淺談建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計施工與質(zhì)量控制

【摘要】鋼結(jié)構(gòu)建筑作為一種重要的設(shè)計建筑類型，在現(xiàn)代建筑物建設(shè)和設(shè)計中應(yīng)用的比例也越來越大。本文主要介紹了鋼結(jié)構(gòu)建筑的基本特點，以及鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的主要內(nèi)容。并對建筑施工與質(zhì)量控制工作進行了分析和論述。

【關(guān)鍵詞】建筑；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計施工；質(zhì)量控制

引言

隨著國內(nèi)的鋼鐵產(chǎn)量的不斷攀升，經(jīng)濟建設(shè)步伐的不斷加快，在建筑行業(yè)中綠色環(huán)保方面的要求也在逐年提高，鋼材在建筑主體結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用以及成為了未來建筑設(shè)計的一種主流趨勢，國內(nèi)的用鋼政策從計劃經(jīng)濟時代的限制用鋼到改革開放后的合理用鋼再到目前的積極用鋼，我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)也迎來了良好的發(fā)展機遇。目前在建筑項目結(jié)構(gòu)方案設(shè)計時，不僅需要突出新穎性，結(jié)構(gòu)受力分布合理，鋼材用量節(jié)省，更需要符合我國國情以及人民的日常使用需求。值得注意的是我國目前一部分重大建設(shè)項目都由國外建筑師設(shè)計完成，其中不乏結(jié)構(gòu)方案設(shè)計不符合我國國情的建設(shè)項目，用鋼材用量驚人，造價不菲。然而面對國內(nèi)廣闊的建設(shè)工程市場，鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計體制、策劃理念、設(shè)計施工質(zhì)量、設(shè)計人才隊伍建設(shè)方面還存在相當(dāng)大的差距，亟待解決和改善。

1、鋼結(jié)構(gòu)的建筑的基本特點

（1）功能優(yōu)越。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，設(shè)計結(jié)構(gòu)的形態(tài)、節(jié)點布局、尺寸對于建筑的外觀形象起著決定性的影響。建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中要合理的同功能性結(jié)合起來，才能使建筑物發(fā)揮出更強的實用性，同時也有利于其他設(shè)計環(huán)節(jié)的順利開展，設(shè)計出藝術(shù)性、實用性俱佳的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

（2）生態(tài)環(huán)保。鋼結(jié)構(gòu)建筑在資源、能源利用方面有著很好的使用效果。眾所周知中國是世界上采用磚砌體建筑以及混凝土建筑最為廣泛的國家。鋼材作為高強度、高效能的建筑材料，循環(huán)利用能力強，邊角料也可以發(fā)揮出很高的價值，不需要進行制模流程。目前在國際上引領(lǐng)建筑潮流的新型住宅產(chǎn)品也逐步的被引入國內(nèi)，其環(huán)保節(jié)能的表現(xiàn)十分優(yōu)異。該類型住宅采用全封閉式保溫隔熱防潮系統(tǒng)，室溫變化范圍不大，相對熱量損失也大大降低。不論冬夏，以及外部環(huán)境氣候溫度變化，都能夠為用戶營造一個良好舒適的工作居住環(huán)境。即使室外溫度低至0攝氏度，室內(nèi)溫度仍能夠維持在17攝氏度左右；而當(dāng)室外溫度高達30攝氏度時，室內(nèi)溫度也可以維持在21攝氏度左右。

（3）鋼結(jié)構(gòu)建筑優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其一，鋼結(jié)構(gòu)便于工廠化生產(chǎn)，降低了現(xiàn)場施工任務(wù)量，縮短了施工周期；其二，鋼材料的自重輕、產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)荷載低，削減了地基處理方面的開支；鋼結(jié)構(gòu)抗震性能更強，可以為投資方贏得良好的經(jīng)濟效益和社會效益；鋼材料強度性能與韌性高，結(jié)構(gòu)斷面較小，更便于設(shè)計布局，降低了建筑用地。

