页数：220页文件大小：1.52 MB来源： 高层建筑施工ppt课件
本课件讲解钢结构高层建筑施工，介绍高层钢结构的结构体系与构件形式、钢材选用与构件连接，并说明构件制作、安装工艺、焊接质量检验与安全防护等关键施工环节与技术要点。
7.1 钢结构高层建筑的结构体系
我国钢结构有着悠久的历史，远在古代就有铁链悬桥、铁塔等建筑物。20世纪中期，先后建成了许多钢桥、工业厂房、体育馆等。几十年来，我国的大城市由于人口高度密集，生产和生活用房紧张，交通拥挤，地价昂贵，城市建筑逐渐向高空发展，高层和超高层建筑迅速出现。钢结构由于强度高，自重轻，有良好的塑性、韧性，抗震性能好，工业化程度高，安装容易，施工周期短，投资回收快，环境污染少，建筑造型美观等综合优势。随着我国钢铁结构的发展，国家建筑技术政策由以往限制使用钢结构转变为积极合理推广应用钢结构，从而推动了建筑钢结构的快速发展。
旅馆、饭店、公寓、办公楼等多高层及超高层建筑采用钢结构也越来越多，北京、上海、深圳等地区已陆续建造了数十幢钢结构高层建筑。
如北京的京城大厦(183.35m)、深圳的地王大厦(384m)、上海的金茂大厦(421m)等著名的钢结构高层建筑。目前，钢结构高层建筑已成为我国高层建筑的主要结构类型，并且由于我国已生产钢结构高层建筑用厚钢板、热轧H型钢等多种钢材品种，也为钢结构高层建筑的发展提供了重要的物质保证。钢结构建筑被称为21世纪的绿色工程。表7-1列举了国内较有代表性的一些钢结构高层建筑。
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目前，钢结构高层建筑的结构体系主要有纯框架结构体系、框架—支撑(剪力墙)结构体系、错层桁架结构体系、外筒式结构体系、筒体结构体系等几种，如图7.1所示。7.1钢结构高层建筑的结构体系。
7.1.1 纯框架结构体系
纯框架结构体系是由水平梁和垂直柱通过节点的刚性构造连接而成的多个平面刚接框架结构组成的空间杆系结构，承受作用于各个平面的荷载。框架结构在垂直平面上不设支撑，可以形成较大的空间，为平面布置提供了最大的灵活性，框架结构可以有多种结构平面，如图7.2所示。
框架结构体系各部分的刚度比较均匀，构造简单，易于施工。其整体性取决于各柱和梁的刚度、强度以及节点刚接构造的可靠性，在竖向荷载作用下的承载能力取决于梁、柱的强度和稳定性，在这方面与其他结构体系的情况基本相同，在水平荷载作用下其抗侧力的强度和刚度主要取决于杆件的抗弯能力。据此，该体系对于30层以下的建筑较为合适。25层的北京长富宫饭店，即为钢框架结构体系。当建筑超过30层后，楼层剪力很大，这种体系的刚度不易满足要求，靠加大梁、柱截面来提高框架的抗侧力能力，已不再经济合理，常需采用剪力墙或筒体结构来加强刚接框架而另成别的体系。
框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，能适用于各类性质的建筑，有较大延性，有利于抗震；缺点是侧向刚度较差，在风载或地震荷载等水平荷载作用下，层间位移较大，会导致非结构部件破坏。
7.1.2 框架一支撑(剪力墙)结构体系
高层建筑结构设计的重要内容之一是控制建筑物顶点的水平位移在规定的限值范围内，上述纯框架结构体系到达一定高度后，难以承受水平荷载作用下的水平剪力，通过在框架结构某些节间的竖向平面内增设起剪力墙作用，由钢支撑构成的竖向抗剪支撑桁架，来承受水平剪力。即能有效地提高结构体系的抗剪刚度而大大减少水平位移，这种结构型式一般称之为框架—支撑结构，其类型如图7.3(a)、(b)所示。
当刚接框架和抗剪支撑共同工作而成为框架—支撑结构体系时，框架主要作为承受竖向荷载的结构，也承受一部分水平荷载(一般约占15%～20%)，大部分水平荷载由抗剪支撑承受。在水平力作用下，抗剪支撑桁架的支撑构件只承受拉、压轴向应力，无论从强度或变形的角度看，都是十分有利的。这种结构中因柱子主要承受墙、梁和楼板传递的竖向荷载，用钢量较纯框架结构小，框架梁—柱节点相对简单，可视为铰接或半刚接。由于竖向抗剪支撑桁架提高了结构的抗水平力能力，增加了结构的整体刚度。因而此结构体系的建筑高度可以加大。可建到60层左右。如53层的北京京广中心(208m)即为钢框架—支撑结构。
但当竖向支撑桁架设置在建筑物中部构成抗水平力核心筒时，外围柱一般不参与抵抗水平力，则整个结构的刚度提高有限，也就影响了建筑物层数的增加。如果在结构的顶层或中间层设置高度相当于一个楼层的水平带状支撑桁架，可使外围柱共同抵抗水平力，结构抵抗水平力能力大大提高。一般设在中间楼层的水平桁架称腰桁架，设在顶层的水平桁架称帽桁架。此类框架—支撑结构又称为有腰(帽)桁架的框架—支撑结构体系。如52层的北京京城大厦(183.35m)就采用了此结构体系。支撑的类型很多，如图7.4所示，采用何种类型支撑、其数量多少及刚度大小，主要依建筑物高度和水平力的大小加以调整。
在钢结构高层建筑中，用的最多的是人字支撑、交叉支撑和单斜杆支撑。为保持抗侧力性能的均衡，单斜杆支撑应对称布置，以承受左、右两方向来的地震作用。
另外有时在钢结构高层建筑中多采用带竖缝或水平缝的混凝土墙板代替支撑桁架，这种墙板的变形能力比普通混凝土墙板大得多。它的上下边沿全长与框架梁连接。由于混凝土墙板的断面大，有很大的刚度和抗剪能力，能有效地抵抗地震作用引起的剪力，显著地节约了钢材，如43层的深圳发展中心(165m)。
7.1.3 错列桁架结构体系
由框架—支撑结构派生演变成。其特点是下一楼层的桁架位于上一楼层两榀桁架间距的中线上，使相邻两个楼层桁架呈“品”字形交错排列，如图7.5所示。此结构的楼板架设在下层桁架的上弦杆和上层桁架的下弦杆上，楼板参与桁架传递水平力，起刚性隔板作用。水平力作用于每层桁架上弦，经腹杆传至下弦，又由楼板传至相邻桁架的上弦。这一过程的重复，就可以使水平力传至基础。这种结构适用于公寓、旅馆等狭长建筑物，因为狭长矩形平面高层建筑，短边刚度往往较小，而短边方向的风载又较大。
错列桁架结构的优点是短边刚度较大，容易满足以上设计要求，而且此结构的经济效果非常突出，国内尚无这种结构实例，据国外报道此体系非常省钢，其用钢量比框筒结构低40%。又因桁架在工厂制作后整体吊装，结构安装速度快，施工周期短，美国已有此类结构实例。
7.1.4 外筒式结构体系
外筒式结构体系如图7.1(e)、(f)、(g)所示，有开口筒、框架筒、桁架筒等几种。当建筑物高度超过60层后，水平荷载作用的影响愈来愈严重，结构体系必须具有更强有力的承受水平荷载的有效部分。由于框架—核心筒结构的内筒平面尺寸较小，其侧向刚度受到限制，所以有时把抗剪结构在外围延伸至建筑短边全宽，长边则在中间断开，在平面两端形成槽形悬臂构件，称为半框筒式结构或开口筒结构。如长边较长，中间可再加工字形抗剪悬臂构件或加一个封闭的中间筒。此结构的抗水平力构件可采用支撑桁架或密柱解决，其抗水平力能力加大，内部空旷，使用较灵活，但楼盖梁跨度较大，可建到70层。国内尚无此结构体系实例。
如果采用密排的柱和各层楼盖处的横梁(或以窗下墙作为横梁)刚接组成密间距矩形网格，四周成圈，形成一个封闭空心箱形悬臂筒(竖直方向)，来承受水平荷载，则大大提高了体系的抗侧移刚度和抗扭转性能。竖直重力荷载则主要由内部少量中间柱承受。劲性楼面作为横隔把侧力分布到周边结构上，无需楼板梁的弯矩约束作用来抵抗和传递水平力，楼板可做成密肋板或无梁平板，则可获得较大的楼层净高。这种结构的外筒是由空腹格网组成的框架式结构，因而称为框架筒。其合适高度为80层左右，其平面具有很大的多功能灵活性，且其外圈密排式空腹格网可直接作为安装玻璃的窗框。
但这种外筒不是实腹外墙而是密网框架，框架的柔性在传力过程中易造成应力损失，使正应力两边大中间小，角柱轴力大于中间轴力，形成剪力滞后现象。因此框架筒结构在水平荷载作用下，仍存在一定的缺点，为克服缺点可将外筒的刚性框架结构改为桁架式结构，也称为桁架式外筒结构。因框架筒依靠梁柱的弯曲抵抗水平剪力，而桁架筒则主要靠斜撑的轴向力来抵抗水平剪力，水平剪力引起的斜撑拉力将会被重力荷载产生的压力抵消，斜撑的这种双重作用使这种结构有很高的效能，用钢量也降低约10%，应用此结构体系，建筑物高可达100层以上。其缺点是开窗受斜撑影响，大量交叉节点使结构变的复杂。
如图7.6所示美国芝加哥100层的约翰·汉考克中心即为桁架式外筒结构，强大的交叉支撑外露于建筑物的立面上。
7.1.5 筒体结构体系
筒体结构体系如图7.1(h)、(i)所示，主要有筒中筒、筒束等几种。加强框架外筒式结构体系的另一种方法是在内部设置强劲的钢结构或钢筋混凝土结构剪力墙式的核心内筒，外围结构为密柱深梁钢框筒，从而发展形成筒中筒结构体系。此结构体系的内筒和外筒由楼盖结构连接起来形成一个整体，共同承受水平荷载和竖直荷载，可以十分有效地抵抗侧力。由于有内筒参与抵抗侧力，框筒的剪力泄后现象得到改善，其合适高度也可达到100层左右。筒式结构的发展，从单筒到筒中筒，进而又把许多个筒体排列而成筒束结构体系。此体系合适高度约为110～120层，如采用桁架式筒束结构体系，有可能把合适高度提高到140层以上。
美国芝加哥西尔兹大厦是采用筒束结构的典型实例。其平面形式及外形特征如图7.7所示。110层的西尔兹大厦平面尺寸67.5×67.5m，高445m。
50层以下结构由9个22.5×22.5的框筒相互连接组成筒束，平面呈正方形；51～66层去掉2个角部框筒，平面呈双菱形；67～90层又去掉另两个角部框筒，平面呈十字形；91～110层再去掉3个框筒，平面呈长方形。
7.2 钢结构用钢材
结构钢主要由铁元素组成，约占化学成分的98%或更高，但是影响钢材材质的却是所占百分比含量很小的其他元素，如碳、其他合金元素以及杂质元素。钢化学成分的微量变化，会直接影响钢材的机械性能、加工性能和使用性能。有时为获得更高的强度和韧性，必须加入少量其他元素，特别是碳和锰。对于焊接结构钢，除了抗拉强度外，塑性、韧性和可焊性都是主要指标，因而含碳量一般控制在0.22%以下，对碳、磷极限含量都严格控制，防止热脆和冷脆等。7.2.1结构用钢材的种类钢材的品种繁多，性能各异，但在钢结构中采用的钢材按其化学元素组成，主要有以下几类：。
1.碳素结构钢碳素结构钢是最普通的工程用钢，其中碳是形成钢材强度的主要元素，直接影响着钢材的可焊性。按其含碳量的多少，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢，见表7-2。其中低碳钢是最主要并最多使用的钢材品种。碳素结构钢又可以分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。1)普通碳素结构钢(GB700—1988)。
根据现行的国家标准《碳素结构钢》(GB700—1988)的规定，碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母(Q)、屈服点数值(N/mm2)、质量等级代号(A、B、C、D)、脱氧方法代号(F、b、Z、TZ)等四个部分符号按顺序组成。Q是“屈”字汉语拼音的首位字母；质量等级中A级最差，D级最优；F、b、Z、TZ则分别是“沸”、“半”、“镇”及“特镇”汉语拼音的首位字母，分别代表沸腾钢、半镇静钢、镇静钢及特殊镇静钢(表示脱氧程度不同)。其中代号Z、TZ可以省略。如：Q235-A.F表示屈服点为235N/mm2的A级沸腾碳素结构钢。Q235-D表示屈服点为235N/mm2的D级特殊镇静碳素结构钢。
碳素结构钢按屈服点的大小，分为Q195、Q215、Q235、Q255、及Q275等五种牌号。由平炉或氧气顶吹转炉冶炼、交货时，供方应提供力学性能和化学成分的质保书，其内容包括屈服强度、极限强度、伸长率、弯曲实验及碳、锰、硅、硫、磷等的含量。不同，牌号、不同质量等级的钢材对化学成分和拉伸、冲击韧性、冷弯等力学性能指标要求也不同，应符合有关规定。
