基础
钢产品和建筑钢材品种的增加为钢结构的发展打下了良好的基础。我国从1996年钢产量突破1亿吨,已成为世界的钢铁大国,随着国家二十一世纪狠抓冶金科技进步,提高我国钢铁工业的技术水平和装配水平,到2020年前后我国有望成为世界的钢铁强国。过去长期不能生产的H型钢,现在已可以在“马钢”、“莱钢”和鞍山**轧钢厂生产了。 H型钢的较大截面已达700mm,年产能力可达140万吨,轻钢结构用的彩色钢板目前年生产能力已达70—90万吨,冷弯型钢年生产能力约120万吨。这为钢结构建筑的发展奠定了基础。“十五”期间建筑钢结构的发展目标,是争取达到每年建筑钢结构用钢材占全国钢材总产量的3%。2015年建筑钢结构的发展目标,是争取每年全国建筑钢结构的用钢量达到钢材总量的6%。由此可见,我国建筑钢结构的发展将上一个新台阶。高效的焊接工艺和新的焊接、切割设备的应用。如各种反面衬垫方法的双面成型单丝和多丝埋弧焊、龙门架工字梁双侧双丝快速焊接生产线、各种数控火焰机和激光切割机,为钢结构高效制作和生产高质量产品创造了良好条件。高效焊接材料的使用,如气体保护焊和自保焊药芯焊丝以及各种高效焊条,到 2005年要占焊接材料总产量的40%左右;摩擦型强力螺栓和采用扭力自动控制方法以及防腐、防火等新工艺、新材料的开发等都为深入发展钢结构工程创造了良好的条件。
发展模式
节能、高效、环保与产业化。20世纪后几年,我国城镇住宅建设以每年竣工面积4.4亿平方米,总产值 6000亿元(约占GDP9%)的建设迅猛发展,住宅产业成为国民经济中新世纪的新的增长点。实现住宅产业现代化,解决目前住宅建设中存在工业化水平低,部品化率低以及住宅用材档次低,寿命低,实心黏土砖能耗高,不利于环保等问题,已被列入新世纪急待解决的问题。我国建筑行业要求全行业研究钢结构在各类建筑中应用的新体系,扩大其应用范围,发展多层钢结构建筑。国际上,美国设计师和结构师非常重视研究金属结构及其耐用性、实用性和经济性,欧洲*们提出,钢结构具备绿色建筑的条件,即为有利于保护环境,节约能源的建筑。他们认为金属结构建筑具有良好的空间感,能够实现创新的规划和空间设计,建筑,不光是居住、使用,更应考虑为人创造更舒适的空间,节约能源的空间。日本1998年钢产量5900万吨,建筑结构用钢量占13%,而钢结构住宅在建筑结构用钢中占了相当大的比例,中国香港更是高楼大厦到处林立。闽台地震,明显看出钢结构建筑优于钢筋混凝土建筑;从地震破坏情况看,一般的多层住宅基本全部塌为平地,而钢结构建造的住宅没有倒塌的,因此闽台当局要求多层房屋建筑一律要用钢结构。我国多层住宅和小高层住宅采用钢结构的试点,从天津开始。天津市采用三种不同结构,不同墙体材料,不同施工方法的方案。启动20万平方米以上的规模试点工程。其一是采用方钢管混凝土柱大开间结构形式;其二采用钢骨桁架结构形式;其三采用钢管混凝土结构形式。三种结构的平方米用钢量都小于钢筋混凝土结构的用钢量。在青岛、上海及新疆都列出一定面积的房屋住宅工程进行试点。由于目前我国 “钢住宅”刚刚起步,很多结构都无法批量生产,因此,钢结构会要比混凝土结构贵一些。金宸公寓的建设单位经过计算认为,尽管总体上钢结构的价格还比较高,但由于工期短、能耗少、使用率高、品质档次提高,因此综合造价并不高,同时,由于这是**钢结构住宅示范工程,因此,供应商都以较优惠的价格提供钢结构部品,总造价与混凝土结构差不多。
(2)焊缝形式
焊缝连接形式根据被连接构件间的相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角接等四种形式。这些连接所用的焊缝有对接焊缝和角焊缝两种基本形式。在具体应用时,应根据连接的受力情况,结合制造、安装和焊接条件进行选择。
(3)焊缝构造
1、对接焊缝
对接焊缝传力直接、平顺、没有显着的应力集中现象,因而受力性能良好,
于承受静、动荷载的构件连接都适用。但由于对接焊缝的质量要求较高,焊件之间施焊间隙要求较严,一般多用于工厂制造的连接中。
2、角焊缝
角焊缝的形式:角焊缝按其长度方向和外力作用方向的不同,可分为平行于力作用方向的侧面角焊缝、垂直于力作用方向的正面角焊缝与力作用方向斜交的斜向角焊缝以及围焊缝。
