中华人民共和国行业标准高层民用建筑钢结构技术规程JGJ 99-98 10
第 10.6.15 条 消耗熔嘴电渣焊在高层建筑钢结构中的应用是一门较新的技术,由熔嘴电渣焊的施焊部位是封闭的,消除缺陷相当困难,因此要求改善焊接环境和施焊条件,当出现影响焊接质量的情况时,应停止焊接。
为保证焊接工作的正常进行,对垫板下料和加工精度应严格要求,并应严格控制装配间隙。间隙过大易使熔池铁水泄漏,造成缺陷。当间隙大于 1mm 时,应进行修整和补救。焊接时应由两台电渣焊机在构件两侧同时施焊,以防焊件变形。因焊接电压随焊接过程而变化,施焊时应随时注意调整,以保持规定数值。
焊接过程中应使焊件处于赤热状态,其表面温度在 800℃以上时熔合良好,当表面温度不足 800℃时,应适当调整焊接工艺参数,适量增加渣池的总热能。
第 10.6.16 条 栓钉焊接面上的水、锈、油等有害杂质对焊接质量有影响,因此,在焊接前应将焊接面上的杂质仔细清除干净,以保证栓焊的顺利进行。从事栓钉焊的焊工应经过专门训练,栓钉焊所用电源应为专门电源,在与其他电源并用时必须有足够的容量。
第 10.6.17 条 栓钉焊是近些年发展起来的特种焊接方法,其检查方法不同于其他焊接方法,因此,本规程将栓钉焊的质量检验作为一项专门条款给出。本条款的编制主要参考了日本的有关标准和资料。
栓钉焊缝外观应全部检查,其焊肉形状应整齐,焊接部位应全部熔合。
需更换不合格栓钉时,在去掉旧栓钉以后,焊接新栓钉之前,应先修补母材,将母材缺损处磨修平整,然后再焊新栓钉,更换过的栓钉应重新做弯曲试验,以检验新栓钉的焊接质量。
第 10.6.18 条 本条款对焊缝质量的外观检查时间进行了规定,这里考虑延迟裂纹的出现需要一定的时间,而高层建筑钢结构构件采用低合金结构钢及厚板较多,存在延迟断裂的可能性更大,对构件的安全存在着潜在的危险,因此应对焊缝的检查时间进行控制。考虑到实际生产情况,将全部检查项目都放到 24h 后进行有一定困难,所以仅对 24h 后应对裂纹倾向进行复验做出了规定。
本条款在严禁的缺陷一项中,增加了熔合性飞溅的内容。当熔合性飞溅严重时,说明施焊中的焊接热能量过大,由此造成施焊区温度过高,接头韧性降低,影响接头质量,因此,对焊接中出现的熔合性飞溅要严加控制。
焊缝质量的外观检验标准大部分均由设计规定,设计无规定者极少。本规程给出的表 10.6.18 仅用于设计无规定时。该表的编制,参考了现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 、日本《建筑工程钢结构施工验收规范》以及国内部分有关资料。
第 10.6.19 条 高层建筑钢结构节点部位中,有相当一部分是要求全熔透的,因此,本规程特将焊缝的超声波检查探伤作为一个专门条款提出。
按照现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 的规定,焊缝检验分为三个等级,一级用于动荷载或静荷载受拉,二级用于动荷载或静荷载受压,三级用于其他角焊缝。本条款给出的超检数量,参考了该规范的规定。在《钢焊缝手工超声波检验方法和探伤结果分级》 (GB 11345-89) 中,按检验的完善程度分为A、B、C三个等级。 A 级最低,B级一般, C级最高。评定等级分为 Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级, Ⅰ 级最高、Ⅳ级最低。根据高层钢结构的特点和要求以及施工单位的建议,本条款比照《钢焊缝手工超声波检验方法和探伤结果分级》 (GB 11345--89)的规定,给出了高层建筑钢结构受拉、受压焊缝应达到的检验等级和评定等级。
本条款给出的超声波检查数量和等级标准,仅限于设计文件无规定时使用。
第 10.6.20 条 为保证焊接质量,应对不合格焊缝的返修工作给予充分重视,一般应编制返修工艺。本规程仅对几种返修方法做出了一般性规定,施工单位还应根据具体情况做出返修方法的规定。
焊接裂纹是焊接工作中最危险的缺陷,也是导致结构脆性断裂的原因之一。焊缝产生裂纹的原因很多,也很复杂,一般较难分辨清楚。因此,焊工不得随意修补裂纹,必须由技术人员制定出返修措施后再进行返修。
本条款对低合金结构钢的返修次数做出了明确规定,因低合金结构钢在同一处返修的次数过多,容易损伤合金元素,在热影响区产生晶粒粗大和硬脆过热组织,并伴有较大残余应力停滞在返修区段,易发生质量事故。
第七节 制 孔
第 10.7.1 条 制孔分零件制孔和成品制孔,即组装前制孔和组装后制孔。
保证孔的精度可以有很多方法,目前国外广泛使用的多轴立式钻床、数控钻床等,可以达到很高精度,消除了尺寸误差,但这些设备国内还不普及,所以本规程推荐模板制孔的方法。正确使用钻模制孔,可以保证高强度螺栓组装孔和工地安装孔的精度。采用模板制孔 应注意零件、构件与模板贴紧,以免铁屑进入钻套。零件、构件上的中心线与模板中心线要对齐。
第 10.7.2 条 本条根据现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 的规定,针对高层钢结构的生产特点,作了相应修改。
第 10.7.3 条 本条与现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 的规定相同,所以不另做说明。
第八节 摩擦面的加工
第 10.8.1 条 高强度螺栓结合面的加工,是为了保证连接接触面的滑动系数达到设计要求。结合面加工的方法和要求,应按国家现行标准《钢结构高强度螺栓连接的设计及验收规程》 (JGJ 82) 执行。