（4）鋼結(jié)構(gòu)建筑具備超高度和超跨度能力。鋼制材料的密度與強度的比值遠低于傳統(tǒng)的磚石，混凝土材質(zhì)，在同樣受力能力時，鋼材質(zhì)的自重最小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)大跨度和超高度的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計形體。目前國際范圍內(nèi)已具有建造跨度大于1000米的超大穹頂以及高度超過 1000米，甚至4000米的超高層建筑的能力。

2、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容

2.1鋼結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計內(nèi)容

（1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平直接決定了建筑外觀形象，也是展示設(shè)計者構(gòu)思理念的創(chuàng)作過程，也是建筑項目的關(guān)鍵和核心。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計其重點是通過精致的節(jié)點設(shè)計以及細致的施工來體現(xiàn)完美的建筑藝術(shù)，以一流的建設(shè)水平來完成建筑物。

（2）鋼結(jié)構(gòu)細部設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)建筑項目通常都十分復(fù)雜，在設(shè)計中對于精致度要求很高，就要求設(shè)計者對建筑物結(jié)構(gòu)細節(jié)處理恰當(dāng)。細部設(shè)計直接關(guān)系到現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的品質(zhì)，建筑物的金屬結(jié)構(gòu)桿件，連接金屬桿件的節(jié)點細部，通常都會暴露在外，提升了建筑物的美感。

（3）鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能十分重要。當(dāng)處于火災(zāi)烈焰之中時，鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件溫度會迅速上升，同時鋼材的強度會迅速的下降，進而產(chǎn)生很大的結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致建筑物的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。所以在鋼結(jié)構(gòu)建筑中梁、柱、支撐等承重構(gòu)件以及組合樓蓋的防火性能必須加以保障和強化。例如可以采用防火板包裹，耐熱材料噴涂，復(fù)合防火等多種途徑。目前在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑中使用最為廣泛的是噴涂防火涂料，憑借其操作性強，簡便易行的特點得到了迅速的推廣。

（4）鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)建筑中鋼材通常會長時間暴露于自然環(huán)境之中，必然會遭受風(fēng)雨等外界環(huán)境的侵蝕，出現(xiàn)生銹老化的現(xiàn)象，久而久之其自身承力能力會下降，同時也嚴重影響了建筑的美觀，因此建筑防腐至關(guān)重要。新型防腐與構(gòu)造的研發(fā)是解決上述問題的有效途徑，然而目前的防腐材料僅僅能保證鋼材20年左右的防腐期限，對于大多數(shù)設(shè)計年限為50年的建筑物來說，后期第二次防腐任務(wù)難度較高。

（5）鋼結(jié)構(gòu)隔聲設(shè)計。噪聲會嚴重的影響到建筑的日常使用，噪聲污染的防治對于建筑使用的重要性也得到了越來越多的重視。采取在建筑物外墻增設(shè)隔聲材料或結(jié)構(gòu)是一種簡單有效的方法，例如混凝土、吸波材料、石膏板墻等都十分有效，此外隔聲窗，隔音建筑材質(zhì)也廣泛用于建筑門窗設(shè)計中。

2.2鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

（1）建筑穩(wěn)定性設(shè)計。穩(wěn)定性作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計重點也是設(shè)計中必須解決的難點問題，鋼結(jié)構(gòu)建筑的失穩(wěn)，一方面會造成嚴重的經(jīng)濟損失，更重要的是可能威脅到人員的生命安全，目前，鋼結(jié)構(gòu)建筑的失穩(wěn)事故主要是設(shè)計者缺乏經(jīng)驗，不了解鋼結(jié)構(gòu)及鋼材構(gòu)件的穩(wěn)定性， 從而造成了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中產(chǎn)生了不應(yīng)有結(jié)構(gòu)薄弱點。

