中建钢结构工程施工指导手册.pdf
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1、钢结构工程施工指导手册主编单位:中国建筑第二工程局有限公司华东公司参编单位:中国建筑第二工程局有限公司湖北分公司中建二局华东公司指导手册系列丛书 1 目录目录 第一章 钢结构体系简介.3 1.1.门式刚架轻钢结构体系.3 1.2.钢框架结构体系.4 1.3.钢(钢管混凝土)框架混凝土核心筒结构体系.4 1.4.空间网格结构体系.5 1.5.钢结构常见识图术语.6 第二章 钢结构深化设计.7 2.1.深化设计概述.7 2.2.深化设计流程.8 2.3.深化、优化主要内容.9 2.4.主要连接节点.10 第三章 钢构件制造及运输.13 3.1.钢构件制造流程.13 3.2.钢构件排产、备料.13
2、3.3.钢材进出厂要求.14 3.4.钢构件运输要求.14 第四章 施工部署.15 4.1.施工部署原则.15 4.2.焊工工效分析.15 4.3.铆工工效分析.16 4.4.超高层伸臂桁架及环桁架安装时效分析.16 2 第五章 主要施工工艺.17 5.1.钢结构的安装.17 5.2.钢结构连接.48 5.3.钢结构涂装.71 5.4.钢结构常见检验试验内容.75 第六章 施工测量.78 6.1.基准点复核.78 6.2.平面控制网测量.78 6.3.高程控制网测量.79 6.4.网架结构测量.79 6.5.曲梁定位测量.80 第七章 安全绿色施工.82 7.1.安全作业防护.82 7.2.绿
3、色环保.84 第八章 计算.86 8.1.吊装索具验算.86 8.2.钢构件吊装变形、大跨度网架、桁架应力验算.86 8.3.可移动吊车的支腿反力、楼板或顶板行走验算.86 3 第一章第一章 钢结构体系简介钢结构体系简介 本手册为中国建筑第二工程局有限公司华东公司钢结构工程工艺指导手册,旨在公司员工了解钢结构深化加工流程,现场施工各项工艺流程、施工验收标准,提升公司钢结构工程的施工技术管理,特编制本手册。目前常见钢结构建筑有:单、多层厂房;多、高层民用建筑;超高层建筑;大跨度屋盖、楼盖公用建筑等,结构形式以网架、网壳、悬索、拱式、立体桁架为主。1.1 门式刚架轻钢结构体系门式刚架轻钢结构体系
4、技术特点:承重结构采用变截面或等截面实腹刚架,围护系统采用轻型钢屋面和轻型外墙的单层钢结构体系,由承重骨架、檩条、墙梁、支撑、墙、屋面及保温芯材组成,具有受力简单、传力路径明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点。适用范围:单层房屋,以单层工业厂房为主。门式刚架轻钢结构体系门式刚架轻钢结构体系-示意图示意图 4 1.2 钢框架结构体系钢框架结构体系 技术特点:由钢梁、钢柱在施工现场通过连接而成的具有抗剪和抗弯能力的装配式钢结构体系,属于单重抗侧力结构体系。技术要求:钢梁和钢柱连接采用刚性节点或半刚性节点,节点可采用螺栓连接、焊接连接和栓焊混合连接,钢梁、钢柱标准化设计。其设计、制作
5、、运输、安装、验收应符合 钢结构设计标准 GB 50017-2017、高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-2015、钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2020 的规定。适用范围:多高层民用建筑。1.3 钢(钢管混凝土)框架钢(钢管混凝土)框架混凝土核心筒结构体系混凝土核心筒结构体系 技术特点:由钢(钢管混凝土)框架和混凝土核心简组合而成的高层钢结构建筑体系。其中,钢管混凝土框架由钢管混凝土柱和钢梁组成,属于混合结构体系。技术要求:其设计、制作、运输、安装、验收应符合钢结构设计 5 标准 GB50017-2017、高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99-2015、钢结构工程施工质量验收
