第四节 高层建筑钢结构主体施工9．4 ．1 钢结构材料和结构构件9．4 ．1 ．1 钢的种类高层建筑钢结构用钢有普通碳素钢、 普通低合金钢和热处理低合金 钢三大类 大量使用的仍以普通碳素钢为主 我国目前在建筑钢结 构中应用最普遍的是 Q 235 钢《高层建筑钢结构设计与施工规程》 规定：①基于高层钢结构的重要性，把冷弯试验和冲击韧性同屈服点、 抗拉强度和伸长率并列为 钢材力学性能的五项基本要求这五项指标皆合格的钢材方可采 用；②对于抗震高层钢结构，钢材的强屈比应不低于 1.2，对8度以上设防的钢结构，应不低于 1.5 ;③有明显的屈服台阶，伸长率 应不小于 20% ，应具有良好的延性和可焊性对于钢柱，为防止 厚板层状撕裂，对硫、磷含量须作进一步控制，应不大于 0.04% 该规程列入的国产钢材有 Q235 和 16M 屈服点分别为235N/mm2 和 345 N/mm2 ，可用于抗震结构其他钢号因伸长 率不符合要求而未列入国外有些钢材的性能与我国钢材类似 类似我国 Q235 钢的有美国 的 A36 、日本的 SM41 、德国的 ST37 以与俄国的 CT3 ，类似我国 l 6 锰钢的有美国的 A440 、日本的 SS50 和 SS51 、德国的 ST52 等。
采用国外进口钢材时，一定要进行化学成分和机械性能的分析 和试验9．4 ．1 ．2 钢材品种在现代高层钢结构中， 广泛采用经济合理的钢材截面， 例如热轧 H 型钢、热轧圆钢管、异形钢管，以与用钢板组焊而成的各种截面， 尤以后者为最多这样，可充分利用结构的截面特征值，发挥最大 的承载能力传统的工、槽、角、扁型钢有时仍有使用，但由于其 截面力学性能欠佳，己渐趋淘汰图 9.100 所示是美同 ASTM 标 准列举的几种新型钢材截面1． 热轧 H 型钢欧美国家称宽翼缘工字钢，日本称 H 型钢与普通工字钢不同， 它沿两轴方向惯性矩比较接近， 截面合理，翼缘板内外侧相互平行， 连接施工方便 用这种型钢做高层钢结构的框架非常适合 它可直 接做梁、柱，加工量很小，而且加工过程易于机械化和自动化在承载力相同的条件下， H 型钢结构可比传统型钢组合截面节省钢材 20% 左右2． 焊接工字截面在高层钢结构中， 用三块板焊接而成的工字形截面是采用广泛的截 面形式 它在设计上有更大的灵活性， 可按照设计条件选择最经济 的截面尺寸，使结构性能改善美国文献认为，采用焊接工字截面 节省下来的钢材价值要大于其额外的制造费用。
3． 热轧方钢管这种型材用热挤压法生产， 价格比较昂贵， 但施工时二次加工容易， 外形美观4． 离心圆钢管离心圆钢管是离心浇铸法生产的钢管， 其化学成份和机械性能与卷 板自动焊接钢管相同，专用于钢管混凝土结构5． 热轧 T 型钢 这种型材一般用热轧 H 型钢沿腹板中线割开而成最适用于桁架 上下弦， 比双角钢弦杆节省节点板， 回转半径增大， 桁架自重减小 有时也用于支撑结构的斜撑杆件6． 热轧厚钢板热轧厚钢板在高层钢结构中采用极广 按我国标准， 厚钢板厚度为4〜60mm，大于60mm 的为特厚钢板1．柱子高层钢结构钢柱的主要截面形式， 有箱形断面、 H 形断面和十字形 断面，一般都是焊接截面，热轧型钢用得不多就结构体系而言， 筒中筒结构、钢—混凝土混合结构和型钢混凝土结构多采用 H 型 柱，其他多采用箱形柱； 十字形柱则用于框架结构底部的型钢混凝 土框架部分1） H 型截面柱子 H 型截面，可为热轧 H 型钢，也可为焊接截面柱用热轧 H型钢通常为宽翼缘（如400 x 100mm）它在两个轴线方向上都有相当大的抗压屈强度 H 型截面可以是三块板组焊的焊接截面， 也可 在热轧 H 型钢的最大弯矩区域内加焊翼缘板，或在两侧加焊侧板 形成封闭的格构式截面。
