鋼結構的研究、設計、制造、安裝及使用是一個(gè)有機的體系,各方面之間存在相輔相成的關(guān)系。
1.使用的需求是鋼結構發(fā)展的內在動(dòng)力。鋼結構具有工業(yè)化程度高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn),因而更適合于運行節奏快、勞動(dòng)力價(jià)格不斷提高的現代社會(huì )。鋼結構自重輕,因而特別適合于大跨度建筑或活載占比例較小的建筑結構,在這種條件下應用鋼結構能充分體現其在經(jīng)濟方面的優(yōu)越性。鋼結構自重輕,有較好的柔性,因而在軟土地基或地震區使用鋼結構就顯得更為合理。也就是說(shuō),鋼結構的發(fā)展有其內在的社會(huì )和經(jīng)濟原因。從我國建筑業(yè)的現狀來(lái)看,目前正處在鋼結構快速發(fā)展的前期,鋼結構的使用促進(jìn)了鋼結構的研究、設計、制造和安裝技術(shù)的發(fā)展。
2.鋼結構的研究課題源于工程實(shí)踐,其目的是要在一定概率意義上確保工程的安全并求得最佳的經(jīng)濟效益。
目前鋼結構的研究主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行:
(1)新型鋼結構建筑體系的研究:如輕鋼結構體系的研究、網(wǎng)架結構體系的研究等。這是一類(lèi)綜合性的研究,涉及主體結構、節點(diǎn)、配套材料及施工工藝。這些研究成果可直接轉換為社會(huì )生產(chǎn)力。
(2)結構計算理論的研究:目前對于一般的鋼結構計算問(wèn)題已有成熟的計算方法。但對于某些特殊結構形態(tài)及荷載條件下的結構體系、構件、節點(diǎn)則還要進(jìn)行深入的分析,這主要是動(dòng)力問(wèn)題、非線(xiàn)性問(wèn)題、穩定問(wèn)題和疲勞問(wèn)題的研究。研究的成果用于指導設計規范的編制。
目前鋼結構理論研究的一個(gè)主要特點(diǎn)是往往同時(shí)伴隨著(zhù)計算軟件的研究和開(kāi)發(fā)。這使得研究成果可以直接為設計人員使用。
(3)結構構件或節點(diǎn)的試驗研究:試驗研究的作用一是可以驗證理論研究結果的正確性,二是可以發(fā)現并進(jìn)一步闡明某些復雜結構的特殊受力現象,從而為理論研究和規范編制提供依據。這對于形態(tài)和受力較為復雜的節點(diǎn)研究特別有效,是理論研究不能替代的。
(4)制造工藝和安裝方法的研究:鋼結構的建造離不開(kāi)良好的制造和安裝技術(shù)。隨著(zhù)鋼結構使用條件的變化,新的設計、材料、構造形式層出不窮。為此要進(jìn)行大量理論和實(shí)踐的研究工作,從研制新的設備、制定制造和安裝工藝標準、直到培訓施工技術(shù)人員。
3.鋼結構的設計包括選擇結構類(lèi)型和材料:計算結構的強度、剛度和穩定;確定合理的構造形式和具體參數。
鋼結構的設計依據大量的理論研究和試驗研究工作;鋼結構的設計還必須密切配合制造和安裝工藝。
按國際慣例,鋼結構的設計具體可分為技術(shù)設計和施工大樣圖設計兩個(gè)階段。技術(shù)設計要確定結構的形式和材料、結構各部分截面參數及連接方式。技術(shù)設計由專(zhuān)門(mén)的設計單位完成。施工大樣圖設計是在技術(shù)設計的指導下,根據加工及安裝要求將鋼結構分解成單個(gè)構件,分別畫(huà)出其大樣圖,并注明其加工步驟和工藝要求。這一工作一般由鋼結構制造廠(chǎng)的技術(shù)人員完成。
4.鋼結構的制造必須遵循設計和相應的規范及技術(shù)標準。
鋼結構制造的前期準備包括材料準備和技術(shù)準備。制造的工序有校正、放樣、下料、切割、鉆孔、組裝、焊接、整形、表面處理、包裝等。每一道工序均有一定的檢測方法,并要求達到規定的標準,從而確保鋼結構組裝的最終質(zhì)量。
鋼結構的制造除了滿(mǎn)足設計要求外,還須滿(mǎn)足運輸和安裝條件。要根據運輸條件和安裝起吊能力來(lái)限定構件的大小和重量;要根據安裝方法及防腐蝕處理方法確定節點(diǎn)連接的方式,構造要求及實(shí)施步驟。
5.鋼結構的安裝包括安裝方案的確定、安裝實(shí)施過(guò)程及安裝質(zhì)量的檢驗。
安裝方案的確立既要考慮結構特征和現有的設備狀況,也要考慮安全性。凡是利用結構本身作為安裝支托的一定要經(jīng)設計審核,并要考慮設備安裝、使用和拆卸全過(guò)程。在選擇方案時(shí),經(jīng)濟性和設備的先進(jìn)性應該兼顧,要從安裝工作的實(shí)際效率和安全性出發(fā)作出適當的選擇。
鋼結構的安裝應該嚴格按規范和有關(guān)標準進(jìn)行,逐個(gè)構件逐段地控制質(zhì)量,一絲不茍地做好安全保障和設備保障。
鋼結構安裝質(zhì)量檢驗主要是確保結構外形的準確和連接的可靠。外形的準確是指整體和局部的誤差均應控制在規范許可范圍之內。連接的可靠是指螺栓的穿孔率、緊固程度,設計貼合面的密合度,現場(chǎng)焊縫的質(zhì)量等均應達到規范規定的標準。
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