時間：2023-03-16 17:15:56
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2.工程焊接難點
本工程構件結構形式比較簡單，涉及的焊接接頭形式主要有對接、角接和角接與對接組合接頭。由于鋼板厚度較大，故選材上采用低合金高強鋼，其屈服強度為390MPa。針對構件類型，焊接時存在如下幾方面的難點：①防止正火鋼熱影響區脆化。②厚板焊接變形控制。③防止母材層狀撕裂。
3.厚板高強鋼焊接技術
（1）高強鋼焊接性分析該鋼種屬于高強度正火鋼，具有良好的綜合力學性能和加工工藝性能。其化學成分、力學性能如表1、表2所示。（2）焊接工藝技術第一，焊材的合理選擇。根據國家規范GB50661—2011中對焊接材料的推薦使用標準，同時結合焊接工藝性能、焊接材料等強匹配原則，以及不同焊接工藝環境下焊材使用后對母材影響程度來進行選用（見表3）。第二，坡口的制定。由于厚板焊接工程量大、難度高，若采用窄而深的小坡口進行焊接，則不僅焊縫成形系數偏小，影響一次結晶，容易產生區域偏析，而且在拘束應力大的前提下進而導致焊接熱裂紋的產生；若采用大坡口進行焊接，則不僅焊接量大大增加，而且焊縫的焊接殘余應力也會隨之增加，這對鋼結構體系初始應力的控制極其不利，同時也影響工程工期?？紤]到厚板焊接接頭填充量、焊接質量及焊接殘余應力等方面的影響，同時，為便于CO2焊槍在焊接過程中能適當地擺動，采用坡口角度適中，且便于正常情況下焊接的窄間隙焊接（NGW）坡口（見圖2）。第三，焊接組合新工藝。為了實現高質量、高效率的厚板窄間隙焊接，需解決窄而深的坡口內側壁焊接熔合質量、焊接飛濺聚集、工藝參數穩定性及焊接操作的可靠性等問題，避免坡口內焊縫金屬的一次結晶產生區域偏析，進而產生熱裂紋。鑒于上述原因，提出如下焊接工藝方法：打底焊：采用改造型噴嘴的實芯CO2氣體保護焊（見圖3）。該方法首先可以保證窄間隙坡口環境下的順利焊接，此外，利用GMAW的高效及熔深相對較大的優點，可提高焊接質量和效率。填充焊：采用雙弧雙絲自動氣體保護焊接：一方面可以利用其熔嘴的優勢取代了埋弧焊機頭熔嘴無法進行窄而深的焊接，另一方面其焊接效率較手工焊有大幅度提高，同時保證焊縫質量。蓋面焊：采用雙絲埋弧焊接。主要是提高焊接效率，保證焊縫的表面質量。第四，焊接工藝措施。多層多道錯位焊接技術：多層多道焊及合理的焊接參數可減小焊接熱輸入，從而有效控制焊接變形和焊接應力。在多層多道焊接技術的基礎上，加入焊接接頭每一道焊道錯位連接，即：接頭不在一個平面內，通常錯位50mm以上。這種技術其顯著優點就是上一層焊道對下一層進行了有效的熱處理，特別適合于高強鋼厚板的焊接。在應用時，可以消除焊接冶金過程中柱狀晶并使晶粒細化。同時，對焊接接頭的應力應變控制也相當有利，能夠提高焊接接頭的綜合性能。道間溫度控制：根據國家標準GB50661—2011要求，在焊接過程中，最低道間溫度控制在不低于預熱溫度。道間溫度應在焊縫金屬或相鄰的母材金屬處測得，測量時間選擇在電弧經過之前的焊接區域內瞬時測得。由于焊縫較長，未能焊到的地方應采取保溫措施。防止溫度降低過快，如果焊接區域溫度過低，應重新加熱。后熱與消氫處理：為了加速焊接接頭中氫的擴散逸出，防止焊接冷裂紋的產生，焊后及時后熱及消氫處理是防止焊接冷裂紋的有效措施之一。特別是對于氫致裂紋敏感性較強的厚板焊接接頭，采用這一工藝不僅可以降低預熱溫度，減輕焊工勞動強度，而且還可以采用較低的焊接熱輸入，使焊接接頭獲得良好的綜合力學性能。焊縫錘擊消應力措施：焊縫錘擊焊接過程中，在熱狀態下使用帶有小圓弧面的錘子錘擊焊縫金屬，使焊縫得到延展，從而減小焊件的殘余收縮應力。錘擊應均勻、適度，避免因錘擊過分而產生裂紋。當焊縫溫度＜300℃時，錘擊力不宜過大；在100℃以下時，禁止錘擊。
(一)題目的設置應有助于教學相長
畢業設計內容的設置除了應密切結合指導教師的科研項目外，還應結合指導教師的專業特長，這樣教師對學生的指導才能高效。例如，筆者從攻讀博士學位開始，就從事新型高層鋼結構體系及抗震性能等方面的研究。留校后，承擔了研究生選修課高層建筑鋼結構課程的教學工作，負責講授高層鋼結構的制作和安裝，以及新型抗側力和耗能構件在高層鋼結構的應用等內容。以上研究和教學工作均為指導采用新型結構體系的高層鋼結構畢業設計奠定了基礎。同時，通過給學生答疑，筆者感到，雖然學生的著眼點不同，但多數問題是圍繞設計任務提出來的，一些問題也是指導教師尚未涉及而想弄明白的問題。因此，教師愿意投入時間去研究問題，這樣既解決了學生的疑惑，也有利于指導教師提高自身的專業技能。
(二)設計題目的指定應兼顧學生的興趣
目前，學生畢業設計的題目，大體上是由學院統一指定的。這樣做是為了避免學生“偏科”，即避免一些設計題目出現無學生選擇的窘境。但是，高層鋼結構設計題目與其他題目一樣，也僅是提升學生在一個專業方向上的理論水平和技能。而且相當多的設計院在未來一定時期內仍主要是開展量大面廣的混凝土結構設計。因此，由學院指定畢業設計題目的方式無法完全滿足學生的專業設計興趣和愛好，使真正對鋼結構設計有興趣的學生又得不到應有的鍛煉。倘若學生對指定的題目毫無興趣，畢業設計就可能收效甚微。其實，每個學生經過3年多的學習，基本已有感興趣的專業方向，畢業設計題目應結合學生畢業后的就業方向或深造計劃，并綜合考慮學生自己的興趣、能力和未來發展等因素來選擇建議。題目指定要有適當的靈活性，給學生一定的選題權利，可列出每年開設的所有題目，讓學生提前自愿申報2～3個題目，然后綜合分組。這種適當考慮學生興趣的選題做法將使學生對畢業設計更有積極性，收效可能更好。
(三)設計內容應結合專業最新發展而適時更新
為避免多年使用同一設計題目可能出現的抄襲現象，指導教師有必要適時更換設計內容和要求。鑒于目前設計院或施工單位“以高層設計為主流”的情況，應結合高層建筑的實際工程應用，增加新型結構體系的設計內容，以縮短學生就業后的工作適應期。對高層鋼結構，應要求學生掌握目前比較流行的結構形式、計算方法和構造要求。因此，筆者在設計任務書中鼓勵學生應用新型的抗側力構件和新型的結構體系作為設計任務。除了采用傳統的純鋼中心支撐，推薦采用新型的墻板內置無粘結鋼支撐或桿狀防屈曲支撐(BucklingRestrainedBrace)代替傳統的純鋼支撐。除了中心支撐，也鼓勵采用偏心支撐和鋼板剪力墻等抗側力構件。例如，在2014年的畢業設計中，一名學生自愿嘗試采用偏心支撐鋼框架結構形式，通過努力，圓滿完成了設計任務，最終取得了較好成績。
二、積極有效的師生互動是畢業設計取得實效的基石
(一)注重培養學生主動學習的能力
