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1、浅谈轻钢结构住宅摘 要钢结构作为现代的“绿色建筑”，因其具有重量轻、强度高，工业化程度高，施工周期短，容易安装，安全可靠性、抗震抗风性能好，环保性能好等特点而被广泛应用于住宅、厂房、体育场等各类建筑中。本文所述轻钢结构住宅主要是一种以轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、薄钢板、薄壁钢管、轻型热轧型钢拼接、焊接而成的组合构件为主要受力构件，大量采用轻质围护隔离材料的单层或多层建筑结构，每平方米钢用量在40kg以下的轻型钢结构。本文根据钢结构住宅的特点浅谈轻钢结构住宅的生产制造以及连接安装工艺，并对轻钢结构住宅发展遇到的问题进行分析和展望。关键词：住宅，钢结构技术，钢结构形式，连接安装，发展
2、前景一、关于钢结构住宅（1）钢结构住宅发展现状轻钢结构住宅在国外已经有50多年的发展历史，我国还属于初级阶段，相比重钢结构，轻钢结构只能做别墅或多层住宅，上世纪九十年代中期在新疆库尔勒就建造了一个轻钢结构的多层住宅小区，北京还有轻钢结构的别墅区，目前轻钢结构的住宅在我国还没有大范围推广。钢结构是一种具有较大优势的建筑结构，随着改革开放进程的加快和钢材产量的不断提高，钢结构在我国已经过了20多年的发展，目前技术较为成熟，维护结构及装修水平也相当高，建造轻钢结构住宅没有技术问题。钢结构住宅作为一种绿色环保建筑，已被建设部列为重点推广项目。现在社会人们对住宅密度、环境绿地等要求越来越高的情况下，较大
3、范围应用钢结构住宅，是我国生产发展的必然趋势。 （2）钢结构住宅的优势1、重量轻、强度高在相同的跨度和荷载作用下，普通钢屋架重量只有同等跨度钢筋混凝土屋架的1/31/4。如果采用薄壁型钢屋架则更轻，只有1/10。可见，钢结构比钢筋混凝土结构自重更轻，截面更小，能承受更大的荷载，实现更大的跨度。2、塑性、韧性好钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，有良好的塑性和韧性。钢材破坏前会经过很大的塑性变形过程，能吸收和消耗很大的能量。3、工业化程度高、施工周期短 钢结构由各种型材和钢板组成，采用机械加工，在专业化的钢结构工厂制造，并由专业施工人员在现场安装，可缩短施工周期，降低造价，提高经济效益。4、环保
4、性能好采用钢结构可大大减少砂、石、灰的用量，使用1t钢结构可减少7t混凝土用量，从而减轻不可再生资源的浪费。因此，使用钢结构有利于保护环境、节约资源。5、钢结构具有更好的综合经济性能由于钢结构自重轻，其地基基础费用可以相对节省。因为构件截面相对面积较小，可增加建筑物有效利用空间。钢结构施工快、工期短，可减轻业主贷款利息压力并提前发挥建筑物的使用效益。6、文明施工程度高与其他结构类型的建筑物相比，钢结构施工时占用临时用地少，工地现场没有传统建筑工地的机器轰鸣、尘土飞扬，现场管理的文明化施工程度高。虽然钢结构住宅优点甚多、用途广泛，但是钢材价格较贵。在设计和施工中，应尽量节约钢材，降低工程造价。（
5、3）钢结构自身缺点1、耐热却不耐火钢材随着温度升高而弹性模量降低，导致钢材强度下降。温度在250以内，钢的性质变化很小，温度达到300以后，强度明显下降。钢结构的防火性比钢筋混凝土差，对于钢结构住宅，应根据建筑物的重要性等级和防火规范加以特别处理。2、耐腐蚀性差钢材在潮湿环境中易于锈蚀，处于有腐蚀性介质的环境中更易生锈，从而影响结构的使用寿命。因此，钢结构必须进行防锈处理，可采用油漆、热镀锌或热喷涂铝（锌）复合涂层，需每隔一段时间重新维修。目前，国内外正开发和研制不易锈蚀的耐火钢。实践证明，含磷、铜的耐火钢强度、耐腐蚀性均优于常用的Q235等钢材。此外，长效油漆的研究也取得了一定进展，使用这种