根据老标准《普通碳素结构钢技术条件》(GB700—1979)的规定，碳素结构钢分为甲、乙、特三类。甲类钢主要按力学性能供应；乙类钢按化学成分供应；特类钢则按力学性能和化学成分供应。碳素结构钢按含碳量的大小分为1、2、3、4、5、6、7七个钢号，钢号越大，含碳量就越多，钢材的强度和硬度也就越高，塑性则越低。现行标准中的Q235即为3号钢。2)优质碳素结构钢(GB699—1988)优质碳素结构钢是用以满足不同加工要求而赋予相应性能的碳素钢，是碳素钢经过热处理(如调质处理和正火处理)得到的优质钢。
按《优质碳素结构钢技术条件》(GB699—1988)的规定，共有31个品种，根据其含锰量的不同分为两组：普通含锰量的钢，其含锰量小于0.8%；较高含锰量的钢，其含锰量为0.7%～1.2%。优质碳素钢与普通碳素钢的主要区别在于钢中含杂质元素较少，硫、磷的含量均不大于0.035%，都属平炉或电炉冶炼的镇静钢，且严格限制其他缺陷，并且有较好的综合性能。
优质碳素钢钢号的写法是用其平均含碳量的万分之几表示，如“45号钢”是表示平均含碳量0.45%的优质碳素钢，用作高强螺栓的热圈等。优质碳素钢在建筑工程中应用较少，国家标准《优质碳素结构钢》(GB/T699—1988)中可用于建筑钢结构的牌号有15(U20152)、20(U20202)、15Mn(U21152)、20Mn(U21202)，其化学成分与力学性能应符合有关规定。2.低合金钢(GB/T1591—1994)低合金钢是一种在普通碳素钢基础上添加少量的一种或多种合金元素(总量低于5%)如钒、铌、钛、铬、镍等，以提高其强度，耐腐蚀性、耐磨性或低温冲击韧性的钢材。
加入钒、铌、钛等元素能明显提高钢材的强度、细化晶粒、改善可焊性；镍、铬属于残余元素，本身就是不锈钢的主要元素，它能提高强度，淬硬性和耐磨性等综合性能，但是对可焊性不利；有时加入少量钼和稀土(RE)元素，可以改善其综合性能，使低合金结构钢可以比碳素结构钢节省约20%的用钢量。
根据现行国家标准《低合金高强度结构钢》(GB/T1591—1994)规定，低合金高强度结构钢的牌号表示由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值(N/mm2)。质量等级符号(A、B、C、D、E)等三个部分组成，其中质量等级由A到E质量从低到高。钢牌号按屈服点大小，分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等五种，其中常用的钢种为Q345和Q390。如按老标准GB/T1591-88规定，共列出了十几种钢号，随着低合金钢在钢结构中的推广使用，用于土木工程中的低合金钢除了常用的16锰钢和15锰钒钢外，还有16锰铌半、16锰稀土、14锰铌半、18铌半、15锰钛、09锰等。表7-3列示了新国标GB/T1591—1994的低合金结构钢牌号表示方法与原国标GB1591—1988不同。
本页含表格（表7-3），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
低合金钢由氧气顶吹转炉、平炉和电炉冶炼，交货时供方应提供力学性能和化学性能的质保书，其内容包括屈服强度、极限强度、伸长率、冲击韧性、冷弯实验等及碳、锰、硅、硫、磷、钒、铌和钛等的含量。不同牌号、不同质量等级的低合金钢其化学成分和力学性能应符合相关规定。3.耐候钢在钢的冶炼过程中，加入少量的Cu、P、Cr、Ni等特定合金元素，可以在金属基体表面上形成保护层，以提高钢材耐大气腐蚀性能，这类钢材称为耐候钢或耐大气腐蚀钢，按照国家标准GB/T4171的规定，耐候钢适用于耐大气腐蚀的建筑结构，产品通常在交货状态下使用。
在暴露初期，腐蚀速度与普通钢并没有太多的区别，然而，随着稳定锈层的形成，腐蚀速度就会延缓下来。但是在海边等氯离子多的地区或雨量充沛的地区，表面缓蚀层很容易丧失其作用。以使用耐候钢为借口而降低防腐蚀涂装的质、涂膜厚度或者想着可以延长更新涂装周期都是不合理的。
我国目前生产的耐候钢分为高耐候结构钢和焊接结构用耐候钢两种：1)高耐候结构钢其性能比焊接结构用耐候钢好，故称作高耐候性结构钢。按化学成分可分为：铜磷钢和铜磷铬镍钢两类。其牌号表示方法是由代表“屈服点”的拼音字母Q、屈服点的数字及“高耐候”的拼音字母GNH按顺序组成，含Cr、Ni的高耐候钢在牌号后加代号“L”。可分为Q295GNH、Q295GNHL、Q345GNH、Q345GNHL、Q390GNH五种牌号。各牌号的化学成分与力学性能要求应符合有关规定。2)焊接结构用耐候钢这类钢材具有良好的焊接性能，适用厚度为100mm。
焊接结构用耐候钢的牌号表示由代表“屈服点”的字母Q、钢材的屈服点数值及“耐候”的字母NH按顺序组成。分为Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q460NH四种牌号，各牌号的化学成分和力学性能应符合有关规定。
4.其他钢材1)桥梁用结构钢有着专门的三个沿用标准，即《桥梁建筑用热轧碳素钢技术条件》(GB714—1965)、《桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板技术条件》(YB168—1970)及《桥梁用结构钢》(YB(T)10—1981)。桥梁用结构钢比一般的建筑用结构钢的技术要严格得多，所以，如果钢结构建筑中使用了桥梁用结构钢，属于以优代劣。
7.2.2 结构钢材的品种
目前随着钢结构的大力发展，建筑形式多种多样，应用的钢材品种也有了很大变化。钢材的主要品种有以下类型。1.钢板、钢带钢板和钢带的主要区别在于钢板是平板状矩形的钢材，而钢带是指成卷交货的钢材。钢板按轧制方法可以分为冷轧钢板和热轧钢板，在建筑钢结构中主要用热轧钢板。根据厚度、长度与宽度的变化，钢板分为薄板、厚板、特厚板和扁钢等。薄板主要用来制造冷弯薄壁型钢；厚板用做梁、柱、实腹式框架等构件的腹板和翼缘，以及桁架中心节点板；特厚板用于钢结构高层建筑箱形柱等；扁钢可作为组合梁的翼缘板、各种构件的连接板等。
2.普通型材工字钢、槽钢、角钢三种类型是工程结构中使用最早的型钢。1)工字钢有普通热轧工字钢和轻型工字钢两种。翼缘内表面有着1：6倾斜度，使翼缘外薄而内厚，就造成工字钢在两个主平面内的截面特性相差极大。不宜单独用做轴心受压构件或承受斜弯曲和双向弯曲的构件，在应用中难以发挥钢材的强度特性，已逐渐被H型钢所淘汰。2)槽钢有普通热轧槽钢和轻型槽钢两种，其伸出肢较大，可用于屋盖檩条，承受斜弯曲或双向弯曲。另外槽钢翼缘内表面斜度1∶10比工字钢平缓，安装螺栓较容易，但其腹板较厚，使槽钢组成的构件用钢量较大。相比而言，型号相同的轻型槽钢比普通槽钢的翼缘宽而薄，腹板厚度更小，截面特性更好。
3)角钢是传统钢结构工程中应用非常广泛的型材，有等边角钢和不等边角钢两大类，可以组成独立的受力构件，或作为受力构件之间的连接零件。3.H型钢H型钢有热轧H型钢和焊接H型钢两种。其中热轧H型钢又分为宽翼缘H型钢(HW)、中翼缘H型钢(HM)、窄翼缘H型钢(HN)和H型钢柱等。焊接H型钢由平钢板用高频焊接组合而成。H型钢与工字钢相比，其翼缘宽，两个主轴方向的惯性矩接近，抗弯、抗扭、抗压、抗震能力强；翼缘内表面没有斜度，上下表面平行，便于机械加工、结构连接和安装。H型钢的截面特性要明显优于传统的普通型钢，受力更加合理，故已广泛用于钢结构高层建筑建筑中。具体内容后面有阐述。
经过剖分H钢而成的T型钢相应分为TW、TM、TN三种。
4.冷弯型钢是由薄钢板或钢带经冷轧(弯)或压模而成，其截面型式有等边角钢、卷边等边角钢、Z型钢、卷边Z型钢、槽钢、卷边槽钢等开口截面以及方形和矩形闭口截面等，如图7.8所示。冷弯型钢在轻型钢结构、大跨度钢结构中有着不容忽视的地位。
5.厚度方向性能钢板国家标准《厚度方向性能钢板》(GB/T5313)是对有关标准的钢材要求做厚度方向性能试验时的专用规定，适用于板厚为15～150mm、屈服点不大于500N/mm2的镇静钢板。要求内容有两方面：含硫量的限制和厚度方向断面收缩率的要求值。据此分为Z15、Z25、Z35三个级别，相应的技术要求见表7-4。
7.2.3 钢材的选用
各种结构对钢材各有要求，建筑钢材选择时根据规范要求对钢材的强度、塑性、韧性、耐疲劳性能、焊接性能、耐锈性能等全面考虑，确定钢材的牌号及其质量等级。钢材的选用原则是既能使结构安全可靠和满足要求，又要最大可能节约钢材和降低造价，不同的使用条件应有不同的质量要求。一般应考虑：结构的重要性、荷载情况、连接方法、结构所处的温度和工作环境等几方面的情况。1.选用钢结构高层建筑钢材的有关规定《钢结构高层建筑技术规程》(JGJ99—1998)规定：钢结构高层建筑的钢材，不采用Q235—A级钢，宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢，以及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢。
其质量标准应分别符合我国现行国家标准《碳素结构钢》(GB700—1988)和《低合金高强度结构钢》(GB/T1591—1994)的规定。当有可靠根据时，可采用其他牌号的钢材。
采用焊接连接的节点，当板厚≥50mm，并承受沿板厚方向的拉力作用时，应按现行国家标准《厚度方向性能钢板》(GB5313)的规定，附加板厚度方向的断面收缩率，并不得小于该标准Z15级规定的允许值(Z15级断面收缩率：三个试样平均值大于15%，单个试样值大于10%)，以防止发生层状撕裂。抗震钢结构高层建筑的钢材应保证：强屈为1.2～1.8、有明显屈服台阶、伸长率大于20%、有保持延性的良好可焊性。不应采用15MnV或15MnVq钢，可采用Q235和16Mn钢材。2.钢结构高层建筑选用的钢材根据以上有关规定，钢结构高层建筑选用的钢材种类和品种分别有以下一些。
1)钢材的种类有三大类：(1)低碳钢(普通碳素钢)(2)普通低合金钢(3)热处理低合金钢(淬火回火合金钢)我国低碳钢应用最普遍的是Q235钢，类似Q235钢材的外国钢材有美国的A36、日本的SM41、德国的ST37、俄罗斯的CT3等。这些钢材已使用了半个多世纪，加工和使用性能都好，成本较低。但因其强度较低，在现代钢结构高层建筑中，一般只用于次要构件，如次梁、梯段、工字梁腹板等。普通低合金钢国产的有16Mn，外国钢材有美国的A440、A242，日本的SS50、SM51，德国的ST52、ST62等。60年代以来，低合金钢大量进入高层建筑市场，在钢结构高层建筑中广泛采用的合金钢的国家除美国、日本外还有欧洲国家。我国新建的钢结构高层建筑中，已有多幢建筑采用外国进口的低合金钢材建造。
热处理低合金钢，是对低合金钢进行热处理，来进一步提高强度而又不显著降低其塑性和韧性。目前这种钢材的屈服点已可达700N/mm2，如美国的T—1、日本的HT70、俄罗斯的70/80级钢以及我国的14锰钼铌钢。虽然其强度高，但伸长率小，脆性大，塑性差，应力重分布能力低，可焊性不好，在钢结构高层建筑中采用很少，而且仅用于受拉或受弯构件。2)钢材的品种(a)普通轧机(b)万能轧机在现代钢结构高层建筑中，广泛采用H型钢、厚度方向性能钢板、压型钢板、薄壁钢管等。(1)型钢。有热扎H型钢和H型钢。
热轧H型钢，欧美国家称宽翼缘工字钢、日本称H型钢，它用四轮万能轧机轧制而成，如图7.9所示；焊接H型钢，将钢板裁剪、组合后再用自动埋弧焊或手工焊、二氯化碳气体保护焊、高频电焊工艺焊接而成。