對20多層的高層建筑鋼結構設計，要求學生學習結構設計方法和設計軟件的使用，進行結構建模、內力分析和設計，這樣的工作不僅量大而且有難度。建議教師提前布置和安排任務，給學生自學的機會和時間。以結構建模和分析為例，筆者一開始便盡早安排學生安裝和學習使用結構設計軟件ETABS，這樣學生在做荷載匯集等準備工作之余，就可以有針對性地查閱和學習該軟件的使用說明等資料，到建模和分析環節時，學生就可以建立結構模型。為學生自學軟件后建立的結構模型。應當注意的是，雖然大多數學生之前并未有建立復雜結構模型的經驗，也可能因此而心生畏懼，指導教師應強調學習和使用通用軟件的必要性，讓學生明白學好一個軟件對將來應用其他類似設計軟件也有很好的借鑒作用。教師要耐心引導和鼓勵，培養學生的興趣和自信心?？梢髮W生先簡后繁，積累經驗。學生消除畏懼心理后，建模和設計操作就會逐漸得心應手，在實踐中熟能生巧。有的學生在熟練使用軟件后甚至主動去鉆研軟件內的參數和求解設置等功能，提高了對理論知識的歸納消化和應用能力。
(二)營造積極的心理互動氛圍
結構方案的確定以及結構建模、分析和設計等，這些任務一環緊扣一環，教師應在各階段工作中嚴格檢查，認真引導和解惑。以建模和分析為例，因大部分學生是初次接觸大型設計軟件和設計規范等，面對陌生的軟件以及系數重重的設計公式，要在短時間內掌握并熟練應用軟件進行結構設計，有較大難度。特別是對這些軟件在內部分析環節可能存在的一些缺陷，指導教師必須強調指出，以免學生誤入歧途而影響進度。因此，指導教師應對軟件的一些關鍵環節有使用經驗，并能做出正確的判斷，才能引導學生去認真求證，加深理解。這樣也才可能幫助學生較快熟悉設計過程，培養學生的自信心和學習興趣。畢業設計為師生提供了長達一學期的交流互動機會，教師應在指導工作中傾注熱情，與學生積極互動，這樣不僅能使任務完成得更加高效，而且也有利于學生的全面發展。教師不僅要關注學生的專業訓練，也要不失時機地對學生進行職業道德的言傳身教，引導學生帶著問題去思考和討論，啟迪學生的智慧，充分調動學生的積極性和主動性。
三、畢業設計應適當增加針對性實習
與單純課堂教學相比，畢業設計屬于實踐環節。但若不加以恰當引導，相當多的學生的畢業設計僅僅是對參考書等資料的簡單模仿。因此，在畢業設計過程中，應通過小組或個人(以整個年級為單位的統一畢業實習，針對性不強)的實習活動，例如參觀鋼結構工程或鋼構件制作等，夯實書本所學知識，拓寬知識面，使學生獲得真實感受。此外，通過實習，還可消除學生不切實際的想法和由此導致的誤差或錯誤，有助于學生深入思考，以開展更加符合實際應用需求的理性創作。
(一)參觀鋼結構工程和鋼結構安裝
應組織學生參觀正在建設的高層鋼結構工程。因為從施工中暴露的鋼骨架，學生可以清楚地觀看構件和節點的加工和連接做法。實地考察如不可行時，也應提供必要的實錄視頻、圖形資料和講解，以加深學生的理解。還可以推薦一些好的參考書和期刊，例如《鋼結構進展與市場》和《建筑結構》等，幫助學生了解新型鋼結構工程和建造技術。此類資料圖文并茂，是本科生很好的課外讀物。另外，因高層建筑鋼結構一些基本的構造和連接做法等，在低層和多層鋼結構中也有體現。因此，也可組織學生考察當地一些在建的多層甚至單層鋼結構工程，例如施工現場的焊縫和螺栓連接等。通過接觸實際工程，增強學生的認知能力。
(二)參觀鋼結構加工廠和鋼構件制作
在實習中，還可組織學生參觀鋼構件加工廠等。隨著新材料和新工藝的快速發展，目前鋼結構中的大型構件的加工制作方法和質量控制技術等都有革新，書本上的知識也非常有限。必要的學習參觀有利于學生拓展知識面，幫助他們更好地理解和繪制施工圖。指導教師可組織學生參觀了解鋼構件的生產過程。例如，參觀工廠的焊接、刨邊和鉆孔等相關工藝流程等，并做好有針對性的實地講解，有利于學生對重要概念的理解和對書本知識的消化。
四、考核應以學生實質性的進步為依據
(一)注重形式，更追求質量
學院畢業設計要求學生完成不少于9張的1號圖紙，有些學生甚至能提供多達14張或者更多的圖紙。誠然，為確保培養質量，數量上的要求是必要的，但任務完成的質量更為重要。筆者曾在一次鋼結構畢業設計的答辯中發現，能夠提供十多張圖紙的學生，計算書雖然寫的很飽滿，但是連一個常用角焊縫的符號代表什么意思也回答不上來?？梢姡篮J畫瓢的做法，在本科畢業設計中依然存在。再以結構施工圖的繪制為例，在堅持部分圖紙必須手繪完成這一傳統做法的基礎上，為了提高學生應用計算機作圖的能力，目前鼓勵采用計算機繪圖。但應強調的是，計算機作圖應讓學生利用Auto-CAD軟件親手繪制，不能依靠設計軟件和繪圖軟件等自動出圖。雖然從表現形式上看，自動出圖比學生親手繪圖的圖面更美觀和全面，但這樣會使學生過分依賴軟件而使其基本技能得不到應有的訓練，導致學生對設計理論不熟悉，不能提高識圖和繪圖能力，并且也難以準確把握和判斷其設計結果。因此，教師在畢業設計過程中應時刻提醒學生，在寫計算書或繪圖時，每寫一句，每畫一筆，都要弄清楚為什么，真正弄懂了才算得上學有所獲。
二輕鋼結構的防腐技術
1表面處理
對鋼材料進行必要的表面處理是非常重要，主要是清除掉鋼鐵表面的鐵銹層與油污等污物，對鋼鐵表面殘留的黑氧化皮尤其要清除干凈。因為這些污物可以說是鋼鐵發生電化學腐蝕的陰極，當鋼材處于潮濕環境中，就會發生腐蝕，除去后可減少腐蝕的可能。表面處理質量需確保鋼構件表面露出金屬光澤，具體參照相應的涂裝前鋼材表面預處理規范。
2常用方法
目前，對鋼結構防腐的主要手段是在其表面涂刷防腐漆，也稱為涂層法。在進行防腐涂料的涂裝時，一定要確保涂層厚度均勻且適度、粘結牢固、無脫層、不可空鼓和漏涂。施工具體要求如下。
(1)要能夠選擇合理的涂層結構和涂刷方式
能夠考慮到輕鋼結構的裝飾要求、使用年限以及在涂裝施工時的具體情況，配套使用底漆、面漆、中漆，發揮其最佳作用。涂層結構就是由這三種防腐漆組合而成的復合涂層。簡單來說，底漆在內側，起到附著與防銹作用;中漆在底漆與面漆之間，增加了漆膜厚度;而面漆在最外側，主要起防腐蝕與老化作用。合理的涂層結構有利于提高鋼材防腐性能，延長輕鋼結構的使用壽命。另外，涂刷方式的選擇對提高涂裝施工進度與質量、節約成本就有重大影響。涂刷方式主要有手工刷涂或滾涂法、空氣噴涂法與浸涂法。
(2)涂裝施工的質量控制
主要是對涂裝施工的環境及過程、干漆膜的厚度進行質量控制。涂裝施工的環境為5℃～38℃的溫度與不大于85%的相對濕度;另外，還要求施工現場不能有太多的粉塵。在涂裝前，輕鋼結構表面不能有露珠存在;涂裝之后，五天內不能淋雨。在刷漆時，必須等第一遍涂料干透后，才能刷下一遍。干漆膜的厚度要使用測厚儀進行檢測，一般要求室內為125μm，室外為150μm，偏差為±25μm。
三輕鋼結構的防火技術輕鋼結構的防火最常用的方法為防火涂料保護法
1防火涂料的選擇