第 10.8.2 条 本条参考现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) ,规定了喷砂、喷 ( 抛 ) 丸和砂轮打磨等方法,是为方便施工单位根据自己的条件选择。但不论选用那一种方法,凡经加工过的表面,其抗滑移系数值必须达到设计要求。本条文去掉了酸洗加工的方法,是因为现行国家标准《钢结构设计规范》 (GBJ 17) 已不允许用酸洗加工,而且酸洗在建筑结构上很难做到,即使小型构件能用酸洗,残存的酸液往往会继续腐连接面。
第 10.8.3 条 经过处理的抗滑移面,如有油污或涂有油漆等物,将会降低抗滑移系数值,故对加工好的连接面必须加以保护。
第 10.8.4 条 本条规定了制作厂进行抗滑移系数实验的时间和试验报告的主要内容。一般说来,制作厂宜在钢结构制作前进行抗滑移系数试验,并将其纳入工艺,指导生产。
第 10.8.5 条 本条规定了高强度螺栓抗滑移系数试件的制作依据和标准。考虑到我国目前高层建筑钢结构施工有采用国外标准的工程,所以本文中也允许按设计文件规定的制作标准制作试件。
第九节 端部加工
第 10.9.1 条 有些构件端部要求磨平顶紧以传递荷载,这时端部要精加工。为保证加工质量,本条规定构件要在矫正合格后才能进行端部加工。表 10.9.1是根据现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 的规定制定的。
第十节 防锈、涂层、编号和发运
第 10.10.1 、 10.10.2 条 参照现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 的规定制定。
第 10.10.3 条 本条指出了防锈涂料和涂层厚度的依据标准,强调涂料要配套使用。
第 10.10.4 条 本条规定了不涂漆表面的处理要求,以保证构件和外观质量,对有特殊要求的,应按设计文件的规定进行。
第 10.10.5 条 本条规定在涂层完毕后对构件编号的要求。由于高层钢结构构件数量多,品种多,施工场地相对狭小,构件编号是一件很重要的工作。编号应有统一规定和要求,以利于识别。
第 10.10.6 条 包装对成品质量有直接影响。合格的产品,如果发运、堆放和管理不善,仍可能发生质量问题,所以应当引起重视。一般构件要有防止变形的措施,易碰部位要有适当的保护措施;节点板、垫板等小型零件宜装箱保存;零星构件及其他部件等,都要按同一类别用螺栓和铁丝紧固成束;高强度螺栓、螺母、垫圈应配套并有防止受潮等保护措施;经过精加工的构件表面和有特殊要求的孔壁要有保护措施等。
第 10.10.7 条 高层建筑钢结构层数多,施工场地相对狭小,如果存放和发运不当,会给安装单位造成很大困难,影响工程进度和带来不必要的损失,所以制作厂应与吊装单位根据安装施工组织设计的次序,认真编制安装程序表,进行包装和发运。
第 10.10.8 条 由于高层建筑钢结构数量大,品种多,一旦管理不善,造成的后果是严重的,所以本条规定的目的是强调制作单位在成品发运时,一定要与定货单位作好交接工作,防止出现构件混乱、丢失等问题。
第十一节 构件验收
第 10.11.1 条 本规程所指验收,是构件出厂验收,即对具备出厂条件的构件按照工程标准要求检查验收。
表 10.11.1-1 ~表 10.11-4 的允许偏差,是参考了现行国家标准《钢结构工程施工与验收规范》 (GB 50205) 和日本《建筑工程钢结构施工验收规范》编制的,根据我国高层建筑钢结构施工情况,对其中各项做了补充和修改,补充和修改的依据是通过一些新建高层建筑钢结构的施工调查取得的。
第 10.11.2 条 本条是在现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 规定的基础上,结合高层建筑钢结构的特点制定的,增加了无损检验和必要的材料复验要求。
本条规定的目的,是要制作厂为安装单位提供在制作过程中变更设计、材料代用等的资料,以便据以施工,同时也为竣工验收提供原始资料。
第十一章 安 装
第一节 一般要求
第 11.1.1 条 编制施工组织设计或施工方案是组织高层建筑钢结构安装的重要工作,应按结构安装施工组织设计的一般要求,结合高层建筑钢结构的特点进行编制,其具体内容这里不拟一一列举。
第 11.1.3 条 安装用的焊接材料、高强度螺栓和栓钉等,必须具有产品出厂的质量证明书,并符合设计要求和有关标准的要求,必要时还应对这些材料进行复验,合格后方能使用。
第 11.1.4 条 高层建筑钢结构工程安装工期较长,使用的机具和工具必须进行定期检验,保证达到使用要求的性能及各项指标。
第 11.1.5 条 安装的主要工艺,在安装工作开始前必须进行工艺试验 ( 也叫工艺考核 ) ,以试验得出的各项参数指导施工。
第 11.1.6 条 高层建筑钢结构构件数量很多,构件制作尺寸要求严,对钢结构加工质量的检查,应比单层房屋钢结构构件要求更严格,特别是外形尺寸,要求安装单位在构件制作时就派员到构件制作厂进行检查,发现超出允许偏差的质量问题时,一定要在厂内修理,避免运到现场再修理。
第 11.1.7 条 土建施工单位、钢结构制作单位和钢结构安装单位三家使用的钢尺,必须是由同一计量部门由同一标准鉴定的。原则上,应由土建施工单位(总承包单位)向安装单位提供鉴定合格的钢尺。
第 11.1.8 条 高层建筑钢结构是多单位、多机械、多工种混合施工的工程,必须严格遵守国家和企业颁发的现行环境保护和劳动保护法规以及安全技术规程。在施工组织设计中,要针对工程特点和具体条件提出环境保护、安全施工和消防方面的措施。
