合肥市钢结构应用情况调查报告
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合肥市钢结构应用情况调查报告
中文摘要
随着合肥城市化进程的加快，大跨度、高层建筑形态呈现出千奇百怪的特点，钢结构被广泛的应用于各类建筑中，并且钢结构作为我国未来住宅发展的一个趋势,受到人们越来越多的关注。为此特为合肥市内钢结构住宅的应用情况进行了系统的调查研究,以期找到制约钢结构住宅发展的瓶颈,从社会和技术两个层面为钢结构住宅的发展应用找到突破口。并结合钢结构住宅的实际应用情况(包括结构选型,梁、柱形式等)及调研过程中发现的相关问题。作为一个相对新型的行业，自上世纪80年代末开始，钢结构在建设领域得到广泛应用。90年代后，随着经济的发展钢铁工业技术和产能的提升，高层建筑、体育场馆、机场航站楼等建筑物逐渐增多，钢结构进入了快速发展期。
关键词：钢结构；应用；高层建筑；大跨度
ABSTRACT With the acceleration of urbanization process in Hefei, large-span, showing a strange form of high-rise building features, is widely used in various types of steel buildings and steel as our future residential development of a trend by growing more attention. Hefei, this specially designed steel structure housing the application within a systematic research in order to find the bottleneck restricting the development of residential steel, from the social and technological levels of development applications for the steel housing to find a breakthrough. Combined with the practical application of steel housing (including structure, selection, beam, column forms, etc.) and
research-related issues identified in the course. As a relatively new industry, since the late 1980s, steel is widely used in the construction field. After 90 years, the steel industry with the economic development and capacity enhancement technologies, high-rise buildings, stadiums, airport terminals and other buildings gradually increased, steel entered a rapid development period.
Key words: steel structure; application; high-rise building; large span
1、钢结构简述
1.1简述
我国建筑业发展的总目标是：提高建筑业的整体素质、生产工业与技术装备水平，达到在国际建筑市场中具有较强的竞争能力，并充分发挥建筑业在带动国民经济增长和结构调整中的先导产业作用，到20xx年使建筑业成为名副其实的国民经济支柱产业。建筑业要带动相关产业发展，加快发展钢结构工程是一个很重要的方面。
高层建筑钢结构近年来雨后春笋般的拔地而起，发展很迅速。我国80年代建成的11幢高层建筑钢结构最高为208米，而90年代以来正在建造或设计的高层建筑钢结构共约32幢，最高的达420米（已建）和460米（设计）。最近在大连兴建的高度200米的远洋大厦钢结构，设计、制造、安装和材料全部是由国内承担和供应的，这说明完全由我国自己来建造超高层钢结构是可以做到的。
