第3 章 裝配式鋼結(jié)構(gòu)

第3章 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑3.1裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑概念和特點3.1.1裝配式鋼結(jié)構(gòu)定義裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是指“建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由鋼部（構(gòu)）件構(gòu)成的裝配式建筑”。其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預制部品部件集成。

與普通鋼結(jié)構(gòu)建筑的區(qū)別：1）更加強調(diào)預制部件的集成。2）不僅鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用裝配式，其他系統(tǒng)也要采用裝配式。圖3-1裝配式鋼結(jié)構(gòu)3.1.2裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點與普通鋼結(jié)構(gòu)建筑相比，有以下特點：1）更強調(diào)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的集成和優(yōu)化設計。2）強調(diào)各個系統(tǒng)的集成化，盡可能采用預制部品部件。3）強調(diào)標準化設計。4）強調(diào)連接節(jié)點、接口的通用性與便利性。5）部品部件制作更加精益化。6）現(xiàn)場施工以裝配式和干法作業(yè)為主。7）基于BIM的全鏈條信息化管理。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點1.安全性能好2.輕質(zhì)高強3.綠色環(huán)保裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的缺點：1）耐火性能差。鋼材在150℃以上時須采用隔熱層防護。防火保護中鋼結(jié)構(gòu)建筑重要的成本構(gòu)成。2）耐腐蝕性差。在潮濕的環(huán)境中，特別是處于有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中容易銹蝕，必須采取防腐措施。3）多層和高層建筑的建造成本高。鋼結(jié)構(gòu)在建筑單層廠房和低層裝配式建筑在成本上比鋼筋混凝土要低，較有優(yōu)勢。4）高層鋼結(jié)構(gòu)住宅舒適度問題。高層鋼結(jié)構(gòu)屬于柔性建筑，自振周期較長，易與風荷載波動中的短周期產(chǎn)生共振。3.2裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的歷史鋼結(jié)構(gòu)建筑的源頭是生鐵(鑄鐵)結(jié)構(gòu)建筑。中國是應用生鐵建造建筑物和構(gòu)筑物的先行者。世界上現(xiàn)存最早的鐵結(jié)構(gòu)建筑是建于1061年的中國湖北荊州玉泉寺八角形鐵塔，高17.9m，重53.5t，見圖3-2。圖3-2湖北荊州玉泉寺八角形鐵塔中國最早的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑是建于1934年的上海國際飯店，由匈牙利建筑師拉斯洛·鄔達克設計，地上24層，高83.8m。進入90年代，中國裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑獲得了突飛猛進的發(fā)展，1990年建成的深圳發(fā)展中心大廈，是我國第一棟超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，主體高度146m，見圖3-5。1995年建成的上海東方明珠電視塔，塔高468m，是當時中國最高的建筑物。圖3-5深圳發(fā)展中心大廈3.3裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的類型3.3.1裝配式鋼結(jié)構(gòu)分類1.按建筑高度分類：有單層、低層、多層、高層和超高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑。2.按結(jié)構(gòu)體系分類：有框架結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)、框架延性墻板結(jié)構(gòu)、框架-筒體結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)等。3.按結(jié)構(gòu)材料分類：有鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)等。3.3.2低層、多層裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系

1.集成房屋結(jié)構(gòu)體系集成房屋主要是通過在工廠預制墻體、屋面等，以鋼結(jié)構(gòu)為代表的承重結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場能夠迅速裝配的一種房屋。集成房屋的特點：是標準化模塊生產(chǎn)，易于拆遷、移動、安裝及運輸，可重復使用。集成房屋的優(yōu)點是集成程度高、施工周期短、綠色環(huán)保、濕作業(yè)少以及可回收利用。集成房屋主要用于臨時用房建筑、辦公室、宿舍等，見圖3-8。圖3-8集成式房屋2.模塊化結(jié)構(gòu)體系模塊化結(jié)構(gòu)體系分為全模塊化建筑結(jié)構(gòu)體系、模塊單元與傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)復合體系、模塊單元與板體結(jié)構(gòu)復合體系三類。a）全模塊化b）模塊單元與傳統(tǒng)框架復合c）模塊單元與板體復合3.輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系

輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系主要由立柱、梁、支拉條或撐桿等部件組成的龍骨，再與復合墻體組成的住宅。鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅是通過鋼龍骨與工程板協(xié)同作用來承受各種荷載，我們簡稱之為”板肋結(jié)構(gòu)體系”，這種結(jié)構(gòu)體系可把建筑物的荷載均勻分散，把局部集中荷載減少到最低程度見圖3-10。

圖3-10輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系3.輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系

輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系主要由立柱、梁、支拉條或撐桿等部件組成的龍骨，再與復合墻體組成的住宅。鋼龍骨結(jié)構(gòu)住宅是通過鋼龍骨與工程板協(xié)同作用來承受各種荷載，我們簡稱之為”板肋結(jié)構(gòu)體系”，這種結(jié)構(gòu)體系可把建筑物的荷載均勻分散，把局部集中荷載減少到最低程度見圖3-10。

圖3-10輕鋼龍骨結(jié)構(gòu)體系一、輕鋼龍骨的特性：1、自身質(zhì)量較輕。輕鋼龍骨是一種輕質(zhì)材料。2、防火性能優(yōu)良。由輕鋼龍骨和2～4層石膏板所組成的隔斷，其耐火極限可達到1．O～1．6h。因此，輕鋼龍骨具有優(yōu)良的防火性能。3、施工效率較高。由于輕鋼龍骨是一種輕質(zhì)材料，可以采用裝配式的施工方法，因此，其施工效率較高4、結(jié)構(gòu)安全可靠。由于輕鋼龍骨具有強度較高、剛度較大等優(yōu)良特點，因此，用其制成的結(jié)構(gòu)非常安全可靠。5、抗沖擊性能好。由輕鋼龍骨和9～18mm厚的普通紙面石膏板組成隔墻，其縱向斷裂荷載為390～850N，所以其抗沖擊性能6、抗震性能良好。7、可提高隔熱、隔聲效果及室內(nèi)利用率。因輕鋼龍骨隔斷占地面積很小，如Q75輕鋼龍骨和兩層12mm石膏板所組成的隔斷，寬度僅99mm，而其保溫隔熱性能卻遠遠超過一磚厚的墻。4.多層輕鋼框架結(jié)構(gòu)體系目前，這種體系在多層鋼結(jié)構(gòu)住宅中應用最廣。

縱橫向都設成鋼框架，門窗設置靈活，可提供較大的開間，便于用戶二次設計，滿足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用，運用在低多層住宅中，一般都能滿足抗側(cè)要求。鋼柱截面為高頻H型鋼或冷彎方鋼管，鋼梁截面主要為高頻H型鋼，見圖3-11。圖3-11多層輕鋼框架結(jié)構(gòu)體系高頻H型鋼：采用高頻電流使金屬表面局部加熱，在外力作用下使它焊合而成的，不使用任何焊絲，焊劑。高頻焊接H型鋼力學性能好，抗彎能力強，在承受相同載荷情況下比普通工字鋼節(jié)約金屬10%—15%，建筑上可使結(jié)構(gòu)重量減輕30%—40%，在橋梁上可減輕15%—20%。冷彎型鋼(cold-formedsteel)指用鋼板或帶鋼在冷狀態(tài)下彎曲成的各種斷面形狀的成品鋼材。冷彎型鋼是一種經(jīng)濟的截面輕型薄壁鋼材，也稱為鋼制冷彎型材或冷彎型材。與普通鋼結(jié)構(gòu)(即由傳統(tǒng)的工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼板制作的鋼結(jié)構(gòu))相比較，可節(jié)約鋼材30~50%左右。在某些情況下，冷彎型鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量與相同條件下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的用鋼量相當，是一種經(jīng)濟斷面鋼材。3.3.3中高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系1.鋼框架結(jié)構(gòu)體系鋼框架結(jié)構(gòu)體系是指在縱橫方向均由鋼梁與鋼柱構(gòu)成的，且主要用于承受豎向荷載和水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。鋼框架體系的主要受力構(gòu)件是框架梁和框架柱，梁柱共同作用抵抗豎向荷載和水平荷載。圖3-12鋼框架結(jié)構(gòu)2.鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系以鋼框架結(jié)構(gòu)為基礎在結(jié)構(gòu)縱、橫向的部分框架柱之間設置豎向支撐，進而提高結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度。鋼框架主要承受豎向荷載，鋼支撐則承擔水平荷載，形成雙重抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)體系，見圖3-13。圖3-13鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)3.鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系在此結(jié)構(gòu)體系中，由于剪力墻剛度大，剪力墻分擔大部分的水平荷載，是抗側(cè)力的主體；鋼框架承擔豎向荷載和少部分的水平荷載，為結(jié)構(gòu)提供了較大的使用空間，見圖3-14。圖3-14鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)3.4裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑生產(chǎn)與運輸3.4.1生產(chǎn)工藝分類（1）普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作。（2）壓型鋼板及其復合板制作。（3）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作。（4）集成式低層鋼結(jié)構(gòu)建筑制作。（5）低層冷彎薄壁型鋼建筑制作。3.4.2鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝（P40）1.普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作1）將型鋼剪裁至設計長度，或?qū)摪寮舨弥猎O計的形狀、尺寸。2）將不夠長的型鋼焊接接長，或拼接鋼板。3）用鋼板焊接成需要在構(gòu)件