H型钢因为力学性能好(沿两轴方向惯性矩比较接近)，翼缘板内外侧相互平行，连接施工方便。明显用这种型钢做钢结构高层建筑的框架非常适合。钢结构高层建筑中的柱子，当结构高度不十分高时，一般选用轧制H型钢；当荷载较大时可用焊接的H型钢。钢结构高层建筑的梁，多为轧制或焊接的H型钢。当然还有一些其他的组合截面，如箱形截面、十字形截面在钢结构高层建筑中的框架中使用。
箱形截面一般由H型钢加焊钢板或由四块钢板焊接而成，钢板厚度由计算确定，用于荷载很大或存在双向弯矩的高度很大的钢结构高层建筑的柱子截面(如美国纽约110层世贸中心，我国金茂大厦等建筑的柱)，或钢结构高层建筑的大梁、悬臂梁及悬挂构件的悬臂梁截面；十字形截面由两个轧制工字钢或钢板组成，用于承受双向弯矩的柱子截面(如上海27层的瑞金大厦的柱)。
但钢结构高层建筑的柱、梁仍多为H型截面，所以轧制和焊接的H型钢在国外发展很快。我国近年来在H型钢的生产方面取得很大进展，目前国内已经有多家生产H型钢的厂家，如马钢、莱钢和鞍山一轧等，生产的H型钢的规格有70余种。它的规格标记采用高度H(mm)×宽度B(mm)×腹板厚度t1(mm)×翼缘厚度t2(mm)表示，生产的HW型钢截面高度为100～400mm，宽高比B/H=1；HM型钢截面高度为150～600mm，宽高比B/H=1/2～2/3；HN型钢截面高度为100～700mm，宽高比为B/H=1/2～1/3。
对于焊接H型钢，冶金工业部颁布了YB3302—1981轻型焊接H型钢和YB3301—1981焊接H型钢的部颁布标准。轻型焊接H型钢的规格为100×50mm～454×300mm；焊接H型钢的规格为300×200mm～1200×600mm，后者一般采用的是自动埋弧焊工艺焊接，规格较大，宜用作钢结构高层建筑建筑的柱和梁。
上海施工的一些钢结构高层建筑建筑，有的即采用国产的焊接H型钢。焊接H型钢的翼缘突伸的最大宽厚比为15t2(t2翼缘厚度)，最大的腹杆高厚比为70t1(t1为腹板厚度)，钢板厚度采用以2mm的级差递增，但保留25mm一级。钢板的下料，板厚小于8mm时用机械剪切；大于8mm，采用氧一丙烷或氧一乙炔精密切割工艺和多头自动切割机或半自动切割机进行加工，翼缘板边缘的光洁度应达到有关要求。(2)厚度方向性能钢板。厚度方向性能钢板，也称Z向钢，是在某一级结构钢(母级钢)的基础上，经过特殊冶炼、处理的钢材。其含硫量控制更严，为一般钢材的1/5以下，截面收缩率在15%以上。
钢结构高层建筑是首先提出有厚度性能要求的建筑结构，为防止发生层状撕裂，国家制定和颁布了相关的行业标准。包括以下几项。
①适用于制作钢结构高层建筑建筑厚度为6～100mm的钢板分为2个强度等级、4个牌号，分别为Q235GJ、Q235GJZ、Q345GJ、Q345GJZ。各牌号钢力学性能应符合有关规定。②冶炼由转炉和电炉冶炼。③交货状态为热轧、正火或温度—变形控制轧制(TMCP)，控轧是使合金元素最佳化和对从加热到轧制及其后冷却所包括的整个工艺过程进行控制的综合热加工技术。交货状态应在合同种注明，否则由供应方选择。(3)压型钢板、薄壁钢管。这几种钢材应用在钢和混凝土组合构件中，是一种各取所长的结合。钢的强度高，宜受拉，混凝土则宜受压，两种材料结合，都能充分发挥各自优势，是一种合理的结构。
采用压型钢板作钢筋混凝土楼板翼缘板的底模，钢筋混凝土板受压，压型钢板受拉，各得其所，是非常经济的结构形式。
采用薄壁钢管(圆管或方管)，内灌素混凝土的钢管混凝土结构。在压力作用下，钢管和混凝土之间产生相互作用的紧箍力，使混凝土处于三向受压的应力状态下工作，大大提高了混凝土的抗压强度，改善了塑性，提高了抗震性能；而薄壁钢管在混凝土的挤压下不易屈曲，提高了钢管的局部稳定性，使钢材强度得到充分发挥。试验研究，钢管混凝土强度比单钢管或同样截面的混凝土强度提高了好几倍，特别适用于轴心受压构件。以上两种组合构件在高层建筑中已有很多应用，是很有发展前景且承载力高，塑性、韧性好，节省材料，方便施工，有较好经济效益等特点的新型组合结构。
7.2.4 钢材的代用
钢结构应按照选用钢材的原则选用钢材的钢号并提出对钢材的性能要求。钢结构工程所采用的钢材必须附有钢材的质量证明书，各项指标应符合设计文件的要求和国家现行有关标准的规定。施工单位不宜随意更改或代用。只有在供方无法满足设计要求又没有其他货源的情况下，经原设计单位同意时方可代换，并可根据钢材选择的原则灵活调整。对材质的要求，受拉构件高于受压构件；焊接结构高于螺栓连接的结构；厚钢板结构高于薄钢板结构；低温结构高于常温结构；受动力荷载的结构高于受静力荷载的结构。一般确定钢材必须代换时，应注意以下各点。
(6)采用进口钢材时，应验证其化学成分和机械性能是否满足相应钢号的标准。(7)当采用代用钢材而引起构件的强度、稳定性和刚度变化较大，并产生较大的偏心影响时，要重新进行设计。(8)钢材的规格尺寸与设计要求不同时，不能随意以大代小，须经计算后才能代用。7.2.5钢材的验收对钢结构的钢材进行验收是保证钢结构工程质量的重要环节，应该遵照《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)对钢材的有关规定执行。其主要内容包括以下几项。(1)钢材的数量和品种是否与订货单符合。
本项检查验收的数量为每一品种、规格的钢材或型钢抽查5处；检验的方法是用钢尺或游标卡尺量测。(5)属于下列情况之一的钢材，钢材必须具备材质质量保证书和试验报告。同时应进行抽样复验，复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。①国外进口钢材。②钢材混批。
③钢材质量保证书的项目少于设计要求(应提供缺少项目的试验报告)。④板厚大于40mm且设计有几项性能要求的厚板。⑤设计有复验要求的钢材。⑥对质量有疑义的钢材。本项检查验收的数量为全数检查；检验的方法是检查质量保证书、试验报告及复验报告。其中(1)、(2)、(5)为钢材验收的主控项目；(3)、(4)为钢材验收的一般项目。
7.3 钢结构的连接技术
钢结构的连接是通过一定的方式将各个板件或杆件连成整体。板件、杆件间要保持正确的相互位置，连接部位应有足够的静力强度和疲劳强度，来满足传力和使用要求。因此连接是钢结构制作和施工中重要的环节。一般好的连接，应当符合安全可靠、节省钢材、构造简单和施工方便的原则。我国钢结构高层建筑在制作和安装施工时采用的连接方法，根据结构的特点，主要是焊接连接和高强度螺栓连接等。
7.3.1 焊接连接的方法、原理及操作工艺
1.手工电弧焊凡电极的送给、前进和摆动三个动作均靠手工操作来实现的都称为手工电弧焊。它是钢结构中常用的焊接方法，其设备简单，操作灵活方便，适用于各种位置的焊接；但生产效率较差，质量较低。在钢结构高层建筑的制造过程中一般用作焊缝打底；在现场焊接中，是广泛采用的一种焊接技术。1)原理图7.10是手工电弧焊的原理示意图。它是由焊条、焊钳、焊件、电焊机和导线等组成电路。
通过引弧后，在涂有焊药的焊条端和焊件间的间隙产生电弧，使焊条熔化，熔滴滴入被电弧吹成的焊件熔池中，同时焊药燃烧，在熔池周围形成保护气体，稍冷后在焊缝熔化的金属表面又形成熔渣，隔绝熔池中的液体金属和空气中的氧、氮等气体的接触，避免形成脆性易裂的化合物。焊缝金属冷却后就与焊件熔成一体。
2)操作工艺(1)焊接参数的选择。焊接参数工艺的选择，应在保证焊接质量的条件下，采用大直径焊条和大电流焊接，以提高劳动生产率。①焊条直径的选择。主要根据焊件厚度选择，一般焊件的厚度越大，选用的焊条直径也越大。另外应注意：多层焊的第一层以及非水平位置焊接时，焊条直径应选小一点；在同样厚度条件下，平焊比在其他位置用的焊条直径大一些；立、横、仰焊位置的焊条，最大直径一般不超过4mm；对某些要求防止过热及控制线能量的焊件，宜选用小直径焊条。②焊接电流电压的选择。手工电弧焊的电源可分为交流电或直流电，交流电手工电弧焊是建筑工地上应用最广泛的焊接方法。直流电焊接技术一般应用焊接要求较高的钢结构。
手工电弧焊电流主要根据焊条直径选择。电压主要取决于弧长，电弧长，则电压高；反之，则低。
而手工电弧焊的电弧长度，大致应等于焊条直径，电弧过长，热量不集中，焊缝变宽，溶深不一致；过短，则易短路，焊缝变窄，表面凹凸不平。手工焊电流、电压参数选择参考有关手册。一般焊接电流初步选定后，要通过试焊调整，电流过大或过小都有弊端。(2)焊条的选用。在选用焊条时，应注意以下原则。①应与主体金属相匹配。②不同材质的母材焊接，焊条匹配强度低的母材。③对于易裂的母材或结构的塑性、韧性要求高的重要结构，应选用塑性、韧性好，含氢量低及坑裂性能好的碱性焊条(低氢焊条)。④应选用低氢焊条而无直流焊接电源时，可选用低氢钾型焊条。一般与主体金属钢材相匹配国产焊条的选用可参见表7-6。
(3)焊缝的起头、接头及收尾。①焊缝的起头。焊缝的起头就是指刚开始焊接的操作。起头部分往往容易出现气孔、未熔透、宽度不够及焊缝堆积过高等缺陷。为了避免和减少这种现象，应该在引弧后稍将电弧拉长，对焊缝端头进行适当预热，并且多次往复运条，达到熔深和所需要宽度后再调到合适弧长进行正常焊接。②焊缝的接头。在手工电弧焊操作中，焊缝接头的好坏，影响焊缝外观成形和焊缝质量。必须准确掌握接头部位，如过于推后，会出现焊肉重叠高起现象；反之，又会出现脱节凹陷。接头处应在熔池温度没有完全冷却时更换焊条，换焊条的动作越快越好，这样能增加电弧稳定性，保证和前焊缝的结合性能，减少气孔，并使接头美观。
接头一般是在弧坑前约15mm处引弧，然后移动到原弧坑位置进行焊接。用酸性焊条时，引燃电弧后可稍拉长电弧，待移到接头位置时再压低电弧；用碱性焊条时，电弧不可拉长，否则容易出现气孔。
③焊缝的收尾。指焊缝结束时的收尾，焊缝收尾操作时，应保持正常的熔池温度，做无直线移动的横摆点焊动作，逐渐填满熔池后再将电弧拉向一侧熄弧。每条焊缝结束时必须填满弧坑。过深的弧坑不仅会影响美观，还会使焊缝收尾处产生缩孔、应力集中。为了填满弧坑，一般采用以下三种操作方法。划圈收尾法：当焊条移至焊缝终点时，作圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧。此法适合于厚板收尾。反复断弧收尾法：当焊接进行到焊缝终点时，在弧坑处反复熄弧和引弧数次，直到填满弧坑为止。此法适用于薄板和大电流焊接，但不适用于碱性焊条，容易产生气孔。回焊收尾法：焊条移至焊缝收尾处梢加停顿，接着改变焊条角度往回焊一小段，相当于收尾处变成一个起头。
此法适用于碱性焊条的焊接。
2.自动埋弧焊埋弧焊是利用电弧作为热源的焊接方法，焊接时电弧在颗粒状的焊剂下层燃烧而完成焊接过程。1)原理其原理如图7.11所示，一般焊丝成卷装置在焊丝转盘上，焊丝外表裸露不涂焊剂，焊剂成散状颗粒装置在焊剂漏斗中。通电使焊丝末端和焊件之间产生电弧后，电弧下的焊丝和附近焊件金属熔化形成熔池，焊剂也熔化并不断地从漏斗流下，将熔融的焊缝金属覆盖，焊剂将熔成焊渣浮在熔融的焊缝金属表面。部分蒸发的焊剂蒸汽将电弧周围的焊剂熔渣排开，形成封闭空间，使电弧与外界空气隔绝，故而焊接时看不见强烈的电弧光，称为埋弧焊。当埋弧焊的全部装备固定在小车上，由小车按规定的速度沿轨道前进进行焊接时，这种方法就称为自动埋弧焊。
自动埋弧焊由于焊剂对电弧空间保护可靠，电弧热量集中，熔深大，焊接速度快，热影响区较小，焊接变形小；且自动化操作，焊接工艺条件好，焊缝质量稳定，光洁平直，内部缺陷少，化学成分和机械性能较均匀，生产效率也高。广泛用于焊接中厚度板的有规律的直长对接和贴角焊缝，可焊接碳素钢低合金钢、不锈钢、耐热钢及其复合钢等。但由于采用颗粒状焊剂，一般只适用于平焊位置。
2)操作工艺(1)焊丝的选择。我国《钢结构高层建筑设计与施工规程》推荐自动埋弧焊的焊丝和焊剂见表7-7。