（ 图 9.101） 2）实心和空心截面如图 9.102 所示这类截面有实心方柱、焊接箱形柱、钢管柱和异 形钢管柱 实心钢柱适用于荷载很大而又要求截面很小的场合 此 种柱多为正方截面，四角拐圆由于其截面很小，可获得最大楼层 净面积 另外，这种柱耐火性能较好， 可不做或只做很薄的防火层焊接箱形柱为重型柱，可承受很大荷载，具有双向抗弯刚度，抗压 曲长度大，截面较小钢管柱常用于非矩形柱网，便于柱梁连接异形管材 （方钢管、长方钢管 ）有不同规格和壁厚这类管材除其有 利的结构件能外，用作外露钢柱形状美观3）组合截面如图 9.103 所示，这类截面形式较多，一般地说，这种截面并不经济，但它非常适合于作内隔断交叉点钢柱2． 梁和桁架高层钢结构的梁的用钢量约占结构总用钢量的 65% ，其中主梁约占35〜40%因比梁的布置力求合理，连接简单，规格少以利 于简化施工和节省钢材 采用最多的梁是工字截面， 受力小时也可 采用槽钢，受力很大时则采用箱形截面，但其连接非常复杂截面高度相同时，轧制 H 型钢要比焊接工字截面便宜对于重荷 载或传递弯矩，则采用焊接箱形梁当净空高度受到限制时，也可 采用双槽钢和钢板组焊而成的截面， 钢梁内部必须做防锈处理。
几 种钢梁如图 9.104 〜 106 所示把桁架用于高层钢结构楼盖水平构件， 可做到大跨度小净空， 工程 管线安装方便 平行弦桁架是用钢量最小的一种水平构件， 但制造 比较费工费事楼盖钢桁架一般由平行的上下弦杆和腹杆 （斜撑和 竖撑或只用斜撑 ）组成弦杆和腹杆可采用角钢、槽钢、 T 型钢、 H 型钢、 矩形和正方形截面钢管等钢材 图 9.107 所示是几种常用的 桁架类型9．4 ．1 ．4 连接节点连接节点是钢结构中极其重要的结构部位， 它把梁柱等构件连接成 整体结构系统， 使其获得空间刚度和稳定性， 并通过它把一切荷载 传递给基础连接节点本身应有足够的强度、延性和可靠性，应能 按照设计要求工作，制作和安装应当简单连接节点，按其传力情况分为铰接、 刚接和介于两者之间的半刚接 设计中主要采用前两者， 半刚接采用较少 在实际工程中真正的铰 接和刚接是不容易做到的， 只能是接近于铰接或刚接 按连接的构 件分主要有钢柱柱脚与基础的连接、 柱—柱连接、 柱—梁连接、 柱 梁—支撑连接、梁—梁连接（梁与梁对接和主梁与次梁连接）、梁 —混凝土筒连接等1． 钢柱柱脚与基础的连接对于不传递弯矩的铰接柱，柱脚与基础的连接是用轻型地脚螺栓。
如果柱子要传递轴力和弯矩给基础， 则需有可靠的锚固措施， 此时 地脚螺栓则需用角钢、槽钢等锚固（图 9.108 ）2． 柱—柱连接在高层钢结构中， 柱子通常从下到上是贯通的 柱—柱连接即是把预制柱段（2〜4个楼层高度）在现场垂直地对接起来可采取螺栓连接（图 9.109 ），也可采用焊接连接 当柱—柱为焊接连接时， 需预先在柱端焊上安装耳板（图 9.110 ），用做撤去吊钩后的临时 固定，耳板用普通钢板做成，厚度应不小于 10mm 节点焊缝焊 到其 1／3 厚度时，用火焰把耳板割掉 对于 H 型钢柱，耳板应焊 在翼缘两侧的边缘上， 既有利于提高临时固定的稳定性， 又有利于 施焊十字形柱与箱形柱的焊接连接示于图 9.111 3． 柱—梁连接在框架结构中， 柱—梁连接十分关键， 它是结构性能的主要决定因 素其现场连接方式分为全螺栓连接和焊接—螺栓混合连接两种柱与梁如果设计为铰接， 一般只是将梁的腹板与柱子相连， 或者将 梁置于柱子的牛腿上（图 9.112 ）这些连接只能传递剪力，不能 传递弯矩柱与梁如果设计为刚接，按刚接点的要求，接点受力后产生转动，但要求接点各杆件之间的夹角保持不变 实际上受力后刚接点必然 有剪切变形， 因此各杆件之间的夹角就不可能保持不变。