大跨度空间钢结构最先让人们了解的是网架工程，其发展的速度较快，计算也比较成熟，国内有许多专用网架计算和绘图程序，是其迅速发展的重要原因。网壳在我国已在应用，已建成的网壳工程以球面和柱面较多，还有双曲抛物面、双曲扁壳等形式。它比网架又有许多优点，特别是在超大跨度时。悬索及斜拉结构、膜和索膜结构在国内应用也较多，主要用于体育馆、车站等大空间公共建筑中。其他大跨度空间钢结构还包括立体桁架、预应力拱结构、弓式结构、悬吊结构、网格结构、索杆杂交结构、索穹顶结构等在全国各地均有实例。
合肥市也在改革开放后开始大量的使用钢结构。为城市的建设增添了一股新的活力，钢结构被广泛的使用于工业厂房、体育馆、机场航站楼、办公楼等大跨度、高层建筑。
1.2钢结构的连接方法
焊接连接 螺栓连接 铆钉连接
1.3钢结构的特点
钢结构自重较轻、钢结构工作的可靠性较高、钢材的抗振（震）性好、钢结构制造的工业化程度较高、钢结构可以准确快速地装配、钢结构室内空间大、容易做成密封结构、钢结构易腐蚀、钢结构耐火性差、钢结构可回收利用、钢结构工期较短。
2、钢结构的优点
2.1能合理布置功能区间。
利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅。而传统结构（砖混结构、砼结构）由于材料性质限制 了空间布置的自由，以往开间一般常在3.2米、3.4米、3.6米，如果过大，就会造成板厚、梁高、柱大，出现"肥梁胖柱"现象，不但影响美观，而且自重 增大，增加造价，购房者在二次装饰时，经常由于自行改变墙体位置，增加隐患。
2.2自重轻、抗震性能好
相同建筑面积的建筑楼层，钢结构自重轻，根据比较，六层轻钢结构住宅的重量，仅相当于四层砖混结构住宅的重量。而且钢材具有延性，能比较好的消耗地震带来的能量，所以抗震性能好，结构安全度高。
2.3施工方便、工期短
钢结构构件，可以实行工厂化生产，现场安装。由于现场作业量小，对周围环境污染少，同时，施工机械化程度高，加快了施工速度。根据统计，同样面积建筑物，钢结构比砼结构工期，可缩短三分之一，而且可节省支模材料。
2.4综合造价低
由于自重轻，基础费用降低，总体用料减少，直接成本降低，建设工期短，间接费又可减少，所以综合造价低。
2.5符合住宅产业化和可持续发展的要求
钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高住宅产业化的水平。
所以，钢结构是适合创新的住宅结构体系。钢结构可随着人们审美观的不同，使用功能要求的不同，设计各种造型、尺度、空间的新型房型。生产厂家能高精度、高质量、高速度完成，使建筑物达到既美观又经济的效果。
3、钢结构应用举例
利用课余时间我对合肥市的钢结构应用进行了一个初步的调研了解，主要参观了合肥市奥体中心、新桥机场航空楼、鸿路钢构办公楼、江淮汽车厂。下面分别对这几处的钢结构应用做分别的介绍：
3.1奥体中心
合肥奥林匹克体育中心总用地面积34.7万m2(521亩)，建筑面积15.3万m2，总投资约15亿元。包括一座能容纳60000人的主体育场、一座容纳8000人的综合体育馆、一座容纳3000人的游泳跳水馆、一个三星级的体育宾馆及附属用房、室外网球场、室外足球场及热身训练馆，商业娱乐设施、五环喷泉广场等。主体育馆的屋盖是由钢桁架连接的钢结构屋盖，钢结构应用使得体育馆的外型上显得格外的有活力，展示出了体育带给人的激情与活力，它是网架屋顶结构，是使用比较普遍的一种大跨度屋顶结构。这种结构整体性强，稳定性好，空间刚度大，防震性能好。网构架高度较小，能利用较小杆形构件拼装成大跨度的建筑，有效地利用建筑空间。适合工业化生产的大跨度网架结构，外形可分为平板型网架和壳形网架两类，能适应圆形、方形、多边形等多种平面形状。平板型网架多为双层，壳形网架有单层和双层之分，并有单曲线、双曲线等屋顶形式。50年代后期上海同济大学曾建造了装配整体式钢筋混凝土单层联方网架壳形结构建筑，大厅部分净跨度为40米，外跨度54米。上海文化广场的改建设计采用钢结构球节点平板型网架，19xx年建成。19xx年建成的美国新奥尔良市体育馆，圆形平面直径达207.3米,是当今世界上最大的钢网架结构建筑。虽然奥体中心不
及这些世界著名的建筑，但是它的诞生也带动了安徽体育馆的钢结构大跨度屋盖的使用。
3.2 新桥机场航空楼
合肥新桥国际机场是国内4E 级枢纽干线机场,其航站楼横向长约804m, 纵向最大宽度约161m,建筑最大高度约30m, 分为五个区段, 以3区段中轴线向两边呈对称布置,为多种结构形式组合的新型大跨刚架结构。