3)焊剂(1)堆放高度。高度太小时，对电弧的保护不全，影响焊接质量；太大时，易使焊缝产生气孔和表面成形不良。因此必须根据使用电流的大小适当选择焊剂堆放高度，一般为25～50mm。当电流及弧压大时，应适当增大焊剂堆放高度和宽度。(2)粒度。电流大时，应选用细粒度焊剂，否则焊缝外形不良；电流小时，应选用粗粒度焊剂，否则焊缝表面易出现麻坑。一般粒度为8～40目，细粒度为14～80目。(3)回收次数。焊剂反复使用次数过多时应与新焊剂混合使用，否则影响焊缝质量。4)焊丝的数目目前埋弧焊发展很快，已有双丝、三丝、多丝埋弧焊等工艺。
其中双丝焊是用2根焊丝沿焊缝方向排列并同时施焊，可一次得到大量熔敷金属，焊接速度提高，焊接变形小。
双丝焊机应用H形截面和箱形截面贴角焊缝的焊接已相当普及。双丝焊机焊接贴角焊缝的前后丝布置如图7.12所示。5)对接直焊缝的焊接技术对接直焊缝的焊接方法有单面焊和双面焊两种基本类型；根据钢板厚度又可分为单层焊、多层焊。(1)焊剂热法或焊剂—铜热法埋弧自动焊。在焊接对接焊缝时，为了防止熔渣和熔池金属的泄漏，采用焊剂热作为衬热进行焊接(热焊剂与焊接用焊剂相同)。焊剂要与焊件背面贴紧，以便能够承受一定的均匀的托力。如选用较大的焊接规范，使工件熔透，则达到双面成形。双丝焊机应用H形截面和箱形截面贴角焊缝的焊接已相当普及。双丝焊机焊接贴角焊缝的前后丝布置如图7.12所示。
如用焊剂—铜热板取代焊剂热，则可以克服焊剂热托力不均匀的现象，同时在工件与铜热板之间的焊剂也起到了对熔池背面的保护和合金作用，以保护焊缝背面的成形。(2)手工焊封底埋弧自动焊。对无法使用衬热的焊缝，可先行用手工焊进行封底，然后再采用埋弧焊。(3)多层埋弧焊。对于较厚钢板，一次不能焊完的，可采用多层焊。一般要求：第一层焊时，规范不要太大，即要保证焊透，又要避免裂纹等缺陷；每层焊缝的接头要错开，不可重叠；每层焊高一般为4～5mm。6)角接焊缝焊接技术埋弧自动焊的角接焊缝主要出现在T形接头和搭接接头中，一般可采取船形焊和斜角焊两种形式。
3.CO2气体保护焊CO2气体保护焊是利用CO2气体为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧热来熔化金属，并与焊丝形成焊缝的一种电弧焊方法。如图7.13所示。
1)原理CO2气体保护焊的原理是在焊接时焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送出，而CO2气体从喷嘴以一定的流量喷出。当焊丝与焊件接触引燃电弧后，电弧下的焊丝和附近焊件金属熔化形成熔池，连续给送的气体把电弧、熔池与大气隔离，从而保持焊接过程的稳定，获得高质量的焊缝。操作时可用自动或半自动焊方式。由于焊接时没有熔渣，便于观察焊缝的成型过程，但操作时须在室内避风处，若在工棚施焊须搭设防风棚。
气体保护电弧加热集中，焊接速度较快，焊件熔深大，热影响区较窄，焊接变形和应力较小；CO2在高温下具有的强氧化性可减少金属熔池中游离态氢的含量，其熔焊金属中的含氢量比低氢焊条施焊的还小，大大降低了金属的冷脆倾向；另外其耗量也仅为交流电手工焊的一半左右，且清渣工作量极小，效率比手工焊高1～2倍；但设备复杂，电弧光较强，金属飞溅多，焊表面成型较差。难用交流电进行焊接。
2)操作工艺(1)焊接参数的选择。①焊丝直径的选择。根据工件厚度、施焊位置及生产率的要求来选择。焊丝直径的选择参照有关手册。②焊接电流和电弧电压的选择。一般CO2焊接的电流应根据工件的厚度、焊丝直径、施焊位置以及要求的熔滴过渡形式来选择。电弧电压选择时必须与焊接电流恰好配合，应在16～24V范围内。最佳电弧电压有时只有1～2V之差，应仔细调整。常用的焊接电流和电弧电压的范围参考有关手册。
(2)焊丝的选择。焊丝成分应与母材成分接近，具有良好的焊接工艺性能。焊丝含C量一般要求<0.11%。其表面一般有镀铜等防锈措施。根据《高层建筑结构设计与施工规程》推荐，CO2气体保护焊焊接Q235钢材的焊丝是H08Mn2Si、低合金结构钢材(16mm)的焊丝是H08Mn2SiA等低合金钢焊丝，必要时还应根据冲击韧性和其他要求(如减小飞溅等)，通过焊丝添加适当的微量元素。(3)CO2气体保护半自动焊操作技术。①引弧与熄弧。CO2气体保护半自动焊中，引弧前要把焊丝伸出长度调好。这取决于焊丝直径，约等于直径的10倍为合适。
如果焊丝端部有球形头，应当剪掉，引弧时要选好适当的引弧位置，采用短滴引弧法。起弧后，要掌握好焊接速度，避免焊缝始端出现熔化不良和焊肉过高。
为了引弧与熄弧时CO2气体能很好地保护熔池，也可以采取提前送气和滞后停气的措施。熄弧后，熔池未完全凝固前，不要将焊柱立即抬起。②各种位置的焊接技术。平焊和横焊一般有左向和右向焊两种操作方法。左向焊法，喷嘴不会挡住视线，能清楚地看到熔池和焊缝，便于控制焊缝的成形。熔池受电弧的冲击作用较小，能得到较大的熔宽，焊缝成形比较美观，所以左向焊法应用比较普通；右向焊法，气体保护效果较好，但因焊丝指向熔池，电弧对熔池一定的冲击作用，如果操作不当，会影响焊缝成形。
平焊多采用左向焊法。薄板平位置对接焊时，焊柱作直线运动，如果间隙较大，可以适当横向摆动，但幅度不要太大，以免影响气体对熔池的保护；中厚板V形坡口对接焊时，底层焊缝采用直线运动，上层焊缝可采用横向摆动的多层焊，也可采用多道焊法。横焊多采用右向焊法。焊柱作直线运动，必要时也可作小幅度的往复摆动。平角焊和搭接焊时，采用左向焊法和右向焊法均可以。立焊有向上和向下两种操作方法。向上立焊的熔深较大，多用于中厚板的细丝焊接，操作时适当地作三角形摆动，可以控制熔宽、改善焊缝的成形；向下立焊的焊缝成形良好，生产率高，但熔深较小，多用于薄板焊接。向下立焊必须选择合适的焊接规范，焊柱一般不作横向摆动。
仰焊应采用较细的焊丝及较小的焊接电流。薄板件仰焊时，一般多采用小幅度的往复摆动。中厚板仰焊时，应适当横向摆动，并在接缝或坡口两侧稍停片刻，以防焊肉中间凸起及液态金属下淌。(4)CO2气体保护自动焊接操作技术。自动焊时对工件的坡口、装配间隙要求都较严格，焊接规范的选择也要求较严格。一般自动焊采用短滴过渡，或采用大滴过渡，以减少飞溅，并保证焊接过程的稳定。采用的焊丝一般不超过2mm。自动焊对于平焊位置的对接、角接和T形接头等平直焊缝。可采用无热板的单面焊双面成形工艺。为防止烧穿也可采用铜热板，由焊机的行走小车沿焊缝作匀速自动行进，靠自动化程序控制，实现焊接过程。
(5)特种CO2气体保护焊简介。①粗丝CO2气体保护焊。粗丝(焊丝直径3～5mm)自动焊用于中厚板的水平位置焊接。它的特点是焊接熔化系数高，电弧穿透力强，熔深大。与埋弧焊比，在相同条件下，有较高的生产率，较低的焊接成本。虽然使用较大的焊接电流，但是电流密度比用细丝焊时低得多，而电弧电压也较低。焊接过程中，电弧深入熔池，形成所谓的“潜弧”现象，使飞溅减少，焊接过程稳定焊缝成形良好。
②药芯焊丝CO2气体保护焊。药芯焊丝是一种新型的焊接材料。用普通08号钢带加焊药芯轧制而成，截面形式如图7.14所示。(a)多为小直径焊丝，φ=1.6～2.4mm，与平外特性直流电源匹配；(b)、(c)直径为2.4～3.2mm，与交流电源匹配。所用机械与CO2气体保护焊相似，成盘的焊丝由送丝机软管连续自动送入焊柱，焊工手持焊柱施焊。这种焊接工艺靠空心焊丝中含有造渣剂、合金剂、脱氧剂、稳弧剂等成分的焊药产生的气体保护熔池金属，它兼有引弧、稳弧、造渣和向焊缝金属掺合金的作用。有利于获得质量优良的焊缝，具有熔敷率比CO2保护焊更高，坑风能力强等优点，在美、俄、日等国家采用广泛。
(6)CO2保护焊注意事项。在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下，熔宽与熔深都随着焊接速度的增加而减小。如果焊接速度过快，容易产生咬边和未熔合等缺陷，同时气体保护效果变坏，可能出现气孔；焊速过低，产生率不高，焊接变形增大。一般自动焊速度应在15～40m/h范围内，自动焊则不超过90m/h。CO2气体用40L的钢瓶灌装，瓶内压力随外界温度升高而增大，所以CO2气瓶不可靠近热源或置于烈日下暴晒，防爆炸。当压力小于1.0N/mm2时，CO2气体中的含水量大大增加，不能继续使用，否则极易在焊缝跟部及热影响区域出现细微氢致裂纹，危害很大。CO2气流量根据焊接电流速度、焊丝伸长度及喷嘴直径等来选择。
一般短滴过渡时，气体流量约为8～15L/min，大滴过渡时约为15～25L/min。坡口两侧各大于2倍板件厚且不小于100mm宽度范围内对母材均匀预热，焊缝层间温度应保持在120℃以上；焊后热处理0.5～1h，加热温度200℃～250℃，用石棉布包裹保温2h。
4.电渣焊1)原理电渣焊也是一种自动焊，主要用于中碳钢及中、高强度结构钢在竖直位置上的对接焊接。其原理同电弧焊有本质区别。电渣焊开始一般先在电极和引弧板之间产生电弧，利用其热量使周围的焊剂熔化而变成液态熔渣。当液态熔渣在焊件和冷却滑块的空间内达到一定深度(即形成渣池)时，电弧熄灭，此时电弧过程即转变为电渣过程。当焊接电流由电极经过渣池至焊件时，渣池产生的电阻热使电极和焊件熔化，在渣池下面形成金属熔池。随着金属熔池的不断升高，远离热源的熔池金属逐渐冷却而形成焊缝。其过程如图7.15所示。电渣焊有丝极、板极、熔嘴和管状熔嘴等数种，其中管状熔嘴是一种新的工艺方法。
其特点是焊丝的外面套一根细钢管(直径d=12mm，壁厚3mm)，其外壁涂有一层厚2mm的药皮，焊接时管状熔嘴与焊丝一起不断送进和熔化。
其药皮既自动补充熔渣，又向焊缝金属过渡一定的合金元素。而其他电渣焊要通过焊剂向焊缝过渡合金元素相当困难，因而不得不采用低合金钢焊接材料(如丝极、板极等)。熔嘴电渣焊适用于建筑结构的厚板对接、角接焊缝，尤其是钢结构高层建筑中的箱形柱柱面板与内置横隔板的立缝焊接。如图7.16所示为管状熔嘴。1—送进压轮2—管状熔嘴3—药皮4—水冷铜块5—焊缝表面渣壳6—焊丝7—电动机8—管状熔嘴夹持器9—渣池10—熔融金属11—焊缝。
2)操作工艺(1)焊接电流和电压。①焊接电流的选择。可按经验公式计算I=KF(I：平均焊接电流，A；F：管状熔嘴截面积，mm2；K：比例系数，一般取5～7)。②电压与熔缝的熔宽成正比，在起弧阶段电压稍高，一般为50～55V，便于尽快熔化母材边缘和形成稳定的电渣过程。在保证焊透的情况下，电压尽可能低一些。正常焊接阶段所需电压稍低，一般可在35～55V之间选取。焊缝收尾时应适当减小焊接电压，并断续送进焊丝，将焊缝引到熄弧板上收尾。焊接电压随焊接过程而变化，焊接过程随时注意调整电压。(2)焊剂。国产电渣焊专用焊剂有170和360两种。170为无锰、低硅、高氟型焊剂；360为中锰、高硅、中氟型焊剂。
另外某些埋弧焊焊剂(如HJ430、431等)亦可配合适当焊丝用于电渣焊。焊接含碳量低于0.30%～0.35%的碳素钢和低合金钢时，常用焊丝有H08Mn2Si、H10Mn2等牌号。
焊接启动时，慢慢投入少量焊剂，一般为35～50g，焊接过程中应逐渐少量添加焊剂。(3)速度。①焊接速度可在1.5～3m/h的范围内选取。②送丝速度常用的范围为200～300m/h，造渣过程中选取200m/h为宜。(4)渣池深度。渣池深度稳定，所产生的热量稳定，焊接过程也稳定。一般深度与产生的电阻热成正比，取值常为35～55mm。(5)引弧、熄弧板。焊道两端应按工艺要求设置引弧板和熄弧板，一般引弧板长度应达到板厚的2～2.5倍，熄弧板长度应达到板厚的1.5～2倍。(6)熔嘴。①熔嘴不应有明显锈蚀和弯曲。
②安装管状熔嘴并调整对中，熔嘴下端距引弧板底面距离一般为15～25mm。③焊接过程中，应随时检查熔嘴是否在焊道的中心位置上，严禁熔嘴和焊丝过偏。(7)焊接过程中注意。①随时检查焊件的炽热状态，一般约在800℃(樱红色)以上为熔合良好。当不足800℃时，应适当调整焊接工艺参数，适当增加渣池内总热量。②当翼缘板较薄时，翼缘板外部的焊接部位应安装水冷却装置，随时控制冷却水温在50℃～60℃，水流量应保持稳定。(8)熔嘴电渣焊不作焊前预热和焊后热处理，只是引弧前对引弧器加热100℃左右。
