研究结构工程中钢结构的设计

研究结构工程中钢结构的设计

邢璐

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摘要：本文探讨了钢结构工程的主要特点，分析了影响钢结构工程施工质量的主要因素，对钢结构工程在高层建筑、大跨度建筑、轻钢结构建筑中的应用进行分析，希望能给相关从业单位提供参考。
关键词：土木工程；建筑；钢结构工程

1影响钢结构工程质量的因素和处理策略
1.1工程材料的选择
显然，钢结构工程施工中，基础工程材料的质量，将直接影响整个工程建设的质量。在现代常见的钢结构工程中，比较常见的工程材料包括普通合金钢、碳钢等。其中合金钢的适用面更广，可以满足更多类型钢结构工程的建设需要。而碳钢的强度非常高，但是可塑性相对较差，适合承载力要求较高的常规建筑工程建设。钢结构工程用到的核心钢材、连接件、钢丝、钢管等材料的质量、类型，都会影响工程建设质量，所以需要针对性选择。
1.2工程设计
钢结构工程的建设，需要以科学、合理的构造设计为基本前提。这需要设计人员充分掌握钢结构工程的设计要点，对钢材力学特性有深入的了解，充分保证钢结构工程设计方案的合理性。
1.3施工过程管理
首先，在工程材料的管控方面，由于钢结构工程钢材用量大，现场的管理尤为重要。一方面需要做好工程材料的质量检测，确保所有钢材、连接件、辅助材料质量达标；另一方面要根据施工计划，做好现场的材料管理，避免材料受损或腐蚀。从施工工艺的角度来讲，需要做好施工现场技术交底，加强施工人员专业培训和考核。另外，做好施工器械的管理，尤其是对现场大型吊装设备的管控，要做到全面检查、仔细维护，确保机械设备保持在更好的运行状态。施工过程管理中，钢结构的吊装连接是关键施工环节，关系到施工质量、效率和安全。
1.4传统结构和钢结构之间的关系处理
随着现代建筑工程施工水平不断进步，很多土木建筑不再使用单一的工程材料及结构，尤其是很多工程涉及对传统结构、钢结构以及更多新型材料结构的应用。在工程设计和施工中，需要处理好不同结构之间的衔接、组合，其中不仅要考虑整体结构的合理性、力学稳定性，还要考虑不同材料力学特性、后期维护管理方面的差别。例如，在一些厂房的建设中，基础工程、围护结构采用的是传统的钢筋混凝土桩柱、砌筑墙体结构，而顶部采用的是钢结构，屋面采用的是铝合金、树脂材料。针对这种类型的建筑，需要做好钢结构和钢筋混凝土结构之间的连接固定。

2 钢结构构件的制作流程
在平时的建筑施工工程中，钢结构构件有一套属于自己的制作加工流程。它的流程包括放样、号料、下料、边缘加工、平直、弯曲、制孔、组装等后续工作。我们从制作构件的下料、平直、制孔三个阶段进行详细的研究。
2.1下料要使用的方法
要将钢材下料一定要谨遵有关规定，严格控制误差。在正常的制作中主要的方式有等离子切割、气割、机械剪切等方式。
2.1.1等离子切割
通过在电流、气流和冷却液的作用下，使用特殊的割炬产生两千到三千摄氏度的高温的等离子弧，进行融化式切割。在使用中，拥有不受材质影响、切割效率高，切口小、热影响区小、保证钢材料的完整性和质量等优点。在氧割和电弧不能切割或切割困难时，等离子切割可以有效的进行切割。在进行切割工作时，要注意清理钢材切割区的铁锈和油污等，以免造成误差等影响。还要注意在切割后，截面不能有裂纹或大于一毫米的缺棱。
2.1.2气割
气割是以氧气或其他可燃气体燃烧时所产生的高温来融化钢材，同时由高压氧气产生的气流进行清扫，让金属按照规定的大小的要求切割成为零件。以氧气为主的气割可以对各式钢材切割，氧气的纯度决定着消耗程度，切割的质量、速度。氧气切割是钢材切割工艺钟最简单方面的一种方式，随着对技术的革新，加强了火焰喷发速率与火焰质量，现在已经发展了多种自动切割方式，以得到到了普遍企业的认可。
2.1.3机械剪切
机械切割中使用冲切机与剪切机是最直接的切割方式，它适用纤薄的钢材与曲线切割。在遇到较厚的钢构件时，难以保持它的平直，在距切口二到三厘米的部分，还容易产生冷作硬化，使钢材的脆度变大。剪切使用的碳、合金工具刀进行切割的时候，要根据钢材的厚度调整上下刀片的间隙。
2.2平直
钢材在平时的摆放、运送、搬移的时候，难免出现磨损有的时候还会出现弯曲、变形。在它们的变形超过了使用标准时，就要进行平直来使钢材得以使用。对于平直方法我们经常用到机械矫正、人工矫正、混合矫正与火焰矫正等。矫正后的钢材要符合标准才能得以使用。
2.2.1机械矫正方法
在平时对钢材进行平直处理的时候，机械矫正负责一般的型钢板料的矫正。值得注意的是，不能在碳素钢低于零下十六摄氏度和低合金钢低于零下十二摄氏度时使用机械矫正。板料如果变形就利用多辊平板机，通过上下两面的辊轴将变形的地方进行矫正平直。对于型钢应该使用型钢调直机进行矫正平直。
2.2.2人工矫正方法
人工矫正主要的方法是锤打法，使用木锤或铁锤等。钢材的变形程度不同对应着锤打的方式、落锤的角度也不同。这种矫正方法使用与纤薄或小的构件，对它们的弯曲、突出都起到有效的矫正作用。但是要注意不能直接对低于零下十六摄氏度碳素钢和低于零下十二摄氏度低合金钢使用，避免裂缝的发生。矫正完成的钢材要符合正常使用的标准。