第二节 定位轴线、标高和地脚螺栓
第 11.2.1 条 安装单位对土建施工单位提出的高层建筑钢结构安装定位轴线、水准标高、柱基础位置线、预埋地脚螺栓位置线、钢筋混凝土基础面的标高、混凝土强度等级等各项数据,必需进行复查,符合设计和规范的要求后,方能进行安装。上述各项的实际偏差不得超过允许偏差。
第 11.2.2 条 柱子的定位轴线,可根据现场场地宽窄,在建筑物外部或建筑物内部设辅助控制轴线。
现场比较宽敞、钢结构总高度在 100m 以内时,可在柱子轴线的延长线上适当位置设置控制桩位,在每条延长线上设置两个桩位,供架设经纬仪用;现场比较狭小、钢结构总高度在 100m 以上时,可在建筑物内部设辅助线,至少要设 3 个点,每 2 点连成的线最好要垂直,因此,三点不得在一条直线上。
钢结构安装时,每一节柱子的定位轴线不得使用下一节柱子的定位轴线,应从地面控制轴线引到高空,以保证每节柱子安装正确无误,避免产生过大的积累偏差。
第11.2.3 条 地脚螺栓 ( 锚栓 ) 可选用固定式或可动式,以一次或二次的方法埋设。不管用何种方法埋设,其螺栓的位置、标高、丝扣长度等应符合设计和规范的要求。
第 11.2.4 条 地脚螺栓的紧固力一般由设计规定,可按表C11.2.4 采用。
地脚螺栓螺母的止退,一般可用双螺母,也可在螺母拧紧后将螺母与螺栓杆焊牢。
第 11.2.5 条 高层建筑钢结构安装时,其标高控制可以用两种方法:一是按相对标高安装,柱子的制作长度偏差只要不超过规范规定的允许偏差±3mm 即可,不考虑焊缝的收缩变形和荷载引起的压缩变形对柱子的影响,建筑物总高度只要达到各节柱制作允许偏差总和以及柱压缩变形总和就算合格;另一种是按设计标高安装, ( 不是绝对标高,不考虑建筑物沉降 ) ,即按土建施工单位提供的基础标高安装,第一节柱子底面标高和各节柱子累加尺寸的总和,应符合设计要求的总尺寸,每节柱接头产生的收缩变形和建筑物荷载引起的压缩变形,应加到柱子的加工长度中去,钢结构安装完成后,建筑物总高度应符合设计要求的总高度。
第 11.2.6 条 底层第一节柱安装时,可在柱子底板下的地脚螺栓上加一个螺母,螺母上表面的标高调整到与柱底板标高齐平,放上柱子后,利用底板下的螺母控制柱子的标高,精度可达±1mm 以内,用以代替在柱子的底板下做水泥墩子的老办法。柱子底板下预留的空隙,可以用无收缩砂浆以捻浆法填实。使用这种方法时,对地脚螺栓的强度和刚度应进行计算。
第三节 构件的质量检查
第 11.3.1 条 安装单位应派有检查经验的人员深入到钢结构制作厂,从构件制作过程到构件成品出厂,逐个进行细致检查,并作好书面记录。
第 11.3.2 条 对主要构件,如梁、柱、支撑等的制作质量,在构件运到现场后仍应进行复查 ( 前面检查得再细,总会有漏检的项目 ) ,凡是质量不符合要求的,都应在地面修理。如果构件吊到高空发现问题再吊回地面修理,就会严重影响安装进度。
第 11.3.3 条 对端头用坡口焊缝连接的梁、柱、支撑等构件,在检查其长度尺寸时,应将焊缝的收缩值计入构件的长度。如按设计标高进行安装时,还要将柱子的压缩变形值计入构件的长度。制作厂在构件加工时,应将焊缝收缩值和压缩变形值计人构件长度。
第 11.3.4 条 在检查构件外形尺寸、构件上的节点板、螺栓孔等位置时,应以构件的中心线为基准进行检查,不得以构件的棱边、侧面对准基准线进行检查,否则可能导致误差。
第四节 构件的安装顺序
第 11.4.1 条 高层建筑钢结构的安装顺序对安装质量有很大影响,为了确保安装质量,应遵循本条规定的步骤。
第 11.4.2 条 流水区段的划分要考虑本条列举的诸因素,区段内的结构应具有整体性和便于划分。
第 11.4.3 条 每节柱高范围内全部构件的安装顺序,不论是柱、梁、支撑或其他构件,平面上应从中间向四周扩展安装,竖向要由下向上逐件安装,这样在整个安装过程中,由于上部和周边处于自由状态,构件安装进档和测量校正都易于进行,能取得良好的安装效果。
有一种习惯,即先安装一节柱子的顶层梁。但顶层梁固定了,将使中间大部分构件进档困难,测量校正费力费时,增加了安装的难度。
第 11.4.4 条 高层建筑钢结构构件的安装顺序,要用图和表格的形式表示,图中标出每个构件的安装顺序,表中给出每一顺序号的构件名称、编号,安装时需用节点板的编号、数量、高强度螺栓的型号、规格、数量,普通螺栓的规格和数量等。从构件质量检查、运输、现场堆存到结构安装,都使用这一表格,可使高层建筑钢结构安装有条不紊,有节奏、有秩序地进行。
第五节 构件接头的现场焊接顺序
第 11.5.1 条 构件接头的现场焊接顺序,比构件的安装顺序更为重要,如果不按合理的顺序进行焊接,就会使结构产生过大的变形,严重的会将焊缝拉裂,造成重大质量事故。本条规定的作业顺序必须严格执行,不得任意变更。高层建筑钢结构构件接头的焊接工作,应在一个流水段的一节柱范围内,全部构件的安装、校正、固定、预留焊缝收缩量 ( 也考虑温度变化的影响 ) 和弹性压缩量均已完成并经质量检查部门检查合格后方能开始,因焊接后再发现大的偏差将无法纠正。
第 11.5.2 条 构件接头的焊接顺序,在平面上应从中间向四周并对称扩展焊接,使整个建筑物外形尺寸得到良好的控制,焊缝产生的残余应力也较小。柱与柱接头和梁与柱接头的焊接以互相协调为好,一般可以先焊一节柱的顶层梁,再从下往上焊各层梁与柱的接头;柱与柱的接头可以先焊也可以最后焊。
第11.5.3 条 焊接顺序编完后,应绘出焊接顺序图,列出焊接顺序表,表中注明构件接头采用那种焊接工艺,标明使用的焊条、焊丝、焊剂的型号、规格、焊接电流,在焊接工作完成后,记人焊工代号,对于监督和管理焊接工作有指导作用。