7.3.2 高强度螺栓连接技术
高强螺栓连接是目前钢结构建筑最先进的连接方法之一。其特点是施工方便，可拆可换，传力均匀，没有铆钉传力的应力集中高，接头刚性好，承载能力大，疲劳强度高，螺母不易松动，结构安全可靠。在我国钢结构高层建筑中广泛应用，如上海的瑞金大厦、金茂大厦等钢结构高层建筑中亦采用高强螺栓连接。1.高强度螺栓连接的方法。高强螺栓的连接方法分为摩擦型连接，承压型连接两种，如图7.17所示。
1)摩擦型连接该连接是拧紧螺母后，螺栓杆产生强大拉力，把接头处各层钢板压得很紧，以巨大的抗滑移力来传递内力，连接件之间产生相对滑移作为承载能力极限状态。摩擦力的大小是根据钢板表面的粗糙程度(与摩擦面处理的方法有关)和螺栓杆对钢板施加压力的大小来决定。摩擦型连接螺栓形式有六角头型和扭剪型两种，两者的连接性能和本身的力学性能都是相同的，都是以扭矩的大小取决螺栓轴向力的大小；其区别在于外形和施工方法不同，前者的扭矩是由施工工具来控制，后者的扭矩是由螺栓尾部切口的扭断力矩来控制。两者相比，扭剪型更具有施工简便、检查直观、受力良好、质量可靠等优点。近年来钢结构高层建筑工程上绝大部分采用这种形式。
2)承压型连接连接是由螺栓拧紧后所产生的抗滑移力及螺栓杆在螺孔内和连接钢板间产生的承压力来传递应力的一种方法。在荷载设计值下，以螺栓或连接件达到最大承载能力，作为承载能力极限。承压型连接不得用于直接承受动力荷载的构件连接、承受反复荷载作用的构件连接和冷弯薄壁型钢构件连接。所以在钢结构高层建筑中都是应用摩擦型连接。2.高强度螺栓的材料要求。大六角头高强螺栓连接副由一个螺栓杆、一个螺母和二个垫圈组成。螺栓性能等级分为8.8级和10.9级，前者用45号钢或35号钢制作，后者用20MnTiB、40B或35VB钢制作。扭剪型高强螺栓连接副由一个螺栓杆、一个螺母和一个垫圈组成。
螺栓性能等级只有10.9级，用20MnTiB制作。钢结构用高强度螺栓、螺母、垫圈的性能等级及机械性能要求见表7-8。其规格尺寸和钢材的化学成分、性能要求应符合有关规定。
3.施工工艺高强螺栓的施工，包括摩擦面处理、安装、初拧、终拧和检验等工作。1)栓杆长度确定长度计算：L=A+B+C+D式中L：螺栓需要总长度，(mm)；A：节点各层钢板厚度总和，(mm)；B：垫圈厚度(mm)；C：螺母厚度，(mm)；D：拧紧后露出2～4扣的长度，(mm)。2)备料数量：按计算的数量增加5%的施工损耗3)工艺要点(1)安装前注意。①高强螺栓连接副应按批号分别存放，并应在同批内配套使用。在储存、运输和施工过程中不得混用，轻装、轻卸，防止受潮、生锈、玷污和碰伤。②高强螺栓节点钢板的抗滑移面，应按规定的工艺进行摩擦面处理，并达到设计要求的抗滑移动系数(摩擦系数)。
③高强螺栓使用前，应按有关规定对高强螺栓的各项性能进行检验。④安装高强螺栓时，接头摩擦面上不允许有毛刺、铁屑、油污、焊接飞溅物。摩擦面应干燥、没有结露、积霜、积雪、并不得在雨天进行安装。⑤使用定扭矩扳子紧固高强度螺栓时，班前应对定扭矩扳子进行核校，合格后方能使用。(2)安装时注意以下几点。①一个接头上的高强螺栓，应从螺栓群中部开始安装，逐个拧紧。初拧、复拧、终拧都应从螺栓群中部开始向四周扩展逐个拧紧，每拧紧一遍均应用不同颜色的油漆做上标记，防止漏拧。终拧后应用腻子封严四周，防止雨水侵入，初拧、复拧、终拧必须在同一天内完成。
②接头如有高强度螺栓连接又有电焊连接时，是先紧固还是先焊接，应按设计要求规定的顺序进行。当设计无规定时，按先栓后焊的施工工艺顺序进行。
③高强螺栓应自由穿入螺栓孔内，高强度螺栓应自由穿入孔内，严禁用榔头等工具强行打入或用扳手强行拧入螺孔，否则螺杆产生挤压力，使扭矩转化为拉力，使钢板压紧力达不到设计要求。当板层发生错孔时，允许用铰刀扩孔。扩孔时，铁屑不得掉入板层间。扩孔数量不得超过一个接头螺栓孔的1/3，扩孔直径不得大于原孔径再加2mm。严禁用气割进行高强螺栓孔的扩孔工作。④一个接头多颗高强螺栓穿入方向应一致。垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头和螺母，螺母有圆台的一面应朝向垫圈，螺母和垫圈不应装反。并以扳手向下压的紧固方向为最佳。
⑤安装中出现板厚差(δ)时，δ≤1mm可不处理；δ＞1mm，将厚板一侧磨成1∶5缓坡，使间隙<1mm；δ>3mm时，要加设填板，填板制孔、表面处理与母材相同。
⑥当气温低于－10℃和雨、雪天气时，在露天作业的高强螺栓应停止作业。当气温低于0℃时，应先做紧固轴力实验，不合格者，当日应停止作业。⑦高强螺栓紧固方法。高强螺栓的紧固是用专门扳手拧紧螺母，使螺栓杆内产生要求的拉力。大六角头高强螺栓一般用两种方法拧紧，即扭矩法和转角法。扭矩法分初拧和终拧二次拧紧，进行初拧扭矩用终拧扭矩的60%～80%，其目的是通过初拧，使接头各层钢板达到充分密贴。再用终拧扭矩把螺栓拧紧。如板层较厚，板叠较多，初拧后板层达不到充分密贴，还要增加复拧，复拧扭矩和初拧扭矩相同。转角法也是以初拧和终拧二次进行。初拧用扭矩法，终拧用转角法。
初拧用定扭矩扳子以终拧扭矩的50%～80%进行，使接头各层钢板达到充分密贴，再在螺母和螺栓杆上面通过圆心画一条直线，然后用扭矩扳子转动螺母一个角度，使螺栓达到终拧要求。转动角度的大小在施工前由实验确定。
扭剪型高强螺栓紧固也分初拧和终拧二次进行。初拧用定扭矩扳手，以终拧扭矩的50%～80%进行，使接头各层钢板达到充分密贴，再用电动扭剪型扳子把梅花头拧掉，使螺栓杆达到设计要求的轴力。电动扭剪型扳子一般有大小两各套管，大套管卡住螺母，小套管卡住梅花头，接通电源后，两个套管按反向旋转，螺母逐渐拧紧，梅花头切口受剪力逐渐加大，螺母达到所需要的扭矩时，梅花头切口剪断，梅花头掉下。这时螺栓达到要求的轴力，如图7.18所示。
7.4 钢结构高层建筑的制作和安装
7.4.1钢结构构件的制作由于钢结构高层建筑建筑工程规模大、构件类型多，技术复杂、制作工艺要求严格，一般均由专业工厂来加工制作，组织大流水作业生产。这样做有利于结合工厂条件，便于采用先进技术。钢结构生产工艺流程如图7.19所示。
4)钢材的准备检验钢材材质的质量保证书(记载着本批钢材的钢号、规格、长度、根数、出产单位、日期、化学成分和力学性能)；检查钢材的外形尺寸、钢材的表面缺陷；检验钢结构用铺助材料(包括螺栓、电焊条、焊剂、焊丝等)的化学成分，力学性能及外观。所有检验结构均应符合设计文件要求和国家有关标准。5)堆放检验合格的钢材应按品种、牌号、规格分类堆放，其底部应垫平、垫高，防止积水。注意堆放不得造成地基下陷和钢材永久变形。2.零件加工1)放样根据加工工艺图，以1∶1的要求放出整个结构的大样，制作出样板和样杆以作为下料、铣边、剪制、制孔等加工的依据。
放样应在专门的钢平台或平板上进行，样板和样杆是构件加工的标准，应使用质轻、坚固、不宜变形的材料(如铁皮、扁铁、塑料板等)制成并精心使用，妥善保管。
2)号料以放样为依据，在钢材上画出切割、铣、刨边、弯曲、钻孔等加工位置。号料前，应根据图纸用料要求和材料尺寸合理配料，尺寸大、数量多的零件应统筹安排、长短搭配、先大后小或套材号料；根据工艺图的要求尽量利用标准接头节点，使材料得到充分的利用而耗损率降到最低值；大型构件的板材宜使用定尺料，使定尺的宽度或长度为零件宽度或长度的倍数；另外根据材料厚度的切割方法适当的增加切割余量。切割余量、号料的允许偏差应符合有关规定。3)下料钢材的下料方法有气割、机械剪切、等离子切割和锯切等，下料的允许偏差应符合相应的规定。(1)气割。
利用氧气和燃料燃烧时产生的高温熔化钢材，并以高压氧气流进行吹扫，使金属按要求的尺寸和形状切割成零件。可以对各种钢材进行切割，它用的氧气的纯度对气体消耗量、切割速度、切割质量有很大的关系。
4)制孔制孔分钻孔和冲孔两类，各级螺栓孔、孔距等的允许偏差应符合相关规定。(1)钻孔。钻孔适用性广，孔壁损伤小，孔的精度高。对于重要结构的节点，先预钻一级孔眼的尺寸，在装配完成调整好尺寸后，扩成设计孔径；一次钻成设计孔径时，为了使孔眼位置有较高的精度，一般均先制成钻模，钻模贴在工件上调好位置，在钻模内钻孔。为提高钻孔效率，可以把零件叠在一起钻几块钢板，或用多头钻进行钻孔。一般钻孔在钻床上进行，若工件太大，不便在钻床上进行时，可用电磁座钻加工。(2)冲孔。冲孔一般只能用冲较薄的钢板和型钢，且孔径大小一般大于钢材厚度，否则易损坏冲头。
冲孔效率高，但孔的周围会产生冷作硬化，孔壁制质量差，只用于次要连接。冲孔一般用冲床。当碳素结构钢在环境温度低于－20℃、低合金结构钢在环境温度低于－15℃时，不得进行冲孔。
5)边缘加工边缘加工包括：为消除切割造成的边缘硬化而将板边刨去2～4mm；为了保证焊缝质量而将钢板边刨成坡口；为了装配的准确性及保证压力的传递，而将钢板刨直或铣平。边缘加工的方法有刨边、铣边、铲边、碳弧气刨、气割坡口等。刨边使用刨床，可刨直边也可刨斜边；铣边为端面加工，光洁度比刨边差一些，用铣床加工；铲边可以用手工或风铲，加工精度较差；碳弧气刨利用碳棒与被刨削的金属产生的电弧将工件熔化，压缩空气随即将熔化的金属吹掉；气割坡口将割炬嘴偏斜成所需要的角度，然后对准开坡口的位置运行割炬。边缘加工的允许偏差应符合相应的规定。
6)弯曲根据设计要求，利用加工设备和一定的工装模具把板材或型钢弯制成一定形状的工艺方法。一般油冷弯和热弯两种方法。
(1)冷弯。钢板或型钢冷弯的工艺方法有滚圆机滚弯、压力机压弯以及顶弯、拉弯等，各种工艺方法均应按型材的截面形状、材质、规格及弯曲半径制作相应的胎膜，并经试弯符合要求后方准正式加工。冷弯后零件的自由尺寸的允许偏差应符合相应的规定。(2)热弯。也称煨弯，是将钢材加热到1000℃～1100℃(暗黄色)时立即进行煨弯，并在500℃～550℃(暗黑色)之前结束。钢材加热如超过1100℃，则晶格将会发生裂隙，材料变脆，致使质量急剧降低而不能使用；如低于550℃，则钢材产生蓝脆而不能保证煨弯的质量，因此一定要掌握好加热温度。7)变形矫正。
钢材在运输、装卸、堆放和切割过程中，有时会产生不同的弯曲波浪变形，如变形值超过规范规定的允许值时，必须在下料以前及切割之后进行变形矫正。钢结构的矫正时通过外力和加热作用，迫使已发生变形的钢材反变形，以使材料或构件达到平直及设计的几何形状的工艺方法。常用的平直矫正方法有人工矫正、机械矫正、火焰矫正和混合矫正等。钢材校正后的允许偏差符合相应规定。(1)人工矫正。人工矫正采用锤击法，锤子使用木锤，如用铁锤，应设平垫；锤的大小、锤击点的着力的轻重程度应根据型钢的截面尺寸和板料的厚度合理选择。
该法适用薄板或截面比较小的型钢构件的弯曲、局部凸出的矫正，但普通碳素钢在低于－16℃、低合金钢低于－12℃时，不得使用本法，以免产生裂纹。矫正后的钢材表面不应有明显的凹面和损伤，锤痕深度不应大于0.5mm。
3.构件的组装和预拼装1)组装组装是将设备完成的零件或半成品按要求的运输单元，通过焊接或螺栓连接等工序装配成部件或构件。组装应按工艺方法的组装次序进行，当有隐蔽焊缝时，必须先施焊，经检验合格后方可覆盖；为减少大件组装焊接的变形，一般采用小件组装，经矫正后再整体大部件组装；组装要在平台上进行，平台应测平，胎膜须牢固地固定在平台上；根据零件的加工编号，对其材料、外形尺寸严格检验考核，毛刺飞边应清除干净，对称零件要注意方向以免错装；组装好的构件或结构单元，应按图纸用油漆编号。钢构件组装的方法见表7-9。