（如H型柱、帶肋的剪力墻板等）4）用型鋼焊接桁架或其他格構(gòu)式構(gòu)件。5）在鋼構(gòu)件上鉆孔，包括構(gòu)件連接用的螺栓孔、管線通過用的預留孔。6）除銹。7）進行防腐蝕處理。2.加工下料1）下料應要求預留收縮量及加工余量，切割后的飛邊應清理干凈。2）下料后的鋼板，型鋼的切割不得有分層、裂紋和棱角等缺陷

。3）下料切割應符合規(guī)定：

①

主要受力構(gòu)件和需要彎曲的構(gòu)件

②

下料應保證有利于切割和保證零件質(zhì)量；

③

型鋼的下料宜采用鋸切。4）邊緣加工應符合的規(guī)定：

①

宜采用精密切制來代替機械加工。

②

焊接時的坡口加工

宜采用自動切割、半自動切割、刨邊等方法進行。

③

坡口加工時，應采用樣板控制

3.組裝1）按制作工藝的順序進行2）焊接H型鋼、箱形構(gòu)件的組裝宜在焊接生產(chǎn)線上進行3）組裝前的檢查4）嚴格控制焊接接頭的坡口質(zhì)量...5)組裝后的矯正可采用機械方法、加熱方法或機械與加熱聯(lián)合方法。6）鋼板對接時，允許偏差應符合技術規(guī)程要求。4.焊接1)首次使用的焊接材料、焊接方式、焊接措施、參數(shù)等，應在鋼結(jié)構(gòu)制作及安裝施工前進行焊接工藝評定，且評定結(jié)果應符合設計及《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661-2011的規(guī)定。2）鋼結(jié)構(gòu)焊接前應清除焊接接頭及周圍的污物，選擇正確的焊接材料、焊接設備和焊接參數(shù)進行焊接。3）根據(jù)工藝評定合格的試驗結(jié)果和數(shù)據(jù)，編制焊接工藝文件；焊接工件嚴格按照所編寫的工藝文件中的規(guī)定的焊接方法、焊接參數(shù)和施焊順序進行，且應符合《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661-2011的規(guī)定。4)焊接時應根據(jù)環(huán)境溫度、鋼材材質(zhì)、鋼材厚度，選取相應的預熱溫度對焊件進行預熱。5）正式焊接前，應復查組裝質(zhì)量、定位焊質(zhì)量和焊接部位的污物情況；對不符合質(zhì)量要求的部位應進行修改，合格后方可施焊。6）對接接頭、T形接頭和全熔透的角部焊縫，應在焊縫二端設置起弧板和落弧板。7）在焊接過程中，引弧應在焊道外進行，嚴禁在母材上打火引?。缓笜?、焊把等焊接工具不應放在母材上。8）當板厚超過30mm且有淬硬傾向的焊接，以及拘束度較大的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的焊接，必要時可進行后熱處理。

