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摘要：我国成为钢产量大国以来，钢结构技术在建筑领域的应用日益广泛。国内出现了钢结构建筑热潮，在科学技术高度发达的今天，钢结构技术不断取得发展进步，已经成为我国建筑领域的主导力量。
Abstract：
Power steel output in China since the increasingly widespread application of technology of steel structure in the field of architecture. Domestic steel structure construction boom, in today's highly developed science and technology, the steel structure technology continues to make progress, has become the leading force in the field of architecture.
关键词：建筑钢结构 通病防治
中图分类号：TU391文献标识码： A
一、钢结构的定义及特征
(一)钢结构的定义
钢结构是指采用钢板及型钢经过加工成各种形状的钢构件后，通过焊接、螺栓连接、铆接将钢构件相互连接固定而成的承重结构物。
(二)钢结构的特征及优点
钢结构的特点大体可总结为以下几个方面。(1)钢结构质量轻、强度高。同等荷载和强度要求下，钢结构比钢筋混凝土等其他类型结构轻，对于无吊车梁的工业和民用建筑，轻钢结构的钢材用量一般为20—50kg/m2。(2)钢结构制作简单、施工安装周期短。钢结构工程大都使用H型钢、槽钢等型材，制作简单。钢结构构件在加工厂中制作，质量可靠、精确度高，加工好的构件大都采用焊接或螺栓连接，因此，与同等面积的钢筋混凝土工程施工相比，钢结构工程的安装工期具有明显的施工周期短的特点。(3)机械化水平高，钢结构的制作和加工多采用大型机械，极大的降低了劳动强度。钢结构制作过程中，从下料、拼板、组立、埋焊、调直等整个过程都以机械为主，安装过程中也主要采用大型机械吊装，在一定程度上降低了劳动强度，节省了大量人力。(4)钢结构符合绿色环保节能理念。采用钢结构减少了水泥砂石开采工作，有利于生态环境的保护。钢结构在进行安装的过程中，主要采用整体式连接，不需要加工制作混凝土，在很大程度上减少了粉尘的污染，减少了建筑垃圾，降低了施工噪声。另外，98%以上的钢结构构件可以回收利用，既节约了材料，又节约了能源，复合绿色环保和可持续发展的原则。
二、钢结构建筑施工工艺
(一)钢结构原材料的选择
由于钢结构建筑主要建材是钢铁，导热性很好，耐火能力不足。基于这个问题，耐火钢的研究一直是冶金技术领域研究的重点课题，并不断取得进步，使得钢结钩在建筑业中的进一步发展成为可能。
一般情况下，高层与超高层建筑的总造价大体可以分为二部分，即钢材料的费用、制作安装费用和防火涂料的费用。其中，防火涂料的费用约占总造价的30%，比重较大。如果选择耐火钢作为钢结构的主材，可以有效提高钢结构的安全性与可靠性。虽然钢材料的价格有所上升，但通过防火涂料费用的降低可以在一定程度上予以弥补。
(二)钢结构的加工过程
(1)如何制作箱型柱
为保障钢板下料后的直线度，可以采用将两块钢板进行拼接的方法。在每一段柱高不超过十二米的情况下，这个方面可以获得较好效果。在进行划线下料时，要注意留下余量。其中，在划线的宽度方向上要留下余量3毫米、划线长度方向要留下余量50毫米，中间的隔板不留余量。按照5毫米左右的间隔，沿划线在长度方向用电钻钻孔，之后同时使用两台半自动切割机沿着划线中轴线进行切割。用水准仪将H型钢固定后，再进行焊接组装成临时组装平台。需要注意的是，焊接工作完毕后，务必保证在距离母材5毫米的地方完成引熄弧板的切断操作。最后使用磨光机进行修磨平整，并认真检查。整个过程当中，一定要避免用锤重击打焊接处，以保障焊接处的完整。
(2)梁与连接板的加工与焊接
与通常制作工序相同，第一道工序是下料。一般情况下都是使用切割机进行型钢的下料。鉴于不同种类钢材性质不同，钢材下料过程中必须要由操作人员进行人工控制，所以在钢板下料时要使用半自动切割机。下料完成后，要把切割处打磨光滑并将金属残渣清理干净。同时对各种材料予以编号并分类摆放，以方便后续操作。为保障钻孔定位准确，在钻孔前，用划针或其他工具在材料上面标出孔的中心位置和直径大小，同时在孔的四周距离中心900毫米的位置上打四只冲孔，完成后仔细检查，确保位置准确。沿着与钢板受力方向垂直的方向用用电动砂轮机或是磨光机对钢板表面进行打磨，打磨范围不能超过螺栓直径的4倍。确保打磨光滑，防止在钢材表面摸出明显凹坑。