为了减少 刚接点的剪切变形，一般都尽可能加大连接部分的截面尺寸图9.113所示为柱梁刚接的几种连接方式 其中（a）所示的连接，是把梁同预先焊在柱上的梁头相对接， 梁头的翼缘和腹板在工厂预 先焊在柱上图（b）所示的连接，是通过焊在梁端部的对接板将 梁上的弯矩传给柱子对接板利用高强螺栓与柱子连接图（ c） 所示是焊接连接 安装时，先用螺栓将梁与焊在柱上的连接板连接， 然后在施焊，梁的上、下翼缘全焊到柱上这种连接通常只用于厚 壁型钢柱4． 梁—梁连接图 9.114 所示为主梁与主梁对接的三种节点型式， 图 9.115 为主梁 与次梁连接的几种节点型式 图 9.116 为主梁与次梁连接的立体视 图，其中（a）连接只传递剪力，（c）（ d）连接不仅传递剪力还 同时传递弯矩5． 支撑连接支撑杆件，视其长度和受力的大小， 采用较多的为双槽钢、 T 型钢、 H 型钢和箱形构件 支撑连接分中心连接和偏心连接 当偏心连接 时，支撑只与上下钢梁连接，节点简单（图 9.117 ）而当中心连 接（即支撑轴线与柱梁轴线交点相交会）时，则需在工厂把钢柱、 梁头和支撑连接件预先组其中（a）为常用的栓钉锚固6． 梁—混凝土筒连接这种连接，通常为铰接。
预埋钢板可借助于栓钉、弯钩钢筋、钢筋 环、角钢等，埋设锚固于混凝土筒壁之中， 钢板应与筒壁表面齐平， 见图 9.119 常采用的栓钉锚固件可用作受弯受剪连接件值得注意的是， 在筒壁混凝土浇筑过程中， 预埋钢板在三个方向上 都会产生位移，误差较大因此，除了在设计上充分考虑施工因素 外，施工时应在模板技术、混凝土浇捣技术方面高度重视9．4 ．1 ．5 加工制造由于高层建筑钢结构的精度要求高， 因此，构件的加工制造一般由专门的钢结构加工厂在工厂预制完成 整个加工制造过程有以下几 个环节1． 构件的划分高层钢结构构件 （ 主要是梁、柱 ）的划分，涉与到结构体系，连接节 点类型， 构件截面的大小， 单位长度重量以与起重机合理的起重能 力等诸多因素钢柱分段原则是吊装机械不超载， 又便于构件运输和堆放， 并能减 少现场安装工作量柱段过长，柔性过大，不利于运输、吊装与校 直；柱段过短，则吊次增多，焊接接头增多，影响施工速度钢柱 标准柱段的长度一般等于 2〜3个楼层高度两个柱段的接头位置， 通常选在主梁上表面以上 1000〜1300mm 处钢梁（包括周边梁和楼盖梁 ）的跨度，一般与柱网尺寸相同2． 机械加工建筑结构设计图上的尺寸数据还不能直接用于加工制造， 需要加工 厂根据设备、工艺条件翻制详图，然后根据详图放出大样，制作样 板或样件，经确认无误后，再投入正式生产。
这些工作现在可以用 计算机辅助系统翻制详图， 不用大样图而直接制作样板和样件， 或 者给出在钢板上直接划线或气割下料的信息1）放样和划线在钢结构制作中，放样是把零 （ 构）件的足尺轮廓尺寸、切口、制孔 圆心、折弯和机加工种类等从图纸准确地转移到样板和样件上， 而 样板和样件则是下料、制弯、铣、刨、制孔等加工的依据高层钢 结构的梁柱框架，在大多数情形下节点为正交， 梁柱构件皆为直线 构件，放样相对简单一般只对一个标准节间或节点进行放样，而 焊接梁柱则依据计算尺寸直接在钢板上划线 对于几何形状不规则 的节点，则需按1 : 1足尺放样样板一般用 0. 50〜0.75mm 的 铁皮或塑料板制做，样件则用薄钢板或扁铁制作放样中应特别注意的是：丈量工具必须统一，并经计量部门检定， 以消除相对误差；合理预留焊接收缩与切铣等机加工的余量； 钢柱 的下料长度，还应增加经常作用荷载下柱轴力引起的弹性压缩量2）接料和矫平我国采用的钢板长度一般力 6〜8m，对制作大长焊接构件，需对钢板作纵向拼接经验证明，先拼接后下料优于先下料后拼接钢 板由于运输和拼接焊接等原因产。