2)预拼装由于受运输、安装设备能力的限制，或者为了保证安装的顺利进行，在工厂里将多个成品构件按设计要求的空间设置试装成整体，以检验各部分之间的连接状况，称为预拼装。预拼装一般分平面预拼装和立体预拼装两种状态，拼装的构件应处于自由状态，不得强行固定。预拼装检验合格后，应在构件上标注上下定位中心线、标高基准线、交线中心点等必要标记，必要时焊上临时撑件和定位器等。其允许偏差应符合相应的规定。4.成品涂装、编号1)涂装钢结构高层建筑件一般只作防锈蚀处理，不刷面漆。通常是在加工验收合格后，对焊缝处、高强螺栓摩擦面处刷两遍防锈油漆，待现场安装完后，再对焊缝和高强螺栓接头处补刷防锈漆。
涂刷前必须将构件表面的毛刺、铁锈、油污以及附着物清除干净，使钢材露出铁灰色，以增加油漆与表面的黏结力，其方法、质量等级见表7-10。2)编号涂装完毕后，应在构件上标记构件的原编号，大型构件应表明重量、重心位置和定位标记。5.钢构件验收钢构件制作完成后应按照施工图和《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2002)、《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99—1998)的规定进行成品验收。构件外形尺寸的允许偏差应符合相应的规范规定。
7.4.2 钢结构的安装
1.基本要求在高层建筑结构的施工中，钢结构的安装是一项很重要的分部工程，由于其规模大、结构复杂、工期长、专业性强，因此操作时除应执行国家现行《钢结构设计规范》、《钢结构工程施工质量验收规范》和《高层民用建筑钢结构技术规范》外，还应注意以下几点：(1)在钢结构详图设计阶段，应与设计单位和生产厂家相结合，根据运输设备、吊装机械、现场条件以及城市交通规定的要求确定钢构件出厂前的组装单元的规格尺寸，尽量减少现场或高空的组装，以提高钢结构的安装速度。
(5)在确定安装方法时，必须与土建、水电暖卫、通风、电梯等施工单位结合，作好统筹安排、综合平衡工作；安装顺序应保证钢结构的安全稳定和不导致永久变形，且能有条不紊地较快进行。(6)钢结构高层建筑安装时的主要工艺，如测量校正、厚钢板焊接、高强螺栓节点的摩擦面加工及安装工艺等，必须在施工前进行工艺试验，在其基础上确定各项工艺参数，并编出各项操作工艺。2.安装前的准备工作01)技术准备(1)加强与设计单位的密切结合。确保设计图纸实施的可能性，减少出图后的设计变更。
(2)了解现场情况，掌握气候条件。全面的了解现场施工场地各方面的条件，进行统一规划。并对温差、风力、湿度及各个季节的气候变化等自然气候条件进行了解，便于采取相应的技术措施，编制好钢结构安装的施工组织设计。(3)编制施工组织设计。在了解和掌握总承包施工单位编制的施工组织总设计安排的基础上，择优选定施工方法和施工机具。对于需要采用的新材料、新技术，应组织力量进行试制、试验工作(如厚钢板的焊接等)。2)施工组织与管理准备(1)明确承包项目范围，签订分包合同。(2)确定合理的劳动组织，进行专业人员技术培训工作。(3)进行施工部署安排，对工期进度、施工方法、质量和安全要求等进行全面交底。
3)物质准备(1)各种机具、仪器的准备。①塔式起重机。钢结构高层建筑的安装采用的机械主要是塔式起重机。应根据结构平面的几何形状和尺寸，构件的质量等进行选用。静安希尔顿酒店选用内爬式塔式起重机，深圳发展中心大厦工程选用了外附着式塔式起重机。一般情况下，应尽可能采用外附着式起重机，拆装方便，其塔基可选在地下层或另设塔基；当选择内爬塔式起重机时，塔式起重机一般设在电梯井处。塔式起重机的位置和性能应能满足以下要求：臂杆长度对建筑物具有足够的覆盖面；有足够的起重机能力，并满足不同位置构件起吊质量的要求；钢丝绳容量需满足起吊高度和起重能力的要求；起吊速度要有足够的档次，以满足安装需要。
当多机作业时，应考虑当塔式起重机为水平臂杆时，臂杆要有足够的高差，能够安全运转而不碰撞；各塔式起重机之间应有足够的安全距离，确保臂杆与塔身互不相碰。
塔式起重机的顶升、锚固或爬升应注意的问题：对外附着式塔式起重机，其吊钩的高度应满足安装高度和各塔式起重机之间的高差要求，并根据塔身允许的自由高度来确定锚固次数；塔式起重机的锚固点应选择有利于钢结构加固，并能先形成框架整体结构以及有利于幕墙安装的部位，锚固点应进行计算。对内爬式塔式起重机，其爬升的位置应满足塔身自由高度和钢结构每节柱单元安装高度的要求；塔式起重机的基座与钢结构梁柱的连接方法，应进行计算确定；塔式起重机所在位置的钢结构应在爬升前焊接完毕，以形成整体。②焊接设备与辅助设备。
焊接设备常用的有：焊接发电机、焊接整流器、焊接变压器、埋弧焊机、明弧焊机，电渣焊机和栓钉焊机等，目前国产的电焊机种类很多，分直流和交流两大类。辅助设备有远红外线烘干箱(烘干焊条)和空气压缩机(作为碳弧气刨、空气等离子切割机及风动机具的风源)等。
③切割设备。一般下料、加工常用的切割设备有手动和自动割枪、各种切(气)割机、切断机、下料机、剪切机、联合剪冲机等。压型钢板及薄钢板的切割设备为空气等离子弧切割机和空气等离子弧切割机。④焊接与气割工具及仪器仪表。焊接与气割工具包括用于打磨的各种砂轮机、用于清焊渣的风动打渣机、电焊条保温桶、焊接多用尺、用于预热和后热4个喷嘴的散发式火焰抢、碳弧气刨枪等。焊接与气割仪器仪表包括找寻焊缝中缺陷与裂纹的超声波探伤仪、检测焊缝表面缺陷与裂纹的磁粉探伤仪、检测焊缝表面延迟裂纹的着色颜料、各种温度计、手持风速仪、气压表、电流表、电压表、测厚仪、百分表、游标卡尺、放大镜等。⑤紧固工具。
主要是高强螺栓扳子，包括扭剪型和扭矩型螺栓用扳子，后者分电动与手动两种。
⑥测量仪器与工具。测量仪器包括激光经纬仪和激光铅直器(竖向投点，夜间作业放线)、经纬仪(一般放线，柱子校正，垂直放线)、水平仪或精密水平仪、弯管目镜(垂直投点)、全站仪(工程测量、放样、体积计算)等。测量工具包括：各种尺，弹簧枰，温度计，铁水平，激光靶，记号笔，油漆，报话机等。⑦安装设备与工具。包括千斤顶、铁扁担、钢丝绳及卡子、滑轮及附件等。(2)按施工平面布置的要求，组织钢构件及大型机械进场，并对机械进行安装及试运行。(3)构件的配套、预检。
①构件配套按安装流水顺序进行，以一个结构安装流水段为单元，将所有钢构件分别由堆场整理出来，集中到配套场地，在数量和规格齐全之后进行构件预检和处理修复，然后根据安装顺序，分批将合格的构件由运输车辆供应到工地现场。配套中应特别注意附件(如连接板等)的配套，否则小小的零件将会影响到整个安装进度，一般对零星附件是采用螺栓或铅丝直接临时捆扎在安装节点上。②钢构件在出厂前，制造厂根据制作规范、规定及设计图纸的要求进行产品检验，填写质量报告，实际偏差值。钢构件交付结构安装单位后，结构安装单位再在制造厂质量报告的基础上，根据构件性质分类，再进行复检或抽检。
结构安装单位对钢构件预检的项目，主要是同施工安装质量和工效有关的数据，如几何外形尺寸、螺孔大小和间距、预埋件位置、焊缝坡口、节点摩擦面、构件数量规格等。构件的内在制作质量应以制造厂质量报告为准。预检数量，关键构件全部检查；其他构件抽检10%～20%，应记录预检数据。
构件预检最好由结构安装单位和制造厂联合派人参加(其计量工具、质量标准应统一)。同时还应组织构件处理小组，将预检出的偏差及时给予修复，严禁不合格构件送到工地现场，更不应到高层去处理。现场施工安装应根据预检数据，采取措施，以保证安装顺利进行。(4)安装前，应对建筑物的定位轴线、底层柱的安装位置线、柱间距、柱基地脚螺栓、基础标高和基础混凝土强度进行检查，待合格后才能进安装。3.钢结构高层建筑安装1)安装流水段钢结构高层建筑安装须按照建筑平面形状、结构形式、安装机械的数量和位置等，合理划分安装施工流水区段。
(1)平面流水段的划分。应考虑钢结构在安装过程中的对称性和整体稳定性，安装顺序一般应由中央向四周扩展，以便于减少和消除焊接失误。从如图7.20所示可以看出北京长富宫钢结构结构柱和梁安装，在平面上是划分成了两个流水段，其安装顺序符合从中央向四周扩展的安装原则。
(2)立面流水段划分。以一节钢柱(各节所含层数不一)高度内所有构件作为一个流水段。每个流水段先满足以主梁或钢支撑带状桁架安装成框架的原则，再进行次梁、楼板及非结构构件的安装。塔式起重机的提升、顶升与锚固均应满足组成框架的需要。
2)安装(1)安装顺序。安装多采用综合法，其顺序一般是：平面内从中间的一个节间(标准节框架)开始，以一个节间的柱网为一个安装单元，先安装柱，后安装梁，然后往四周扩展。垂直方向自下而上组成稳定结构后分层次安装次要构件，一节间一节间钢框架，一层楼一层楼安装完成，以便消除安装误差累积和焊接变形，使误差减低到最小限度。筒体结构的安装顺序一般为先内筒后外筒，对称结构采用全方位对称方案安装。凡有钢筋混凝土内筒体的结构，应先浇注筒体。(2)安装要点。一般高层及超钢结构高层建筑建筑的安装工艺流程如图7.21所示。
①凡在地面拼装的构件，须设置拼装架组拼(立拼)，易变形的构件应先进行加固，组拼后的尺寸经校检无误后，方可安装。②各类构件的吊点，宜按下述方法设置：。
钢柱平运两点起吊，安装一点立吊。立吊是须在柱子根部垫以垫木，以回转法起吊，严禁根部拖地。钢梁，用特制吊卡两点平吊或串吊。钢构件的组合件因组合件形状、尺寸不同，可通过计算重心来确定吊点，并可采用两点、三点或四点吊。③钢构件的零件及附件应随构件一并起吊，对尺寸较大、质量较大的节点板，应用铰链固定在构件上；钢柱上的爬梯，大梁上的轻便走道也应牢固固定在构件上。④每个流水段一节柱的全部钢构件安装完毕并验收合格后，方能进行下一流水段钢结构的安装。
⑤在安装前、安装中及竣工后均应采取一定的测量手段来保证工程质量测量，测量预控程序如图7.22所示。
⑥当天安装的构件，应形成空间稳定体系，以确保安装质量和结构的安全；当一节柱的各层梁安装校正后，应立即安装本节各层楼梯，铺好各层楼面的压型钢板；预制外墙板应根据建筑物的平面形状对称安装，使建筑物各侧面均匀加载；楼面上的施工荷载不得超过梁和压型钢板的承载力；叠合楼板的施工应随着钢结构的安装进度进行，两个工作面相距不宜超过5个楼层。⑦安装时，应注意日照、焊接等温度引起的热影响，施工中应有调整因构件伸长、缩短、弯曲而引起的偏差的措施。⑧为控制安装误差，对钢结构高层建筑先确定标准柱(能控制框架平面轮廓的少数柱子)，一般选平面转角柱为标准柱。其垂直度观测取柱基中心线为基准点用激光经纬仪进行。
(3)安装校正。①安装前，首先要确定是采用设计标高安装还是采用相对标高安装。柱子、主梁、支撑等大构件安装时，应立即进行校正，校正正确后，应立即进行永久的固定，以确保安装质量。②柱子安装时，应先调整位移，最后调整垂直偏差，应按规范规定的数值进行校正，标准柱子的垂直偏差应校正到±0.000；当上柱和下柱发生扭转错位时，可在连接上下柱的临时耳板处，加垫板进行调整。主梁安装时，应根据焊缝收缩量预留焊缝变形量。各项偏差均符合规范的规定。③当每一节柱子的全部构件安装、焊接、栓接完成并验收合格后，才能从地面引测上一节柱子的定位轴线。
各部分构件(即柱、主梁、支撑、楼梯、压型钢板等)的安装质量检查记录，必须是安装完成后验收前的最后一次实测记录，中间的检查记录不得作为竣工验收的记录。
(4)钢结构连接。目前钢结构的现场连接方法主要有：焊接连接，用于柱一柱连接，钢柱之间常用坡口焊连接；螺栓—焊接混合连接，用于柱—梁连接、梁—梁连接，一般上、下翼缘用坡口焊连接，而腹板用高强螺栓连接，次梁与主梁的连接基本上是在腹板处用高强螺栓连接，少量在上、下翼缘处用坡口焊连接，混合连接如图7.23所示；螺栓连接，用于支撑连接。柱与梁的焊接顺序是先焊接顶部柱、梁的节点，再焊接底部柱、梁的节点，最后焊接中间部分的柱、梁节点。
