1)氧气切割 氧气切割是以氧气和燃料（常用的有乙炔气、炳烷气和液化气等）燃烧时产 生的高温燃化钢材，并以氧气压力进行吹扫，造成割缝，使金属按要求的尺寸和 形状切割成零件。目前已广泛采用了多头气割、仿型气割、数控气割、光电跟踪 气割等自动切割技术。 2)机械切割 (1)带锯、圆盘锯切割带锯切割适用于型钢、扁钢、圆钢、方钢，具有效 率高、切割端面质量好等优点。 (2)砂轮锯切割砂轮锯适用于薄壁型钢切割。切口光滑、毛刺较薄、容易 清除。当材料厚度较薄(1~3mm)时切割效率很高。 (3)无齿锯切割无齿锯锯片在高速旋转中与钢材接触，产生高温把钢材熔 化形成切口，其生产效率高，切割边缘整齐且毛刺易清除，但切割时有很大噪音。 由于靠摩擦产生高温切断钢材，因此在切断的断口区会产生淬硬倾向，深度约 1.52mm。 (4)冲剪切割下料用剪切机和冲切机切割钢材是最方便的切割方法，可以 对钢板、型钢切割下料。当钢板较厚时，冲剪困难，切割钢材不容易保证平直， 故应改用气割下料。 钢材经剪切后，在离剪切边缘2一3mm范围内，会产生严重的冷作硬化，这 部分钢材脆性增大，因此用于钢材厚度较大的重要结构，硬化部分应刨削除掉。 4.边缘加工 边缘加工分刨边、铣边和铲边三种。有些构件如支座支承面、焊缝坡口和尺 寸要求严格的加劲板、隔板、腹板、有孔眼的节点板等，需要进行边缘加工。 刨边是用刨边机切削钢材的边缘，加工质量高，但工效低、成本高。 铣边是用铣边机滚铣切削钢材的边缘，工效高、能耗少、操作维修方便、加 工质量高，应尽可能用铣边代替刨边。 铲边分手工铲边和风镐铲边两种，对加工质量不高，工作量不大的边缘加工 可以采用
5.矫正平直 钢材由于运输和对接焊接等原因产生翘曲时，在划线切割前需矫正平直。矫 平可以采用冷矫和热矫的方法。 (1)冷矫一般用辊式型钢矫正机、机械顶直矫正机直接矫正。 (2)热矫热矫是利用局部火焰加热方法矫正。当钢材型号超过矫正机负荷 能力时，采用热矫。其原理是：钢材加热时以1.2×10-5/℃的线膨胀率向各个 方向伸长，当冷却到原来温度时，除收缩到加热前的尺寸，还要按照1.48× 10-6/℃的收缩率进一步收缩，因此利用这种特性达到对钢材或钢构件进行外型 矫正的目的。 6.滚圆与煨弯 滚圆是用滚圆机把钢板或型钢变成设计要求的曲线形状或卷成螺旋管。 煨弯是钢材热加工的方式之一，即把钢材加热到9001000℃（黄赤色）， 立即进行煨弯，在700~800℃（樱红色）前结束。采用热煨时一定要掌握好钢 材的加热温度。 7.零件的制孔 零件制孔方法有冲孔、钻孔两种。 冲孔在冲床上进行，冲孔只能冲较薄的钢板，孔径的大小一般大于钢材的厚 度，冲孔的周围会产生冷作硬化。冲孔生产效率较高，但质量较差，只有在不重 要的部位才能使用。 钻孔是在钻床上进行，可以钻任何厚度的钢材，孔的质量较好。对于重要 结构的节点，先预钻小一级孔眼的尺寸，在装配完成调整好尺寸后，扩成设计孔 径，铆钉孔、精制螺栓孔多采用这种方法。一次钻成设计孔径时，为了使孔眼 位置有较高的精度，一般均先制成钻模，钻模贴在工件上调好位置，在钻模内钻 孔。为提高钻孔效率，可以把零件叠起一次钻几块钢板，或用多头钻进行钻孔。 6.1.3构件组装 组装亦称装配、组拼，是把加工好的零件按照施工图的要求拼装成单个构件。 钢构件的大小应根据运输道路、现场条件、运输和安装单位的机械设备能力与结 构受力的允许条件等来确定。 1.一般要求 (1)钢构件组装应在平台上进行，平台应测平。用于装配的组装架及胎模要 牢固的固定在平台上
