鋼材的特點是強度高、自重輕、整體(tǐ)剛度好(hǎo)(hǎo)、變形能(néng)力強,故用于建造大跨度和超高、超重型的建築物特别适宜;材料勻質性和各向同性好(hǎo)(hǎo),屬理(lǐ)想彈性體(tǐ),最符合一(yī)般工程力學的基本假定;材料塑性、韌性好(hǎo)(hǎo),可有較大變形,能(néng)很好(hǎo)(hǎo)地承受動力荷載;建築工期短;其工業化(huà)程度高,可進行機械化(huà)程度高的專業化(huà)生(shēng)産。
鋼結構應研究高強度鋼材,大大提高其屈服點強度;此外要軋制新(xīn)品種的型鋼,例如(rú)H型鋼(又稱寬翼緣型鋼)和T形鋼以及壓型鋼闆等以适應大跨度結構和超高層建築的需要。
另外還有無熱橋輕鋼結構體(tǐ)系,建築本身(shēn)是不節能(néng)的,本技術用巧妙的特種連接件解決了(le)建築的冷熱橋問題;小桁架結構使電纜和上(shàng)下(xià)水管道從牆裏穿越,施工裝修都方便。
特點:
1、材料強度高,自身(shēn)重量輕
鋼材強度較高,彈性模量也(yě)高。與混凝土(tǔ)和木材相比,其密度與屈服強度的比值相對較低(dī),因而在同樣受力條件下(xià)鋼結構的構件截面小,自重輕,便于運輸和安裝,适于跨度大,高度高,承載重的結構。
2、鋼材韌性,塑性好(hǎo)(hǎo),材質均勻,結構可靠性高
适于承受沖擊和動力荷載,具有良好(hǎo)(hǎo)的抗震性能(néng)。鋼材内部組織結構均勻,近于各向同性勻質體(tǐ)。鋼結構的實際工作(zuò)性能(néng)比較符合計算(suàn)理(lǐ)論。所以鋼結構可靠性高。
3、鋼結構制造安裝機械化(huà)程度高
鋼結構構件便于在工廠制造、工地拼裝。工廠機械化(huà)制造鋼結構構件成品精度高、生(shēng)産效率高、工地拼裝速度快(kuài)、工期短。鋼結構是工業化(huà)程度最高的一(yī)種結構。
4、鋼結構密封性能(néng)好(hǎo)(hǎo)
由于焊接結構可以做到完全密封,可以作(zuò)成氣密性,水密性均很好(hǎo)(hǎo)的高壓容器(qì),大型油池,壓力管道等。
5、鋼結構耐熱不耐火(huǒ)
當溫度在150℃以下(xià)時(shí),鋼材性質變化(huà)很小。因而鋼結構适用于熱車間(jiān),但(dàn)結構表面受150℃左右的熱輻射時(shí),要采用隔熱闆加以保護。溫度在300℃ -400℃時(shí).鋼材強度和彈性模量均顯著下(xià)降,溫度在600℃左右時(shí),鋼材的強度趨于零。在有特殊防火(huǒ)需求的建築中,鋼結構必須采用耐火(huǒ)材料加以保護以提高耐火(huǒ)等級。
6、鋼結構耐腐蝕性差
特别是在潮濕和腐蝕性介質的環境中,容易鏽蝕。一(yī)般鋼結構要除鏽、鍍鋅或塗料,且要定期維護。對處于海水中的海洋平台結構,需采用“鋅塊陽極保護”等特殊措施予以防腐蝕。
7、低(dī)碳、節能(néng)、綠(lǜ)色環保,可重複利用
鋼結構建築拆除幾乎不會産生(shēng)建築垃圾,鋼材可以回收再利用。
建築鋼材的類别
1.1.1 建築鋼材的類别
(1) 碳素結構鋼
碳素結構鋼的牌号(簡稱鋼号)有 Q195 、Q235A 、 B 、 C 及 D , Q275 。其中的 Q是屈服強度中屈字漢語拼音(yīn)的字首,後接的阿拉伯字表示以 N/mm2為(wèi)單位屈服強度的大小, A 、 B 、 C 或 D等表示按質量劃分(fēn)的級别,D級質量最好(hǎo)(hǎo)。最後還有一(yī)個(gè)表示脫氧方法的符号如(rú) F ,Z或 b 。從 Q195 到 Q275 ,是按強度由低(dī)到高排列的;鋼材強度主要由其中碳元素含量的多少來(lái)決定,但(dàn)與其他一(yī)些(xiē)元素的含量也(yě)有關(guān)系。所以,鋼号的由低(dī)到高在較大程度上(shàng)代表了(le)含碳量的由低(dī)到高。