(三)钢柱的制作与安装
在高层、超高层建筑中，作为主要竖向构件，钢柱决定着层高和建筑总高度必须要严格按照国家规范标准进行加工验收。对于100米高的超高层建筑，其钢柱由8到12节构件组成。在钢柱翻样下料制作过程中，焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形对于钢柱的使用性能影响很大，必须加以重视。要明确钢柱翻样下料长度和设计长度的区别，就算二者只差几毫米也不能混为一谈。要严格按照编号正确安装钢柱，即使上下兩节钢柱截面完全相等时也不能混用。安装后要严格按照国家标准检查验收，确保工程质量。
通常可采取两种方法控制钢柱标高。一是按相对标高制作安装。一般适用于12层以下，层高要求不严的建筑。钢柱的长度误差要限制到3毫米以内，焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形都忽略不计，只要建筑物的总高度满足全部柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算达标。二是按设计标高制作安装。主要应用于12层以上，精度要求较高的建筑。第一节钢柱底面标高要符合土建的标高。全部钢柱的尺寸总和要与总设计尺寸相等。所有柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形都要计入相应钢柱的加工长度。不管是采用相对标高还是设计标高，在翻样下料制作过程中都要充分表达出来，并符合设计要求的总高度。
(四)框架梁的制作与安装
H型钢是高层、超高层框架梁的首选材料。框架梁通常使用刚性连接的方式与钢柱宜连接。连接的钢柱为贯通型钢柱。钢柱内部与框架梁的上下翼缘对于的地方要设置横向加劲肋。在制造过程中，为使框架梁与钢柱连接处的节点域具有较好的延展性，连接固定更加牢固，同时也为了保障楼层层高的精确性，要在框架梁所在位置设置悬臂梁（短牛腿），使用剖口熔透焊的方法进行悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接处的焊接，使用贴角焊缝的方法焊接腹板。对于框架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接，上下翼缘的连接处采用衬板（兼引弧板）全熔透焊缝，腹板采用高强螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工允许偏差很大，远远不能符合钢结构的精度要求，所以对于框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接的情况，可在腹板的连接板上开设椭圆孔。开孔时要保证椭圆孔的长轴孔径小于螺栓孔径的2倍，同时要留够充足的孔边距。由于焊接过程中产生的收缩，框架梁的翻样下料长度和设计长度并不相同。通过经验公式加以计算并在实际加工后校核，可以比较准确的排除焊接收缩变形的影响，确定其翻样下料的精确长度。在进行高强螺栓群连接时，要确保孔位精度。现阶段常用的方法有模板制孔和多轴数控钻孔两种。相对于模板制孔，多轴数控钻孔精度更高，所以在条件允许的情况下建议使用多轴数控钻孔。如果采用模板制孔，首先要保证模板的精度，它是后续施工的基础。对于孔位发生局部偏差的情况，只能用铰刀扩孔，绝对不能用气割扩孔，否则就要按照重大质量事故处理。
(五)钢结构的防火处理
消防安全是建筑物的重要属性。由于钢结构建筑防火性能存在先天缺陷，必须加以改进克服，使其防火性能满足设计规范中的相关要求。钢结构的防火问题主要是钢结构在高温下容易发生变形进而导致结构坍塌。针对这个问题，可以从多方面着手解决。常见的有在钢结构表面刷涂耐火隔热材料以避免钢结构与火焰直接接触，从而降低钢结构受热程度。在实际施工中，要因地制宜，根据工程的具体情况采用相应方法。
三、钢结构建筑在施工过程中常遇问题及解决办法
目前钢结构常用的连接方法有以下几种