6、规范GB50205-2020 的规定。钢管混凝土框架-混凝土核心筒体系的设计、制作、运输、安装、验收尚应符合高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010、组合结构设计规范JGJ138-2016 的规定。适用范围:高层及超高层民用建筑。1.4 空间网格结构体系空间网格结构体系 技术特点:按一定规律布置的杆件、构件通过节点连接而构成的空间结构,包括网架、曲面型网壳以及立体桁架等。技术要求:空间网格结构的杆件可采用圆(方、矩)形截面,节点可采用板式节点或球节点,球节点可采用螺栓球节点或焊接空心球节点,也可采用钢管相贯节点。分析时应根据结构形式、支座节点构造简化为合理的结构计算模型。其设计、制作、运
7、输、安装、验收应满足 钢 6 结构设计标准GB50017-2017、钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2020、空间网格结构技术规程JGJ7-2010 的规定。适用范围:大跨度屋盖(网架、网壳、悬索、拱式)、楼盖(立体桁架、40 米跨度以下的网架)。1.5 钢结构常见识图术语钢结构常见识图术语 序号序号 设计图符号设计图符号 符号含义符号含义 序号序号 设计图符设计图符号号 符号含义符号含义 1 GJ 钢架 14 YXB 压型金属板 2 GL/GJL 钢梁/钢架梁 15 SQZ 山墙柱 3 GZ/GJZ 钢柱/钢架柱 16 XT 斜拉条 4 XG 系杆 17 MZ 门边柱 5 SC 水
8、平支撑 18 ML 门上梁 6 YC 隅撑 19 CG 撑杆 7 ZC 柱间支撑 20 HJxx 桁架 8 LT 檩条 21 FHB 复合板 9 TL 托梁 22 YG 压杆/圆管 10 QL 墙梁 23 XG 系杆 11 QLT 墙面檩条 24 LG 拉管 12 WLT 屋面拉条 25 QLG 墙拉管 13 GXG 刚性系杆 26 QCG 墙撑管 7 第二章第二章 钢结构深化设计钢结构深化设计 2.1 深化设计概述深化设计概述 钢结构深化设计也叫钢结构二次设计,为使深化设计简单高效,便于加工、制作、运输、现场安装,同时做到经济合理。在深化过程中应对原设计图纸充分理解,做到对构件截面组成、钢材
9、牌号、钢材交货状态、焊缝及螺栓连接形式、节点构造、吊装分段、施工措施、表面处理等进行合理的设计。8 2.2 深化设计流程深化设计流程 2.2.1 深化设计流程深化设计流程 2.2.2 深化设计常用软件深化设计常用软件 钢结构设计、深化常用结构设计软件:ANSYS、MIDAS、SAP2000、ETABS、STAADPro、AUTOREVIT、3D3S;常 用 详 图 软 件:TeklaStructure、AutoCAD。9 2.3 深深化、优化主要内容化、优化主要内容 表表 2.3 主要深化、优化内容主要深化、优化内容 优化类型 优化项及要点 材料优化 1、经设计许可前提,热轧型钢与焊接型钢平衡
10、综合成本相互替代;卷制钢管(直缝钢管、矩管)代替一体成型钢管(无缝钢管、挤压成型管);2、经设计许可前提,合并相近截面型材,选择市面大宗、常用的规格,非必要情况少选用非常规材料;3、构件深化设计分段与备料时,需考虑中厚板长与宽,对有定尺要求的厚板,考虑留有切割余量后,下料长度应以减少本体拼接焊缝数量为原则,充分考虑排版要求。布置图优化 1、优化同类位置与截面的构件,在满足现场安装顺序前置条件,设置相同的节点参数,可减少构件号与加工种类,提高现场安装效率。2、优化加工与安装难度:异形、曲线构件合理优化构件下料的弧度与角度,适应设备的加工能力,减少加工过程对接焊缝。焊缝优化 1、优化焊缝位置:(1
