建筑钢结构的发展及耐火要求

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：建筑钢结构包括工业厂房、商用办公楼、民用住宅及其他大型公共设施等。自20世纪80年代以来，我国建筑钢结构得到了迅速发展。大型建筑钢结构广泛采用H形及箱形截面构件，由厚钢板焊接而成。“9·11”纽约世贸中心事件之后，对高层建筑钢结构又提出了耐火要求，这些无不对重要钢结构的设计与焊接施工带来影响。

建筑钢结构包括工业厂房、商用办公楼、民用住宅及其他大型公共设施等。自20世纪80年代以来，我国建筑钢结构得到了迅速发展。

大型建筑钢结构广泛采用H形及箱形截面构件，由厚钢板焊接而成。常用材料为低碳结构钢Q235、低合金高强度结构钢Q345、Q390等。广泛采用高效埋弧焊及气体保护焊。构件尺寸大、焊接工作量大。高层钢结构建筑的焊接梁柱，板厚大都在30mm以上。如深圳发展中心大厦的箱型柱最大壁厚达130mm，焊接工作量达35万延长米；深圳地王大厦的焊接工作量达60万延长米。在制造安装过程中，对装配、焊接应力和变形的控制十分严格。

著名的国家大剧院是我国第一个大型现代化文化建筑。椭球形穹顶长轴跨度212.2m，短轴跨度143.64m，高度46.285m。穹顶采用金属钛板饰面。壳体钢结构总重6750t，网壳面积3.5万m²，没有立柱，全靠148根弧型钢梁承重，主桁架由60mm厚钢板组焊而成。

2008年北京奥运会的国家体育场（鸟巢）是大跨度重型钢结构（见图1-5），设计寿命为100年。建筑顶面呈马鞍形，长轴332.3m，短轴297.3m，高度40.1～68.5m，顶部开口长度185.3m，宽度127.5m。结构复杂，包含大量曲线箱型结构。钢材主要为低碳结构钢Q235，当板厚超过100mm时，采用低合金高强度结构钢Q460E，节点为GS20Mn5V铸钢，设计用钢量4.2万t。现场拼装主要采用CO₂气体保护焊及焊条电弧焊，焊缝长度约61000m，大于40mm板厚的焊缝长度约12000m，消耗焊接材料2000余吨。施工过程采用分块散装，主体钢结构的安装顺序遵循对称同步、尽早形成安装区域局部稳定的原则，主体钢结构共划分为230个安装单元。节点的焊缝集中，焊接应力大。柱脚结构复杂，内部筋板多数要求全熔透焊接，焊接应力和变形的控制难度大。

图1-5 国家体育场

由于1995年日本阪神大地震的教训，为了防止钢结构的脆断，新型抗震钢结构十分注意梁柱节点设计，采用韧性良好的焊接材料及衬垫、合理设计焊缝金属与母材的强度匹配、合理的焊接工艺及无损检测制度。高层建筑等重要钢结构大都采用刚性连接，梁翼缘与柱现场焊接，梁腹板与柱用高强度螺栓连接或角焊缝焊接，注意熔透、减少焊接缺陷及应力集中。“9·11”纽约世贸中心事件之后，对高层建筑钢结构又提出了耐火要求，这些无不对重要钢结构的设计与焊接施工带来影响。

建筑钢结构的发展及耐火要求

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