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工法工艺论文

钢结构安装-钢柱对接丝杆技术研究

技术报告

莱钢集团

钢结构建筑工程事业部

郑凯

二0一0年四月

钢结构安装-钢柱对接丝杆技术研究

技术报告

摘要

在钢结构建筑体系中，钢结构的安装是一个重要环节，也是决定性环节，安装质量的好坏直接决定整个建筑的成败。

钢结构安装中的柱子对接技术在钢结构安装中又是一个难点，所有其他构件的安装都要以柱子的安装为基准，所以钢柱对接技术的研究对整个钢结构建筑体系有着非常重要的意义。

1前言

从20世纪80年代以来，中国建筑钢结构得到了空前的发展，建筑钢结构在国民经济建设中占有非常重要的地位。

随着钢结构的快速发展，钢结构施工技术也在不断更新，新的安装工艺不断涌现。

目前国外发达国家的钢结构发展特别迅速，特别美国、日本等钢结构建筑已成为建筑的主潮流，但钢结构安装方法，特别是钢柱对接仍采用传统安装方法，夹板对接。

2新技术开发应用条件

建设公司的钢结构建筑一直处于同行业的领先位置，由于起步较早，公司领导长期以来的重视，公司的钢结构发展已经形成体系化发展的态势，钢结构施工技术已经比较完善，已经完全具备钢柱对接丝杆技术研究的完备条件。

