钢结构安装工程.ppt

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1、5.3 钢结构工程,1 构件的制作2 钢结构安装,第五章 结构安装工程,概 述,钢结构是指以钢铁为基材，经机械加工组装而成的结构。建筑钢结构仅限于工业厂房、高层建筑、塔桅结构、桥梁等。,钢结构具有强度高、结构轻、施工周期短和精度高等特点，在建筑、桥梁等土木工程中被广泛采用。,单层厂房钢结构体系“鸟巢”的钢结构造型,概述,用作钢结构的钢材有钢板、钢带、型钢(工字钢、槽钢、角钢)、钢管和钢铸件等。,钢 带 工字钢,钢 板 槽钢及角钢 钢 管,概述,1 构件制作,钢结构构件制作一般在工厂进行，包括放样、号料、切割下料、边缘加工、弯卷成型、折边、矫正和防腐与涂饰等工艺过程。,1 构件制作,箱型柱 吊车

2、梁,钢管柱,钢桁架,格构式管柱,H型钢,C型钢,Z型钢,蜂窝梁,钢楼承板,彩色压型钢板,自然通风器,预埋锚栓,1 构件制作,轻钢结构的构件,1.1 放样与号料,根据产品施工详图或零、部件图样要求的形状和尺寸，按1:1的比例把产品或零、部件的实体画在放样台或平板上，求取实长并制成样板的过程。,1.1.1 放样,对复杂的壳体零、部件，还需作图展开。有条件时应采用计算机辅助设计。,1 构件制作,1.1.2 号料,根据样板在钢材上画出构件的实样，并打上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。,工人在号料,1.2 切割下料,切割是将放样和号料的零件形状从原材料上进行下料分离。常用的切割方法有：气割、机械剪

3、切和等离子切割三种方法。,1.2.1 气割下料,利用氧气与可燃气体混合产生的预热火焰加热金属表面达到燃烧温度并使金属发生剧烈的氧化，放出大量的热促使下层金属也自行燃烧，同时通以高压氧气射流，将氧化物吹除而形成一条狭小而整齐的割缝。,气割法有手动气割、半自动气割和自动气割。手动气割 割缝宽度为4mm，自动气割割缝宽度为3mm。,1 构件制作,气割法设备灵活、费用低廉、精度高，能切割各种厚度的钢材，尤其是带曲线的零件或厚钢板，是目前使用最广泛的切割方法。,气割下料 CNC电脑切割生产线,直线气割机,1 构件制作,1.2.2 机械剪切下料,通过冲剪、切削、磨擦等机械来实现。冲剪切割：当钢板厚度12c

4、m时，采用剪板机、联合冲剪机切割钢材，速度快、效率高，但切口略粗糙。,切削切割：采用弓锯床、带锯机等切削钢材，精度较好。,磨擦切割：采用磨擦锯床、砂轮切割机等切割钢材，速度快、但切口不够光洁、噪声大。,液压联合冲剪机 锯 床,1 构件制作,利用高温高速的等离子焰流将切口处金属及其氧化物熔化并吹掉来完成切割，能切割任何金属，特别是熔点较高的不锈钢及有色金属铝、铜等。,1.2.3 等离子切割下料,等离子切割机 数控等离子切割机,1 构件制作,1.3 构件加工,对于尺寸精度要求高的腹板、翼缘板、加劲板、支座支撑面和有技术要求的焊接坡口，需要对剪切或气割过的钢板边缘进行加工。,1.3.1 边缘加工,边

5、缘加工方法有：铲边、刨边、铣边和碳弧气刨边。,钢板铣边机 端面铣 滚剪倒角(坡口)机,1 构件制作,1.3.2 构件矫正,钢材在存放、运输、吊运和加工成型过程中会变形,必须对不符合技术标准的钢材、构件进行矫正。钢结构的矫正，是通过外力或加热作用迫使钢材反变形，使钢材或构件达到技术标准要求的平直或几何形状。,矫正的方法：火焰矫正(亦称热矫正)、机械矫正和手工矫正(亦称冷矫正)。,板材矫正机 H型钢翼缘矫正机 钢管矫直机,1 构件制作,利用火焰对钢材进行局部加热，被加热处理的金属由于膨胀受阻而产生压缩塑性变形，使较长的金属纤维冷却后缩短而完成的。,火焰矫正,影响矫正效果的因素：火焰加热位置、加热的