輕鋼結構的防火涂料主要按燃燒性能特點、噴涂對象環境或噴涂厚度的不同分類。在這里，只討論根據其噴涂厚度不同的分類，具體性能特點如下。
(1)厚型8～50。缺陷:①厚型防火涂料的涂層厚、有較大的自重、當涂料的黏結力差時極易剝落。另外，在涂裝施工時，需要使用金屬絲網加固施工，易造成施工成本的增加和施工周期的延長;②涂層的表面也較為粗糙，美觀性差;③需養護水泥基涂料。優勢:①厚型防火涂料具有較高的耐火極限，實驗證明可達3h;②因其主要組分為無機材料，所以具有相對較好的耐久性。而且，無機材料易得、來源廣、價格便宜，涂料價格比其他的低;③涂料遇火后，不會放出任何損害人體健康的有毒煙氣;④涂料運輸方便，為袋裝出廠。
(2)薄型4～7。缺陷:①涂料的耐火極限比厚型涂料的低，最高可達2h;②因其主要組成為有機材料，耐老化和耐久性較差。涂料遇火時，可能會釋放出有害煙氣，需改進;③涂料大多用于室內鋼結構，需向室外的產品研究開發。優勢:①薄型防火涂料的涂層薄、自重小、黏結力好、不易剝落、涂裝施工較為簡單，無需金屬絲網加固，干燥較快;②涂層的表面光滑、裝飾性好、可調配出多種顏色，;③單位面積消耗涂料的量少，施工成本低;④涂料的抗震性能與抗撓曲性強。(3)超薄型≤3。缺陷:①超薄型防火涂料與薄型涂料具有相同的缺陷;②超薄型防火涂料未能應用于室外鋼結構，目前無此類產品。優勢:①超薄型防火涂料的涂層更薄，裝飾性更好，可調配顏色更豐富;②具備薄型涂料的所有優點。
2基層處理
在噴涂防火涂料前，必須做好基層處理。在輕鋼結構的表面應根據使用要求，做好防銹工作。對大多數建筑工程中輕鋼結構而言，需要噴涂不與防火涂料發生化學反應的防銹底漆。另外，如果試驗證明選用的防火涂料也具有一定的防銹功能，可不做防銹處理。
3涂裝施工
由經過培訓且合格的專業施工人員進行防火涂料的涂裝施工;還需遵循廠家的說明書進行防火涂料的調配，并及時攪拌使調配好的涂料稠度適中，確保在涂料噴涂后不發生剝落與流淌現象。目前常使用的涂刷方式為噴涂法、手工刷涂法等。
四耐候鋼的應用
建筑工程中輕鋼結構采用耐火耐候鋼，可有效做到防腐與防火。因為耐火耐候鋼具有優良的耐大氣腐蝕性與防火性。目前在建筑工程中，耐火耐候鋼是使用較多的Q235與Q345鋼的替代鋼種。在力學性能上，它與普通建筑用鋼具備相差無幾的焊接性能、屈服強度、抗壓能力等室溫力學性能。在施工時，耐火耐候鋼的應用可以避免或減少防腐涂料與防火涂料的涂裝，有效地節約成本，也可以減少涂料的環境污染。另外，在輕鋼結構中采用耐火耐候鋼，可有效減薄鋼材厚度，能節約一大部分成本。同時，耐火耐候鋼自身還具備永久性和自愈性能，也就是說此類鋼材在在使用過程中，無論受到擠壓、表面擦撞或火災，都會保持其耐火耐候性不變，這從根本上做到了建筑工程中輕鋼結構的防腐及防火工作。
1.2鋼柱吊裝技術在鋼結構建筑施工技術中，鋼柱吊裝技術是一項非常重要的施工技術手段，它在鋼結構建筑施工中占有非常重要的地位。鋼柱是鋼結構建筑中所需要的重要部件。鋼柱在鋼結構建筑施工過程中主要應用于高層建筑總高度以及高層建筑層高的決定性豎向構件。在對鋼柱元件進行加工制造的過程中，應該嚴格的要求它的規格，嚴格的按照有關規定的標準對其進行合理有效地加工，確保鋼結構建筑施工工程中的需求量。鋼柱在翻樣下料的操作工藝流程中，必須要充分全面地考慮到所存在的負面因素，如由于焊接縫隙而產生鋼柱收縮變形的現象，另外，鋼柱還可能會產生豎向荷載的現象。因此，對于鋼柱的實際操作中的長度不能等同于設計當中的長度。在實際的造作中不能對其有分毫之差，一旦出現一點差錯，就很可能影響到整個工程的正常運行。
2鋼結構建筑在施工中的質量控制
在進行鋼結構建筑的施工過程中，施工圖紙在建筑施工中占有主導的作用，施工圖紙是保證施工正常進行的前提，同時也是保證施工質量的前提條件。因此，必須重視鋼結構在施工前圖紙的繪制環節，一定要確保圖紙繪制的準確性。可以采用兩種方法來確保鋼結構建筑圖紙的準確性。一是建筑施工單位應該聯合設計單位共同對圖紙的繪制進行監工，以確保圖紙的設計以及繪制的質量。二是在圖紙審查的過程中，檢查的人員應該認真仔細的對其進行詳細的解讀，確保其他工作人員能夠對建筑圖紙所表達的內容都了然于胸。另外，在鋼結構建筑施工的工程中，應該確保施工人員擁有一定的建筑技術。有一個良好的施工團隊，可以確保建筑的施工質量。
1．2粗軋工藝控制粗軋分為三個階段:整形階段、展寬階段、高溫延伸階段。整形階段消除板坯表面的凹凸不平等缺陷，并促進板坯厚度均勻。展寬階段主要是將板坯寬度增加到成品寬度。一般認為，整形階段和展寬階段不會對鋼板性能產生明顯影響。合理的高溫延伸階段壓下制度是保證鋼板厚度方向組織和性能均勻性的關鍵，也是小壓縮比條件下開發厚規格鋼板的基礎。本文用300mm板坯軋制80mm厚鋼板，壓縮比較小，僅為3．75，因此必須優化粗軋高溫延伸階段壓下制度。在高溫延伸階段需要充分發揮軋機能力，實現強力大壓下，以最少道次數將板坯軋到中間坯厚度，促進奧氏體晶粒反復再結晶以細化晶粒。在軋制Q460GJC鋼板時，要求高溫延伸階段道次數不大于5道次，至少有2道次壓下率大于13%，中間坯厚度112mm。
1．3精軋工藝控制精軋階段在奧氏體未再結晶區進行，該階段變形逐漸累積，一方面促進奧氏體晶?！氨馄交保硪环矫嬖趭W氏體晶粒內形成大量位錯，增加鐵素體晶粒形核位置，細化晶粒。Nb元素顯著抑制了奧氏體晶粒再結晶，提高了奧氏體未再結晶區溫度。精軋階段從中間坯溫度降到奧氏體未再結晶區后開始，同時考慮到成品鋼板較厚，為了避免終軋后鋼板溫度過高，精軋開軋溫度大于900℃，3道次軋制完成，終軋溫度定為850℃。為了避免終軋溫度過高，鋼板表面生成嚴重氧化鐵皮，同時為了促進V化合物的析出，對終軋鋼板進行弱控冷，冷速6℃/s，終冷(返紅)溫度700℃。
2試制結果
2．1材料的實際化學成分在包鋼寬厚板線冶煉工序按照表3的成分要求煉鋼，煉鋼過程中要注意控制夾雜物和有害元素，并利用寬厚板線直弧形連鑄機制造300mm厚連鑄板坯，要求控制偏析、疏松、裂紋等缺陷，為軋制工序提供成分精確、冶金質量優良的優質連鑄板坯，板坯低倍照片見圖1。鑄坯的中心偏析程度較輕，無嚴重疏松、裂紋等缺陷，內部質量優良。
2．2鋼板生產工藝選用自產優質連鑄板坯，其尺寸為3100mm×1960mm×3000mm(長×寬×高)。裝爐加熱，板坯出爐后進行除鱗，分兩階段軋制成80mm的厚規格鋼板。
2．3鋼板的力學性能及探傷分別從成品鋼板上進行取樣，分別按照相關標準制取拉伸、沖擊、冷彎試樣，并分別按標準進行檢驗。鋼板的各項力學性能檢測值見表4。對鋼板的Z向性能進行檢驗，試樣厚度方向斷面收縮率最小值為37%，平均值為45%，完全滿足Z35級別要求。為進一步考察Q460GJC鋼板在更苛刻條件下的沖擊性能，對試樣進行－20℃沖擊吸收功檢驗，沖擊吸收功平均值大于100J，低溫沖擊韌性良好。此外，按照GB/T2970對鋼板進行超聲波探傷檢驗，結果達到Ⅰ級。綜合來看，包鋼開發的厚規格Q460GJC鋼板組織、性能穩定，綜合力學性能優良。