11、)通过下料排版减少对接焊缝数量;(2)多管相贯焊缝交叠位置,合理选择主管与次管相贯顺序;(3)对节点区需全熔透的焊缝,以工厂完成为原则,合理设置牛腿(如框架主梁柱或桁架弦杆与腹杆连接),使现场构件对接节点远离节点区域,保证节点 焊接质量;2、优化焊缝大样,对超厚板熔透焊缝设计合理的接头形式,通过设置焊道间隙与坡口角度数值,保证采用少量焊材达到熔透目的,对 8cm以上板厚,建议采用弧形坡口。3、经设计许可前提,工厂构件本体拼接焊缝,12mm(16mm)板厚可采用双面角焊缝代替部分熔透焊。其它优化 1、框架柱现场对接位置应设置在楼面上 1.2m1.3m,焊接位置高度易于操作,保证焊接质量;2、深化
12、设计图应包括连接耳板、吊耳、钢梁安装时的临时固定码板、锚栓安装时的定位板;3、整合土建钢筋、机电管线开洞、设备所需基础等交叉专业的 BIM 模型,在深化图中考虑预留连接板、开设空洞或基础所需构件;4、科学表达材料表内容,检查模型中材料表参数设置或构件起止端点设置是否影响构件计算长度或重量。10 2.4 主要连接节点主要连接节点 表表 2.4 主要连接节点优化主要连接节点优化 优化优化名称名称 优化前示意图优化前示意图 优化后示意图优化后示意图 钢筋连接 钢骨柱的主筋与钢骨梁的翼缘碰撞,且钢筋直径较大,不易弯折,通过优化采用“双搭筋板”方案,在钢骨梁或搭筋板上设置 25mm 厚竖向搭筋板(长度1
13、50mm)与柱钢筋焊接。当竖向搭筋板与水平搭筋板连接时,必须保证水平搭筋板(包括采用双排搭筋板时)长度满足钢筋焊接长度。钢筋连接 型钢混凝土柱与梁钢筋连接采用搭筋板焊接,当有双排筋的情况下,采用可焊接机械连接套筒与梁纵筋连。由于套筒焊接过程中易产生变形及现场钢筋布设无法 100%与模型放样一致,现场可操作性性差,无法满足现场快速简捷的施工要求。优化采用双排搭筋板以满足现场施工需要。11 钢筋连接 混凝土梁钢筋与劲性柱翼缘板边缘碰撞时,无法按照常规设置水平搭筋板;通过优化为竖向搭筋板,调整模板安装顺序,保证搭筋板不挡住模板安装。钢筋连接 混凝土梁与外框钢柱连接采用 H 型牛腿时,环梁的环筋需分成
14、三段开口箍筋,分段安装后再焊接连接,可操作性差。将 H 型牛腿优化成上下搭筋板,减少环梁环筋焊接工作量。钢筋连接 优化前优化前 12 优化后优化后 核心筒结构墙体厚度较窄,内部钢筋密集时,导致核心筒内钢柱翼缘外侧柱纵筋密集安装套筒后,梁无法避开柱纵筋与套筒连接,采用搭筋板也会导致搭筋板穿孔过密,影响连接强度。钢筋连接 当钢骨砼柱纵筋密集,砼墙体厚度窄小时,会导致柱纵筋与梁纵筋无法顺利避开穿筋板开孔面积过大影响连接强度,甚至无法应用套筒连接。采用钢柱外侧增加T 型连接节点,讲搭筋板与套筒延伸至钢柱纵筋外侧与砼梁纵筋进行连接。13 第三章第三章 钢构件制造及运输钢构件制造及运输 3.1 钢构件制造
15、流程钢构件制造流程 3.2 钢构件排产、备料钢构件排产、备料 3.2.1 特殊钢材的采购特殊钢材的采购 1、普通 Q355B 钢板,双定尺(长、宽)采购周期约为 45 天;2、Q420 及以上的高强钢、板厚大于 40mm、带 Z 向性能、有探伤等级要求等钢板采购周期约 60 天。3.2.2 确认钢材材质后备料要求确认钢材材质后备料要求 根据钢柱和钢梁的规格,拆分为板片,再根据板片的长宽组拼定宽和定长,如不能定长,可统一定长,最终在钢构件长度方向拼接。14 3.2.3 产能及排产产能及排产 根据项目的焊接填充量大小,调配工厂焊工和铆工人数比例,正常排产提料备料常规考虑 45-60 天采购周期,一