(1)焊接。目前焊接技术的发展较快，焊接已经广泛应用于钢结构的连接当中。由于焊接方式比较灵活，焊接质量易于保证，所以焊接是当前钢结构的主要连接方式。在施工中应用较多的焊接方式是手工电弧焊，埋弧焊和气体保护焊等。它们共同工作的原理都是利用电弧产生的热能使钢材局部熔化，随之熔化的还有焊条和焊丝，它们在高温作用下形成钢液，待冷却后形成一体，这样可以保证钢构件之间有效的连接，具有较高的可靠性。但是由于焊接时所产生的高温，这样会导致钢材内部的晶体排列发生变化，反应在钢结构上的性能就是使得焊缝处的钢材塑性减弱，脆性增强。这就增大了钢构件产生脆断的风险。受焊接时的高温影响，在焊缝附近焊接主体中会存在一部分“热影响区”这个区的大小会随着焊接参数的不同而变化，在焊接所产生的高温影响下其内部的金相组织和性能会发生较大的变化，在这个区域内金属晶粒会变粗，这会导致这部分区域金属的塑性与韧性降低，硬度变大，随着焊接次数的增多，这种现象变得越来越明显，为了有效避免这种不利情况的出现，规范规定同一焊缝处，焊接的次数不应超过两次。
(2)螺栓连接。钢结构连接用的螺栓有普通螺栓和高強螺栓两种。在具体的施工当中，螺栓连接由于其安装省时省力，所需设备简单，对安装工人的技能要求低于焊接要求等优点，已广泛应用于钢结构工程中。按照螺栓的受力不同，通常分为三种:抗剪螺栓连接、抗拉螺栓连接和同时承受剪拉的螺栓连接。鉴于螺栓的受力性能，所以在将来的设计和施工中着重注意螺栓和母材之间的连接性能。同样螺栓连接也存在一些缺点，比如在设计中尤其要注意抗剪连接螺杆的剪断问题，孔壁的承压破坏问题。另在钢结构安装中，要保证钢构件的安装精度，防止栓不对孔。同时对钢构件连接区域内螺栓的紧固顺序也有一定要求。
结语
相比于普通钢筋混凝土结构，钢结构具有很多优点，钢结构的发展将会一路向前，这也就需要在实践中不断的进行经验总结，以确保其施工质量。同时，要总结有价值的钢结构体系，研发和生产钢结构的围护结构，对钢结构建筑所需的构配件、楼墙板、建筑材料、配件安装工艺进行研究，提出适合我国地形地貌环境的钢结构建筑体系。未来钢结构的发展，主要包括两个方面，材料的优化和技术的提高，尤其会挑战造型和空间方面的创新，这将充分利用钢结构的材料特性，在外观方面给人耳目一新的感觉。我国现有钢结构技术水平标志着我国在建筑开发和建设方面已迈入了钢结构的体系时代，这将为我国的建筑行业带来新的突破。
参考文献
[1]黄安宁.浅析高层建筑钢结构工程质量通病与防治措施[J].现代装饰(理论),2011,08:154+157.
[2]林冰冰.分析建筑钢结构焊接技术发展趋势[J].科技创新导报,2013,05:35.
[3]王鹏.浅谈建筑钢结构设计现状及存在的问题[J].中国建筑金属结构,2013,18:1.
Abstract：
Power steel output in China since the increasingly widespread application of technology of steel structure in the field of architecture. Domestic steel structure construction boom, in today's highly developed science and technology, the steel structure technology continues to make progress, has become the leading force in the field of architecture.
关键词：建筑钢结构 通病防治
中图分类号：TU391文献标识码： A
一、钢结构的定义及特征
(一)钢结构的定义
钢结构是指采用钢板及型钢经过加工成各种形状的钢构件后，通过焊接、螺栓连接、铆接将钢构件相互连接固定而成的承重结构物。
(二)钢结构的特征及优点
钢结构的特点大体可总结为以下几个方面。(1)钢结构质量轻、强度高。同等荷载和强度要求下，钢结构比钢筋混凝土等其他类型结构轻，对于无吊车梁的工业和民用建筑，轻钢结构的钢材用量一般为20—50kg/m2。(2)钢结构制作简单、施工安装周期短。钢结构工程大都使用H型钢、槽钢等型材，制作简单。钢结构构件在加工厂中制作，质量可靠、精确度高，加工好的构件大都采用焊接或螺栓连接，因此，与同等面积的钢筋混凝土工程施工相比，钢结构工程的安装工期具有明显的施工周期短的特点。(3)机械化水平高，钢结构的制作和加工多采用大型机械，极大的降低了劳动强度。钢结构制作过程中，从下料、拼板、组立、埋焊、调直等整个过程都以机械为主，安装过程中也主要采用大型机械吊装，在一定程度上降低了劳动强度，节省了大量人力。(4)钢结构符合绿色环保节能理念。采用钢结构减少了水泥砂石开采工作，有利于生态环境的保护。钢结构在进行安装的过程中，主要采用整体式连接，不需要加工制作混凝土，在很大程度上减少了粉尘的污染，减少了建筑垃圾，降低了施工噪声。另外，98%以上的钢结构构件可以回收利用，既节约了材料，又节约了能源，复合绿色环保和可持续发展的原则。