2．4鋼板金相組織及分析從鋼板的1/4、1/2厚度處取金相試樣。試樣經磨制和拋光后用4%硝酸酒精浸蝕進行顯微組織分析。金相照片見圖2:通過分析金相發現，鋼板的組織以鐵素體、珠光體為主，晶粒度為8．5～9．5級，平均晶粒尺寸為20μm，晶粒組織細小、均勻。鋼板的近表面組織成針狀，這主要是鋼板表面冷速較快造成，針狀組織促進了鋼板強度的提高。在鋼板心部出現了貝氏體相，這主要是由于C、Mn元素偏析造成鋼板心部產生成分過冷造成的。整體來看，組成鋼板的主要組織為鐵素體加珠光體加少量貝氏體。
隨著中國國民經濟發展和人口城市化進程加快，我國高層建筑建設持續空前發展。鋼結構體系因其本身所具有的自重輕、強度高、施工快等優點，與鋼筋混凝土結構相比，更具有在“高、大、輕”三個方面發展的獨特優勢。中國已成為第一產鋼大國，鋼結構住宅適宜工廠大批量生產，工業化、商品化程度高，可以將設計、生產、施工、安裝一體化，提高建筑產業化水平。鋼結構應用于高層建筑已有數十年的歷史。首先采用鋼結構建造高層建筑的是美國，戰后經過經濟恢復，高層鋼結構工程建設再度興起，隨著煉鋼技術和成型制造工藝的發展，給鋼結構工程的應用帶來新的活力：工程建設日益增加，相應又推動了鋼結構設計與施工技術的不斷進步積完善?，F對超高層鋼結構施工技術進行簡要總結。超高層鋼結構施工技術主要包含如下幾方面內容：（1）做好施工前的準備工作；（2）塔吊的選擇與布置；（3）嚴格原材料；（4）鋼構件驗收；（5）螺栓安裝；（6）鋼柱安裝；（7）焊接；（8）門窗工程安裝。
一、做好施工前的準備工作
首先是強化施工圖紙的會審工作，圖紙是工程施工的依據，工程開工前項目監理機構要組織監理人員熟悉工程圖紙與項目有關的規范標準、工藝技術條件，充分領會設計意圖。同時，要組織施工單位專業技術人員對圖紙進行會審，檢查施工圖紙中的“錯、漏、碰、缺”，力爭把問題解決在施工之前，減少因圖紙問題對工程質量、進度的影響。其次是認真審查鋼結構安裝施工組織設計，施工組織設計是施工單位全面指導工程實施的技術性文件，施工組織設計的完善程度直接影響工程的質量、進度。因此，鋼結構安裝工程施工組織設計審查要針對性和重點，主要內容有：①質量保證體系和技術管理體系的建立；②特殊工種的培訓合格證和上崗證；③新工藝的應用；④對工程項目的針對性；⑤質量、進度控制的措施和方法；⑥施工計劃(工期)的安排。
二、塔吊的選擇與布置
塔吊是超高層鋼結構工程施工的核心設備，其選擇與布置要根據建筑物的布置、現場條件及鋼結構的重量等因素綜合考慮，并保證裝拆的安全、方便、可靠。在塔吊的選擇上應優先考慮內爬式塔吊，因為鋼結構建筑采用內爬式塔吊不需要對樓層進行加固，并且在起重機布設位置上有較大的自由度。另一方面，采用內爬式塔吊進行鋼結構高層建筑吊裝施工，對塔吊起重能力和幅度要求不像采用附著式塔吊那樣苛刻。從經濟上考慮，為節約成本，優先選用內爬式塔吊進行鋼結構超高層建筑的施工。
三、嚴格原材料
鋼結構有很多優點，但其缺點是導熱系數大，耐火性差。隨著冶金技術的提高，耐火鋼的研究成功并投入生產，為鋼結構的進一步發展創造了條件。在選擇中，首先鋼筋的質量證明文件應齊全有效，且進場檢驗應符合規范和設計要求。連接套筒應有出廠合格證，材料一般為低合金鋼、優質碳素結構鋼，其設計抗拉承載力標準值應不小于被連接鋼筋的受拉承載力標準值的1.2倍，套筒長為鋼筋直徑的二倍。
四、鋼構件驗收
鋼構件住進入安裝現場后，由專業質量檢測人員對構件的質量進行檢杏。彈出鋼柱的安裝軸線，若發現在運輸過程中鋼構件發生變形缺陷后，馬上進行矯正和處理。同時還需要對構件縱橫兩個方向的安裝中心線進行驗收，對中心線不清晰的要重新彈上安裝線。
五、螺栓安裝
鋼結構工程中螺栓連接一般用高強螺栓和普通螺栓，普通螺栓連接，每個螺栓一端不得墊2個以上墊片，螺栓孔不得用氣割擴孔，螺栓擰緊后外露螺紋不得少于2個螺距；高強螺栓使用前我們檢查螺栓的合格證和復試單，安裝過程中板疊接觸面應平整，接觸面必須大干75%，邊緣縫隙不得大干0.8mm，高強螺栓應自由穿入，不得敲打和擴孔；高強螺栓不得作為臨時安裝螺栓，螺栓擰緊應按一個方向施擰，當天安裝的應終擰完畢，終擰完畢應逐個檢查，對欠擰、超擰的應進行補擰或更換。
六、鋼柱安裝
按結構平面形式分區段繪制吊裝圖，吊裝分區先后次序為：先安裝整體框架梁柱結構后樓板結構，平面從中央向四周擴展，先柱后梁、先主梁后次梁吊裝，使每日完成的工作量可形成一個空問構架，以保證其剛度，提高抗風穩定性和安全性。為了便于調整柱的垂商度，在預埋螺栓上先擰上數個螺母全部擰到接觸基礎面，并用水平儀找平后，開始吊裝鋼柱。吊裝鋼柱時，為了防止意外事故出現，在柱的上端活系兩根纜風繩，可以從多個方向臨時固定，也可用來調整垂直度。測量校正，鋼柱吊裝就位后，用兩臺經緯儀和水平儀對鋼柱進行測控，微調通過調整柱底腳板下的螺母來實現。七、焊接
鋼結構使焊前，對焊條的合格證進行檢查，按說明書要求使用，焊縫表面不得有裂紋、焊瘤，一、二焊縫不得有氣孔、夾渣、弧坑裂紋，一級焊縫不得有咬邊、未滿焊等缺陷，一、二級焊縫按要求進行無損檢測，在規定的焊縫及部位要檢查焊工的鋼印。原則是采用結構對稱、節點對稱、全方位對稱焊接。多層焊接宜連續施焊，每一層焊道焊完后應及時清理檢查，清除缺陷后再焊。焊接接頭要求熔透焊的對接和角接焊縫多層梁柱焊接時，應根據安裝情況先焊頂層柱與梁節點，其次焊底部柱與梁節點，最后焊中間部分的柱與梁節點。在焊接頂層梓與梁節點時，應先焊梓頂垂直偏差較大的部位，以利用焊接后收縮變形應力達到減少柱頂垂直偏差。焊接順序宜從中間軸線柱向四周擴散施焊。
八、門窗工程安裝
鋼窗安裝質量的控制重點有兩點，一是，鋼窗進場合格證、產品試驗報告及外觀的檢查。二是，鋼窗和固定鋼窗的立柱之間的間隙控制。先施工固定鋼窗的立柱，有可能出現鋼窗與立柱之間縫隙過大或鋼窗安不上。我們在控制過程中，要求施工單位先固定鋼窗一邊的立柱，待鋼窗完全固定就位后，再焊接另一邊的立柱，這樣保證鋼窗與立柱之間無縫隙。
總之，我國正在大力發展鋼結構高層民用建筑，我們應及時組織考察總結已建成的鋼結構住宅工程的經驗，滿足住宅在適用性能、環境性能、經濟性能、安全性能、耐久性能方面的綜合要求，形成完善的建筑體系。但愿我國的鋼結構高層民用建筑能夠經得住歷史的考驗。
參考文獻：
[1]楊鵬宇，鋼結構高強螺栓連接施工[J].山西建筑，2006，32(16)：140-141．