16、般普通构件加工制造周期约为35-40天,如特难的构件或桥梁,根据构件难度排加工周期。3.3 钢材进出厂要求钢材进出厂要求 1、钢材进厂:需持有钢厂的质保书、采购预算清单、送货清单;2、钢材出厂:需持有出厂合格证、钢材见证取样复试合格报告、焊材送检合格报告、探伤单位出具的探伤报告或速报、每个检验批还应当付相应的检验批交工资料、送货清单。3.4 钢构件运输要求钢构件运输要求 1、常规钢构件:长度一般不超 17.5 米、宽度不超 3 米、高度不超 2.8 米。2、超大钢构件:华东地区运输路线,高度不超 3.5 米(与桥洞有关),宽度不超 4.6 米,长度根据运输路线确定;如果采用超低板车,高度不超
17、4.5-5 米,但宽度不能超宽,否则收费站无法通行。3、特殊超大钢构件的运输:提前规划全过程运输路线并进行实地勘察,实地复核沿途经过的立交桥、收费站、休息区、桥梁涵洞、路桥上方管廊及高压输配电网、信号灯及交通标识牌等车辆通过性、承受荷载(局部受限时,结合经济、安全、技术可行性,通过局部清障、加宽、增加道路荷载等方式解除局部受限);道路运输受限严重,可适当考虑通过水运为主、道路为辅,实地勘察沿线码头、江河桥梁通过性、码头装卸机械设备能力等。15 第四章第四章 施工部署施工部署 4.1 施工部署原则施工部署原则 1、工程简介 结构体系,钢结构安装最低、最高点高度,主要构件、组成,单构件最小、最大吊
18、装重量,构件典型截面尺寸及材质,最大用钢量。2、技术准备 钢结构施工详图深化设计及确定、焊接工艺评定试验、火焰切割工艺评定试验、涂装工艺评定试验等准备工作。3、平面布置 主要进行现场临水、临电、临消,材料堆场、交通道路的规划,主要机械设备的吊装站位。4、施工方案选型及组织(1)钢结构安装方法、工艺的对比分析及选型;吊装设备的选型与分析(常用汽车吊、履带吊、塔吊);钢结构安装顺序、分区及安装流程的分析与确定;(2)劳动力、进度计划、资源材料配置计划、大型机械设备配置计划的编制与进场组织。4.2 焊工工效分析焊工工效分析 1、一个熟练的焊工 8 小时可完成 20kg 焊条的焊接量,焊缝类别为一级全
19、熔透焊缝;2、焊缝类别:一级全熔透焊缝;30mm 厚度钢板,1 人/9 小时焊 16 接 2.4 延长米;40mm 厚度钢板,1 人/9 小时焊接 1.8 延长米;50mm厚度钢板,1 人 1 人/9 小时焊接 1.4 延长米;60mm 厚度钢板,1 人/9小时焊接 1 延长米;70mm 厚度钢板,1 人/9 小时焊接 0.8 延长米。4.3 铆工工效分析铆工工效分析 大型螺栓群节点的构件在高空原位安装难度系数较大,一般采用在地面组装,分片、分段或组装成整榀桁架吊装。螺栓节点示意图螺栓节点示意图 工效分析工效分析 本节点高强度螺栓(抗扭型)数量400 套,地面组装需要 4 个熟练的铆工,35
20、个工作日完成。且大型螺栓群节点分为初拧、终拧和复拧三个步骤完成。4.4 超高层伸臂桁架及环桁架安装时效分析超高层伸臂桁架及环桁架安装时效分析 桁架效果图桁架效果图 工效分析工效分析 (1)伸臂桁架(沉降稳定在焊接)与环桁架(吊装、焊接)一起施工工期为 50天(影响环桁架与伸臂桁架安装主要因素有塔吊的吊运性能,其会影响伸臂桁架分段数,从而影响伸臂桁架安装效率;伸臂桁架安装部位焊接难度是影响安装效率的另一个因素);(2)桁架安装工期 15 天,焊接工期 35天;(3)桁架焊接配置 2 个班组/日(9 小时),每个班组 2 人。17 第五章第五章 主要施工工艺主要施工工艺 5.1 钢结构的安装钢结构