（2）建筑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計。檁條通常會在風(fēng)荷載的作用下影響工況，在鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計中容易忽略風(fēng)力作用的影響，導(dǎo)致在大風(fēng)環(huán)境中容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。為了確保在大風(fēng)環(huán)境中仍能夠保持建筑的整體穩(wěn)定，應(yīng)該在檁條之間增設(shè)拉條。在實際建筑項目設(shè)計中部分設(shè)計師會對屋面檁條采用側(cè)向支撐，如拉條、斜拉條以及撐桿能通常會合理設(shè)置，然而對中間墻面或屋面，通常僅僅設(shè)置了拉條，而忽略了斜拉條與撐桿的使用，因此也不能有效的將拉條中的拉力傳導(dǎo)到承重結(jié)構(gòu)上，從而對建筑的圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性埋下了安全隱患。

（3）柱腳的錨栓設(shè)計。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計規(guī)定，建筑物的柱腳錨栓按承受拉力進行計算，水平拉力通過柱腳底板以及混凝土之間的摩擦來抵消，錨栓不應(yīng)該承受水平方向拉力。許多建筑設(shè)計師會依據(jù)設(shè)計軟件完成力學(xué)計算，雖然能夠保證符合相關(guān)的規(guī)范要求，然而對于抗剪件的設(shè)計以及計算卻沒有有力的遵循。此外，國內(nèi)在錨栓設(shè)計方面尚缺乏完善的設(shè)計規(guī)范。

3、鋼結(jié)構(gòu)建筑的安裝施工

（1）建筑物鋼柱的安裝施工。鋼柱作為高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑物的核心豎向構(gòu)件，在生產(chǎn)加工時要嚴格遵守國內(nèi)相關(guān)的驗收標(biāo)準(zhǔn)。100m超高層鋼柱通常會劃分成8至12節(jié)構(gòu)件，在加工時應(yīng)該考慮焊縫應(yīng)力變形以及處于豎向荷載下的壓縮變形。在安裝施工中，需要遵照相對標(biāo)高完成安裝。鋼柱的尺寸誤差必須低于3mm，不考慮焊縫應(yīng)力變形以及豎向荷載作用造成的壓縮變形。鋼結(jié)構(gòu)建筑物的總高度必須達到各節(jié)柱子安裝的允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和才能算合格。通常在超過12層，施工精度要求很高的建設(shè)項目中，必須按照土建的標(biāo)高作為第一節(jié)鋼柱底面標(biāo)高，每節(jié)鋼柱的累加尺寸總和應(yīng)符合設(shè)計要求的總尺寸。每一節(jié)柱子的接頭產(chǎn)生的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形應(yīng)加到每節(jié)鋼柱加工長度中去。

（2）鋼結(jié)構(gòu)建筑樓蓋的安裝施工。高層、超高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑的樓板以及屋蓋通常都有很強的平面剛度，是豎向鋼柱以及筒體的平面之間的抗側(cè)力鋼材構(gòu)件，同時能夠?qū)︿撝约捌渌Q向構(gòu)件之間起到變形協(xié)調(diào)的功能。通常來說鋼結(jié)構(gòu)建筑物的樓板與屋蓋，都必須采用軋制的壓型鋼板與現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板屋蓋，并且厚度要大于150mm 。目前在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計中混凝土樓板以及屋蓋時忽略了混凝土樓板、屋蓋以及建筑物鋼梁之間的共同作用，因此不僅使得建筑物設(shè)計的安全性大大降低，同時也會浪費更多的鋼梁材料。

4、加強現(xiàn)場施工過程中的質(zhì)量監(jiān)理

（1）鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)工程的質(zhì)量控制。在施工過程中應(yīng)該設(shè)置安裝模板。取不同大小的鋼柱底板三塊，20mm厚的鋼板2塊。結(jié)合鋼柱底板螺栓大小和位置，將三塊鋼板合理的組裝起來，安裝好螺栓螺孔，并采用適宜尺寸的鋼筋將螺栓焊接成起來。以控制螺栓間距。此外在螺栓組的固定中。應(yīng)該采用經(jīng)緯儀對螺栓位置進行準(zhǔn)確的布置。同時，在進行混凝土澆筑的過程中應(yīng)該保護好螺栓絲扣，以防止出現(xiàn)不必要的損壞。在土建項目施工完成后，將螺栓組之間的間距位置，采用經(jīng)緯儀加以測量，待復(fù)檢驗收通過后，再會同土建以及鋼結(jié)構(gòu)施工安裝部分進行交接驗收，驗收完成后，鋼構(gòu)件施工部門應(yīng)該再次復(fù)檢，并記錄復(fù)檢數(shù)據(jù)。