[2]郝燕春，大型鋼網架安裝技術[J].山西建筑，2007，33(10)：195-196．
[3]魏明鐘，鋼結構[M].武漢，武漢工業大學出版社，2002．
[4]沈祖炎，鋼結構基本原理[M].北京，中國建筑工業出版社，2004．
鋼結構工程同其他結構工程相比，具有材料強度高、抗震性能好、工業化生產程度高、密閉性能好、安全更可靠的特點，決定了過去在一些高度或跨度較大的結構，荷載或吊車起重量很大的結構、有較大振動的結構、高溫車間的結構、密封要求很高的結構、要求能活動或經常裝拆的結構、橋梁結構中應用比較廣。隨著改革開放和經濟發展，鋼結構工程正從跨度大、多層或高層、耐熱性等要求高的工業建筑足見向民用建筑發展。
1從我國鋼材生產上看，越來越給鋼結構建筑發展創造了非常好的物質基礎。隨著我國經濟的發展，隨著老鋼廠的不斷更新，新鋼廠不斷崛起，越來越多的鋼鐵基地為了適應市場的需要，成品鋼材的品種越來越齊全，熱軋H型鋼、彩色鋼板、冷彎型鋼的生產能力大大提高，為鋼結構發展創造了重要的條件。其他鋼結構中型鋼、及涂鍍層鋼板都有明顯增長，產品質量有較大提高。耐火、耐候鋼、超薄熱軋H型鋼等一批新型鋼已開始在工程中應用，為鋼結構發展創造了條件。
2從設計、施工、鋼結構工業化生產看，越來越多的標志性鋼結構建筑，已經足夠證明我國的鋼結構建筑無論從設計到施工，還是從設計到鋼結構構件的工業化生產加工，專業鋼結構設計人員的素質在實踐中得到不斷提高，一批有特色有實力的專業研究所、設計院、建筑施工單位、施工監理單位都在日臻成熟，專業性、技術性、規模化更加完善。
隨著鋼結構建筑的遍地開花，我國各地分別建起了鋼結構的標志性建筑，如：世界第三高度421米的上海金茂大廈，具有國際領先水平、高度279米的深圳賽格大廈，跨度1490米的潤揚長江大橋，跨度550米的上海盧浦大橋，345米高的跨長江輸電鐵塔，以及首都國際機場，鳥巢國家體育中心，首鋼鋼結構廠房建筑群等等許多采用鋼結構建筑體系的重要工程，標志著建筑鋼結構正向高層重型和空間大跨度鋼結構發展。
3從鋼結構應用范圍看，我國的鋼結構建筑正從高層重型和空間大跨度工業和公共建筑鋼結構向住在發展。近年來，隨著城市建設的發展和高層建筑的增多，我國鋼結構發展十分迅速，鋼結構住宅作為一種綠色環保建筑，已被建設部列為重點推廣項目。其實，我國鋼結構住宅起步很晚，只是改革開放后，從國外引進了一些低層和多層鋼結構住宅，才使我們有了學習與借鑒的機會。1986年意大利鋼鐵公司和冶金部建筑研究總院合作介紹一種低層鋼結構住宅建筑體系——Bsis，并在冶金部建筑研究總院院內建造一棟二層鋼結構住宅樣板房；1988年日本積水株式會社贈送上海同濟大學二棟鋼結構住宅（二層），建在同濟新村中；90年代個別國外公司為推廣其產品在北京、上海等地建立多層鋼結構辦公、住宅樓。大規模研究開發、設計制造、施工安裝鋼結構住宅還是近幾年才發展起來。這說明了鋼結構住宅的發展勢頭良好。
4鋼結構作為綠色環保產品，與傳統的混凝土結構相比較，具有自重輕、強度高、抗震性能好等優點。適合于活荷載占總荷載比例較小的結構，更適合與大跨度空間結構、高聳構筑物并適合在軟土地基上建造。也符合環境保護與節約、集約利用資源的國策，其綜合經濟效益越來越為各方投資者所認同，客觀上將促使設計者和開發商們選擇鋼結構。也正是鋼結構建筑的這些優點和實用性，引起了政府的高度重視和推廣，并把鋼結構住宅作為我國十五期間的重點推廣項目。
5鋼結構的發展趨勢表明，我國發展鋼結構存在著巨大的市場潛力和發展前景。這存在的巨大市場潛力和發展前景及趨勢，主要來源于：
（1）我國自1996年開始鋼產量超過一億噸，居世界首位。1998年投產的軋制H型鋼系列給鋼結構發展創造了良好的物質基礎。
（2）高效的焊接工藝和新的焊接、切割設備的應用以及焊接材料的開發應用，都為發展鋼結構工程創造了良好的技術條件。
（3）1997年11月建設部的《中國建筑技術政策》中，明確提出發展建筑鋼材、建筑鋼結構和建筑鋼結構施工工藝的具體要求，使我國長期以來實行的“合理用鋼”政策轉變為“鼓勵用鋼”政策。將為促進鋼結構的推廣應用起到積極的作用。
（4）鋼結構行業將出現一批有特色有實力的專業設計院、研究所，年產量超過20萬噸的大型鋼結構制造廠，有幾十家技術一流、設備先進的施工安裝企業，上千家中小企業相互補充、協調發展，逐步形成較規范的競爭市場。
6發展鋼結構住宅是我國住宅產業化的必由之路。住宅產業化是我國住宅業發展的必由之路，這將成為推動我國經濟發展新的增長點。鋼結構住宅體系易于實現工業化生產，標準化制作，與之相配套的墻體材料可以采用節能、環保的新型材料，它屬綠色環保性建筑，可再生重復利用，符合可持續發展的戰略，因此鋼結構體系住宅成套技術的研究成果必將大大促進住宅產業化的快速發展，直接影響著我國住宅產業的發展水平和前途。
1．1工業建筑中常規鋼結構的作用
在工業建筑中，鋼結構的常規應用由來已久，我國多數工業廠房均采用的是常規鋼結構人字梁以及工字梁，這些常規鋼結構已成為工業早期時代的主要象征。而這些特征構成了我國的吊車梁式系統以及常規鋼屋架系統。由于民用建筑、商用建筑以及工業建筑各有不同，在進行工業建筑時要求建筑結構能夠為工業生產以及施工提供最好的跨度及空間。而傳統鋼筋混凝土結構已經不能完全滿足現在工業生產在跨度以及空間上的相關需求，從而鑒于此基礎上的鋼屋架系統應運而生，屋架系統主要由屋架、系桿以及支撐組成。同時吊車梁系統作為工業廠房的重要部分，多數廠房中均設有吊車，主要由車檔、吊車梁、軌道、制動結構及連接件等構成。在傳統鋼筋砼結構不能夠滿足新時代工業建筑在相應功能及跨度上需求時多采用鋼結構。如(1)材料堆場、大型倉庫以及飛機裝配車間等多采用鋼結構體系，這些鋼結構體系多為網架、拱架、門式剛架以及懸索等;(2)建筑物受到動力荷載影響時，多采用鋼結構體系;(3)碳素廠高樓部碳素振動成型機對相應結構的耐疲勞程度和強度要求均較高時，多采用鋼結構體系;(4)在高烈度區，鋼筋砼結構早已超出了現行工業行業的規范以及規定，應采用鋼結構以滿足其新的需要;(5)原有廠房需改建或擴建時，多采用鋼結構。綜上即可知，鋼結構在現今工業建筑中有著十分重要的作用，且應用廣泛。
1．2工業鋼結構在建筑工程中的應用方向
在工業建筑中，相關人員應該根據規定的生產流程來為工藝服務。在這個過程中，工業鋼結構的形式、材料與空間等多個方面都有特殊的標準。由于建筑體量比較大，要求相關人員應該注重把握好尺度，熟練掌握新材料技術。因此，工業建筑與普通建筑相比，具有一定的特殊性。在工業建筑中，一些比較簡單的建材會被新建材取代，落后的施工工藝會被淘汰。如今在工業鋼結構方面，包括鋼纜、構件和型材等方面的建材類型越來越豐富。另外，高性能施工涂料的應用有效地解決了工業鋼結構中存在的防火、防腐、防污染以及隔熱等多個方面的問題。隨著經濟的發展與科學技術的日益進步，涌出了很多新的設備、工藝與材料，有利于迎合工業建筑設計的更高要求，落后的原有工業建筑體系應該與時俱進，實現進一步的完善。