21、的安装 5.1.1 单层钢结构安装单层钢结构安装 单层钢结构安装主要有钢柱安装、吊车梁安装、钢屋架安装等。5.1.1.1 施工工艺流程图施工工艺流程图 18 5.1.1.2 施工工艺示意表施工工艺示意表 表表 5.1.1.2 单层钢结构安装示意表单层钢结构安装示意表 施工工艺施工工艺 施工图示施工图示 内容内容 1.钢柱安装 一般钢柱的刚性较好,吊装时为了便于校正一般采用一点吊装法,常用的钢柱吊装法有旋转法递送法和滑行法。对于重型钢柱可采用双机抬吊。2.柱脚灌浆 柱底脚采用螺母调平后,四周按照设计尺寸要求支设模板。柱底脚建议采用高强无收缩灌浆料进行后浇;不建议采用细石砼,无法保证振捣密实,且影
22、响强度。3.吊车梁安装 钢吊车梁安装一般采用工具式吊耳或捆绑法进行吊装。在进行安装以前应将吊车梁的分中标记引至吊车梁的端头,以利于吊装时按柱牛腿的定位轴线临时定位。4.钢屋架安装 钢屋架测向刚度较差,安装前需要进行稳定性验算,稳定性不足时应进行加固。19 5.1.1.3 质量标准质量标准 表表 5.1.1.3-1 质量标准检查表质量标准检查表 项目项目 检查数量检查数量 检查方法检查方法 1.顶紧的节点 抽查 10,且不应少于 3 个。用 0.3mm 厚和 0.8mm 厚的塞尺现场检查。2.钢柱等主要钢构件的中心线及标高基准点 抽查 10,且不应少于 3件。观察检查。3.钢柱安装的允许偏差 抽
23、查 10,且不少于 3件。用吊线、钢尺、经纬仪、水准仪等。4.钢吊车梁或类似直接承受动力荷载的构件允许偏差 抽查 10,且不少于 3件。用吊线、拉线、钢尺、经纬仪、水准仪等检查。5.檀条、墙架等次要构件安装的允许误差 抽查 10,且不少于 3件。用吊线、钢尺、经纬仪等检查。6.钢平台、钢梯、栏杆安装 钢平台按总数抽查 10,栏杆、钢梯按总长度抽查10,钢平台不应少于 1个,栏杆不应少于 5m,钢梯不应少于 1 跑。用吊线、拉线、钢尺、经纬仪、水准仪等检查。表表 5.1.1.3-2 钢屋架、梁及受压杆件垂直度和侧向弯曲矢高的允许偏差表钢屋架、梁及受压杆件垂直度和侧向弯曲矢高的允许偏差表 序号序号
24、 项目项目 允许偏差(允许偏差(mm)图例图例 1 跨中的垂直度 H/250,且不应大于 15.0 2 侧向弯曲矢高 f l30m l/1000 且不 应大于 10.0 3 3060m l/1000 且不 应大于 50.0 20 表表 5.1.1.3-3 整体垂直度和整体平面弯曲的允许偏差表整体垂直度和整体平面弯曲的允许偏差表 序号序号 项目项目 允许偏差(允许偏差(mm)图例图例 1 主体结构的整体垂直度 l/1000,且不应大于 25.0 2 主体结构的整体平面弯曲 l/1500,且不应大于 25.0 5.1.2 超高层钢结构安装超高层钢结构安装 5.1.2.1 施工工艺流程图施工工艺流程
25、图 21 5.1.2.2 施工工艺图示表施工工艺图示表 表表 5.1.2.2-1 核心筒钢结构安装工艺流程表核心筒钢结构安装工艺流程表 施工工艺 施工图示 内容 1.地脚锚栓 地脚锚栓主要为核心筒内置劲性柱、钢板墙的锚栓预埋。2.劲性柱与钢板墙安装 核心筒内钢板墙安装时与劲性柱组合现场组装成小单元整体吊装,再依次由中间向两侧同步安装,安装时应分层安装。3.型钢连梁安装 核心筒外剪力墙连梁部分跨度大,且有外框钢梁埋件,混凝土梁里加入 H 型钢梁,作为外框钢梁受力部分。吊装时采用塔吊安装。4.外框预埋件安装 外框钢梁与核心筒之间由预埋件连接,根据下一楼层上的埋件轴线和标高控制线,在土建核心墙钢筋开
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