高强螺栓连接两个连接构件的紧固顺序是先主要构件，后次要构件；H形构件的紧固顺序是上翼→下翼缘→腹板；同一节柱上各梁柱节点的紧固顺序是柱子上部的梁柱节点→柱子下部的梁柱接点→柱子中部的梁柱节点；每一节点安装紧固高强螺栓的顺序是摩擦面处理→检查安装连接板(对孔，扩孔)→临时螺栓连接→高强螺栓紧固→初拧→终拧。操作要点见本章7.3.2相关内容。
7.4.3 钢结构高层建筑制作和安装焊接工艺
钢结构高层建筑的制造和安装焊接连接有以下特点：结构构件钢板多为厚板或超厚板；钢材多为高强低合金钢，焊接性能较差，工艺复杂；接头形式复杂，坡口形式多样；焊接材料质量要求严格，焊缝金属的强度与质量等级要求高；焊缝多为半熔透和全熔透；焊接工作量大。为做好钢结构高层建筑的焊接工作，在焊接工作开始前，应针对所用的钢材材质焊缝的质量要求，焊缝的形式、位置、厚度等选定合适的焊接方法；并选用相应的焊条、焊丝、焊剂的规格和型号；需要烘烤的条件；需要的焊接电流电压；厚钢板焊前预热温度；焊接顺序；引弧板的设置；层间温度的控制；可以停焊的部位；焊后热处理(后热)和保温等，确定各项参数及相应的技术措施。
1.焊接方法钢结构高层建筑的焊接方法多采用CO2保护焊、自动埋弧焊、电渣焊等，手工电弧焊则一般用作焊缝打底。在钢构件的制作中，翼缘板和腹板的长度拼接及H形、箱形柱和梁等构件纵向组合主焊缝的焊接，广泛采用埋弧焊。在要求全焊透的接头中，为了避免坡口底部因漏焊而破坏焊缝成型，还采用药皮焊条手工点弧焊或CO2气体保护焊打底，然后用埋弧焊填充和盖面；如图7.24所示为H形截面采用埋弧焊的操作示意图。箱形截面柱与梁翼缘连接部位的柱内设置的横隔板，与柱身面板间的立缝一般采用熔嘴电渣焊焊接，箱形结构封闭后，通过预留孔用两台焊机同时进行电焊。
由两根热轧H型钢(其中一根从腹部中线切开)组成或者用钢板组焊而成的一个H型截面和两个T型截面组成的十字型钢柱，由于十字型构件翼缘的障碍，腹板焊接可用手工电弧焊或CO2保护半自动焊，整个焊接工作必须在模架上进行，利用丝杠、夹县把零件固定在模架上点焊，然后按十字形腹板的焊接顺序施焊。
在钢结构的现场安装中，柱与柱的连接用横坡口焊，柱与梁的连接用平坡口焊；焊接母材厚度不大于30mm时采用手工焊，焊接母材厚度大于30mm时采用CO2气体保护半自动焊。
2.焊接前的准备工作1)焊条、焊丝、焊剂规格和型号等的选择先根据焊接工艺试验确定的焊接方法，再由不同的焊接方法的操作工艺来进行选择，参见本章7.3.1相关内容。2)检查焊接操作条件，工具、设备和电源焊工操作平台，脚平放风等操作条件都安装到位；焊机型号应正确、完好；事先放好设备平台，必要的工具应配备齐全，且放在操作平台上的设备排列应符合安全规定；电源线路要合理和安全可靠，安装稳压器。3)焊条(丝)、焊剂的烘烤焊条和粉芯焊丝使用前必须按质量要求进行烘烤，严禁使用湿焊条。焊条的烘烤制度见表7-11。
焊剂不应受潮结块，焊剂在使用前必须烘干，烘干温度一般为中锰型焊剂(如HJ430、HJ431)250℃～300℃，烘烤时间2h；无锰或低锰型焊剂(如HJ230)300℃～400℃，烘烤2h后使用。使用中回收的焊剂经过筛除，去杂物后烘干，再与新焊剂配比使用。车间要定期回收焊剂以免浪费。4)热板和引弧板：坡口焊均用热板和引弧板，目的是保证底层焊接质量。引弧板可保证正式焊缝的质量，避免起弧和收弧时对焊接件增加初应力和产生缺陷，引弧板安装如图7.25所示。热板和引弧板均用低碳钢制作，间隙过大的焊缝宜用紫铜板。
5)定位点焊焊接结构在拼接组装、安装时，要确定零件、构件的准确位置，要先进行定位点焊，如果定位点焊的质量不好，这种短焊缝的焊接缺陷留在焊缝中，将会影响焊接结构的质量。定位点焊的尺寸可参考有关手册。
(7)焊前必须清除焊接区的有害物，定位焊缝不得有裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷。当定位焊缝上有气孔、裂纹时，必须清除后重新进行焊接。(8)定位焊焊缝厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，且不应大于6mm。长焊缝焊接时，定位焊缝长度不宜小于50mm，焊缝间距宜为500～600mm，并应填满弧坑。
6)坡口检查采用坡口焊的焊接连接，焊前应对坡口组装的质量进行检查，如误差超过规范所允许的误差，则应返修后再进行在进行焊接。同时，焊接前对坡口进行清理，去除对焊接有妨碍的水分、垃圾、油污和锈等。7)焊工岗前培训焊工必须事先培训和考核，培训内容同规范一致。考核合格后发合格操作证明(发证单位须具有发证资格)，严禁无证操作。3.焊接工艺要点1)焊接顺序采用合理的焊接顺序，可以防止产生过大的焊接变形，并尽可能减少焊接应力，保证焊接质量。
(1)构件制作时合理的焊接顺序。①钢板较厚需要分多层焊时，从焊接区内部由下向上逐层堆焊。如图7.27所示的H形柱组拼、十字形构件的焊接顺序。
②先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝。③尽可能对称施焊，使产生的变形互相抵消。④焊缝相交时，先焊纵向焊缝，待焊缝冷却到常温后，再焊横向焊缝。⑤从焊件的中心开始向四周扩展。(2)钢结构安装时应遵从的合理顺序。①只有在每一流水段(一节柱段高度范围内)的全部构件吊装、校正和固定并检查合格后，方可施焊。②应从建筑平面中心向四周扩展，采用结构对称、节点对称和全方位对称的焊接顺序。如图7.28所示的长富宫京城大厦的焊接顺序遵循了该原则。
③立面一个流水段，即一节柱(三层)竖向焊接顺序是：上层主梁→压型钢板支托→压型钢板点焊；下层主梁→压型钢板支托→压型钢板点焊；中间层主梁→压型钢板支托→压型钢板点焊；上柱与下柱焊接。④柱与柱的焊接，应由两名焊工在两相对面等温、等速对称施焊。加引弧板进行柱与柱接头焊接时施焊方法：先第一个两相对面施焊(焊层不宜超过4层)→切除引弧板→清理焊缝表面→再第二个相对面施焊(焊层可达8层)→再换焊第一个两相对面→如此循环直到焊满整个焊缝。如图7.29所示。
不加引弧板焊接柱接头时，一个焊工可焊两面，也可以两个焊工从左向右逆时针转圈焊接。起焊在离柱棱50mm处，焊完一层后，以后施焊各层均在前一层起焊点相距30～50mm处起焊。每焊一遍后要认真清渣。焊到柱棱角处要放慢施焊速度，使柱棱成为方角焊逢，最后一层为盖面焊缝，可以用直径较小的焊条和电流施焊。不用引弧板，此操作可避免在焊缝端头、转角等应力集中部位，因焊缝的起焊点和收尾点的起弧和收弧产生未焊透等缺陷。如图7.30所示。H型钢柱的施焊顺序为先腹板后翼缘板，如图7.31所示。
⑤梁和柱接头的焊接，必须在焊缝两端头加引弧板。引弧板安装见图7.25。引弧板长度为焊缝厚度的3倍，厚度与焊缝厚度相对应。施焊时，一般先焊H型钢的下翼缘板，再焊上翼缘板；一根梁的两个端头先焊一个端头，等其冷却至常温后，再焊另一端头。焊完后割去引弧板时，应留5～10mm。2)焊前预热、层间温度控制、焊后热处理焊接过程，实质上是熔池位置随时间不断变化的冶金过程。热传导速度以及能否保证熔入焊缝金属组织中的氢有充裕时间逸出，形成理想的晶体，是防止氢脆和冷裂纹产生的关键。因此在焊接施工中，除了选用相应的低氢碱焊条和既定的规范外，还须特别注意对钢板焊接前预热、层间温度控制、焊后热处理等措施，并作出相应规定。
(1)预热。焊接时由于局部的激热速冷，在焊接区域可能产生裂纹。预热可以减缓焊接区的激热和速冷过程；预热后还可以减小约束大的接头的收缩应力；另外预热还可以排除焊接区的水分和湿气，排除了水分也排除了产出氢气的根源，防止了裂纹产生。所以正式焊接工作开始前，对厚钢板的焊缝区要进行预热。一般根据工作地点的环境温度、钢材的材质和厚度，选择相应的预热温度对焊件进行预热。表7-12列举了厚钢板预热的条件；表7-13列举了不同材质的钢材需要预热的温度。
本页含表格（表7-12），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
凡需预热的构件。焊前应在焊道两侧板厚的2倍且不大于100mm范围内均匀预热，预热温度的测量应在距焊道50mm处进行。当工作地点的环境温度为0℃以下时，焊接件的预热温度、后热温度应通过试验确定。(2)层间温度控制。高强低合金钢厚板焊接中，要严格控制焊缝层间温度，使焊缝冶炼处于恒温状态，有利于氢的逸出。一般层间温度控制在100℃～120℃范围内，应定时检测。当温度低于100℃时重新加热至控制温度，再继续施焊。
(3)焊后热处理。焊接厚度较大的钢材，当焊缝急速冷却时，焊缝区会存在很大的残余应力。随着时间的推移，由于应力腐蚀等原因，还会产出裂缝(延迟裂纹)，造成结构的破坏。所以在构件焊接后必须进行后热处理，以消除强大的残余应力，同时利用残留氢的溢出。焊后热处理操作：在焊缝区焊厚2～3倍范围内，用多排预热气焊柱均匀地加热到150℃～200℃，具体时间应根据施工环境气温条件，钢板材质、钢板厚度来决定，一般时间控制在1～2h。焊缝后热达到规定温度后，应使用石棉布覆盖按规定时间保温，使焊缝区缓慢冷却至常温。后热处理应于焊后立即进行。
对于板厚超过30mm，具有淬硬倾向和约束度很大的低含金钢的焊接，必要时可进行后热处理，后热处理的温度一般为200℃～300℃，后热时间为每30mm板厚1h。
3)焊接应根据焊接工艺试验所确定的焊接方法及有关技术措施，遵循构件制作及现场安装时施焊的合理顺序对不同部位、不同接头的焊缝进行施焊。施焊过程中应注意：(1)每条焊缝一经施焊原则上要连续操作一次完成。大于4h焊接量的焊缝，其焊缝必须完成2/3以上才能停焊，然后再二次施焊完成。间隔后的焊缝；开始工作后中途不能停止。(2)凡在雨雪天气中施焊，必须没有防护措施，否则应停止作业。对于正在施焊而未冷却的部位遇雨，应用碳刨铲除后重焊。冬期施工时，应根据有关规定采取缓冷措施，如CO2加热、防冻、焊后包裹石棉布等。
(3)采用手工电弧焊，风力大于5m/S(三级风)时；采用气体保护焊，风力大于2m/S(二级风)时，均要采取防风措施。(4)为了减少焊缝中扩散氢的含量，防止冷裂和热影响区延迟裂纹的发生，在坡口的尖部均应采用超低氢型焊条打底2～4层，然后用低氢型焊条或气体保护焊做填充。
(5)由于构件制作和安装均存在允许偏差，因此当柱和主梁安装校正预留偏差后，构件焊缝的间隙不符合要求时，必须进行处理。柱子间缝过大的处理方法是选用焊条把间隙焊满，并进行清理，再按焊接工艺将焊缝焊好，如图7.32(a)所示。上柱和下柱的连接板，应在焊肉达到母材厚度的1/3时才允许割除，切割时应距母材表面10～15mm，并要求均匀平整。主梁与柱子间缝隙过小的处理方法是先用气割垂直切一条5mm的间隙，再在柱子面上附上一块薄钢板以保护柱面，然后用气割切出斜面，最后想用角向砂轮将坡口磨平，如图7.32(b)所示。
(6)柱与柱、梁与柱的焊接接头，应在实验完毕将焊接工艺全过程记录下来，测量出焊缝收缩值，反馈到钢结构制作厂，作为柱、梁加工时增加长度的依据。现场焊缝收缩值受周围已安装柱，梁的影响，约束程度不同收缩亦各异。
(7)焊接时，焊工应遵守焊接工艺，不得自由施焊及在焊道外的母材上引弧。(8)多层焊接宜连续施焊，每一层焊道焊完后应及时清理检查，清除缺陷后再焊。(9)角焊缝转角处宜连续绕角施焊，起落弧点距焊缝端部宜大于10.0mm，弧坑应填满。(10)焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应查清原因，订出修补工艺后方可处理。(11)焊缝同一部位的返修次数，不宜超过两次。当超过两次时，应按返修工艺进行。(12)焊接完毕，焊工应清理焊缝表面的熔渣及两侧飞溅物，检查焊缝外观质量。检查合格后应在工艺规定的焊缝部位打上焊工钢印。