3.4.3鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件運輸與堆放1.構(gòu)件運輸注意要點及保證措施（1）確保正常運輸、合理運輸，不致?lián)p壞構(gòu)件和發(fā)生運輸事故。（2）構(gòu)件應按說明書作業(yè)指導書的要求進行包裝，主要構(gòu)件采用立式裝載運輸，運輸工具上必須有固定裝置，以保證構(gòu)件在途中能穩(wěn)固不動和互不影響。（3）所有構(gòu)件，尤其是立放的構(gòu)件與構(gòu)件之間的墊板、隔板要保證緊密貼靠。（4）構(gòu)件運輸時保持成套性，裝車時必須按規(guī)定方法擱置構(gòu)件，并且保證構(gòu)件在運輸途中不受損傷。（5）為保證構(gòu)件在運輸過程中不發(fā)生變形，并用專用的固定夾具進行分類包裝，見圖3-15。圖3-15鋼結(jié)構(gòu)運輸2.構(gòu)件的裝卸和堆放（1）設立堆放場地的準備工作

清理并平整堆放場地，鋪設專用線路；準備裝卸用機械及起重設備。（2）長條型構(gòu)件的堆放

堆放時應放在木墊板上，分層以木墊板作為間隔。木墊板設置位置均勻，以免構(gòu)件變形。構(gòu)件的堆放高度不宜過高。（3）其他構(gòu)件的堆放

同一標準的構(gòu)件放在一個范圍內(nèi)，每堆垛要留通道，

堆垛高度不宜大于2m。易于散落的單件構(gòu)件的堆放要上小下大，并配備護欄。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件不得直接放在地上，應墊高200mm以上。側(cè)向剛度較大的構(gòu)件可以水平堆放，當多層堆放時，必須使各層墊木在同一垂直線上。

3.5裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工安裝1.一般規(guī)定1）在鋼結(jié)構(gòu)安裝前，設計單位的設計文件要進行設計交底。安裝單位應根據(jù)設計文件編制安裝工程施工組織設計；2）進行鋼結(jié)構(gòu)的深化設計時，應綜合考慮安裝要求。3）進行施工過程驗算時，應考慮塔式超重機的位置及其他施工活荷載、風荷載。4）鋼結(jié)構(gòu)安裝時，應有可靠的作業(yè)通道和安全防護措施，制定極端天氣下的安全措施。5）安裝用的焊接材料、螺栓和涂料等，應有產(chǎn)品質(zhì)量保證書、材料試驗報告、出廠合格證明，質(zhì)量符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定。6）安裝前，應對外形尺寸、螺栓孔直徑和位置、連接件的位置和角度等進行全面檢查，符合設計文件及現(xiàn)行國家標準的要求后方可施工。

2.質(zhì)量檢查1）鋼構(gòu)件成品出廠前，將每個構(gòu)件的質(zhì)量檢查記錄和產(chǎn)品合格證交給安裝單位。對梁、柱、支撐等主要構(gòu)件，就在安裝現(xiàn)場進行復查；對誤差大于允許偏差的構(gòu)件應進行修復。2）鋼構(gòu)件的彎曲變形、扭曲變形、以及構(gòu)件上的連接板、孔洞等的位置和尺寸，應以構(gòu)件軸線為基準進行檢查。3）

構(gòu)件分段應綜合考慮運輸、加工條件，及現(xiàn)場起重設備的起吊能力；4）構(gòu)件各分段單元應能保證吊運過程中的強度和剛度，必要時應采取加強措施。

3.安裝順序1）鋼結(jié)構(gòu)安裝應遵循的順序：劃分安裝流水線、確定