第 11.5.4 条 构件接头的焊接顺序按照参加焊接工作的焊工人数进行分配后,应在规定时间内完成焊接,如不能按时完成,就会打乱焊接顺序。而且,焊工不得自行调换焊接顺序,更不允许改变焊接顺序。
第六节 钢构件的安装
第 11.6.1 条 柱子的安装工序应该是: (1) 调整标高; (2)调整位移 ( 同时调整上柱和下柱的扭转 ) ; (3) 调整垂直偏差。如此重复数次。如果不按这样的工序调整,会很费地间,效率很低。
第 11.6.2 条 当构件截面较小,在地面将几个构件拼成扩大单元进行安装时,吊点的位置和数量应由计算或试吊确定,以防因吊点位置不正确造成结构永久变形。
第 11.6.3 条 柱子、主梁、支撑等各类构件都有连接板等附件,有的节点板很大很重,人力搬不动,如果不和构件一起起吊上去,起重机单独安装很不经济,也很不安全,所以要随构件一起起吊。为了在高空组拼方便,可以用铰链把节点板连接在构件上,到达安全位置后,旋转过来就能对正,方便安装。
第 11.6.4 条 构件上设置的爬梯或轻便走道,是供安装人员高空作业使用的,应在地面就牢固地连接在构件上,和构件一起起吊;如到高空再设置,既不安全更不经济。
第 11.6.5 条 柱子、主梁、支撑等主要构件安装时,应在就位并临时固定后,立即进行校正,并永久固定 ( 柱接头临时耳板用高强度螺栓固定,也是永久固定的一种 ) 。不能使一节柱子高度范围的各个构件都临时连接,这样在其他构件安装时,稍有外力,该单元的构件都会变动,钢结构尺寸将不易控制,安装达不到优良的质量,也很不安全。
第 11.6.6 条 安装上的构件,要在当天形成稳定的空间体系。安装工作中任何时候,都要考虑安装好的构件是否稳定牢固,因为随时可能会由于停电、刮风、下雨、下雪等而停止安装。
第 11.6.7 条 安装高层建筑钢结构使用的塔式起重机,有外附在建筑物上的,随着建筑物增高,起重机的塔身也要往上接高,起重机塔身的刚度要靠与钢结构的附着装置来维持。采用内爬式塔式起重机时,随着建筑物的增高,要依靠钢结构一步一步往上爬升。塔式起重机的爬升装置和附着装置及其对钢结构的影响,都必须进行计算,根据计算结果,制定相应的技术措施。
第 11.6.8 条 楼面上铺设的压型钢板和楼板的模板,承载能力比较小,不得在上面堆放过重的施工机械等集中荷载。安装活荷载必须限制或经过计算,以防压坏钢梁和压型钢板,造成事故。
第 11.6.9 条 一节柱的各层梁安装完毕后,宜随即把楼梯安装上,并铺好梁面压型钢板。这样的施工顺序,既方便下一道工序,又保证施工安全。国内有些高层建筑钢结构的楼梯和压型钢板施工,与钢结构错开 6~10 层,施工人员上下要从塔式起重机上爬行,既不方便,也不安全。
第 11.6.10 条 采用外墙板做围护结构时,因外墙板重量较大,而钢结构重量较轻,在挂外墙板时应对称均匀安装,使建筑物不致偏心荷载,并使其压缩变形比较均匀。
第 11.6.11 条 楼板对建筑物的刚度和稳定性有重要影响,楼板还是抗扭的重要结构,因此,要求钢结构安装到第六层时,应将第一层楼板的钢筋混凝土浇完,使钢结构安装和楼板施工相距不超过 5 层。如果因某些原因超过 5 层或更多层数时,应由现场责任工程师会同设计和质量监督部门研究解决。
第 11.6.12 条 一个流水段一节柱子范围的构件要一次装齐并验收合格,再开始安装上面一节柱的构件,不要造成上下数节柱的构件都不装齐,结果东补一根构件,西补一根构件,既延长了安装工期,又不能保证工程质量,施工也很不安全。
第七节 安装的测量校正
第 11.7.1 条 高层建筑钢结构安装中,楼层高度的控制可以按相对标高,也可以按设计标高,但在安装前要先决定用哪一种方法,可会同建设单位、设计单位、质量检查部门共同商定。
第 11.7.2 条 柱子安装时,垂直偏差一定要校正到±0.000 ,先不留焊缝收缩量。在安装和校正柱与柱之间的主梁时,再把柱子撑开,留出接头焊接收缩量,这时柱子产生的内力,在焊接完成和焊缝收缩后也就消失。
第 11.7.3 条 高层建筑钢结构对温度很敏感,日照、季节温差、焊接等产生的温度变化,会使它的各种构件在安装过程中不断变动外形尺寸,安装中要采取能调整这种偏差的技术措施。如果日照变化小的早中晚或阴天进行构件的校正工作,由于高层钢结构平面尺寸较小,又要分流水段,每节柱的施工周期很短,这样做的结果就会因测量校正工作拖了安装进度。
另一种方法是不论在什么时候,都以当时经纬仪的垂直平面为垂直基准,进行柱子的测量校正工作。温度的变化会使柱子的垂直度发生变化,这些偏差在安装柱与柱之间的主梁时,用外力强制复位,使回到要求的位置 ( 焊接接头别忘了留焊缝收缩量 ) ,这时柱子内会产生 30~40N/mm2的温度应力,试验证明,它比由于构件加工偏差进行强制校正时产生的内应力要小得多。
第 11.7.4 条 用缆风绳或支撑校正柱子时,在松开缆风绳或支撑时,柱子能保持土 0 的垂直状态,才能算校正完毕。
如果缆风绳或支撑的力量很大,柱子就有很大的安装内力,松开缆风绳或支撑,柱子的位置就变化了,这样也会使结构产生较大的变形,此时不能算校正完毕。
第 11.7.5 条 上柱和下柱发生较大的扭转偏差时,可以在上柱和下柱耳板的不同侧面加垫板,通过用连接板夹紧,就可以达到校正这种扭转偏差的目的。
第 11.7.6 条 仅对被安装的柱子本身进行测量校正是不够的,柱子一般有多层梁,一节柱有二层、三层,甚至四层梁,柱和柱之间的主梁截面大,刚度也大,在安装主梁时柱子会变动,产生超出规定的偏差。因此,在安装柱和柱之间的主梁时,还要对柱子进行跟踪校正;对有些主梁连系的隔跨甚至隔两跨的柱子,也要一起监测。这时,配备的测量人员也要适当增加,只有采取这样的措施,柱子的安装质量才有保证。