2鋼結構在工業建筑中存在的問題
目前，人們對工業鋼結構在建筑方面的相關認識還不夠全面。傳統混凝土結構一直影響著人們的建筑觀念，直到現在也還沒有徹底轉變。工業鋼結構體系還不夠完善，其具有一定的復雜性以及綜合性，涉及到多種配套體系，比如屋面、墻體、防腐、隔熱和保溫等多個方面的配套材料。而國內的工業鋼結構與發達國家相比，其技術水平與設計理念相對落后，專業人才的培養、新產品的研發、設備的制作與安裝水平、鋼材質量等多個方面都沒有得到很明顯的提升。從事工業鋼結構的設計、制作、安裝以及監理等領域的相關工作人員依舊沒有掌握好新知識，沒有徹底轉變新理念，沒有充分挖掘新材料，對新的施工方法也缺乏足夠的掌握力度。
3優化工業建筑施工過程中的鋼結構
在實際工作中，為了有效地提高工業建筑中鋼結構的穩定性。
3.1需要我們確保腳螺栓的穩定與堅固，保證在腳螺栓使用過程中控制得當，且可以保證鋼結構的應用合理有效。對腳螺栓的安裝與埋設，需要重視其精度問題，以保證其他環節的有序穩定運行。
3.2要在地腳螺栓的安裝中，注意鋼柱的準備，有效地協調平面控制網全系統的每個環節，進而更好地保證螺栓的安裝精度，使鋼結構穩定性增加。
3.3要注意順利彈出柱腳底板十字線、地腳螺栓的中心線，并將柱腳剪力孔做好積極的清理工作，在鋼柱就位后，要將標高調整好，并堅固螺母。
3.4對鋼結構的施工需要注意梁柱安裝，并控制梁柱之間的柱間支撐精度，使空間單元的穩定性提高，以保證其他安裝工作有效進行。
3.5要注意合理有效地應用墊板，確保墊板定位線精準，以對后續鋼結構施工整體運作起到優化的作用。此外，在安裝結構構件中，要健全構件儲備，并能夠充分地利用構件設備，更好地滿足實際鋼結構工作需要。堆放要合理規范，管理科學。每個存放場地均要有專人管理，根據供貨需要攜帶清單取貨，適時清點。
工業建筑鋼結構的穩定問題在設計中，設計人員應該注重結構構件的穩定性能，以免在設計過程中發生不必要的失穩損失；其次，隨著新型結構的出現，設計人員對其性能認識的不足，從而導致構件的失穩，就這個問題闡述了新型結構現存的問題，并且針對問題論述了產生的原因。
1建筑鋼結構的穩定性設計
鋼結構的穩定性設計、在各種類型的鋼結構中，由于結構失穩造成的傷亡事故時有發生、為了更好地保證鋼結構穩定設計中構件不失穩定，保證工程質量及使用安全，有必要對鋼結構的穩定性設計進行詳細探討。
1.1鋼結構穩定性的概念。鋼結構強度小或失穩都會造成結構破壞，但是強度與穩定的概念并不相同、鋼結構的強度是一個應力問題，指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載引起的最大應力(或內力)是否超過建筑材料的極限強度、鋼材以其屈服點作為極限強度、而穩定是一個變形問題，構件所受外部荷載與結構內部抵抗力間是不穩定的，關鍵是找出這一不穩定的平衡狀態，避免變形急劇增長而發生失穩破壞。
1.2鋼結構穩定性設計要點。在符合鋼結構設計的一般原則前提下，要保證鋼結構的穩定性還需滿足以下條件：
1.2.1鋼結構布置必須從體系和各組成部分的穩定性要求整體考慮，目前鋼結構大多是按照平面體系進行設計，如桁架和框架、保證平面結構不出現平面外失穩，要求平面結構構件的平面穩定計算需與結構布置相一致，如增加必要的支撐構件等。
1.2.2實用計算方法所依據的簡圖與結構計算簡圖保持一致中層或多層框架結構設計框架穩定分析通常是省略的，只進行框架柱的穩定計算、由于框架各柱的桿件穩定計算的常用力法、穩定參數等是依據一定的簡化典型情況或假設者得出的，因此設計者要能保證所有的條件符合假設時才能應用。
2建筑鋼結構設計
2.1基本原則。建筑鋼結構的設計必須符合一定的原則，確保所設計的結構合理，安全可靠。①所做結構設計應符合建筑物的使用要求，有足夠的強度、剛度和穩定性，有良好的耐久性；②所設計結構應盡可能節約鋼材，減輕鋼結構重量；盡可能縮短制造、安裝時間，應便于運輸、便于維護，減少成本；③盡量注意美觀，對于外露結構有一定建筑美學要求。
2.2設計過程。
2.2.1收集資料：鋼結構設計過程的前期準備工作首要的就是要收集相關資料，包括各種環境資料、相關規范和標準等、目前我國實行的是《鋼結構設計規范》gb50017-2003其次，還需要了解結構設計的習慣做法，根據以往的設計經驗找出最優設計方案。
2.2.2確定結構體系、柱網：鋼結構體系的確定主要考慮兩個方面:橫向結構系統和縱向結構系統。橫向系統需要綜合考慮建筑使用要求、剛度要求、結構受力情況、材料選用等具體情況來確定；縱向系統一般由相關構件如柱及其支撐、壓架、車梁及制動梁或桁架、墻梁等組成、柱網則需要依據建筑使用要求、經濟柱距及跨度、建筑美觀等方面要求來設計、其它方面的考慮還包括造價、跨度、制作安裝難度等。
3建筑鋼結構的優勢與不足
3.1鋼結構的材料優勢。鋼結構是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的，和混凝土等其它材料的結構相比，鋼結構具有諸多優勢：首先，鋼材的強度高，塑性和韌性好、強度高使其適用于跨度大或荷載很大的構件和結構，而塑性和韌性好對動力荷載的適應性較強，不會輕易因超載而突然斷裂、鋼結構還具有良好的吸能能力和延性，這賦予了鋼結構優越的抗震性能。其次，鋼材內部組織接近于勻質和各向同性，在一定的應力幅度內鋼材的反應幾乎是完全彈性的，加之冶煉和軋制過程中材質波動的范圍小，因此，鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合，有助于提供設計施工的精確性。
3.2鋼結構在建筑上的應用優勢。鋼結構所具備的上述特點使其在建筑應用上具有磚混結構、混凝土結構所沒有的獨特優勢。首先，鋼結構自重輕，且延性好，因此所建建筑的抗震性能優良，因其總質量小，地震力效應相應也小，而其良好的延性也能對地震效應起到緩沖作用、混凝土施工時管道般需要在梁底通過，這樣會占用較大空間，使樓層凈高減少、而使用鋼結構可在梁腹板處開孔走管道，因此建造相同的樓層高度，采用鋼結構可達到提高層間凈高的效果。此外，與傳統結構需要“肥梁胖柱”才能建造較大開間相比，由于鋼結構輕質高強，因此可以簡中實現大跨與復雜幾何結構，創造開放式住宅。