6、形式、加热的温度。,火焰矫正加热的温度：对于低碳钢和普通低合金钢为6008000C。,火焰矫正,1 构件制作,是通过专用矫正机使用权弯曲的钢材在外力作用下产生过量的塑性变形，以达到平直的目的。,机械矫正,拉伸机矫正：用于薄板扭曲、型钢扭曲、钢管、带钢、线材等的矫正。,压力机矫正：用于板材、钢管和型钢的矫正。多辊矫正机：用于型材、板材等的矫正。,液压矫正机 多辊矫正机矫正板材,1 构件制作,采用锤击的方法进行，操作简单灵活。由于矫正力小、劳动强度大、效率低而用于矫正尺寸较小的钢材，或矫正设备不便于使用时采用。,手工矫正,锤击法-钢板焊接应力变形校正,1 构件制作,1.3.3 弯卷成型,钢板卷曲是

7、通过旋转辊轴对板料进行连续三点弯曲所形成的。钢板卷曲包括预弯、对中和卷曲三个过程。,钢板卷曲,预弯：钢板在卷板机上卷曲时，两端边缘总有卷不到的部份，即剩余直边。通过预弯消除剩余直边。,对中：为防止钢板在卷板机上卷曲时发生歪扭，应将钢板对中，使钢板的纵向中心线与滚筒轴线保持严格的平行。,卷曲：对中后，利用调节辊筒的位置使钢板发生初步的弯曲，然后来回滚动而卷曲。,钢板卷曲,1 构件制作,型钢弯曲：型钢弯曲时断面会发生畸变，弯曲半径越小，则畸变越大。应控制型钢的最小弯曲半径。构件的曲率半径较大，宜采用冷弯；构件的曲率半径较小，宜采用热弯。,型材弯曲,钢管弯曲：在自由状态下弯曲时截面会变形，外侧管壁会

8、减薄，内侧管壁会增厚。弯制方法：管中加入填充物(砂)或穿入芯棒进行弯曲；或用滚轮和滑槽在管外进行弯曲。弯曲半径：管径的 3.5倍(热弯)到4倍(冷弯)。,型材弯曲机,全自动弯管机,1 构件制作,把构件的边缘压弯成倾角或一定形状的操作过程称为折边。折边可提高构件的强度和刚度。弯曲折边利用折边机进行。,折边,包括铆钉孔、螺栓孔，可钻可冲。钻孔用钻孔机进行，能用于钢板、型钢的孔加工；冲孔用冲孔机进行，一般只能在较薄的钢板、型钢上冲孔，且孔径一般钢材的厚度。施工现场的制孔可用电钻、风钻等加工。,制孔,液压板料折弯机,数控三维钻孔机,1 构件制作,1.4.1 钢材的除锈,钢结构的防腐与涂饰包括普通涂料涂

9、装和防火涂料涂装。涂装前，钢材表面应除锈。,1.4 除锈、防腐与涂饰,钢材除锈方法有：喷砂、抛丸、酸洗以及钢丝刷人工除锈、现场砂轮打磨等。抛丸除锈是最理想的除锈方式。,喷砂除锈,抛丸机除锈,1 构件制作,用压缩空气喷射砂粒除锈,对其进行表面清理、强化、光饰、去毛刺,1.4.2 防腐与涂饰,施涂的方法有刷涂法(油性基料的涂料)和喷涂法(快干性和挥发性强的涂料),普通涂料的涂装遍数、涂层厚度应符合设计要求，钢材表面不应误涂、漏涂，涂层应均匀，无明显皱皮、流坠、针眼、气泡及脱皮和返锈等。防火涂料的涂层厚度应符合耐火极限的设计要求。,喷涂法进行涂装,1 构件制作,2 钢结构的安装工艺,钢构件的连接方法