第 11.7.7 条 在楼面安装压型钢板前,梁面上必须先放出压型钢板的位置线,按照图纸规定的行距、列距顺序排放。要注意相邻二列压型钢板的槽口必须对齐,使组合楼板钢筋混凝土下层的主筋能/顷利地放人压型钢板的槽内。
第 11.7.8 条 栓钉也要按图纸的规定,在钢梁上放出栓钉的位置线,使栓钉焊完后在钢梁上排列整齐。
第 11.7.9 条 各节柱的定位轴线,一定要从地面控制轴线引上来,并且要在下一节柱的全部构件安装、焊接、栓接并验收合格后进行引线工作;如果提前将线引上来,该层有的构件还在安装,结构还会变动,引上来的线也在变动,这样就保证不了柱子定位轴线的准确性。
第 11.7.10 条 结构安装的质量检查记录,必须是构件已安装完成,而且焊接、栓接等工作也已完成并验收合格后的最后一次检查记录,中间检查的各次记录不能作为安装的验收记录。如柱子的垂直度偏差检查记录,只能是在安装完毕,且柱间梁的安装、焊接、栓接也已完成后所作的测量记录。
第八节 安装的焊接工艺
第 11.8.1 条 高层建筑钢结构柱子和主梁的钢板,一般都比较厚,材质要求也较严,主要接头要求用焊缝连接,并达到与母材等强。这种焊接工作,工艺比较复杂,施工难度大,不是一般焊工能够很快达到所要求技术水平的。所以在开工前,必须针对工程具体要求,进行焊接工艺试验,以便一方面提高焊工的技术水平,一方面取得与实际焊接工艺一致的各项参数,制定符合高层建筑钢结构焊接施工的工艺规程,指导安装现场的焊接施工。
第 11.8.2 条 焊接用的焊条、焊丝、焊剂等焊接材料,在选用时应与母材强度等级相匹配,并考虑钢材的焊接性能等条件。钢材焊接性能可参考下列碳当量公式选用:Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14<0.44%,引弧板的材质必须与母材一致,必要时可通过试验选用。
第 11.8.3 条 焊接工作开始前,焊口应清理干净,这一点往往为焊工所忽视。如果焊口清理不干净,垫板又不密贴,会严重影响焊接质量,造成返工。
第 11.8.4 条 定位点焊是焊接构件组拼时的重要工序,定位点焊不当会严重影响焊接质量。定位点焊的位置、长度、厚度应由计算确定,其焊接质量应与焊缝相同。定位点焊的焊工,应该是具有点焊技能考试合格的焊工,这一点往往被忽视。由装配工任意进行点焊是不对的。
第 11.8.5 条 框架柱截面一般较大,钢板又较厚,焊接时应由两个焊工在柱子两个相对边的对称位置以大致相等的速度逆时针方向施焊,以免产生焊接变形。
第 11.8.6 条 柱子接头用引弧板进行焊接时,首先焊接的相对边焊缝不宜超过 4 层,焊毕应清理焊根,更换引弧板方向,在另两边连续焊 8 层,然后清理焊根和更换引弧板方向,在相垂直的另两边焊 8 层,如此循环进行,直到将焊缝全部焊完,参见图C11.8.7b。
第 11.8.7 条 柱子接头不加引弧板焊接时,两个焊工在对面焊接,一个焊工焊两面,也可以两个焊工以逆时针方向转圈焊接。前者要在第一层起弧点和第二层起弧点相距 30~50mm 开始焊接 ( 图 C11.8.7a) 。每层焊道要认真清渣,焊到柱棱角处要放慢焊条运行速度,使柱棱成为方角。
第 11.8.8 条 梁与柱接头的焊缝在一条焊缝的两个端头加引弧板 ( 另一侧为收弧板 ) 。引弧板的长度不小于 30mm ,其坡口角应与焊缝坡口一致。焊接工作结束后,要等焊缝冷却再割去引弧板,并留 5~10mm ,以免损伤焊缝。
第 11.8.9 条 梁翼缘与柱的连接焊缝,一般宜先焊梁的下翼缘再焊上翼缘。由于在荷载下梁的下翼缘受压,上翼缘受拉,故认为先焊下翼缘最合理。
一根梁两个端头的焊缝不宜同时焊接,宜先焊一端头,再焊另一端头。
第 11.8.10 条 柱与柱、梁与柱接头的焊接收缩值,可用试验的方法,或按公式计算,或参考经验公式确定,有条件时最好用试验的方法。制作厂应将焊接收缩值加到构件制作长度中去。
第 11.8.11 条 规定焊接时的风速是为了保证焊接质量,5m/s 时是三级风,气象特征为树叶及小树枝摇动不息,旗帜展开,基本风压为 6.8~17.15N/m2; 3m/s 是二级风,气象特征是人面感觉有风,树叶有微响,风向标能转动,基本风压为 1.51~6.41N/m2。
工厂规定的风速值较小,是因为厂房内风速一般较小。
第 11.8.12 条 焊接工作完成后,焊工应在距焊缝 5~10mm的明显位置上打上焊工代号钢印,此规定在施工中必须严格执行。焊缝的外观检查和超声波探伤检查的各次记录,都应整理成书面形式,以便在发现问题时便于分析查找原因。
第 11.8.13 条 一条焊缝重焊如超过二次,母材和焊缝将不能保证原设计的要求,此时应更换母材。如果设计和检验部门同意进行局部处理,是允许的,但要保证处理质量。
第 11.8.14 条 母材由于焊接产生层状撕裂时,若缺陷严重,要更换母材;若缺陷仅发生在局部,经设计和质量检验部门同意,可以局部处理。
第 11.8.15 条 栓钉焊有直接焊在钢梁上和穿透压型钢板焊在钢梁上两种型式,施工前必须进行试焊,焊点处有铁锈、油污等脏物时,要用砂轮清除锈污,露出金属光泽。焊接时,焊点处不能有水和结露。压型钢板表面有锌层必须除去以免产生铁锌共晶体熔敷金属。栓钉焊的地线装置必须正确,防止产生偏弧。
第九节 高强度螺栓施工工艺
第 11.9.2 条 高强度螺栓长度按下式计算:
L=A+B+C+D
式中,L为螺杆需要的长度;A为接头各层钢板厚度总和;B为垫圈厚度; C为螺母厚度;D为拧紧螺栓后丝扣露出 2~3 扣的长度。