3技术研究方案

3.1技术开发思路

首先选择不同的丝杆直径，根据实际情况，画出钢柱对接丝杆受力图，进行受力分析；第二步进行钢柱对接丝杆力学实验，测量丝杆受力极限的试验值；最后进行电脑仿真模拟。

3.2技术开发的目标

根据不同直径的对接丝杆的最大受力，得出不同丝杆直径的最大荷载，以便在实际工程应用中经济、安全的选择丝杆。

3.3具体技术方案

3.3.1钢柱对接丝杆受力计算

M20丝杆单根最大荷载：

35.7×103÷9.8=3.6*103千克=3.6吨

根据设计规范：

需取1.5安全系数：

3.6÷1.5=2.4吨

M24丝杆单根最大荷载：

54×103÷9.8=5.5*103千克=5.5吨

根据设计规范：

需取1.5安全系数：

5.5÷1.5=3.6吨

M30丝杆单根最大荷载：

86.5×103÷9.8=*103千克=8.8吨

根据设计规范：

需取1.5安全系数：

8.8÷1.5=5.8吨

M36丝杆单根最大荷载：

121.6×103÷9.8=12.4*103千克=12.4吨

根据设计规范：

需取1.5安全系数：

12.4÷1.5=8.2吨

3.3.2钢柱对接丝杆受力试验

1.丝杆受力试验数据

试样

编号

实测直径（㎜）

试件截面积（㎜2）

屈服力

（KN）

最大力

（KN）

屈服强度

N/㎜2

抗拉强度

N/㎜2

评定

结果

Ф20-1

19.9

311.0

74.5

111.7

240

360

合格

Ф20-2

19.9

311.0

73.7

111.2

235

360

合格

Ф20-3

19.9

311.0

76.00

112.0

245

360

合格

Ф20-4

19.9

311.0

75.15

111.4

240

360

合格

Ф20-5

19.9

311.0

74.25

111.3

240

360

合格

Ф20-6

19.9

311.0

73.70

111.2

235

360

合格

Ф20-7

19.9

311.0

75.18

111.4

240

360

合格

Ф20-8

19.9

311.0

74.27

111.3

240

360

合格

Ф24-1

23.2

422.7

85.97

140.60

203

335

合格

Ф24-2

23.2

422.7

89.80

139.79

210

330

合格

Ф24-3

23.2

422.7

90.12

134.71

215

320

合格

Ф24-4

23.2

422.7

89.86

107.66

215

255

合格

Ф24-5

23.2

422.7

89.48

137.5

210

325

合格

Ф24-6

23.2

422.7

89.8

139.79

210

330

合格

Ф24-7

23.2

422.7

90.12

134.71

215

320

合格

Ф24-8

23.2

422.7

89.48

137.5

210

325

合格

Ф30-1

26.2

539.1

145.88

229.98

270

425

合格

Ф30-2

26.2

539.1

147.53

208.62

275

385

合格

Ф30-3

26.2

539.1

145.84

222.76

270

415

合格

Ф30-4

26.2

539.1

148.08

233.54

275

435

合格

Ф30-5

26.2

539.1

160.21

244.96

295

455

合格

Ф30-6

26.2

539.1

148.08

233.50

275

435

合格

Ф30-7

26.2

539.1

145.86

229.90

270

425

合格

Ф30-8

26.2

539.1

147.53

208.62

275

385

合格

Ф36-1

35.0

962.1

219.17

338.15

230

350

合格

Ф36-2

35.0

962.1

220.20

345.11

225

360

合格

Ф36-3

35.0

962.1

216.06

340.45

230

355

合格

Ф36-4

35.0

962.1

219.98

345.30

230

360

合格

Ф36-5

35.0

962.1

224.60

345.14

230

360

合格

Ф36-6

35.0

962.1

215.8

340.45

225

355

合格

Ф36-7

35.0

962.1

220.9

345.30

230

360

合格

Ф36-8

35.0

962.1

224.80

346.14

230

360

合格

2、钢板焊缝试验数据

试样

编号

实测厚度

（㎜）

屈服强度

N/㎜2

抗拉强度

N/㎜2

延伸率A

%

评定

结果

试样

编号

弯曲180

d=2a

评定

结果

12-1

11.59

290

395

32.0

合格

12-7

合格

12-2

11.54

290

390

29.0

合格

12-8

合格

12-3

11.61

290

395

27.0

合格

12-9

合格

12-4

11.69

280

385

28.5

合格

12-10

合格

12-5

11.35

280

385

24.5

合格

12-11

合格

12-6

11.43

275

385

27.0

合格

12-12

合格

16-1

16.33

315

450

24.5

合格

16-7

合格

16-2

15.68

305

470

23.5

合格

16-8

合格

16-3

16.4

280

450

27.5

合格

16-9

合格

16-4

16.29

270

445

27.0

合格

16-10

合格

16-5

16.01

320

495

28.0

合格

16-11

合格

16-6

15.92

345

505

25.0

合格

16-12

合格

3、高强螺栓抗滑移试验数据：

M20×60（大六角8.8级）

检验项目

标准规定

检验结果

单项评定

抗滑移力Nv（KN）

195

206

205

合格

抗滑移系数（µ）

≥0.40

0.4

0.42

0.42

合格

M20×60（大六角10.9级）

检验项目

标准规定

检验结果

单项评定

抗滑移力Nv（KN）

310

306

320

合格

抗滑移系数（µ）

≥0.45

0.46

0.45

0.47

合格

M24×60（大六角10.9级）

检验项目

标准规定

检验结果

单项评定

抗滑移力Nv（KN）

460

452

450

合格

抗滑移系数（µ）

≥0.45

0.46

0.45

0.45

合格

M24×60（大六角10.9级）

检验项目

标准规定

检验结果

单项评定

抗滑移力Nv（KN）

460

452

450

合格

抗滑移系数（µ）

≥0.45

0.46

0.45

0.45

合格

通过以上数据，代入理论计算，验证，丝杆符合理论计算数据。

3.3.3电脑仿真模拟

通过SolidWorks三维动画，对钢柱对接丝杆过程进行仿真模拟，模拟安装过程和丝杆受力情况，以及丝杆安装过程中标高、垂直度调整情况。

（见模拟动画）

4应用效果和分析

钢柱对接丝杆技术在我公司已长期使用，从上海“世福汇”82#、上海中福城三期119#、97#地块改造、西安咸阳丽彩、济南艾菲尔花园、济南伟东置业、青岛地丰大厦、即墨德馨园、青岛华阳慧谷、济南黄金置业、上海北大青鸟企业发展大厦、德州市政府办公楼、济南凯旋新城、济南科技大厦、莱钢总厂办公楼、莱钢技术研发中心办公楼等工程先后采用钢柱对接丝杆技术，该技术日益完善。

假如钢结构总量为10000吨，其中按图纸设计的钢柱夹板对接方式，需要耗用夹板近60吨，每吨按市场价7500元/吨（主材+制作、安装费用）计算，需耗用资金50万元，而项目安装时实际采用了丝杆对接的安装技术，安装每吨节约成本50元，按照建设公司每年承接钢结构安装施工1万吨计算，可节省成本50万元。

采用丝杆对接技术可加快钢柱对接时的速度，缩短钢结构的整体施工工期，充分体现钢结构建筑工期短的特点。

同时，利用丝杠对接技术能更好的控制钢柱安装的标高和垂直度，使其精度更高，提高了钢结构安装的质量，以质量赢的更多的市场。

通过此项目技术的开发研究，我们能根据研究成果申报省级工法及国家级工法，同时也可作为我们公司的专利和形成行业的标准规范向社会推广，推动行业的发展，创造巨大的社会效益

5总体性能比较和技术创新点

5.1国内外技术现状

目前国外发达国家的钢结构发展特别迅速，特别美国、日本等钢结构建筑已成为建筑的主潮流，但钢结构安装方法，特别是钢柱对接仍然采用传统安装方法，夹板对接。

国内一些企业基本上也是采用这种夹板对接的安装方式为主，有部分企业甚至直接用临时电焊固定的方法进行安装。

5.2总体性能指标与国内外同类先进技术的比较

丝杆对接和目前国内外普遍采用的夹板对接技术相比有以下几个优点：

1、安装速度快，加快工程进度；

2、在安装过程中可以进行微调，安装精度达到大大提高；

3、可以重复使用，大大降低损耗，节约成本。

5.3项目主要技术创新点

1、将制作过程的误差和其他外界条件引起的误差在安装过程中进行调节、消减；

2、重复使用原材料，避免浪费。

5.4对科技进步的意义、推广应用的条件和前景

目前，我国的钢结构建筑发展还处于起步发展阶段，许多大型的钢结构建筑只有在沿海发达城市中才能见到，主要问题还是钢结构建筑的成本比钢筋混凝土的成本要高。

钢结构对接丝杆从资源的再利用方面，能大大节约成本，另外还能提高安装精度，大大提高钢结构建筑的安全性。

可以说此项技术必能为钢结构建筑的推广和普及做出重大的贡献。

6结论

钢结构建筑是今后建筑业发展的一个方向，随着科技的进步，审美观念改变必然使的钢结构建筑不断的去发展和完善自身。

我们钢结构专业的工程技术人员要充分发挥我们的聪明才智，从我们的工作实际中发现不足、总结经验、积极创新。

这样才能促进和加快钢结构建筑的向前发展，钢结构建筑会随着国民经济的发展和现代化水平的提高步入一个全面发展的新时代。