二、钢结构建筑施工工艺
(一)钢结构原材料的选择
由于钢结构建筑主要建材是钢铁，导热性很好，耐火能力不足。基于这个问题，耐火钢的研究一直是冶金技术领域研究的重点课题，并不断取得进步，使得钢结钩在建筑业中的进一步发展成为可能。
一般情况下，高层与超高层建筑的总造价大体可以分为二部分，即钢材料的费用、制作安装费用和防火涂料的费用。其中，防火涂料的费用约占总造价的30%，比重较大。如果选择耐火钢作为钢结构的主材，可以有效提高钢结构的安全性与可靠性。虽然钢材料的价格有所上升，但通过防火涂料费用的降低可以在一定程度上予以弥补。
(二)钢结构的加工过程
(1)如何制作箱型柱
为保障钢板下料后的直线度，可以采用将两块钢板进行拼接的方法。在每一段柱高不超过十二米的情况下，这个方面可以获得较好效果。在进行划线下料时，要注意留下余量。其中，在划线的宽度方向上要留下余量3毫米、划线长度方向要留下余量50毫米，中间的隔板不留余量。按照5毫米左右的间隔，沿划线在长度方向用电钻钻孔，之后同时使用两台半自动切割机沿着划线中轴线进行切割。用水准仪将H型钢固定后，再进行焊接组装成临时组装平台。需要注意的是，焊接工作完毕后，务必保证在距离母材5毫米的地方完成引熄弧板的切断操作。最后使用磨光机进行修磨平整，并认真检查。整个过程当中，一定要避免用锤重击打焊接处，以保障焊接处的完整。
(2)梁与连接板的加工与焊接
与通常制作工序相同，第一道工序是下料。一般情况下都是使用切割机进行型钢的下料。鉴于不同种类钢材性质不同，钢材下料过程中必须要由操作人员进行人工控制，所以在钢板下料时要使用半自动切割机。下料完成后，要把切割处打磨光滑并将金属残渣清理干净。同时对各种材料予以编号并分类摆放，以方便后续操作。为保障钻孔定位准确，在钻孔前，用划针或其他工具在材料上面标出孔的中心位置和直径大小，同时在孔的四周距离中心900毫米的位置上打四只冲孔，完成后仔细检查，确保位置准确。沿着与钢板受力方向垂直的方向用用电动砂轮机或是磨光机对钢板表面进行打磨，打磨范围不能超过螺栓直径的4倍。确保打磨光滑，防止在钢材表面摸出明显凹坑。
(三)钢柱的制作与安装
在高层、超高层建筑中，作为主要竖向构件，钢柱决定着层高和建筑总高度必须要严格按照国家规范标准进行加工验收。对于100米高的超高层建筑，其钢柱由8到12节构件组成。在钢柱翻样下料制作过程中，焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形对于钢柱的使用性能影响很大，必须加以重视。要明确钢柱翻样下料长度和设计长度的区别，就算二者只差几毫米也不能混为一谈。要严格按照编号正确安装钢柱，即使上下兩节钢柱截面完全相等时也不能混用。安装后要严格按照国家标准检查验收，确保工程质量。
通常可采取两种方法控制钢柱标高。一是按相对标高制作安装。一般适用于12层以下，层高要求不严的建筑。钢柱的长度误差要限制到3毫米以内，焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形都忽略不计，只要建筑物的总高度满足全部柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算达标。二是按设计标高制作安装。主要应用于12层以上，精度要求较高的建筑。第一节钢柱底面标高要符合土建的标高。全部钢柱的尺寸总和要与总设计尺寸相等。所有柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形都要计入相应钢柱的加工长度。不管是采用相对标高还是设计标高，在翻样下料制作过程中都要充分表达出来，并符合设计要求的总高度。
(四)框架梁的制作与安装
