我國高層鋼結構建築的發展及其安裝技術

2022-09-27 03:42:02 字數 2507 閱讀 8180

一、我國的高層與超高層鋼結構建築的發展

我國的高層與超高層鋼結構建築自改革開放以來已有20年的歷史,並在設計和施工中積累了不少經驗,已有我國自行編制的《高層民用建築鋼結構技術規程》jgj99-98。

1、鋼材的國產化

國內鋼鐵企業根據我國高層建築鋼結構設計標準的要求,制訂我國第一部高層建築鋼結構的鋼材標準《高層建築結構用鋼板》(yb4104-2000),比目前仍在實施的《低合金高強度結構鋼》(gb/t1591-94)又前進了一步,其效能指標優於國外同類產品。

2、鋼結構設計國產化

截止2023年3月,我國已建和在建的高層建築鋼結構有60餘幢,按其結構型別劃分,鋼框架-rc核心筒佔4314%,src框架-rc核心筒佔1617%,二者合計6011%;鋼框架-支撐體系佔1813%;巨型框架佔813%;純鋼框架佔617%,筒體和鋼管混凝土結構各佔313%.統計表明,目前我國高層建築鋼結構以混合結構為主。

鑑於我國對混合結構尚未進行系統的研究,所以《建築抗震設計規範》(gb50011-2001)暫不列入這種結構型別是合理的。

國家標準《高層民用建築鋼結構技術規程》(jgj99-98)和《建築抗震設計規範》(gb50011-2001)等有關高層建築最大高度和最大高寬比的規定,在一般情況下,應遵守規範的規定,否則應進行專項論證或試驗研究。建設部第111號令《超限高層建築工程抗震設防管理規定》和建質[2003]46號文《超限高層建築工程抗震設防專項審查技術要點》,對加強高層建築鋼結構設計質量控制意義重大,具有可操作性。

鋼結構設計分兩個階段,即設計圖階段和施工詳圖階段。現在有的設計院完全採取國外設計模式,無構件圖、節點圖和鋼材表等,對工程招投標和施工詳圖設計帶來不便。因此,建議有關部門對此做出具體規定。

關於節點設計問題,國內應多做一些理論和試驗研究工作,比如柱樑剛性節點塑性鉸外移和防止焊接節點的層狀撕裂等。由於鋼結構的阻尼比較低,在研發各種耗能支撐和節點的減震消能體系方面,國際上研究和應用較多,國內應加快進行此方面的研究。

二、高層及超高層結構體系

對於高層及超高層建築的劃分,建築設計規範、建築抗震設計規範、建築防火設計規範沒有乙個統一規定,一般認為建築總高度超過24m為高層建築,建築總高度超過60m為超高層建築。

對於結構設計來講,按照建築使用功能的要求、建築高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則,選擇相應的結構體系,一般分為六大類:框架結構體系、剪力牆結構體系、框架—剪力牆結構體系、框—筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。

三、鋼結構製作與安裝

1、鋼柱的安裝

鋼柱是高層、超高層建築決定層高和建築總高度的主要豎向構件,在加工製造中必須滿足現行規範的驗收標準。

100m高的超高層鋼柱一般分為8~12節構件,鋼柱在翻樣下料製作過程中應考慮焊縫的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形,所以鋼柱的翻樣下料長度不等於設計長度,即使只有幾公釐也不能忽略不計。而且上下兩節鋼柱截面完全相等時也不允許互換,要求對每節鋼柱應編號予以區別,正確安裝就位。

矩形或方形鋼柱內的加勁板的焊接應按現行規範要求採用熔嘴電渣焊,不允許採用其他如在箱板上開孔、槽塞焊等形式。

鋼柱標高的控制一般有二種方式:

(1)按相對標高製作安裝。鋼柱的長度誤差不得超過3mm,不考慮焊縫收縮變形和豎向荷載引起的壓縮變形,建築物的總高度只要達到各節柱子製作允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和就算合格,這種製作安裝一般在12層以下,層高控制不十分嚴格的建築物。

(2)按設計標高製作安裝。一般在12層以上,精度要求較高的層高,應按土建的標高安裝第一節鋼柱底面標高,每節鋼柱的累加尺寸總和應符合設計要求的總尺寸。每一節柱子的接頭產生的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形應加到每節鋼柱加工長度中去。

2、框架梁的製作與安裝

高層、超高層框架梁一般採用h型鋼,框架梁與鋼柱宜採用剛性連線,鋼柱為貫通型,在框架梁的上下翼緣處在鋼柱內設定橫向加勁肋。框架樑應按設計編號正確就位。

為保證框架梁與鋼柱連線處的節點域有較好的延性以及連線可靠性和樓層層高的精確性,在工廠製造時,在框架梁所在位置設定懸臂梁(短牛腿),懸臂梁上下翼緣與鋼柱的連線採用剖口熔透焊縫,腹板採用貼角焊縫。框架梁與鋼柱的懸臂梁(短牛腿)連線,上下翼緣的連線採用襯板(兼引弧板)全熔透焊縫,腹板採用高強螺栓連線。

由於鋼筋混凝土施工允許偏差遠遠大於鋼結構的精度要求,當框架梁與鋼筋混凝土剪力牆或鋼筋混凝土筒壁連線時,腹板的連線板可開橢圓孔,橢圓孔的長向尺寸不得大於2d0(d0為螺栓孔徑),並應保證孔邊距的要求。

框架梁的翻樣下料長度同樣不等於設計長度,需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用經驗公式計算再按實際加工之後校核,確定其翻樣下料的精確長度。

框架梁上下翼緣的連線可採用高強螺栓連線或焊接連線,目前大部分採用帶襯板的全熔透焊接連線。施工時先焊下翼緣再焊上翼緣,先一端點焊定位,再焊另一端。

腹板則採用高強度螺栓連線,要充分理解設計時採用摩擦型還是承壓型高強螺栓。採用摩擦型高強螺栓的摩擦係數應選用合理。

採用高強螺栓群連線時,孔位的精度十分重要。目前制孔一般採用模板制孔和多軸數控鑽孔,前者精度低,後者精度高,應優先考慮採用後者。當採用模板制孔時,應保證模板的精度,以確保高強螺栓的組裝孔和工地安裝孔的精度要求。

如果孔位區域性偏差,只允許使用鉸刀擴孔。嚴禁使用氣割擴孔,若用氣割擴孔,則應按重大質量事故處理。

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