10、有焊接、紧固件连接(螺栓连接、射钉、自攻钉、拉铆钉)及铆接三种。,广州电视塔外筒 南京大胜关长江大桥钢结构焊接施工 高强螺栓连接施工,铆接连接,2 钢结构的安装工艺,2.1 钢结构构件焊接,钢结构常用焊接方法、特点及适用范围,2 钢结构的安装工艺,2.1.1 手工电弧焊,焊条：焊条供手工电弧焊用，由焊芯和药皮组成。焊条的表示方法(如E4303、E5015)：“E”代表焊条，前两位“43”、“50”表示焊缝金属的抗拉强度等级(430、500N/mm2)，第三位数字代表焊接的位置，最后一位数表示适用电源种类及药皮类型。,又称焊条电弧焊：是最普遍的熔化焊焊接方法，它是利用电弧产生的高温、高热量进行焊

11、接的。,电焊机：主要有交流弧焊机、直流弧焊机。,交流弧焊机,直流弧焊机 焊 条,2 钢结构的安装工艺,焊接接头与坡口,为确保焊件能焊透，必须开一定形状的坡口。,焊接前根据焊接部位的形状、尺寸、受力的不同，选择 合适的接头类型。常见的接头型式有 对接、搭接、丁字 接和角接等。,常见的接头型式,对接接头的坡口型式,2 钢结构的安装工艺,焊接工艺参数的选择,手工电弧焊的焊接工艺参数有：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。,焊条直径根据焊件厚度、接头形式、焊缝位置和焊接层次来选择。,焊接电流根据焊条的类型、直径、焊件的厚度、接头形式、焊缝空间位置等因素来考虑。其中焊条直径和焊缝空

12、间位置最为关键。,电弧电压根据电源特性，由焊接电流决定相应的电弧电压。此外电弧电压还与电弧长有关。,2 钢结构的安装工艺,焊接层数视焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多层焊。每层焊缝的厚度过大，对焊缝 金属的塑性有不利影响，施工中每层 焊缝的厚度不应大于45mm。,多层焊的焊缝和焊接顺序,有平焊、立焊、横焊和仰焊四种。平焊易操作，劳动条件好，生产率高，焊缝 质量易保证。立 焊、横焊和仰焊 时施焊困难，应 尽量避免。,焊缝的空间位置,焊缝的空间位置,2 钢结构的安装工艺,(6)运条方法焊条的运动方式,沿其中心线向下送进焊条被电弧熔化变短，为保持弧长，须使焊条沿其中心线向下送进，以防止断弧；,焊

13、条运条有三个运条方向，三个方向的动作应密切配合。,横向摆动为获得一定宽度的焊缝，焊条必须横向摆动。,平焊焊条角度和运条基本动作,沿焊缝方向移动为形成线形焊缝，焊条要沿焊缝方向移动，移动速度应适当；,(7)焊缝的后处理 焊接工作结束后，应做好清除焊缝飞溅物、焊渣、焊瘤等工作。,2 钢结构的安装工艺,2.2 紧固件连接,包括普通螺栓、高强度螺栓、射钉、自攻钉、拉铆钉的紧固连接。连接螺栓分为8级，即3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、10.9S(如5.6S表示抗拉强度为500MPa,屈强比为60%)，其中后两级为高强度螺栓，其余为普通螺栓。,钢柱与基础的地脚螺栓连接,梁柱节点的螺

14、栓连接,2 钢结构的安装工艺,2.2.1 普通螺栓连接,普通螺栓按外形有：六角螺栓、双头螺栓和地脚螺栓。,六角螺栓：按质量和产品等级分为A、B、C三种。A级螺栓精制螺栓；B级螺栓半精制螺栓；C级螺栓粗制螺栓。,普通螺栓的种类和用途,A、B级螺栓适用于连接部位需传递较大剪力的重要结构的安装，C级螺栓适用于钢结构安装中的临时固定。,六角螺栓,2 钢结构的安装工艺,双头螺栓：又称螺柱，多用于连接厚板或不方便使用六角螺栓连接的地方，如砼屋架、屋面梁悬挂单轨梁吊挂件等。,地脚螺栓：分为一般地脚螺栓、直角地脚螺栓、锤头螺栓和锚固地脚螺栓，一般地脚螺栓、直角地脚螺栓和锤头螺栓是在砼浇筑前预埋在基础之中，用以