角焊缝截面形式又分为普通式、平坡式和深熔式。图中hf称为角焊缝的焊脚尺寸。普通式截面焊脚边比例为1:1,近似于等腰直角三角形,其传力线弯折较剧烈,故应力集中严重。对直接承受动力荷载的结构,为使传力平顺,正面角焊缝宜采用两焊角边尺寸比例1:1.5的平坡式(长边顺内力方向),侧面角焊缝宜采用比例为1:1的深熔式。
在对建筑工程进行建设中,运用钢结构工程进行设计,不仅能够使得建筑工程具有更大的跨度空间,同时还存在着安装便利、造价成本较低等优势,因此使得其在建筑工程方面的应用越来越广。随着我国城市化进程的进一步发展,高层建筑的数量将会急剧增多,这就对钢结构工程的设计提出了更高的要求。
近年来,钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛,并且取得了非常不错的应用效果。不过在实际的应用过程中,也有因为钢结构工程的设计工作做得不到位,导致钢结构建筑出来稳定性不足的问题,这严重影响到了使用者的生命财产安全。为了确保建筑钢结构工程的建设具有更高的质量,需要在进行钢结构工程设计的时候,严格地按照相应的规范和标准进行设计,并做好相应的设计要点工作,从而为使用者提供更加安全、可靠的钢结构建筑。
(2)普通螺栓连接的排列
螺栓的排列应简单、统一而紧凑,满足受力要求,构造合理又便于安装。排列方式有并列和错列两种排列(如图所示)。并列较简单,错列较紧凑。
(3)普通螺栓连接的受力特点
1、受剪螺栓连接
2、受拉螺栓连接
3、拉剪螺栓连接
2.高强度螺栓的受力特点
高强度螺栓连接按设计和受力要求可分为摩擦型和承压型两种。
摩擦型连接在承受剪切时,以外剪力达到板件间可能发生的较大摩阻力为极限状态;当**过时板件间发生相对滑移,即认为连接已失效而破坏。
承压型连接在受剪时,则允许摩擦力被克服并发生板件间相对滑移,然后外力可以继续增加,并以此后发生的螺杆剪切或孔壁承压的较终破坏为极限状态。
铆钉连接
铆钉连接是将一端带有半圆形预制钉头的铆钉,将钉杆烧红后*插入连接件的钉孔中,然后用铆钉枪将另一端也打铆成钉头,以使连接达到紧固。
优点:铆接传力可靠,塑性、韧性均较好,质量易于检查和保证,可用于重型和直接承受动力荷载的结构。
缺点:铆接工艺复杂、制造费工费料,且劳动强度高。
优势
钢材的“容重与强度比”一般小于木材、混凝土和砖石,因此钢结构比较轻,与钢筋混凝土结构相比要轻 30%-50%;另外钢结构断面小,与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8%左右。我国二十世纪初建造的松花江钢桁桥、黄河大桥、上海国际饭店等就采用了钢结构;新中国成立后,我国民用高层建筑钢结构发展速度进一步加快,全国十几幢高层钢结构建筑中就占了六幢:京广中心(208米高)、京城大厦 (182米高)、国贸大厦(155.2米高)、长富宫饭店(90.9米高)、香格里拉饭店(82.7米高)、中国工商银行总行(48.3米高),还有正在建设中的国家大剧院工程。全国上百个大小机场都将设计采用钢结构,以加快建设速度和增大空间。由此可见,高速度发展的经济需要钢结构。
条件
政策、技术条件已经具备。今年年初,建设部、国家冶金工业局联合组织建筑用钢技术协调组制定《国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》。纲要中明确阐述:钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占地面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点,此外,钢结构建筑还具有良好的空间感,可设计成大量开放型办公室围绕着空中花园、*天井加上合理的电梯设计可达到较低的能源消耗。因此钢结构又是环保型和节能型建筑结构。与混凝土结构相比它是环保型和可再次利用的、易于产业化的结构,发达国家在房屋建筑中广泛采用钢结构。金融街是较具现代化气息的街区,鉴于钢结构住宅有上述诸多优势,作为目前金融街上一的高档公寓,为了创造更舒适的空间感和更加节约能源,金宸公寓设计成了钢结构高品位住宅,并被评为纲要公布后一家建设部住宅钢结构体系示范工程,也是目**的小高层钢结构住宅项目。

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