钢结构的设计需要十分准确的计算估计。以国家大剧院为例,国家大剧院由法国建筑师保罗?安德鲁主持设计,设计方为法国巴黎机场公司。国家大剧院建筑屋面呈半椭圆形,其结构:‘212m×143m,跨度>100m,结构方案选屋盖空间结构网壳。但在上机前,结构师把结构的截面高度选得太大,用钢量高达292kg/m2。根据1963年美国教授史密斯(SminlM.C)对166个已建大跨度屋盖进行的回归分析,这种跨度的网壳结构用钢量不**过80kg/m2。故而在采取建设的时候,需对其精确核实才能避免错误产生。 2.2、钢结构建筑整体与局部精细设计
二、构件尺寸及平整度检测
每个尺寸在构件的3个部位量测,取3处的平均值作为该尺寸的代表值。钢构件的尺寸偏差应以设计图纸规定的尺寸为基准计算尺寸偏差;偏差的允许值应符合其产品标准的要求。梁和桁架构件的变形有平面内的垂直变形和平面外的侧向变形,因此要检测两个方向的平直度。柱的变形主要有柱身倾斜与挠曲。检查时可先目测,发现有异常情况或疑点时,对梁、桁架可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线,然后测量各点的垂度与偏差;对柱的倾斜可用经纬仪或铅垂测量。柱挠曲可在构件支点间拉紧一根铁丝或细线测量。
三、钢结构损伤检测
钢结构在自然环境和使用环境长期的双重作用下,其功能将逐渐减弱,这是一个不可逆转的客观规律。如果能够科学地评估这种损伤的规律和程度,及时采取有效的处理措施,可以延缓结构损伤的进程,达到延长结构使用寿命的目的。
钢结构损伤检测包括三个方面:
(1)裂缝检测。
裂缝的检测包括裂缝出现的部位分布、裂缝的走向、裂缝的长度和宽度。裂缝宽度的检测主要用10~20倍读数放大镜、裂缝对比卡及塞尺等工具。裂缝长度可用钢尺测量,裂缝深度可用较薄的钢片插入裂缝粗略地测量,也可沿裂缝方向取芯或用超声仪检测。判断裂缝是否发展可用粘贴石膏法,将厚10mm左右、宽50~80mm的石膏饼牢固地粘贴在裂缝处,观察石膏是否裂开。
钢材的锈蚀程度可由其截面厚度的变化来反应。检测钢材厚度(必须先除锈))的仪器有超声波测厚仪(声速设定、耦合剂)和游标卡尺。超声波测厚仪采用脉冲反射波法。超声波从一种均匀介质向另一种介质传播时,在界面会发生反射,测厚仪可测出探头自发出超声波至收到界面反射回波的时间。超声波在各种钢材中的传播速度已知,或通过实测确定,由波速和传播时间测算出钢材的厚度,对于数字超声波测厚仪,厚度值会直接显示在显示屏上。
应根据钢结构不同的特点考虑结构选型。例如,在轻型钢结构工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就采用网架结构。雪压较大的地区,屋面曲线应有利于积雪的滑落。降雨量大的地区可以与雪压较大的地区一样考虑。
建筑的设计不仅仅在于外观上的美感,还在于建筑间的互相协调能力。钢结构建筑也是建筑的一种,它在具有钢结构建筑特殊性的同时也具有普通建筑的一般性。所以在满足钢结构特个性设计的同时,也必须满足一般建筑的共性。由于钢结构的特殊性,通常在建造钢结构建筑的时候,会导致部分细节部位出现偏差或者裸露在外。因而在设计钢结构建筑的时候,为力求建筑形象和建筑功能的**结合的同时,设计复杂化和工程精细化也较加严苛。
(2)结构变形检测。
测量结构或构件变形的常用仪器和工具有水准仪、经纬仪、锤球、钢卷尺、棉线以及激光测位移计、红外线测距仪、全站仪等。结构变形有许多类型,如梁、屋架的挠度、屋架倾斜、柱子侧移,需要根据测试对象采用不同的方法和仪器。测量小跨度的梁、屋架挠度时,可用拉铁丝的简单方法,也可选取基准点用水准仪测量。屋架的倾斜变位测量,一般在屋架中部拉杆处从上弦固定吊锤到下弦处,测量其倾斜值并记录倾斜方向。
(3)结构材料性能检测。
对钢材的性能检测主要是检查裂纹、孔洞、夹渣等,对焊缝主要是检查夹渣、气泡、咬边、烧穿、漏焊、未焊透以及焊脚尺寸不足等,对铆钉或螺栓主要是检查漏铆、漏检、错位、错排和掉头。检测方法主要是外观检查、X射线、超声波探伤、磁粉探伤和渗透探伤。超声法用于金属材料探测时要求频率高,功率不必太大,这样测试的灵敏度高,测试精度好。超声波探伤通常采用纵波探伤和横波探伤(主要用于焊缝探伤)两种方法。
四、连接(焊接、螺栓连接)检测
钢结构工程的连接检测工作是工程检测当中的一个重点对象,它直接反映工程的质量好坏。连接板的检查包括:(1)检测连接板尺寸(尤其是厚度)是否符合要求;(2)用直尺作为靠尺检查其平整度;(3)测量因螺栓孔等造成的实际尺寸的减小;(4)检测有无裂缝、局部缺损等损伤。对于螺栓连接,可用目测、锤敲相结合的方法检查。并用扭力扳手(当扳手达到一定的力矩时,带有声、光指示的扳手)对螺栓的紧固性进行复查,尤其对高强螺栓的连结较应仔细检查。此外,对螺栓的直径、个数、排列方式也要一一检查。焊接连接目前应用较广,出事故也较多,应检查其缺陷。焊缝的缺陷种类不少,有裂纹、气孔、夹渣、未熔透、虚焊、咬边、弧坑,等等。检查焊缝缺陷时,可用超声探伤仪或射线探测仪检测。
2.4.1、目前的钢结构建筑多用于跨度较大的建筑结构,整体稳定和局部稳定维持一个相对的状态,杆件牵涉整体设计时,需从整体稳定人手。
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