3.3鋼結構的不足。鋼結構因其優勢而得到廣泛應用，近年來產生的鋼結構住宅也促進了住宅產業化的發展進程，尤其鋼結構使用過程的環保性還符合社會可持續發展的需要，帶來了良好的綜合效益、但鋼材也存在其固有不足、比如鋼材的耐腐蝕性和耐火性較差，因此鋼結構使用時需要進行較嚴格的防護，其防護時費用高于鋼筋混凝土結構、鋼材雖有一定的耐熱性，但在溫度達150℃以上時，鋼結構需要加隔熱層加以保護、鋼材不耐火，重要的結構必須注意采取防火措施、鋼材的強度高，所做構件多數壁薄且截面較小，受壓時為了在強度與穩定之間取得最優，往往滿足了穩定的要求，而使得強度不能充分發揮等。
4建筑鋼結構設計中應注意的問題
4.1鋼結構住宅的設計。鋼結構住宅有低層和多層之分、低層一般用于別墅，而多層用于公寓、根據抗震規范gb50011對12層以下和以上房屋的不同要求，建造鋼結構住宅一般不宜超過12層。鋼結構住宅抗震性能受結構布置規則性影響、因此，其平面布置應力求規則、對稱、不規則布置在地震時容易遭到損壞。
4.3鋼結構穩定性設計的經驗。
4.3.1借助于計算機技術和相關軟件的發展，目前鋼結構設計中結構和構件的平面內強度及整體穩定計算可由計算機輔助完成，而由設計者對結構和構件的平面外強度及穩定計算，進行分析、計算和設計、為了提高效率和提供方便，在設計時可將整個結構按標高進行分解，簡化成不同水平荷載作用下的多個布置形式的結構體系來進行強度和穩定的計算。
4.3.2受彎鋼構件的板件局部穩定可以通過幾種方式實現:①限制板件寬厚比，使之達到屈曲的極限承載能力，不在構件整體失效前屈曲；②允許板件在構件整體失效前屈曲，然后利用其屈曲后強度達到構件的承載能力；③對梁設置橫向或縱向加勁肋，以解決不考慮屈曲后強度的梁的局部穩定問題。
4.3.3軸心受壓構件和壓彎構件局部穩定也可通過兩種方式實現，分別是控制翼緣板自由外伸寬度與其厚度之比和控制腹板計算高度與其厚度之比，如果受壓構件為圓管截面，則應控制外徑與壁厚之比。
鋼結構自重輕、強度高、工業化程度高等優點，在建筑工程中得到了廣泛的應用，同時鋼結構建筑還符合國家的可持續發展戰略、發展鋼結構建筑對提高城市建設水平有很大作用、在鋼結構設計中要充分考慮材料的優缺點，綜合考慮各方面的因素加強對結構的整體穩定、局部穩定以及平面外穩定的設計，克服結構設計缺陷，避免出現失穩事故，加快鋼結構應用領域的發展。
工業建筑鋼結構的穩定問題在設計中,設計人員應該注重結構構件的穩定性能,以免在設計過程中發生不必要的失穩損失;其次,隨著新型結構的出現,設計人員對其性能認識的不足,從而導致構件的失穩,就這個問題闡述了新型結構現存的問題,并且針對問題論述了產生的原因。
1建筑鋼結構的穩定性設計
鋼結構的穩定性設計、在各種類型的鋼結構中,由于結構失穩造成的傷亡事故時有發生、為了更好地保證鋼結構穩定設計中構件不失穩定,保證工程質量及使用安全,有必要對鋼結構的穩定性設計進行詳細探討。
1.1鋼結構穩定性的概念。鋼結構強度小或失穩都會造成結構破壞,但是強度與穩定的概念并不相同、鋼結構的強度是一個應力問題,指結構或者單個構件在穩定平衡狀態下由荷載引起的最大應力(或內力)是否超過建筑材料的極限強度、鋼材以其屈服點作為極限強度、而穩定是一個變形問題,構件所受外部荷載與結構內部抵抗力間是不穩定的,關鍵是找出這一不穩定的平衡狀態,避免變形急劇增長而發生失穩破壞。
1.2鋼結構穩定性設計要點。在符合鋼結構設計的一般原則前提下,要保證鋼結構的穩定性還需滿足以下條件:
1.2.1鋼結構布置必須從體系和各組成部分的穩定性要求整體考慮,目前鋼結構大多是按照平面體系進行設計,如桁架和框架、保證平面結構不出現平面外失穩,要求平面結構構件的平面穩定計算需與結構布置相一致,如增加必要的支撐構件等。
1.2.2實用計算方法所依據的簡圖與結構計算簡圖保持一致中層或多層框架結構設計框架穩定分析通常是省略的,只進行框架柱的穩定計算、由于框架各柱的桿件穩定計算的常用力法、穩定參數等是依據一定的簡化典型情況或假設者得出的,因此設計者要能保證所有的條件符合假設時才能應用。
2建筑鋼結構設計
2.1基本原則。建筑鋼結構的設計必須符合一定的原則,確保所設計的結構合理,安全可靠。①所做結構設計應符合建筑物的使用要求,有足夠的強度、剛度和穩定性,有良好的耐久性;②所設計結構應盡可能節約鋼材,減輕鋼結構重量;盡可能縮短制造、安裝時間,應便于運輸、便于維護,減少成本;③盡量注意美觀,對于外露結構有一定建筑美學要求。
2.2設計過程。
2.2.1收集資料:鋼結構設計過程的前期準備工作首要的就是要收集相關資料,包括各種環境資料、相關規范和標準等、目前我國實行的是《鋼結構設計規范》GB50017-2003其次,還需要了解結構設計的習慣做法,根據以往的設計經驗找出最優設計方案。
2.2.2確定結構體系、柱網:鋼結構體系的確定主要考慮兩個方面:橫向結構系統和縱向結構系統。橫向系統需要綜合考慮建筑使用要求、剛度要求、結構受力情況、材料選用等具體情況來確定;縱向系統一般由相關構件如柱及其支撐、壓架、車梁及制動梁或桁架、墻梁等組成、柱網則需要依據建筑使用要求、經濟柱距及跨度、建筑美觀等方面要求來設計、其它方面的考慮還包括造價、跨度、制作安裝難度等。
3建筑鋼結構的優勢與不足
3.1鋼結構的材料優勢。鋼結構是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的,和混凝土等其它材料的結構相比,鋼結構具有諸多優勢:首先,鋼材的強度高,塑性和韌性好、強度高使其適用于跨度大或荷載很大的構件和結構,而塑性和韌性好對動力荷載的適應性較強,不會輕易因超載而突然斷裂、鋼結構還具有良好的吸能能力和延性,這賦予了鋼結構優越的抗震性能。其次,鋼材內部組織接近于勻質和各向同性,在一定的應力幅度內鋼材的反應幾乎是完全彈性的,加之冶煉和軋制過程中材質波動的范圍小,因此,鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合,有助于提供設計施工的精確性。
3.2鋼結構在建筑上的應用優勢。鋼結構所具備的上述特點使其在建筑應用上具有磚混結構、混凝土結構所沒有的獨特優勢。首先,鋼結構自重輕,且延性好,因此所建建筑的抗震性能優良,因其總質量小,地震力效應相應也小,而其良好的延性也能對地震效應起到緩沖作用、混凝土施工時管道般需要在梁底通過,這樣會占用較大空間,使樓層凈高減少、而使用鋼結構可在梁腹板處開孔走管道,因此建造相同的樓層高度,采用鋼結構可達到提高層間凈高的效果。此外,與傳統結構需要“肥梁胖柱”才能建造較大開間相比,由于鋼結構輕質高強,因此可以簡中實現大跨與復雜幾何結構,創造開放式住宅。