在本工程中, 1 区与5 区大跨钢架为本工程中无支撑跨度最大的箱型梁刚架,其吊装过程是施工的重点也是难点, 经综合考虑采用钢结构分段吊装的施工方案。1、5 区基本对称,分别由13榀刚架以及3.78m、7.8m 钢框架结构共同组成结构受力体系。钢框架结构体系则主要由圆管柱与主次梁组成。
机场航站楼的3区钢结构由11榀钢架组成钢架柱体部分为箱型, 梁体部分为桁架结构。钢架最大外轮廓超过1 0m, 柱距为18m, 最大跨度54m。为解决3 区钢结构吊装, 特设置两台行走式塔吊。塔吊轨道所相交混凝土梁每间隔9m, 采用钢管柱进行加固, 上部行走式塔吊及其全部作业荷载通过轨道梁传递至钢管加固位置。此行走式塔吊的设置与加固带来结构荷载以及荷载传递方式的改变, 故需对其相关构件进行施工监控。
对于钢架吊装及支撑卸载阶段以及行走式塔吊钢管支撑柱的施工过程监控。着重探讨, 以有限元软件模拟施工过程,加以分析对比。如果施工状态和理想状态之间存在误差, 在出现误差之后及时纠正, 由理论分析计算决定纠正的措施和控制量的大小, 形成一个动态控制过程,进而指导后续施工。
对行走式塔吊支撑柱结构变形及应力的监控。新桥国际机场航站楼的3 区结构吊装, 设置两台行走式塔吊。为保证正常施工、预防安全隐患,对行走式塔吊加固、施工过程予以监测。监测由对结构挠度变形的监测和对钢管柱应力监测两部分组成:（1 ）结构挠度变形: 监测在施工中塔吊荷载及施工荷载作用下, 主体结构与塔吊轨道相交混凝土梁的挠度位移变化。（2）钢管柱应力: 监测在施工全过程中加固用钢管支撑柱的应力应变,分析其应力分布及安全储备 。通过这两部分的检测来保证航空楼的钢结构不至于坍塌。
3.3 鸿路彩钢拼装系列活动房
鸿路彩钢拼装系列活动房为单坡排水、通过立柱、横梁、抗风柱及夹芯墙板及瓦楞板的自身强度，经过拉钉，螺栓，自攻钉的连接而组成的主型活动房屋系统。可工业化生产，可周转使用、免内装修、实现了室内美观、施工快捷安全的临建理念。
性能：结构可靠、密封严密、隔热保温、防水、耐火、防潮。房屋整体造型美观，室内外均为彩色装饰钢板，具有良好的外观效果，设计与色彩搭配协调。运输方便，折装循环使用，环保节约。
建筑设计及用料说明：1、主题骨架：采用花梁钢架或C型钢架作为二层的承重，设计荷载150千克/平方，完全满足正常安全使用要求。2、外墙一般采用75MM厚或者100MM厚的普通墙面彩钢夹芯板，内隔墙一般用50MM厚普通墙面彩钢夹芯板，内外墙板均为竖向安装。3、屋面板一般采用75MM或者100MM厚瓦楞彩钢夹芯板，屋面可以承受荷载为80千克/平方。既保证安全又能延长活动房使用寿命。4、屋面三周附加封雨板或滴水线做保护，从而达到了安全美观的使用要求。5、门为彩钢夹芯复合板门，窗为塑钢白玻璃窗。
用途：广泛应用于道路、铁道、建筑等野外作业的临时施工房、城市市政、商业及其他临时性用房，如：临时办公室、会议室、指挥部、项目部、宿舍及临时商店、临时学校、临时医院、临时停车场、临时展览馆、临时维修部、临时加油站等。其他临时性用房领域，如军事后勤临时用房。无菌实验室、隔离室、通讯站、配电房、风景旅游区临时用休闲别墅、度假屋等。
轻钢组合房是该公司向社会推出的一种全新概念的环保经济型活动房屋，该屋是一种轻钢为骨架，以夹芯板为围护材料，以标准模数系列进行空间组合，固件采用罗斯连接，可方便快捷的进行组合拆卸。实现了临时建筑的通用标准化，环保节能、快捷高效的建筑理念，使临建房屋进入了一个系列化开发，集成化生产，配套化供应，可库存和可多次周转使用的定型产品领域。
大跨度空间钢结构最先让人们了解的是网架工程，其发展的速度较快，计算也比较成熟，合肥市有许多专用网架计算和绘图程序，是其迅速发展的重要原因。网壳在合肥市已在应用，已建成的网壳工程以球面和柱面较多，还有双曲抛物面、双曲扁壳等形式。它比网架又有许多优点，特别是在超大跨度时。悬索及斜拉结构、膜和索膜结构在国内应用也较多，主要用于体育馆、车站等大空间公共建筑中。其他大跨度空间钢结构还包括立体桁架、预应力拱结构、弓式结构、悬吊结构、网格结构、索杆杂交结构、索穹顶结构等在全国各地均有实例。
轻钢结构是近十年来发展最快的领域，在美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上。这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，已引起结构设计人员认识。轻钢住宅的研究开发已在各地试点，是轻钢发展的一个重要方向，目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快、抗震有利的特点，必将对我国传统的住宅结构模式产生较大冲击。