统计出各种长度的高强度螺栓后,要进行归类合并,以 5 或 10mm 为级差,种类应越少越好。表 11.9.2 列出的数值,是根据上列公式计算的结果。
第 11.9.4 条 高强度螺栓节点上的螺栓孔位置、直径等超过规定偏差时,应重新制孔,将原孔用电焊填满磨平,再放线重新打孔。安装中遇到几层钢板的螺孔不能对正时,只允许用铰刀扩孔。扩孔直径不得超过原孔径 2mm 。绝对禁止用气割扩高强度螺栓孔,若用气割扩高强度螺栓孔时应按重大质量事故处理。
第 11.9.5 条 高强度螺栓按扭矩系数使螺杆产生额定的拉力。如果螺栓不是自由穿入而是强行打入,或用螺母把螺栓强行拉入螺孔内,则钢板的孔壁与螺栓杆产生挤压力,将使扭矩转化的拉力很大一部分被抵消,使钢板压紧力达不到设计要求,结果达不到高强度螺栓接头的安装质量,这是必须注意的。
高强度螺栓在一个接头上的穿入方向要一致,目的是为了整齐美观和操作方便。
第 11.9.6 条 高层钢结构中,柱与梁的典型连接,是梁的腹板用高强度螺栓连接,梁翼缘用焊接。这种接头的施工顺序是,先拧紧腹板上的螺栓,再焊接梁翼缘板的焊缝,或称"先栓后焊"。焊接热影响使高强度螺栓轴力损失约 5%一 15% ( 平均损失 10%左右 ) ,这部分损失在螺栓连接设计中通常忽略不计。
第 11.9.8 条 高强度螺栓初拧和复拧的目的,是先把螺栓接头各层钢板压紧;终拧则使每个螺栓的轴力比较均匀。如果钢板不预先压紧,一个接头的螺栓全部拧完后,先拧的螺栓就会松动。因此,初拧和复拧完毕要检查钢板密贴的程度。一般初拧扭矩不能用得太小,最好用终拧扭矩的 89%。
第11.9.9 条 高强度螺栓拧紧的次序,应从螺栓群中部向四周扩展逐个拧紧,无论是初拧、复拧还是终拧,都要遵守这一规则,目的是使高强度螺栓接头的各层钢板达到充分密贴,避免产生弹簧效应。
第 11.9.10 条 拧紧高强度螺栓用的定扭矩搬子,要定期进行定扭矩值的检查,每天上下午上班前都要校核一次。高强度螺栓使用扭矩大,搬手在强大的扭矩下工作,原来调好的扭矩值很容易变动,所以检查定扭矩搬子的额定扭矩值,是十分必要的。
第 11.9.11 条 高强度螺栓从安装到终拧要经过几次拧紧,每遍都不能少,为了明确拧紧的次数,规定每拧一遍都要做上记号。用不同记号区别初拧、复拧、终拧,是防止漏拧的较好办法。
第十节 结构的涂层
第 11.10.1~11.10.4 条 高层建筑钢结构都要用防火涂层,因此钢结构加工厂在构件制作时只作防锈处理,用防锈涂层刷两道,不涂刷面层。但构件的接头,不论是焊接还是螺栓连接,一般是不刷油漆和各种涂料的,所以钢结构安装完成后,要补刷这些部位的涂层工作。钢结构安装后补刷涂层的部位,包括焊缝周围、高强度螺栓及摩擦面外露部分,以及构件在运输安装时涂层被擦伤的部位。
高层建筑钢结构安装补刷涂层工作,必须在整个安装流水段内的结构验收合格后进行,否则在刷涂层后再作别的项目工作,还会损伤涂层。涂料和涂刷工艺应和结构加工时所用相同。露天、冬季涂刷,还要制定相应的施工工艺。
第十一节 安装的竣工验收
第 11.11.1~11.11.3 条 高层建筑钢结构的竣工验收工作分为二步:第一步是每个流水区段一节柱子的全部构件安装、焊接、栓接等各单项工程,全部检查合格后,要进行隐蔽工程验收工作,这时要求这一段内的原始记录应该齐全。第二步是在各流水区段的各项工程全部检查合格后,进行竣工验收。竣工验收按照本节规定的各条,由各有关单位办理。
高层建筑钢结构的整体偏差,包括整个建筑物的平面弯曲、垂直度、总高度允许偏差等,虽然作了具体规定,但执行起来很困难,还有待专门研究,提出符合实际和便于执行的办法。
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第十二章 防 火
第一节 一般要求
第 12.1.1 条 高层钢结构建筑既有一般高层建筑的消防特点,又有钢结构在高温条件下的特有规律,故高层建筑钢结构的防火设计应符合现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》、(GB 500715) 、《建筑设计防火规范》 (GBJ 16) 以及本规程的有关补充规定。
高层建筑的防火特点,在现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》 (GB 50045) 的编写说明中已作了详细论述,这里不再赘述。
钢结构在高温条件下的特有规律,主要是强度降低和蠕变。对于建筑用钢来说,在 260℃以前其强度不降低, 260~280℃开始下降,达到 400℃时屈服现象消失,强度明显降低,当达到450-500℃时,钢材内部再结晶使强度急速下降,进而失去承载力。蠕变在较低温度时也会发生,但只有在高于0.3Tt , ( 以绝对温度表示的金属熔点 ) 时才比较明显,对于碳素钢来说,该温度大体为 300~350℃;对于合金来说,该温度大体为 400~450℃。温度越高,蠕变越明显,而建筑物的火灾温度可高达 900~1000℃,所以经受火灾的钢结构应考虑蠕变的影响。
第 12.1.2 条 本条对高层建筑钢结构的主要承重构件及钢板剪力墙、抗剪支撑、吊顶、防火墙等构件的燃烧性能及耐火极限作了规定,其根据如下:
楼板是水平承重构件,根据火灾统计资料及建筑构件的实际构造情况,其耐火极限一级定为1.50h ,二级定为1.00h ,是合适的;楼板将荷载传递给梁,梁的耐火极限比楼板略高也是应该的,梁和楼板的耐火极限仅对该层有较大影响,与其他楼层关系不大。而柱则不然,在高层建筑结构体系中,下面的柱支承上面的柱,下面的柱如果发生意外,将直接影响上面诸层的安危,从这一点看,把柱的耐火极限按其所处的不同位置分别提出不同要求,这样处理既满足了消防和结构上的要求,又降低了工程造价。