采用人工矫正的时候，要根据钢材切合实际的数据，挑选适当的工具。并以本身的变现状况，对锤击地点、锤击力度、进行一定的准备。在构件的边角出现弯曲的时候，可以适当进行加热，在进行捶打。
2.2.3混合矫正方法
混合矫正的方法在日常的平直过程中，属于不可或缺的一种方法。它适合处理一些大型构件的局部变形和整体变形。常用的机器包括压力机、油压机、冲压机和矫正胎加撑直机等设备。这种方式是通过压力对构件或零件的变形进行矫正。
2.2.4火焰矫正方法
在面对低碳钢和16Mn钢的时候，要使用到火焰矫正方法。火焰矫正方法对于中碳钢、铸铁、高合金钢或一些比较脆的材料和有色金属的变形并不适用。因为由于在冷却的阶段，会出现收缩的现象导致钢料产生裂缝。在火焰矫正中，使用点钟加热使用矫正局部的弯曲与凸起。使用线状加热可作用于一厘米以上厚度板料的边角变形。在火焰矫正中，火焰的工作温度一般在七百摄氏度，低于九百摄氏度。
2.3制孔
2.3.1钻孔
钻孔是以人工钻孔与机床钻孔两种方式为主，人工钻孔是使用手枪式与手提式电钻来钻孔，用来钻直径较小、板料较薄的孔，不过也可以用手抬式压杠电钻钻孔，这个优点是对于空间与工件位置和大小的不限制，可以钻一般钢结构的孔。机床钻孔是使用台式或立式摇臂钻床钻孔，这种方式便捷，工效和精度都较高。
2.3.2扩孔
扩孔可以使用扩孔钻与麻花钻。麻花钻扩孔的时候，要将后角修小，让切屑少而易于排出，能够使孔的表面更加干净，它使用在构件的安装和组装中。
2.3.3锪孔
锪孔是将已完成孔的上再转成一定形状的孔，常见的有锥形埋头孔和圆柱形头孔等。锥形埋头孔使用专门的锥形孔钻制孔，或用麻花钻工作。圆柱形埋头孔使用柱形钻，钻前端设导向柱，以免发生位置偏移。
2.3.4冲孔
冲孔是指冲制非圆孔和薄板孔这两种。要冲孔的板厚要小于直径，否则易长坏冲头。在平时工作使如果要大批量冲孔，就要按批次检测孔的尺寸及孔的中心距，便于发现有误差进行修改。在温度低于零下二十摄氏度的时候，要停止施工。
2.3.5铰孔
铰孔是指要用绞刀对已经普通加工的孔进行精细方面的休整，可提高孔的整洁与精准度。
在平时的制作中，我们要掌控构件的每个制作细节，对于要使用的工具必须熟练掌握。减少来自构件的问题，为建筑施工的顺利进行打下基础。
参考文献：
[1]范绍林,刘兴文,韩丽娟,张艳辉. 建筑钢结构箱形钢梁(柱)隔板熔嘴电渣焊工艺方法[J].机械工人(热加工). 2007(07) .
[2]王元清,武严民,王晓哲.钢结构构件低温冷脆强度的设计计算方法[J].低温建筑技术. 2001(01) .