15、固定钢柱；锚固地脚螺栓是在已成型砼基础上经钻机成孔后，再安装、灌浆固定的一种地脚螺栓。,双头螺栓,一般地脚螺栓,异型地脚螺栓,地脚螺栓预埋,2 钢结构的安装工艺,普通螺栓的施工,连接要求：a.螺栓头和螺母的下面应放置平垫圈。螺母下面的垫圈不应多于2个，螺栓头部下面的垫圈不应多于1个。b.螺栓头和螺母应与结构构件的表面及垫圈密贴。c.倾斜面的螺栓连接，放置斜垫片垫平。d.动荷载或重要部位的螺栓，应放置弹簧垫圈。e.螺栓伸出螺母的长度应不小于两个完整螺纹的长度 螺栓长度=连接板约束厚度+螺母高度+垫圈个数垫圈厚度+螺杆余长,2 钢结构的安装工艺,紧固轴力 螺栓紧固必须从中心开始，对称施拧；大型接头

16、采用复拧，即“两次紧固法”。,施拧时的紧固轴力应不超过相应的规定。永久螺栓拧紧质量检验采用锤敲或用力矩扳手检验，要求螺栓不颤动和偏移，拧紧的真实性用塞尺检查，对接表面高差(不平度)不应超0.5mm。,南京大胜关长江大桥高强螺栓终拧,2 钢结构的安装工艺,2.2.2 高强螺栓连接,高强螺栓就是高强度的螺栓，是一种标准件。是继铆接连接后的新型钢结构连接形式，是目前钢结构连接的主要手段。,高强螺栓从外形上可分为扭剪型高强螺栓和大六角头高强螺栓。,高强螺栓的种类和用途,扭剪型高强螺栓 大六角头高强螺栓,一个连接副为一个螺栓、一个螺母和一个垫圈,一个连接副为一个螺栓、一个螺母和二个垫圈,2 钢结构的安装

17、工艺,高强螺栓的施工要点,紧固前检查 螺栓紧固前，应对螺孔、被连接件的移位，不平度、不垂直度、磨光顶紧的贴合情况，以及板叠合处摩擦面的处理，连接间隙，孔眼的同心度，临时螺栓的布放等进行检查。,紧固施工 紧固顺序应从节点中心向边缘依次进行。紧固时，要分初拧和终拧两次紧固；对于大型节点，可分为初拧、复拧和终拧。初拧、复拧轴力宜为6080%标准轴力，终拧轴力为标准轴力。当天安装的螺栓，要在当天终拧完毕，防止螺纹被沾污和生锈，引起扭矩系数值发生变化。,2 钢结构的安装工艺,紧固完毕检查 高强大六角头螺栓检查：包括是否有漏拧和施工扭矩值。施工扭矩值的检查在终拧完成1h后、48h内进行。抽查量：每个作业班

18、组和每天终拧完毕数量的5，其不合格的数量应小于被抽查数量的10，且少于2个，方为合格。否则，应双倍抽检。如仍不合格，则应对当天终拧完毕的螺栓全部进行复验。扭剪型高强螺栓检查时，只要观察其尾部被拧掉，即可判断螺栓终拧合格。对于某些原因无法使用专用电动扳手终拧掉梅花头时，则可参照高强大六角头螺栓的检查方法，采用扭矩法或转角法进行终拧并标记。,2 钢结构的安装工艺,国家体育场（鸟巢）位于北京奥林匹克公园中心区南部，主体建筑为“鸟巢”。为2008年第29届奥林匹克运动会的主体育场。工程总占地面积21公顷，建筑面积258,000。场内观众坐席约为91000个，其中临时坐席约11000个。2003年12月