抗剪支撑和钢板剪力墙,按风和地震作用组合引起的内力设计,考虑到火灾和大风同时发生的机会很小,故将其耐火极限定为比柱的耐火极限稍低的档次。
在表 2.1.2 中附加了三条注释,对设在钢梁上的防火墙、中庭桁架及设有自动灭火设备的楼梯的耐火极限,分别做了放宽规定。
日本建筑基准法施行令规定,自顶层算起的 4 层内,防火极限为1.00h ; 5~14 层耐火极限为2.00h ; 14 层以下为3.00h 。本条在编制时也参考采用。
第 12.1.3 条 建筑物内存放可燃物的平均重量超过 2kN/m2的房间,一般都是火灾荷载较大的房间,当室内火灾荷载较大时,一旦失火则往往使火灾的燃烧持续时间也长。
火灾燃烧持续时间与火灾荷载及燃烧条件的关系如下式:
式中,T为燃烧持续时间 (min) ;q为火灾荷载,即单位等效可燃物量 (kN/m2) ;A为室内地板面积 (m2) ;Ao为房间开口面积(m2) ;H为开口高度(m) 。
第二节 防火保护材料及保护层厚度的确定
第 12.2.1 条 未加保护的钢结构的耐火极限一般为 0.25h ,必须采取适当的防火保护措施才能达到第 12.1.2 条的要求。
目前,大多数钢结构采用了钢结构防火涂料喷涂保护,也有采用板型材和现浇混凝土保护的。在防火涂料中,薄涂型的涂层厚度为 2~7mm ,当加热至 150~350℃时,所含树脂和防火剂( 此外为无机填料 ) 发生物理化学变化,使涂层膨胀增厚,从而起到防火保护作用,但是其耐火极限不超过 1.5h 。厚涂型则是以水泥、水玻璃、石膏为胶结料,掺膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、空心微珠和岩 ( 矿 ) 棉而成,涂层厚度在 8mm 以上,改变厚度可满足不同的耐火极限要求。板型材常见的有石膏板、水泥蛭石板、硅酸钙板和岩 ( 矿 ) 棉板,使用时需通过粘结剂或紧固件固定在构件上。-现浇混凝土表观密度大,遇火易爆裂,应用上受到一定限制。
选用防火保护材料的基本原则是:
(1) 良好的绝热性,导热系数小或热容量大;
(2) 在装修、正常使用和火灾升温过程中,不开裂,不脱落,能牢固地附着在构件上,本身又有一定的结构强度,并且粘结强度大或有可靠的固定方式;
(3) 不腐蚀钢材,呈碱性且氯离子含量低;
(4) 不含危害人体健康的石棉等物质。
材料的上述性能只有通过理化、力学性能测试数据,耐火试验观测报告,以及长期使用情况调查,才能反映出来,生产厂家应提供这方面的技术资料。
我国现行标准《钢结构防火涂料应用技术规程》 (CECS 24 -90) 对防火涂料的技术指标已有明确规定,而板型材的防火保护技术和消防专业标准尚待开发。
第 12.2.2 条 防火保护材料选好之后,保护层厚度的确定十分重要。由于影响因素较多,如材料的种类、钢构件的截面形状和尺寸、荷载形式与大小,以及要求的耐火极限等。因此,确定厚度的最好办法,是进行构件的耐火试验。试验用实际构件或标准钢梁的尺寸、试验条件与方法、判定条件等,应符合国家现行标准《建筑构件耐火性能试验方法》 (GB 9978) 和《钢结构防火涂料应用技术规程》 (CECS 24-90) 的规定,而柱以及标准钢柱的判定条件急待建立。
国家现行标准《钢结构防火涂料应用技术规程》 (CECS 24-90) 附录三中的推算公式如下:
式中 d1为防火涂层厚度 (mm) ; g 为钢梁单位长度的重量(N/m) ;Hp为钢梁防火涂层接触面周长 (mm) ;k为系数,对钢梁为 1.0 ,对相应楼层钢柱的保护层厚度为 1.25 ,下标 1 、 2 分别代表实际钢梁和试验标准钢梁。
附录七的试验公式来源于欧共体的钢结构防火规程和设计手册,仅适用于厚涂型钢结构防火涂料和板型材保护的热轧非组合构件。
薄型防火涂料遇火膨胀增厚,性能相应改变,宜以耐火试验确定其厚度值。
第 12.2.3 条 国内已做过钢筋混凝土楼板的耐火试验,设计单位可以从现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》 (GB 50045) 、《建筑设计防火规范》 (GBJ 16) 以及消防单位编制的"建筑构件耐火试验数据手册"中查阅有关数据。
压型钢板组合楼板的厚度规定引自英国标准,待国内积累了试验数据再作修改补充。
第三节 防火构造与施工
第 12.3.1 条 钢结构防火保护的效果,除选择合适的保护材料与厚度外,还与施工质量、管理水平密切相关,因此要求具备这方面的知识和经验的专业施工队来实施,在完工后进行交工验收。
防火涂层的施工与验收按《钢结构防火涂料应用技术规程》(CECS 24-90) 进行,板型材则应把重点放在板的固定和接缝部位的处理上。
第 12.3.2 条 此条既照顾了不同品种材料的特性,也利于材料新品种、新技术的引进和开发。
第 12.3.3 条 潮湿与侵蚀性环境会加剧钢材的锈蚀过程,尤其是锈层的膨胀将导致防火保护层的开裂、剥落,从而失去防火保护作用,因此,应按有关规定,对钢结构作防腐蚀处理。
第 12.3.4~12.3.7 条 根据美国高层钢结构文献、英国防火规范、我国现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》 (GB 50045) 及其他标准、德国手册等文献整理而成。