6、油漆防护可延长钢结构寿命，节省围护费用。二、钢结构住宅的生产制造（1）基本组成及结构形式以门式钢架轻型钢结构房屋为例，其组成可分为四大部分。如图2-1所示。图2-1门式钢架轻型钢结构房屋的组成主结构钢架、吊车梁；次结构檩条、墙架柱（及抗风柱）、墙梁；支撑结构屋盖支撑、柱间支撑、系杆；围护结构屋面（屋面板、采光板、通风器等）、墙面（墙板、门、窗）。门式钢架可分为单跨、双跨、多跨钢架以及带挑檐、带毗屋钢架等形式，屋盖可做成单坡或双坡。门式钢架构件体系，还可以分为实腹式和格构式；按截面形式，可分为等截面和变截面；按结构选材，可分为普通型钢、薄壁型钢或钢板焊成的。（2）钢结构品种规格及要求建筑工程中所
7、用的建筑钢材基本上都是碳素结构钢和低合金高强度结构钢。碳素结构钢共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个品种。这五种不同强度的碳素钢随着屈服强度数值（Q）增大，其含碳量、强度和硬度增大，塑性降低。其中Q235在使用、加工和焊接方面的综合性能较好，是钢结构经常采用的品种之一。钢结构采用的型材有热轧成型的钢板、型钢以及冷弯（冷压）成型的薄壁型材。本文所述轻型钢结构住宅主要是以热轧轻型刚和冷弯薄壁型材等为主要构件的钢结构房屋。其中，冷弯薄壁型材是由薄钢板经冷弯或模压而成型的，主要用于跨度小，荷载轻的轻型钢结构。为保证结构安全可靠，经济合理，钢材选用需考虑以下主要因素：1、 抗拉强度和
8、屈服强度较高。2、 塑性和韧性好。3、 有良好的加工性能。4、 耐久性好。5、 价格适宜。 （3）加工制作工艺钢结构加工制作的主要工艺流程有：加工制作图的绘制制作样杆、样板号料放线切割坡口加工开制孔组装（包括矫正）焊接摩擦面的处理涂装与编号。1、样杆、样板的制作样杆一般用薄钢板或扁钢制作，当长度较短时可用木尺杆。样板可采用厚度0.500.75mm的薄钢板或塑料板制作。样杆、样板应注明工号、图号、零件号、数量及加工边、坡口部位、弯折线和弯折方向、孔径和滚圆半径等。2、号料号料是以样杆、样板为依据，在原材料上画出实样并打上加工记号的过程。号料方法有集中号料法、套料法、统计计算法、预料统一号料法四中
9、。一般工作内容包括：检查核对材料，在材料上画出切、铣、刨、弯、钻等加工位置，打冲孔，标注出零件的编号。3、切割钢材的切割下料应根据钢材的截面形状、厚度以及切割边缘质量要求的不同而分别采用剪切、冲切、气体切割、锯断和高温热源切割等工艺，主要根据切割能力、切割精度、切剖面的质量及经济性来选择切割方法。4、边缘加工和端部加工方法主要有：铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、气割和坡口机加工等。铲边：有手工铲边和机械铲边两种铲边后的棱角垂直误差不得超过弦长的1/3000，且不得大于2mm。刨边：使用的机械是刨边机。刨边加工有刨直边和刨斜边两种。一般的刨边加工余量24mm。碳弧气刨：使用的设备是气刨枪。效率高、无
10、噪声、灵活方便。坡口加工：一般可用气体加工和机械加工，在特殊的情况下采用手动气体切割的方法，但必须进行打磨处理。5、制孔钢结构零部件加工的制孔有钻孔、冲孔和火焰割孔等几种方法。钻孔是利用切削原理，对孔壁部分损伤较小，孔精度较高。是目前常用的制孔方法。钻模板上下两平面应平行，其偏差不得大于0.2mm，钻孔套中心与钻模板平面应保持垂直，其偏差不得大于0.15mm，整体钻模制孔的允许偏差应符合有关规定。6、组装钢结构组装的方法包括地样法、仿形复制装配法、立装法、卧装法、胎膜装配法等。拼装必须按照工艺要求的次序进行，当有隐蔽焊接时，必须先施焊，经检验合格方可覆盖。为减少变形，尽量采用小件组焊，经矫正后
11、再大件组装。钢结构组装允许的偏差见钢结构工程施工质量验收规范GB50205有关规定。7、摩擦面的处理高强度螺栓摩擦面处理后的抗滑系数值应符合设计的要求（一般为0.450.55），摩擦面的处理可采用喷砂、喷丸、酸洗、砂轮打磨等方法。采用砂轮打磨处理摩擦面时，打磨范围不应小于螺栓孔径的4倍，打磨方向与构件受力方向垂直。高强度螺栓的摩擦连接面不得涂装，高强度螺栓安装完后，应连接板周围封闭，再进行涂装。8、涂装、编号涂装前应对钢构件表面进行除锈处理，构件表面除锈方法和除锈等级应与设计采用的涂料相适应，并应符合规范的规定。构件涂装后，应按设计图纸进行编号，编号的位置应符合便于堆放、便于安装、便于检查的原