（2）鋼結(jié)構(gòu)建筑的主體質(zhì)量控制。建筑物鋼構(gòu)件在安裝過程中要對其質(zhì)量進行嚴格的控制。柱、梁施工中，應(yīng)該保證柱底版下的墊鐵墊實、墊平，具有良好的平整度，支柱垂直和位移，梁的垂直、平直、側(cè)向彎曲、螺栓的擰緊程度以及摩擦面清理，驗收通過后，在進行起吊作業(yè)。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)建筑的安裝構(gòu)成空間固定部分，并完成驗收過程后，施工單位應(yīng)該將支柱底板以及基礎(chǔ)頂面的空間用膨脹混凝土進行二次澆筑，以保障其密實性。同時，在螺栓安裝過程中，鋼結(jié)構(gòu)建筑物通常使用高強螺栓以及普通螺栓。對于普通螺栓而言，連接時螺栓一端不得超過2個墊片，螺栓孔應(yīng)該避免使用氣割擴孔，螺栓緊固后外露螺紋必須少于2個螺距；高強螺栓在安裝前必須核查產(chǎn)品合格證以及復(fù)檢單，安裝施工時板疊接觸面必須保證平整，接觸面不得低于75%。此外高強螺栓不能采用敲打和擴孔的方式安裝。在鋼結(jié)構(gòu)涂刷施工中，必須保證涂刷前構(gòu)件表面的焊渣、油污、水和毛刺等異物都已經(jīng)完全清楚，涂刷邊數(shù)和厚度必須符合相關(guān)的設(shè)計規(guī)范要求。

（3）鋼結(jié)構(gòu)建筑門窗施工質(zhì)量控制。鋼結(jié)構(gòu)門窗安裝質(zhì)量控制工作主要有下列兩個方面。其一，門窗生產(chǎn)合格證以及產(chǎn)品質(zhì)量驗收報告，并核對門窗外觀和尺寸。其二，鋼窗和固定立柱之間的間距尺寸控制。在門窗安裝施工中，固定鋼窗的立柱，可能由于鋼窗與立柱之間距離過大而導(dǎo)致鋼窗無法正常安裝。因此在施工質(zhì)量管理過程中，必須責(zé)成施工單位首先固定鋼窗單側(cè)的立柱，待鋼窗位置固定之后，再焊接和固定門窗另一側(cè)的立柱，這樣才能更好的控制鋼窗與立柱的間距。

（4）壓型彩板安裝施工的質(zhì)量控制。壓型彩板材質(zhì)在使用前，必須對其外觀品質(zhì)以及產(chǎn)品合格證進行嚴格的檢查，并復(fù)核與壓型板安裝施工有關(guān)鋼構(gòu)件精度要求，清除檁條的安裝過程中產(chǎn)生的焊縫殘渣與飛濺物，并預(yù)先噴涂防銹漆加以防腐處理。彩板在安裝的過程中，必須依據(jù)墻面進行排版，從一側(cè)開始進行，板與板之間應(yīng)該緊密的咬合，再通過螺釘進行固定，同時墻板接縫處也需要進行防水處理。

結(jié)論

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)建筑有著很強的實用性和良好的應(yīng)用效果，然而在設(shè)計和施工中的技術(shù)含量以及相關(guān)要求也相對更高。因此只有不斷加強國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計水平，增加在鋼結(jié)構(gòu)建筑防腐、隔音等建筑材料方面的研發(fā)力度，提升鋼結(jié)構(gòu)建筑施工安裝水平，完善施工過程中的質(zhì)量控制體系，才能推動我國鋼結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

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