(2)组装工作开始前要编制组装顺序表，组拼时严格按照顺序表所规定的顺 序进行组拼。 (3)组装时，要根据零件加工编号，严格检验核对其材质、外形尺寸，毛刺 飞边要清除干净，对称零件要注意方向，避免错装。 (4)对于尺寸较大、形状较复杂的构件，应先分成几个部分组装成简单组件， 再逐渐拼成整个构件，并注意先组装内部组件，再组装外部组件。 (⑤)组装好的构件或结构单元，应按图纸的规定对构件进行编号，并标注构 件的重量、重心位置、定位中心线、标高基准线等。构件编号位置要在明显易查 处，大构件要在三个面上都编号。 2.焊接连接的构件组装 (1)根据图纸尺寸，在平台上画出构件的位置线，焊上组装架及胎模夹具。 组装架离平台面不小于50mm,并用卡兰、左右螺旋丝杠或梯形螺纹，作为夹紧 调整零件的工具。 (2)每个构件的主要零件位置调整好并检查合格后，把全部零件组装上并进 行点焊，使之定形。在零件定位前，要留出焊缝收缩量及变形量。高层建筑钢结 构的柱子，两端除增加焊接收缩量的长度之外，还必须增加构件安装后荷载压缩 变形量，并留好构件端头和支承点铣平的加工余量。 (3)为了减少焊接变形，应该选择合理的焊接顺序。如对称法、分段逆向焊 接法、跳焊法等。在保证焊缝质量的前提下，采用适量的电流，快速施焊，以减 小热影响区和温度差，减小焊接变形和焊接应力。 6.1.4构件成品的表面处理 1.高强度螺栓摩擦面的处理 采用高强度螺栓连接时，应对构件摩擦面进行加工处理。摩擦面处理后的抗 滑移系数必须符合设计文件的要求。 摩擦面的处理方法一般有喷砂、酸洗、砂轮打磨等几种，其中喷砂处理过的 摩擦面的抗滑移系数值较高，离散率较小。处理好的摩擦面严禁有飞边、毛刺、 焊疤和污损等，不得涂油漆，在运输过程中防止摩擦面损伤。 构件出厂前应按批做试件检验抗滑移系数，试件的处理方法应与构件相同， 检验的最小数值应符合设计要求，并附三组试件供安装时复验抗滑移系数。 2.构件成品的防腐涂装 钢结构构件在加工验收合格后，应进行防腐涂料涂装。但构件焊缝连接处、 高强度螺栓摩擦面处不能作防腐涂装，应在现场安装完后，再补刷防腐涂料
构件成品的防腐涂装施工，见6.6节有关内容。 6.1.5构件成品验收 钢结构构件制作完成后，应根据《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205 一2001)及其他相关规范、规程的规定进行成品验收。钢结构构件加工制作质量 验收，可按相应的钢结构制作工程或钢结构安装工程检验批的划分原则划分为一 个或若干个检验批进行。 构件出厂时，应提交产品质量证明（构件合格证）和下列技术文件： (1)钢结构施工详图，设计更改文件，制作过程中的技术协商文件。 (2)钢材、焊接材料及高强度螺栓的质量证明书及必要的实验报告。 (3)钢零件及钢部件加工质量检验记录。 (4)高强度螺栓连接质量检验记录，包括构件摩擦面处抗滑移系数的试验报 告。 (5)焊接质量检验记录。 (6)构件组装质量检验记录。 6.2 钢结构连接施工 6.2.1焊接施工 1.焊接方法选择 焊接是钢结构使用最主要的连接方法之一。在钢结构制作和安装领域中，广 泛使用的是电弧焊。在电弧焊中又以药皮焊条手工焊条、自动埋弧焊、半自动与 自动C0气体保护焊为主。在某些特殊场合，则必须使用电渣焊。焊接的类型、 特点和适用范围见表6.1。 表6.1钢结构焊接方法选择 焊接的类型 特点 适用范围 利用焊条与焊件之间产生的电弧热焊接，设 电 交流焊机 备简单，操作灵活，可进行各种位置的焊接， 焊接普通钢结构 弧 手工焊 是建筑工地应用最广泛的焊接方法 焊 焊接技术与交流焊机相同，成本比交流焊机 焊接要求较高的钢结 直流焊机 高，但焊接时电弧稳定 构