3.3鋼結構的不足。鋼結構因其優勢而得到廣泛應用,近年來產生的鋼結構住宅也促進了住宅產業化的發展進程,尤其鋼結構使用過程的環保性還符合社會可持續發展的需要,帶來了良好的綜合效益、但鋼材也存在其固有不足、比如鋼材的耐腐蝕性和耐火性較差,因此鋼結構使用時需要進行較嚴格的防護,其防護時費用高于鋼筋混凝土結構、鋼材雖有一定的耐熱性,但在溫度達150℃以上時,鋼結構需要加隔熱層加以保護、鋼材不耐火,重要的結構必須注意采取防火措施、鋼材的強度高,所做構件多數壁薄且截面較小,受壓時為了在強度與穩定之間取得最優,往往滿足了穩定的要求,而使得強度不能充分發揮等。
4建筑鋼結構設計中應注意的問題
4.1鋼結構住宅的設計。鋼結構住宅有低層和多層之分、低層一般用于別墅,而多層用于公寓、根據抗震規范GB50011對12層以下和以上房屋的不同要求,建造鋼結構住宅一般不宜超過12層。鋼結構住宅抗震性能受結構布置規則性影響、因此,其平面布置應力求規則、對稱、不規則布置在地震時容易遭到損壞。
4.3鋼結構穩定性設計的經驗。
4.3.1借助于計算機技術和相關軟件的發展,目前鋼結構設計中結構和構件的平面內強度及整體穩定計算可由計算機輔助完成,而由設計者對結構和構件的平面外強度及穩定計算,進行分析、計算和設計、為了提高效率和提供方便,在設計時可將整個結構按標高進行分解,簡化成不同水平荷載作用下的多個布置形式的結構體系來進行強度和穩定的計算。
4.3.2受彎鋼構件的板件局部穩定可以通過幾種方式實現:①限制板件寬厚比,使之達到屈曲的極限承載能力,不在構件整體失效前屈曲;②允許板件在構件整體失效前屈曲,然后利用其屈曲后強度達到構件的承載能力;③對梁設置橫向或縱向加勁肋,以解決不考慮屈曲后強度的梁的局部穩定問題。
4.3.3軸心受壓構件和壓彎構件局部穩定也可通過兩種方式實現,分別是控制翼緣板自由外伸寬度與其厚度之比和控制腹板計算高度與其厚度之比,如果受壓構件為圓管截面,則應控制外徑與壁厚之比。
鋼結構自重輕、強度高、工業化程度高等優點,在建筑工程中得到了廣泛的應用,同時鋼結構建筑還符合國家的可持續發展戰略、發展鋼結構建筑對提高城市建設水平有很大作用、在鋼結構設計中要充分考慮材料的優缺點,綜合考慮各方面的因素加強對結構的整體穩定、局部穩定以及平面外穩定的設計,克服結構設計缺陷,避免出現失穩事故,加快鋼結構應用領域的發展。
鋼材受自然因素影響較大，一旦長時間暴露在室外環境中，就極易被銹蝕，不僅鋼材的外觀會深受影響，鋼材的質量也會大打折扣。因此，在鋼結構建筑設計中鋼材防腐問題也是必須引起高度重視。當前，鋼結構建筑設計中對于防腐方面問題的解決方法通常是采用涂抹防腐涂料的措施。設計人員會根據鋼結構建筑的要求選用合適的防腐涂料，并要求施工人員在施工中嚴格按照相關要求規范進行操作。此外，對于鋼結構構件也有不同的要求，例如有的構件在出廠前需要涂刷一層底漆。在鋼材上涂抹防腐涂料就目前來看是最為有效的防腐措施。但是這樣做只是基礎性的防腐，因而為了提高鋼結構的防腐效果，就必須選用耐候鋼作為鋼結構建筑的首選材料，并利用熱浸鍍鋅技術對其進行處理，利用鍍層，達到保護鋼結構不被腐蝕，尤其是應加強有機涂料配套技術的應用，以及陰極保護技術的應用，才能更好地確保其防腐性能得到有效的提升。
1.2鋼結構設計在物理方面的問題及對策
1.2.1噪聲問題及對策
噪聲問題是現代建筑中最為常見的問題之一，且一直沒有得到徹底的解決。怎樣有效降低噪聲已經成為當前建筑學中的重要研究課題之一。人類耳朵能夠聽到許多種聲音，而這些聲音又大致能夠分為兩類，一類是無害悅耳的聲音，例如音樂聲、鳥鳴聲等;另一類則是有害的噪聲，例如各種機械發出的轟鳴聲，刺耳的喇叭聲等。一般情況下，建筑使用功能的不同對隔音的效果要求也不同，例如大型商場建筑，其隔音效果要求較低;尋求安靜的住宅建筑隔音效果要求就較高，這就需要設計人員根據建筑使用功能以及隔音效果的不同要求進行專門的設計。在鋼結構建筑設計中所采用的隔音措施主要有:使用隔聲門、隔聲窗，并在建筑或需隔音的房間外墻上使用隔聲性能較好的材料。根據建筑使用功能的不同，其對吸音的效果要求也不相同。例如音樂廳類型的建筑，其主要使用功能就是讓人類的耳朵吸收發出的音樂聲，所以在音樂廳類型的建筑中通常會在頂棚增加反射板用來反射聲音，若是音樂廳中的聲音無法反射，那么人類的耳朵所聽到的聲音就會有缺失，甚至是聽不到聲音。當前，解決吸音問題的主要措施有兩種:第一種是科學的設計吸聲結構，例如孔石膏板吊頂。第二種是采用先進的吸聲材料，例如玻璃、巖棉等吸聲性能較好的材料。
2建筑工程中鋼結構設計的穩定性與設計要點
2.1建筑工程中鋼結構穩定設計的特點
建筑工程中鋼結構穩定設計的特點主要表現為:第一，鋼結構的多樣性。建筑工程中鋼結構設計方面的問題直接影響著鋼結構的穩定性，特別是承荷載力大的鋼結構部位，在進行這類鋼結構部位設計時必須進行多方面的考慮，并對鋼結構的穩定性進行認真分析、探究。第二，鋼結構的整體性。鋼結構建筑是由多種構件共同組成的一個整體，任何一個構件所具有的作用都是不容忽視的，若是當任意一個構件出現問題，例如失穩、變形等情況，那么必定會對其他構件造成影響，最終導致鋼結構整體穩定性出現問題。
2.2鋼結構穩定性的計算方法
(1)整體剛度計算。在現行的鋼結構計算規范中，通用的計算方法是軸心壓桿穩定計算方法，其主要采用是折減系數方法和臨界壓力求解法。其中，臨界壓力由歐拉公式給出。(2)整體穩定性分析。鋼結構建筑是由多種構件共同組成的一個整體，其整體穩定性受各種構件的制約較大，各構件之間是否具有良好的穩定性，是確保鋼結構整體穩定性的前提基礎。所以，應對其整體穩定性進行分析。(3)其他特點的穩定計算。鋼結構的各種組成構件又能分為兩大類，為彈性構件和柔性構件，因而，在進行鋼結構穩定性時應重視這一特點。由于柔性構件容易發生變形，進而導致鋼結構內部也發生變化，最終對鋼結構整體穩定性產生嚴重的影響，所以，必須重視柔性構件的分析。
2.3鋼結構穩定性的分析方法
(1)靜力法。靜力法的分析原理是結合已經出現了微小變形后的一些結構受力的條件，并根據這些條件來建立相對平衡的微分方程。通過建立的微分方程仔細的計算出構件受力的臨界相關荷載。在實際中應用靜力法構件平衡微分方程時，應遵循相關設定，具體表現為:直桿構件應該為截面，其壓力應始終遵循之前的軸線進行作用。(2)動力法。當鋼結構的結構體系處于平衡狀態下時，若是受到一定的干擾，那么整個結構體系就會產生振動，這時應采用動力法對鋼結構的穩定性進行分析。鋼結構整體穩定性與其所承受的荷載有著密切關聯，在鋼結構出現變形以及鋼結構振動加速時，這種聯系更加緊密。若是鋼結構所承受的荷載值低于鋼結構自身穩定性的極限荷載值時，會出現加速度和之前的鋼結構變形的具體方向相反的狀況。(3)能量法。若是在實際應用中鋼結構載著保守力并且已經具備結構變形的相關受力條件，那么就能以此條件構建總體勢能。如果要計算鋼結構的總體勢能，則必須滿足一個前提條件，即鋼結構處于相對平衡的狀態下。