國内鋼結構建築中的次要構件使用最多的鋼材是Q235(南(nán)方多用Q235B,北方多用Q235C),市(shì)場(chǎng)上(shàng)的熱軋鋼材(如(rú)角鋼、槽鋼、工字鋼、熱軋方管、熱軋圓管)多為(wèi)Q235材質,Q345材質也(yě)有,但(dàn)相對少一(yī)些(xiē)。次要構件如(rú)支撐、檩托闆等;
(2) 低(dī)合金(jīn)高強度結構鋼
低(dī)合金(jīn)高強度結構鋼是在鋼的冶煉過程中添加少量幾種合金(jīn)元素使鋼的強度明顯提高,故稱低(dī)合金(jīn)高強度結構鋼。Q345 、 Q390 和 Q420 是鋼結構設計規範規定采用的鋼種。其符号的含義和碳素結構鋼牌号的含義相同。這(zhè)三種鋼都包括 A 、 B 、 C 、 D 、 E 五種質量等級,和碳素結構鋼一(yī)樣,不同質量等級是按對沖擊韌性(夏比 V 型缺口試驗)的要求區分(fēn)的。 A 級無沖擊功要求; B 級要求提供20 ℃沖擊功 AKv ≥ 34J(縱向) ; C 級要求提供0℃沖擊功 AKV ≥ 34J(縱向) ; D 級要求提供一(yī)20 ℃沖擊功 AKv≥34J(縱向) ; E 級要求提供一(yī)40 ℃沖擊功 AKv ≥27J(縱向)。不同質量等級對碳、硫、磷、鋁等含量的要求也(yě)有區别。低(dī)合金(jīn)高強度結構鋼的 A 、 B 級屬于鎮靜鋼, C 、D 、 E 級屬于特殊鎮靜鋼。
國内鋼結構建築的主要受力構件多采用Q345材質(南(nán)方多用Q345B,北方多用Q345C或Q345D)。主要構件如(rú)框架(剛架)結構的梁柱、吊車梁、大跨桁架等;
(3) 高強鋼絲和鋼索材料
懸索結構和斜張拉結構的鋼索、桅杆結構的鋼絲繩等通常都采用由高強鋼絲組成的平行鋼絲束、鋼絞線和鋼絲繩。高強鋼絲是由優質碳素鋼經過多次冷拔而成,分(fēn)為(wèi)光面鋼絲和鍍鋅鋼絲兩種類型。
鋼絲強度的主要指标是抗拉強度,其值在 1570-1700 N/mm2範圍内,而屈服強度通常不作(zuò)要求。高強鋼絲的伸長率較小,最低(dī)為(wèi) 4 % ,但(dàn)高強鋼絲(和鋼索)卻有一(yī)個(gè)不同于一(yī)般結構鋼材的特點—— 松弛,即在保持長度不變的情況下(xià)所承拉力随時(shí)間(jiān)延長而略有降低(dī)。
平行鋼絲束由 7 根、 19 根、 37 根或 61 根鋼絲組成。鋼絲束内各鋼絲受力均勻,彈性模量接近一(yī)般受力鋼材。用來(lái)組成鋼絲束的鋼絲除圓形截面外,還有梯形和異形截面的鋼絲。
施工技術
一(yī)、鋼結構安裝焊接前的準備工作(zuò)
試驗鋼材包括Q345GJC-Z15(壁厚70mm)、Q345GJC-Z15(壁厚40mm)、Q345C(翼緣厚28mm),焊接位置為(wèi)柱—柱橫焊、柱—梁平焊(包括桁架梁上(shàng)下(xià)翼緣平焊)、T型角立焊。坡口形式及尺寸按設計要求。焊後外觀及超聲波檢查合格後取樣進行了(le)力學和物理(lǐ)試驗。
試驗結果接頭的抗拉強度達到母材抗拉強度标準值,接頭彎曲180°無裂紋。采用的焊接材料和焊接設備技術條件應符合國家标準,性能(néng)優良。清渣、氣刨、焊條烘幹保溫等裝置應齊全有效。