利用埋在焊剂层下的电弧热焊接，效率高， 焊接长度较大的对 埋弧自动焊 质量好，操作技术要求低，劳动条件好，是大 接、贴角焊缝，一般是 型构件制作中应用最广的高效焊接方法 有规律的直焊缝 与埋弧自动焊基本相同，操作灵活，但使用 焊接较短的或弯曲的 半自动焊 不够方便 对接、贴角焊缝 用C0或惰性气体保护的实芯焊丝或药芯焊 用于构件长焊缝的自 C02气体保护焊 接，设备简单，操作简便，焊接效率高，质量 好 动焊 利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热焊 用于箱型梁及柱隔板 电渣焊 接，能焊大厚度焊缝 与面板全焊透连接 2.焊接工艺要点 (1)焊接工艺设计确定焊接方式、焊接参数及焊条、焊丝、焊剂的规格型 号等。 (2)焊条烘烤焊条和粉芯焊丝使用前必须按质量要求进行烘焙，低氢型焊 条经过烘焙后，应放在保温箱内随用随取。 (3)定位点焊焊接结构在拼接、组装时要确定零件的准确位置，要先进行 定位点焊。定位点焊的长度、厚度应由计算确定。电流要比正式焊接提高 10%15%,定位点焊的位置应尽量避开构件的端部、边角等应力集中的地方。 (④)焊前预热预热可降低热影响区冷却速度，防止焊接延迟裂纹的产生。 预热区在焊缝两侧，每侧宽度均应大于焊件厚度的1.5倍以上，且不应小于 100mm。 (⑤)焊接顺序确定一般从焊件的中心开始向四周扩展；先焊收缩量大的焊 缝，后焊收缩小的焊缝：尽量对称施焊；焊缝相交时，先焊纵向焊缝，待冷却至 常温后，再焊横向焊缝：钢板较厚时分层施焊。 (6)焊后热处理焊后热处理主要是对焊缝进行脱氢处理，以防止冷裂纹的 产生。后热处理应在焊后立即进行，保温时间应根据板厚按每25mm板厚1h确定。 预热及后热均可采用散发式火焰枪进行。 6.2.2高强度螺栓连接施工 高强度螺栓连接是目前与焊接并举的钢结构主要连接方法之一。其特点是 施工方便、可拆可换、传力均匀、接头刚性好，承载能力大，疲劳强度高，螺母 不易松动，结构安全可靠。高强度螺栓从外形上可分为大六角头高强度螺栓（即 扭矩形高强度螺栓)和扭剪型高强度螺栓两种。高强度螺栓和与之配套的螺母、 垫圈总称为高强度螺栓连接副。 1.一般要求
(1)高强度螺栓使用前，应按有关规定对高强度螺栓的各项性能进行检验。 运输过程中应轻装轻卸，防止损坏。当包装破损，螺栓有污染等异常现象时，应 用煤油清洗，并按高强度螺栓验收规程进行复验，经复验扭矩系数合格后方能使 用。 (2)工地储存高强度螺栓时，应放在干燥、通风、防雨、防潮的仓库内，并 不得沾染脏物。 (3)安装时，应按当天需用量领取，当天没有用完的螺栓，必须装回容器内， 妥善保管，不得乱仍、乱放。 (4)安装高强度螺栓时接头摩擦面上不允许有毛刺、铁屑、油污、焊接飞溅 物。摩擦面应干燥，没有结露、积霜、积雪。并不得在雨天进行安装。 (⑤)使用定扭矩扳子紧固高强度螺栓时，每天上班前应对定扭矩扳子进行校 核，合格后方能使用。 2.安装工艺 (1)一个接头上的高强度螺栓连接，应从螺栓群中部开始安装，向四周扩展， 逐个拧紧。扭矩型高强度螺栓的初拧、复拧、终拧，每完成一次应涂上相应的颜 色或标记，以防漏拧。 (2)接头如有高强度螺栓连接又有焊接连接时，宜按先栓后焊的方式施工， 先终拧完高强度螺栓再焊接焊缝。 (3)高强度螺栓应自由穿入螺栓孔内，当板层发生错孔时，允许用铰刀扩孔。 扩孔时，铁屑不得掉入板层间。扩孔数量不得超过一个接头螺栓的1/3，扩孔后 的孔径不应大于1.2d(d为螺栓直径)。严禁使用气割进行高强度螺栓孔的扩孔。 (4)一个接头多个高强度螺栓穿入方向应一致。垫圈有倒角的一侧应朝向螺 栓头和螺母，螺母有圆台的一面应朝向垫圈，螺母和垫圈不应装反。 (⑤)高强度螺栓连接副在终拧以后，螺栓丝扣外露应为2~3扣，其中允许 有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。 3.紧固方法 1)大六角头高强度螺栓连接副紧固 大六角头高强度螺栓连接副一般采用扭矩法和转角法紧固。 (1)扭矩法使用可直接显示扭矩值的专用扳手，分初拧和终拧二次拧紧。 初拧扭矩为终拧扭矩的60%~80%，其目的是通过初拧，使接头各层钢板达到充 分密贴，终拧扭矩把螺栓拧紧