随着社会分工的不断细化，钢结构设计也必将走向专业化发展的道路。专业钢结
构设计也可弥补由于不熟悉钢结构形式而无法优化结构设计方案的问题。我们相信，只要加强领导，合理规划，积极组织，政府、行业、企业共同努力，产、学、研紧密结合协作，钢结构产业更加兴旺发展的新局面就在眼前。
4、钢结构的发展
我国建筑业发展的总目标是：提高建筑业的整体素质、生产工业与技术装备水平，达到在国际建筑市场中具有较强的竞争能力，并充分发挥建筑业在带动国民经济增长和结构调整中的先导产业作用，到20xx年使建筑业成为名副其实的国民经济支柱产业。建筑业要带动相关产业发展，加快发展钢结构工程是一个很重要的方面。
高层建筑钢结构近年来雨后春笋般的拔地而起，发展很迅速。我国80年代建成的11幢高层建筑钢结构最高为208米，而90年代以来正在建造或设计的高层建筑钢结构共约32幢，最高的达420米（已建）和460米（设计）。最近在大连兴建的高度200米的远洋大厦钢结构，设计、制造、安装和材料全部是由国内承担和供应的，这说明完全由我国自己来建造超高层钢结构是可以做到的。
大跨度空间钢结构最先让人们了解的是网架工程，其发展的速度较快，计算也比较成熟，国内有许多专用网架计算和绘图程序，是其迅速发展的重要原因。网壳在我国已在应用，已建成的网壳工程以球面和柱面较多，还有双曲抛物面、双曲扁壳等形式。它比网架又有许多优点，特别是在超大跨度时。悬索及斜拉结构、膜和索膜结构在国内应用也较多，主要用于体育馆、车站等大空间公共建筑中。其他大跨度空间钢结构还包括立体桁架、预应力拱结构、弓式结构、悬吊结构、网格结构、索杆杂交结构、索穹顶结构等在全国各地均有实例。
轻钢结构是近十年来发展最快的领域，在美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上。这种结构工业化、商品化程度高，施工快，综合效益高，市场需求量很大，已引起结构设计人员认识。轻钢住宅的研究开发已在各地试点，是轻钢发展的一个重要方向，目前已经有多种的低层、多层和高层的设计方案和实例。因其可做到大跨度、大空间，分隔使用灵活，而且施工速度快、抗震有利的特点，必将对我国传统的住宅结构模式产生较大冲击。
随着社会分工的不断细化，钢结构设计也必将走向专业化发展的道路。专业钢结构设计也可弥补由于不熟悉钢结构形式而无法优化结构设计方案的问题。我们相信，只要加强领导，合理规划，积极组织，政府、行业、企业共同努力，产、学、研紧密结合协作，钢结构产业更加兴旺发展的新局面就在眼前。
5、钢结构规范的学习
5.1按承载能力极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时应考虑荷载效应的偶然组合。
按正常使用状态设计钢结构时，应考虑荷载的标准组合，对刚与混凝土组合梁，尚应考虑准永久组合。计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值，计算疲劳时，应采用荷载标准值。
5.2当钢结构工程施工质量不符合规范要求时，应按下列规定进行处理：
（1）经返工重做或更换构配件的检验批，应重新进行验收。（2）经由自治的检测单位检测鉴定能够达到设计要求的检验批，应予以验收。（3）经返修或加固处理的分项、分部工程，虽然改变外形尺寸但仍能满足使用要求，可按处理技术方案和协商文件进行验收。
5.3焊缝表面不得有裂纹、韩熘等缺陷。
一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。且一级焊缝不许有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。对于需要进行焊前预热或焊后热处理的焊缝，其预热温度或后热温度应符合国家现行，且不应小于100mm,后热处理应在焊后立即进行，保温时间应根据板厚按每25mm板厚确定。
参考文献：
【1】蔡玉春. 钢结构住宅产业化的现状与进展[J]钢结构, 2005, (01) .
【2】孙永振. 轻钢结构的市场应用前景分析及动力特性研究[D]西安理工大学, 2002 .
【3】孙永振. 轻钢结构的市场应用前景分析及动力特性研究[D]西安理工大学, 2002 .
【4】何一民,史万春. 关于发展新型轻钢结构建筑的建议[J]钢结构, 1996, (03) .
【5】王振山. 钢结构住宅调研及小高层框架柱性能比较[D]. 西安建筑科技大学, 2009.