19、24日开工建设，2004年7月30日因设计调整而暂时停工，同年12月27日恢复施工，于2008年3月完工。工程总造价22.67亿元。国家体育场工程为特级体育建筑，大型体育场馆。主体结构设计使用年限100年，耐火等级为一级，抗震设防裂度8度，地下工程防水等级1级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构，钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双

20、层膜结构。,受运输、吊装等条件的限制，钢构件可按部件组装、构件组装后出厂，对于复杂构件为验证其安装质量，还要进行工厂预拼装。除管结构为立体预拼装，并可设卡、夹具外，其它结构一般均为平面拼装，且构件应处于自由状态，不得强行固定。,2.3 构件的组装,平面桁架的工厂预拼装 钢管桁架的工厂预拼装,2 钢结构的安装工艺,2.4 钢结构安装,技术准备：制定安装技术方案，单层钢结构工程宜采用分件安装法，屋盖糸统宜采用综合安装法。多层钢结构工程一般采用综合安装法 施工机具及材料准备：包括吊装机械、各类辅助施工机具、钢构件、各类焊接材料及紧固件等。,1.施工准备,柱基检查：柱基找平和标高控制，复核轴线并弹好安

21、装对位线，检查地脚螺栓轴线位置、尺寸及质量。构件清理：清理钢柱等先行吊装构件，编号并弹好安装就位线。,安装前柱底除锈清理,2 钢结构的安装工艺,2.单层钢结构安装,钢柱宜采用一点直吊绑扎法起吊，就位时对准地脚螺栓缓慢下落，对位后拧上螺帽将柱临时固定，校正其平面位置和垂直度；校正后终拧螺帽，用垫板与柱底板焊牢，然后柱底灌浆固定。,1）钢柱安装,钢柱的吊装,终拧地脚螺栓,柱底灌浆固定,2 钢结构的安装工艺,2）钢吊车梁安装,吊车梁采用两点绑扎，吊升时用溜绳控制吊升过程构件的空中姿态，方便对位及避免碰撞。就位临时固定后要校正吊车梁的垂直度、标高及纵横轴线位置。,低跨吊车梁的吊装 双层吊车梁的吊装,2

22、 钢结构的安装工艺,3）屋面系统安装,屋架安装应在柱子校正并固定后进行；屋面系统可采用扩大组合拼装后吊装，扩大组合拼装单元宜成为具有一定刚度的空间结构。檩条等构件安装应在屋架调整定位后进行。,屋架的吊装,扩大组合拼装单元的吊装 檩条的安装,2 钢结构的安装工艺,2.5 多层及高层钢结构安装,多层及高层钢结构的柱、梁、支撑等构件的长度尺寸应包括焊接收缩余量等变形值。,多层钢结构安装 高层钢结构安装,共63页 第48页,2 钢结构的安装工艺,轴线引测：柱的定位轴线应从地面控制线引测，不得从下层柱的定位轴线引测，避免累积误差。,钢柱的校正,钢柱的吊装,1.钢柱的安装与校正,钢柱校正：对垂直度、轴线、

23、牛腿面标高进行初验，柱间间距用液压千斤顶与钢楔或倒链与钢丝绳校正。,共63页 第49页,2 钢结构的安装工艺,2.钢梁的安装与校正,安装准备：吊装前应检查钢柱牛腿标高和柱子间距，梁上装好扶手和通道钢丝绳以保证施工人员的安全。吊点一般设在翼缘板开孔处，其位置取决于钢梁的跨度。,钢梁校正：对标高及中心线要反复校正至符合要求。,梁柱在地面组装后进行整体吊装,钢梁的安装,通道钢丝绳,悬挂吊篮,共63页 第50页,2 钢结构的安装工艺,3.构件间的连接,钢构件的现场连装,钢柱间的连接常采用坡口焊连接；主梁与钢柱的连接一般翼缘用坡口焊连接，腹板用高强螺栓连接；次梁与主梁的连接基本上是在腹板处用高强螺栓连接