(2)转角法根据构件紧密接触后，螺母的旋转角度与螺栓的预拉力成正 比的关系确定的一种方法。操作时分初拧和终拧两次施拧。初拧可用短扳手将螺 母拧至使构件靠拢，并作标记。终拧用长扳手将螺母从标记位置拧至规定的终拧 位置。转动角度的大小在施工前由试验确定。 3)扭剪型高强度螺栓紧固 扭剪型高强度螺栓有一特制尾部，采用带有两个套简的专用电动扳手紧固。 紧固时用专用扳手的两个套筒分别套住螺母和螺栓尾部的梅花头，接通电源后， 两个套筒按反向旋转，拧断尾部后即达相应的扭矩值。一般用定扭矩扳手初拧， 用专用电动扳手终拧。 6.2.3钢结构连接质量验收 钢结构连接质量，应符合《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205一2001) 的规定。其质量验收，可按相应的钢结构制作工程或钢结构安装工程检验批的划 分原则划分为一个或若干个检验批进行。 1.焊缝质量检查 钢结构焊缝质量应根据不同要求分别采用外观检查、超声波检查、射线探伤 检查、浸渗探伤检查、磁粉探伤检查等。 碳素结构钢应在焊缝冷却至环境温度，低合金结构钢应在焊接完成24以后， 进行焊缝探伤检查。 2.高强度螺栓连接副终拧检查 大六角头高强度螺栓连接副应在完成1h后、48h内进行终拧扭矩检查。检查 数量：按节点数抽查10%，且不应少于10个：每个被抽查节点按螺栓数抽查10%， 且不应少于2个。 扭剪型高强度螺栓连接副终拧检查，是以拧掉梅花头为标志，未在终拧中拧 掉梅花头的螺栓数不应大于该节点螺栓数的5%。检查数量：按节点数抽查10%， 且不应少于10个，被抽查节点中梅花头未拧掉的扭剪型高强度螺栓连接副全数 进行终拧扭矩检查。 6.3多层及高层钢结构工程 6.3.1流水段划分原则及安装顺序 多高层建筑钢结构的安装，必须按照建筑物的平面形状、结构型式、安装机 械的数量和位置等，合理划分安装施工流水区段，确定安装顺序
(1)平面流水段的划分应考虑钢结构在安装过程中的对称性和整体稳定性。 其安装顺序一般应由中央向四周扩展，以利焊接误差的减少和消除。简体结构的 安装顺序为先内筒后外筒：对称结构采用全方位对称方案安装。 (2)立面流水段的划分以一节钢柱（各节所含层数不一）为单元。每个单元 安装顺序以主梁或钢支撑、带状桁架安装成框架为原则：其次是安装次梁、楼板 及非结构构件。塔式起重机的提升、顶升与锚固，均应满足组成框架的需要。 一般钢结构标准单元施工顺序如图6.1所示。 ■柱和果安装 住子校正 安装楼梯 安装手架 铺压型倒板使通道 两强度螺栓连接 安装欢聚 柱厦层投安全将 柱、果押接 有关设备材料提开 满铺压型偶板 柱，柱界楼 升婚吊 佛扎解著 下一个 急筑浸凝土 图6.1钢结构标准单元施工顺序 多高层建筑钢结构安装前，应根据安装流水段和构件安装顺序，编制构件安 装顺序表。表中应注明每一构件的节点型号、连接件的规格数量、高强度螺栓规 格数量、栓焊数量及焊接量、焊接形式等。构件从成品检验、运输、现场核对、 安装、校正到安装后的质量检查，应统一使用该安装顺序表。 6.3.2构件吊点设置与起吊 (1)钢柱平运2点起吊，安装1点立吊。立吊时，需在柱子根部垫上垫木， 以回转法起吊，严禁根部拖地。吊装H型钢柱、箱形柱时，可利用其接头耳板 作吊环，配以相应的吊索、吊架和销钉。钢柱起吊如图6.2所示