12、则。三、连接安装工艺（一）、钢结构的连接方法钢结构的连接是采用一定方式将各杆件连接成整体。钢结构的连接方法有焊缝连接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接、铆钉连接等。目前应用较多的是焊接和高强度螺栓连接。1、钢结构的焊接在钢结构制作和安装领域中，广泛使用的是电弧焊。在电弧焊中又以药皮焊条手工电弧焊、自动埋弧焊、半自动与自动CO2气体保护焊和自保护电弧焊为主。焊接过程中，焊接热源对焊件进行局部加热，产生了不均匀的温度场，导致材料热胀冷缩的不均匀；处于高温区域的材料在加热（冷却）过程中产生较大的伸长（收缩）量，由于受到周围材料的约束而不能自由伸长（收缩）。于是在焊接中产生内应力，使高温区域的材料受到挤压
13、（拉伸），产生塑性形变。同时，金属材料在焊接过程中随着温度的变化还会发生相应的应变。不同的金属组织有不同的性能，也会引起体积的变化，对焊接应力及变形产生不同程度的影响。钢结构焊接节点构造，应符合这几点要求：尽量减少焊缝的数量和尺寸；焊缝的布置对称于构件截面的中和轴；便于焊接操作，避免仰焊位置施焊；采用适当的节点形式，避免焊缝密集和双向、三向相交；焊缝位置避开高应力区；根据不同焊接工艺方法合理选择适宜的坡口形式和尺寸。2、高强度螺栓连接高强度螺栓从外形上可分为大六角头高强度螺栓和抗剪型高强度螺栓两种类型。按性能等级分为8.8级、10.9级、12.9级，目前我国使用的大六角头高强度螺栓有8.8级和
14、10.9级两种，扭剪型高强度螺栓只有10.9级一种。高强度螺栓连接工艺流程：作业指导书编制及交底被连接构件制孔检查螺栓、螺母、垫圈检查轴力、扭矩系数试验合格连接件摩擦实验合格检查连接面，清除油污、毛刺等安装构件到位，临时临时固定校正钢柱并预留偏差值紧固临时螺栓、冲孔，检查缝隙确定可作业条件初拧：按紧固顺序，采用转角法作标记终拧检验。（2） 、钢结构房屋安装1、安装前的准备工作施工组织设计其内容包括：计算钢结构构件和连接件数量；选择起重机械；确定构件吊装方法；确定吊装流水程序；编制进度计划；确定劳动组织；构件的平面布置；确定质量保证措施、安全措施等。基础准备钢柱基础的顶面通常设计为一平面，通过地
15、脚螺栓将钢柱与基础连接成整体。施工时应保证基础顶面标高及地脚螺栓位置准确。为保证基础顶面标高的准确，施工时可采用一次浇筑法或二次浇注法进行。构件的检查与弹线在吊装钢构件之前，应检查构件的外形和几何尺寸，如有偏差应在吊装前设法消除。在钢柱的底部和上部标出两个方向的轴线，在底部适当高度标出标高准线，以便校正钢柱的平面位置、垂直度、屋架和吊车梁的标高等。构件的运输、堆放钢构件应根据施工组织设计要求的施工顺序，分单元成套供应。运输时，应根据构件的长度、重量选择车辆；钢构件在运输车辆上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均应保证构件不产生变形，不损伤涂层。钢构件堆放的场地应平整坚实，无积水。堆放时应按构件的种类、型号、安装顺序分区存放。钢结构底层应设有垫枕，以防止支点下沉，并应防止钢构件被压坏和变形。2、构件的吊装工艺钢结构施工工艺流程：准备工作放线及验线（轴线、标高复核）钢柱标高处理及分中检查构件中心及标高检查安装钢柱、校正柱脚按设计要求焊接固定柱间梁安装高强度螺栓初拧、终拧（或按设计要求进行焊接）吊车梁、平台及屋面结构安装焊接固定或高强度螺栓初拧、终拧固定。钢柱的吊装钢柱的吊升可采用自行式或塔式起重机，用旋转法或滑行法吊升。钢柱的校正包括平面位置、标高、垂直度的校正。为防止钢柱校正后的轴