24、，少量再在翼缘处用坡口焊连接。,钢柱间坡口焊连接,梁柱间翼缘坡口焊连接,腹板高强螺栓连接,梁柱间翼缘坡口焊连接,腹板高强螺栓连接,共63页 第51页,2 钢结构的安装工艺,柱与梁的焊接顺序：先焊顶部梁柱节点，再焊底部梁柱节点，最后焊中间部分的梁柱节点。高强螺栓连接的紧固顺序：先主要构件，后次要构件。工字形构件的紧固顺序：上翼缘下翼缘腹板。同一节柱上各梁柱节点的紧固顺序：上部的梁柱节点下部的梁柱节点柱子中部的梁柱节点。,共63页 第52页,2 钢结构的安装工艺,2.6 钢网架安装,网架结构广泛用作大跨度的屋盖结构。特点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。网架结构节点有焊接球、螺

25、栓球和钢板节点三种形式。网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，可组合成平面形状的任何形体。,焊接球节点,钢制空心球,钢管杆件,球节点焊缝,管球连接焊缝,螺栓球节点,实心螺栓球45号钢,钢管杆件,锥头,高强螺栓与套筒,共63页 第53页,2 钢结构的安装工艺,1.高空拼装法,先在设计位置处搭设拼装支架，用起重机把网架构件分件(或分块)吊至空中的设计位置，在支架上进行拼装。此法不需大型起重设备，但拼装支架用量大，高空作业多。适用于螺栓球节点的钢管网架。,落地支架拼装网架 网架高空拼装施工,共63页 第54页,2 钢结构的安装工艺,2.整体安装法,是先将网架在地面上拼装成整体，再用起

26、重设备将其整体提升到设计位置上加以固定。此法不需拼装支架，高空作业少，易保证焊接质量，但对起重设备要求高，技术较复杂。适用于球节点的钢网架。根据所用设备的不同，整体安装法又分为多机抬吊法、拔杆提升法、千斤顶提升法及千斤顶顶升法等。,四机抬吊网架,京杭大运河上跨度107m的钢网架一次吊装成功,共63页 第55页,2 钢结构的安装工艺,吊车准备 起吊,吊至设计标高 安装就位,共63页 第56页,2 钢结构的安装工艺,拔杆提升法,网架先在地面上错位拼装，然后用多根独脚拔杆将网架整体提升到柱顶以上，空中移位，落位安装。,整体提升法和顶升法,是利用电动螺杆提升机或顶升千斤顶，将在地面原位拼装好的钢网架整

27、体提升或顶升至设计标高。,整体提升法 整体顶升法,共63页 第58页,2 钢结构的安装工艺,HAECO飞机机库屋顶安装香港,提升塔架,屋顶钢结构荷载为1000t，地面拼装后使用9台额定荷载为185t千斤顶将其吊装到设计高度。,拉力框架的提升,倒装千斤顶沿钢绞线爬升,倒装千斤顶沿钢绞线爬升,共63页 第59页,2 钢结构的安装工艺,3.4.3 高空滑移法,按滑移方式分逐条滑移法和逐条累积滑移法两种；按磨擦方式可分为滚动式滑移和滑动式滑移两种。,北京五棵松体育馆屋顶结构为双向正交桁架体系，跨度为120 120m，26榀钢桁架支撑于沿建筑物四周布置的20根砼柱上，柱顶标高为+29.3m，采用三组平行

28、滑道、累积滑移的安装工艺，滑移总重量3300t，滑移距离120m。,高空滑移法安装屋盖结构 五棵松体育馆屋盖桁架逐条累积滑移法,共63页 第60页,2 钢结构的安装工艺,五棵松体育馆屋盖桁架 逐条累积滑移法施工中,馆外拼装胎架,中滑道、树状支撑及爬行机器人,滑移施工中,共63页 第61页,2 钢结构的安装工艺,郑州机场钢结构滑移,共63页 第62页,2 钢结构的安装工艺,钢结构工程,构件制作,放样与号料,教学复习总结,连接方法,切割下料,边缘加工,弯卷成型,构件矫正,防腐与涂饰,折 边,安装方法,焊 接,螺栓连接,手工电弧焊,埋弧自动焊,半自动焊,气体保护焊,普通螺栓,高强度螺栓,分件安装法单层,综合安装法多层及高层,