一、防火涂料保护。目前国内已发展了十余种防火涂料,年产量在 5000t 以上,其主要品种的技术性能也已达到国际上 80 年代先进水平,同时积累了丰富的实践经验,并制定了钢结构防火涂料两个国家标准,为这一防火保护方法的推广应用创造了有利条件。
当涂层内设置钢丝网时,必须使钢丝网以某种方式固定在钢结构上,固定点的间距以 400mm 为宜。钢丝网的接口至少有40mm 宽的重叠部分,且重叠不得超过三层,并保持钢丝网与构件表面的净距在 6mm 左右。该法的特点是施工技术简便,故应用较广,不足之处是喷涂时污染环境,材料损耗较大,装饰效果也不理想。
二、板型材包复。北京香格里拉饭店的钢结构,曾采用这种保护方法,该法虽然具有干法施工、不受气候条件限制、融防火保护和装修于一体等优点,但板的裁切加工、安装固定、接缝处理等,技术要求高,应用不及防火涂料广泛。
三、水冷却。水冷却的方式有两种:一种是将空心的钢柱和钢梁连成管网,其内装有抗冻剂和防锈剂的水溶液,通过泵或水受热时的温差作用使水循环。从理论上讲,此法防火保护效果最佳,但技术难度较大,国外只有少数应用实例,故本规程未列入。另一种是采用自动水喷淋系统,一旦火灾发生,传感元件动作,将水喷洒在构件表面上,此法主要适用于钢屋架的防火保护。设计时,可采用中级危险级闭式系统,并按现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》 (GBJ 84) 的有关规定执行。
例 题
一、附录二例题--建筑物偏心率计算
某楼层按 D 值法求得的剪力分布系数如例图 1 所示。令坐标原点位于建筑的左下端,取该平面的正中为重心位置 ( 实际应为该平面垂直构件轴力合力的位置 ) ,偏心距为
ex=|857.1-900|=42.9cm
ey=|562.5-500|=62.5cm
围绕刚心的扭转刚度之x分量为
据此得
因此,偏心率分别为
二、附录六例题--带竖逢混凝土剪刀墙板的计算
1 设计基本条件
基本几何尺寸:h=3000mm,l=4060mm,ns=7,l1=580mm,h1=1300mm,
总剪力:Fv=1350KN
材料:C30混凝土,缝间墙纵筋采用Ⅱ级钢筋,板中分布筋采用Ⅰ级钢筋。
2 墙板基本几何尺寸校核与确定
可以。
为确定墙板厚度,首先假定t=150mm,ρsh=0.006
故可得
3 缝间墙截面承重能力计算
1)缝间墙内力
2)缝间墙正截面承载力计算
取2φ14,其中=308mm2,实际配筋与计算值相差不超过5% 。
3)缝间墙斜截面承载力验算
负偏差不超过15%,满足要求。
4) 实体墙斜截面承载能力验算
则ηvv1=231.4KN<kstl1fc =0.192×160×580×15=267200N满足要求
4 墙板V-u曲线
1)缝间墙纵筋屈服时的抗剪承载力Vy1和墙板总体侧移uy
2) 缝间墙弯压破坏时的最大抗剪承载力Vu1和墙板的极限总体侧移uu
于是
5 墙板横向分布钢筋的确定
取横向分布钢筋为2φ8@100,且因v1=192.86KN≈1.2Vy.1=1.2×157.0=188.4KN
三、附录七例题~-钢构件防火保护层计算
[例一] 设有一受均布荷载的工字形截面连续梁(二次超静定),已知:跨度l=6m;梁的截面系数Ai/V=139m-1;梁的截面塑性抵抗矩Wp=628×103mm3;钢材屈服强度fy=235N/mm2;梁的布荷载w=36kN/m;喷涂防火保护材料,其导热系数为λ=0.1W/m℃。求耐火极限为1.5h时的保护层厚度。
(1)计算荷载等级C
梁在火灾时的设计弯矩为
S=wl2/16=36×62/16=81kN-m
梁在室温下的最大抗弯承载力为
R=Mp=Wpfy=628×235×103=147.6KN-m
由S/R=81/147.6=0.55,查附表7.1,得ε=0.66,故荷载等级为
C=kS/R=0.66×0.55=0.363
(2)确定临界温度。根据C=0.363,查附表7.2,得TS= 558℃。
(3)计算保护层厚度a
[例二] 设有一用重含水隔热材料作箱形包裹的中心受压柱,已知:柱高=3.50m,一端固定,一端铰支;柱截面A=14.9×103mm2,构件截面系数用表面积与体积的比值表示,Ai/V= 80.5m-1;截面回转半径i=75.8,钢材室温屈服点fy=235N/mm2;作用荷载S=1700kN;防火保护材料性能;材料导热系数 λ=0.2W/m℃,ρ=800kg/m3,比热1.7kJ/kg℃,含水率w=20% (按重量计)。
求耐火极限为2.5h的保护层厚度。
(1)计算荷载等级C
取柱的长细比λ=0.7h/i=0.7×3500/75.6=32.3,查现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17)附表3.3,得φ=0.868,故柱的临界屈曲荷载为
R=235×0.886×14.9=3102kN
由附表7.1查得柱的欠载系数ε=0.85,因此,荷载等级为
C=εS/R=0.85×1700/3102=0.466
(2)确定临界温度TS
根据C=0.466,查附表7.2,得TS=507℃。
(3)计算保护层厚度a
4) 厚度修正值
1)csρs=0.520×7850=4082
2cρaAi/V=2×1.7×800×0.0523×80.5=11451
2cρaAi/V>csps,故属重型防火保护材料
用47.3m-1代替80.5m-1,重新计算厚度,得
a'=0.0104×0.2×47.3×[150/(507-140)]1.3=30.7mm
2)根据含水率的厚度修正
重新设计算厚度
a=0.0104×0.2×47.3 ×[135/(507-140)]1.3=26.8mm