二、手工電弧焊及CO2氣保焊焊材和設備
(1) 焊條應在高溫烘幹箱中烘幹,焊條烘幹次數不得超過兩次。
(2) 焊絲包裝應完好(hǎo)(hǎo),如(rú)有破損而導緻焊絲污染或彎折、紊亂時(shí)應部分(fēn)棄之。
(3) CO2氣體(tǐ)純度應不低(dī)于99.9%(體(tǐ)積比),含水量應低(dī)于0.05%(重量比),瓶内高壓低(dī)于1MPa時(shí)應停止使用。
(4) 焊機電壓應正常,地線壓緊牢固,接觸可靠,電纜及焊鉗無破損,送絲機應能(néng)均勻送絲,氣管應無漏氣或堵塞。
三、安裝焊接程序及一(yī)般規定
焊接的一(yī)般順序為(wèi):焊前檢查 →預熱除鏽 → 裝焊墊闆和引弧闆→ 焊接 → 檢驗
1.焊前檢查坡口角度、鈍邊、間(jiān)隙及錯口量,坡口内和兩側的鏽斑、油污、氧化(huà)鐵皮等應清除幹淨。
2.預熱。焊前用氣焊或特制烤槍對坡口及其兩側各100mm範圍内的母材均勻加熱,并用表面測溫計測量溫度,防止溫度不符合要求或表面局部氧化(huà),預熱溫度。
3.重新(xīn)檢查預熱溫度,如(rú)溫度不夠應重新(xīn)加熱,使之符合要求。
4.裝焊墊闆及引弧闆,其表面清潔程度要求與坡口表面相同,墊闆與母材應貼緊,引弧闆與母材焊接應牢固。
5.焊接:第一(yī)層的焊道應封住坡口内母材與墊闆的連接處,然後逐道逐層累焊至填滿坡口,每道焊縫焊完後,都必須清除焊渣及飛濺物,出現(xiàn)焊接缺陷應及時(shí)磨去并修補。
6.一(yī)個(gè)接口必須連續焊完,如(rú)不得已而中途停焊時(shí),應進行保溫緩冷處理(lǐ),再焊前,應重新(xīn)按規定加熱。
7.遇雨、雪天時(shí)應停焊,構件焊口周圍及上(shàng)方應有擋風(fēng)、雨棚,風(fēng)速大于5m/s時(shí)應停焊。環境溫度低(dī)于零度時(shí),應按規定采取預熱和後熱措施施工。
8.碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環境溫度、低(dī)合金(jīn)結構鋼應在完成24h以後,進行焊縫探傷檢驗。
9.焊工和檢驗人(rén)員(yuán)要認真填寫作(zuò)業記錄表。
四、典形節點的焊接順序和工藝參數
(1) 上(shàng)下(xià)柱無耳闆側由兩名焊工在兩側對稱焊至闆厚的1/3處時(shí),切去耳闆。
(2) 然後在切去耳闆側由兩名焊工在兩側對稱焊至闆厚的1/3處。
(3) 再由兩名焊工分(fēn)别承擔相鄰兩面的焊接。
(4) 每兩層之間(jiān)焊道的接頭應相互錯開,兩名焊工焊接的焊道接頭也(yě)要注意每層錯開,焊接過程中要注意檢測層間(jiān)溫度。
(5) 焊接工藝參數: CO2氣保焊:焊絲直徑Φ1.2mm,電流280~320A,焊速350~450mm/min; 焊絲伸出長度:約20mm,氣體(tǐ)流量25~80L/min,電壓29~34V,層間(jiān)溫度120~150℃
五、柱—梁、梁—梁節點
(1) 先焊梁的下(xià)翼緣,梁腹闆兩側的翼緣焊道要保持對稱焊接。
(2) 待下(xià)翼緣焊完,然後焊接上(shàng)翼緣。
(3) 如(rú)翼緣闆厚大于30mm時(shí),宜上(shàng)下(xià)翼緣輪換施焊。
(4) 焊接工藝參數: CO2氣保焊: 焊絲直徑φ1.2mm,電流280~360A,焊速300~500mm/min; 焊絲伸出長度:約20mm,氣體(tǐ)流量20~80L/mm, 電壓30~38V,層間(jiān)溫度120~150℃