H型钢是高层、超高层框架梁的首选材料。框架梁通常使用刚性连接的方式与钢柱宜连接。连接的钢柱为贯通型钢柱。钢柱内部与框架梁的上下翼缘对于的地方要设置横向加劲肋。在制造过程中，为使框架梁与钢柱连接处的节点域具有较好的延展性，连接固定更加牢固，同时也为了保障楼层层高的精确性，要在框架梁所在位置设置悬臂梁（短牛腿），使用剖口熔透焊的方法进行悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接处的焊接，使用贴角焊缝的方法焊接腹板。对于框架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接，上下翼缘的连接处采用衬板（兼引弧板）全熔透焊缝，腹板采用高强螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工允许偏差很大，远远不能符合钢结构的精度要求，所以对于框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接的情况，可在腹板的连接板上开设椭圆孔。开孔时要保证椭圆孔的长轴孔径小于螺栓孔径的2倍，同时要留够充足的孔边距。由于焊接过程中产生的收缩，框架梁的翻样下料长度和设计长度并不相同。通过经验公式加以计算并在实际加工后校核，可以比较准确的排除焊接收缩变形的影响，确定其翻样下料的精确长度。在进行高强螺栓群连接时，要确保孔位精度。现阶段常用的方法有模板制孔和多轴数控钻孔两种。相对于模板制孔，多轴数控钻孔精度更高，所以在条件允许的情况下建议使用多轴数控钻孔。如果采用模板制孔，首先要保证模板的精度，它是后续施工的基础。对于孔位发生局部偏差的情况，只能用铰刀扩孔，绝对不能用气割扩孔，否则就要按照重大质量事故处理。
(五)钢结构的防火处理
消防安全是建筑物的重要属性。由于钢结构建筑防火性能存在先天缺陷，必须加以改进克服，使其防火性能满足设计规范中的相关要求。钢结构的防火问题主要是钢结构在高温下容易发生变形进而导致结构坍塌。针对这个问题，可以从多方面着手解决。常见的有在钢结构表面刷涂耐火隔热材料以避免钢结构与火焰直接接触，从而降低钢结构受热程度。在实际施工中，要因地制宜，根据工程的具体情况采用相应方法。
三、钢结构建筑在施工过程中常遇问题及解决办法
目前钢结构常用的连接方法有以下几种
(1)焊接。目前焊接技术的发展较快，焊接已经广泛应用于钢结构的连接当中。由于焊接方式比较灵活，焊接质量易于保证，所以焊接是当前钢结构的主要连接方式。在施工中应用较多的焊接方式是手工电弧焊，埋弧焊和气体保护焊等。它们共同工作的原理都是利用电弧产生的热能使钢材局部熔化，随之熔化的还有焊条和焊丝，它们在高温作用下形成钢液，待冷却后形成一体，这样可以保证钢构件之间有效的连接，具有较高的可靠性。但是由于焊接时所产生的高温，这样会导致钢材内部的晶体排列发生变化，反应在钢结构上的性能就是使得焊缝处的钢材塑性减弱，脆性增强。这就增大了钢构件产生脆断的风险。受焊接时的高温影响，在焊缝附近焊接主体中会存在一部分“热影响区”这个区的大小会随着焊接参数的不同而变化，在焊接所产生的高温影响下其内部的金相组织和性能会发生较大的变化，在这个区域内金属晶粒会变粗，这会导致这部分区域金属的塑性与韧性降低，硬度变大，随着焊接次数的增多，这种现象变得越来越明显，为了有效避免这种不利情况的出现，规范规定同一焊缝处，焊接的次数不应超过两次。
(2)螺栓连接。钢结构连接用的螺栓有普通螺栓和高強螺栓两种。在具体的施工当中，螺栓连接由于其安装省时省力，所需设备简单，对安装工人的技能要求低于焊接要求等优点，已广泛应用于钢结构工程中。按照螺栓的受力不同，通常分为三种:抗剪螺栓连接、抗拉螺栓连接和同时承受剪拉的螺栓连接。鉴于螺栓的受力性能，所以在将来的设计和施工中着重注意螺栓和母材之间的连接性能。同样螺栓连接也存在一些缺点，比如在设计中尤其要注意抗剪连接螺杆的剪断问题，孔壁的承压破坏问题。另在钢结构安装中，要保证钢构件的安装精度，防止栓不对孔。同时对钢构件连接区域内螺栓的紧固顺序也有一定要求。
结语
相比于普通钢筋混凝土结构，钢结构具有很多优点，钢结构的发展将会一路向前，这也就需要在实践中不断的进行经验总结，以确保其施工质量。同时，要总结有价值的钢结构体系，研发和生产钢结构的围护结构，对钢结构建筑所需的构配件、楼墙板、建筑材料、配件安装工艺进行研究，提出适合我国地形地貌环境的钢结构建筑体系。未来钢结构的发展，主要包括两个方面，材料的优化和技术的提高，尤其会挑战造型和空间方面的创新，这将充分利用钢结构的材料特性，在外观方面给人耳目一新的感觉。我国现有钢结构技术水平标志着我国在建筑开发和建设方面已迈入了钢结构的体系时代，这将为我国的建筑行业带来新的突破。
参考文献
[1]黄安宁.浅析高层建筑钢结构工程质量通病与防治措施[J].现代装饰(理论),2011,08:154+157.
[2]林冰冰.分析建筑钢结构焊接技术发展趋势[J].科技创新导报,2013,05:35.
[3]王鹏.浅谈建筑钢结构设计现状及存在的问题[J].中国建筑金属结构,2013,18:1.