(13)30mm以上厚板在焊接时，除了按正确顺序施焊外，为防止在厚度方向出现层状撕裂，还是采取以下措施。①将易发生层状撕裂部位的接头设计成约束度小，能减小层状撕裂的构造形式。②焊接前，对母材焊道中心线两侧各2倍板厚加30mm的区域进行超声波探伤检查，母材不得有裂纹、夹层及分层等缺陷的存在。③严格控制焊接顺序，尽可能减小垂直于板面方面的约束。采用低氢型焊条施焊，必要时可以采用超低氢型焊条。④如果由于焊接原因而导致母材出现裂纹或层状撕裂时，原则上应更换母材，如得到设计部门和质检部门同意，亦可局部处理。4.焊接质量检验焊接质量检验分为焊接施工检查和验收检验。
施工检查是为了进行良好的焊接施工，在焊接前、焊接中、焊接后等过程中进行的一系列检查；验收检验是对焊接工作结果，对焊接区进行的质量检验。要确保焊接质量，应先把重点放在施工检查上，如果施工检查合格，验收检验也就比较容易了。1)施工检查(1)焊接前的检查。检查项目包括焊接设备、木材、焊条、焊剂、焊接工艺和焊工技术水平等。为主控项目，应全数检查。①检查焊接材料的质量合格证明文件、中文标志及检验报告等。其品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求。②重要钢结构采用的焊接材料应进行抽样复验，复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。
③焊条、焊丝、焊剂、电渣熔嘴等焊接材料与母材的匹配应符合设计要求和国家现行行业标准《建筑钢结构焊技术规程》(JGJ81)的规定。焊条、焊剂、药芯焊丝、熔嘴等在使用前，应按其产品说明书及焊接工艺文件的规定进行烘烤和存放。焊条外观不应有药皮脱落、焊芯生锈等缺陷；焊剂不应受潮结块。④焊工必须经考试合格并取得合格证书。持证焊工必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。⑤施工单位对其首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等，应进行焊接工艺评定，并应根据评定报告确定焊接工艺。
(2)焊接中的检查。主要检查母材的预热温度、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接顺序、运条方法、焊接位置、层间温度等，是否符合工艺规程的规定要求。对于需要进行焊前预热或焊后热处理的焊缝，其预热温度或后热温度应符合国家现行有关标准的规定或通过工艺试验确定。2)验收检验也即焊缝质量检验，分三级。碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度后进行检验；低合金结构纲在焊完24h后进行检验。各级的检验项目、检查数量和检查方法见表7-14。
钢结构高层建筑的焊缝质量检验，属于二级检验。二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、焊瘤、裂纹、弧坑裂纹、电弧檫伤等缺陷。一般采用观察检查或使用放大镜、钢尺和焊缝量规检查二、三级。二、三级焊缝外观质量应符合《钢结构工程施工验收规范》(GB50205—2001)规定。三级对接焊缝应按二级焊接标准进行外观质量检验。5.焊缝的修补凡经过外观检查和超声波检验不合格的焊缝，都必须进行修补，对不同缺陷的采取不同的修补方法：(1)焊缝出现焊瘤，对超过规定的突出部分必须进行打磨。(2)出现超过规定的咬边、低洼(弧坑)尺寸不正等缺陷，首先应清除熔渣，然后重新补焊。
(3)对产生气孔过多、熔渣过多、熔渗差等缺陷，应打磨缺陷处，重新补焊。(4)对严重的飞溅，应在开始就立即查出原因，并改正之。(5)对未焊透焊缝应铲除重焊。
(6)利用超声波探伤检查出的内在质量缺陷，如气孔过大、裂纹、夹渣等，应表明部位，用碳弧气刨机将缺陷处及周围50mm的完好部位全部刨掉，重新修补。(7)修补焊缝时必须把焊缝缺陷除掉，并用原定的焊接工艺进行施焊，完成后用同样检验方法对修补的焊缝进行质量检验，如检查仍然有缺陷，允许第二次修补。一条焊缝修补不得超过三次，否则要更换母材。
7.5 钢结构的防腐与防火
7.5.1钢结构的防腐1.钢结构的大气腐蚀1)钢铁的电化学腐蚀钢铁的腐蚀在绝大多情况下是化学腐蚀过程。电气化腐蚀是钢铁和介质发生电气化学反应而引起的腐蚀，在金属表面形成原电池是电气化学腐蚀最主要的条件。当两种不同的金属放在电解质溶液中，并以导线连接，可以发现导线上有电流通过，这种装置称之为原电池。在腐蚀过程中有隔离的阴极区和阳极区，电流可以通过金属在一定的距离内流动。原电池放电所产生电化学反应，在阳极进行的是氧化反应，在阴极进行的是还原反应。
(2)相对湿度：相对湿度达到某一临界点时，水分在金属表面形成水膜，从而促进了电化学过程的发展，表现出腐蚀速度迅速增加。(3)温度：环境温度的变化影响金属表面水汽的凝聚，也影响水膜中各种腐蚀气体和盐类的浓度，以及水膜的电阻等。4)大气腐蚀的破坏形式大气腐蚀的主要破坏形式可以分为两大类，即全面腐蚀和局部腐蚀，全面腐蚀又称均匀腐蚀，局部腐蚀则又可以分为点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。(1)均匀腐蚀。均匀腐蚀是最常见的腐蚀形态，其特征是腐蚀分布于整个金属表面，并以相同的速度使金属整体厚度减小。
在一般情况下，大气腐蚀多数表现为均匀腐蚀，但大气腐蚀并不都是均匀腐蚀；均匀腐蚀造成大量金属损失，但由于腐蚀速度均匀，可以进行预测和防护，只要进行严格的工程设计和采取合理的防腐蚀措施，不会发生突然的腐蚀事故。
(4)应力腐蚀。应力腐蚀是指在拉伸应力和腐蚀环境介质共同作用产生的腐蚀现象。这里强调的是应力和腐蚀的共同作用。因为产生腐蚀的介质至多也只是很轻微的腐蚀性。如没有任何应力存在，大多数材料在这种环境介质下都认为是耐腐蚀的；单独考虑应力的影响时，发生应力腐蚀破坏的应力通常是很小的，如不是处在腐蚀环境中，这样小的应力是不会使材料和结构发生机械破坏的。(5)电偶腐蚀。电偶腐蚀也称之为双金属腐蚀。许多设备都是由多种金属组合而成的，如铝与铜、铁与锌、铜与铁等。电偶腐蚀首先取决于异种金属之间的电位差，电位差越大，其他条件不变，腐蚀可能性就越大。(6)腐蚀疲劳。
腐蚀疲劳是指材料或构件受交变应力和腐蚀环境共同作用产生的失效。如果钢材在施工时除锈、防锈技术不好，或构件在使用中防锈层失效而出现锈层，由于钢材和锈层具有不同的电位，一旦出现锈层，会加速腐蚀作用。
5)钢材的耐腐蚀性(1)碳素钢的耐腐蚀性。碳素钢的耐腐蚀性较差，在大气、土壤、海水和甚至中性的淡水都不耐蚀。在腐蚀环境中使用在结构钢材，应尽量选用含碳和含硫量低的钢材。碳和硫等元素加速钢在大气中在耐腐蚀速度。(2)低合金钢的耐腐蚀性。在钢铁中加入一定量的合金元素，如铬、镍、铜等(总含量不超过5%)，改善碳素钢的性能，以得到具有某些性能的低合金钢。加入稀土元素也能提高耐大气腐蚀性，稀土元素与铝共存，耐久性能还能提高。低合金的耐大气腐蚀性能要比碳钢高，一般在1～1.5倍，高的达2～6倍。
(3)耐候钢的耐腐蚀性。耐候钢主要的防腐蚀机理是借助其表面生成的稳定的铁锈来阻止锈蚀向内部的入侵。国内现行生产的耐候钢有焊接结构用耐候钢和高耐候结构钢两种类型。焊接结构用耐候钢在提高耐腐蚀的同时，还保持了它的可焊接性能。高耐候钢的耐腐蚀性能要强于焊接结构用耐候钢。高耐候钢按其化学成分可以分为铜磷钢和铅磷铬镍钢。这种钢材在表面会形成保护层，以提高耐大气腐蚀性能。(4)铸铁的耐腐蚀性。铸铁在钢结构建筑中应用很少，铸铁可以分为普通铸铁和耐蚀性铸铁。普通铸铁中大量的石墨和渗碳体在铁中形成了许多的微电池，其耐腐蚀性能较低；耐蚀性铸铁中含有铬、镍、铜和硅等合金元素。
一般情况下，高硅铸铁能耐30%以下的沸腾硫酸，对任何温度和浓度的有机酸溶液的耐蚀性均好，但是对热强碱耐蚀性不强，不耐氢氟酸。
高铬铸铁对硝酸和亚硫酸溶液的耐蚀性较好，不耐盐酸和氢氟酸等还原性介质的腐蚀。高镍铸铁的耐蚀性并不强，在碱性溶液中的耐蚀性要优于硫酸溶液中的表现。对于海洋大气，中等盐溶液和海水的耐蚀性很好，抗缝隙和抗孔蚀的能力要强于不锈钢。(5)镀锌钢材。镀锌钢材在钢结构中的使用很广泛，镀锌层的防锈机理是：形成致密的保护膜，防止环境中的腐蚀介质与钢铁表面接触；锌的阴极保护作用，为最主要的防锈作用。现在的镀锌钢材都趋向于涂装保护，一是可以增加它的保护性能；二是也为了装饰美观的要求。镀锌钢材的使用寿命取决于腐蚀环境和锌层厚度。
2.建筑结构防腐蚀方法1)钢结构防腐蚀设计的构造要求(1)中等腐蚀环境中的承重结构：尽量采用管形封闭截面、实腹式(工字型，H型和T型)截面。
(6)钢结构件直接与铝合金金属制品接触时，会引起接触电偶腐蚀，应在构件接触表面涂1～2道铬酸锌底漆及配套面漆阻隔，或设置绝缘层隔离，相互间的连接紧固件应采用热镀锌的紧固件。2)采用铝合金、不锈钢等建筑材料相比来说，这些合金材料用使造价显得很高，但有以下三个好处：(1)抵御大气腐蚀：铝合金和不锈钢不需要进行涂料的腐蚀，可省去防腐蚀施工费和材料费。(2)减轻结构自重：铝合金网壳的自重要比同等跨度的钢网壳至少要轻50%以上。(3)提高建筑美学效果：铝合金和不锈钢有着很美的外观，组合建成的构件，很富有现在气息，是建筑物中局部构件的绝好选材。3)长效防腐蚀方法。
4)涂料防护涂料防护是一种价格适中、施工方便、效果显著及适用性强的防腐蚀方法，在钢结构的防腐蚀应用中最为广泛。由于建筑钢结构多为室内结构，除了处在特殊的海滨或工业环境中之外，腐蚀环境一般不太恶劣时，用涂料进行防腐蚀，可以保持20～30年的防护效果。现代涂料是化学物质的复杂混合物，它由四大类成分组成：主要成膜物质(油料、油脂)、次要成膜物质(颜料、体质颜料)、辅助成膜物质(助剂)、挥发性物质(浴剂)。防腐蚀涂料的成膜物质在腐蚀介质中具有化学稳定性，其屏蔽性可以起到隔离及防电化学腐蚀作用。颜料在涂料中起到着色作用，体质颜料则可用来调节漆膜的力学性能或涂料的流动性。
另外还有以防腐蚀为目的的颜料，一类是利用其化学性能抑制金属腐蚀的防锈颜料(锌粉、铬酸盐颜料等)；另一类是通过物理作用提高涂层的屏蔽性的片状颜料(云母粉、铝粉、玻璃鳞片等)。
5)常用涂料品种(1)沥青涂料。沥青是防腐蚀涂料中重要的原材料，主要有天然沥青、石油沥青和煤焦沥青三种。在现代防腐蚀涂料中使用的是主要煤焦沥青。沥青的缺点是寒冬发脆，夏暑发软，曝晒后有些成分挥发逸出会使漆膜龟裂。与其他树脂拼用，可改善这些缺点，与氯化橡胶拼用可提高干性，改善冬脆夏软的缺点；与环氧树脂拼用得到的环氧沥青涂料，兼具沥青涂料和环氧涂料的优点，在防腐蚀中获得非常满意的效果。(2)醇酸树脂涂料。用于涂料配制的醇酸树脂主要有纯干性油醇酸树脂、改性的干性油醇酸树脂和非干性油醇酸树脂。
与以往的油性涂料相比，醇酸树指涂料的干性、保色性、耐候性、附着力等均有很大程度的提高，主要用于户内外钢结构的干燥环境中。醇酸树脂涂料耐酸碱性差，耐水性差，不能用于水下结构。如果用于弱腐蚀性的乡村或室内干燥环境，醇酸涂料系统可以达到10～20年使用寿命。
醇酸树脂在现代重防腐蚀涂料应用之前，是防腐蚀最为主要的涂料品种，目前也仍然应用广泛。醇酸树脂涂料可以自成体系，常用的涂料品种有醇酸红丹防锈漆(防锈底漆)、醇酸铁红防锈漆(钢铁表面防锈打底)、醇酸云铁防锈漆(防锈底漆和中间层打底)、醇酸磁漆等，在钢结构方面应用广泛。(3)酚醛树脂涂料。主要有醇溶性酚醛树脂、改性酚醛树脂、纯酚醛树脂等。醇溶性酚醛树脂涂料抗腐蚀性能较好，但施工不便，柔韧性、附着力不太好。应用受到一定限制。纯酚醛树脂涂料附着力强，耐水、耐湿热、耐腐蚀、耐候性好。钢结构防腐方面，酚醛树脂涂料主要有F53-31酚醛红丹防锈漆和F53-34酚醛锌黄防锈漆。
锌黄底漆后者可以用于轻金属表面防锈。酚醛云铁防锈漆主要作为醇酸/酚醛涂料体系中的中间漆使用。
(4)环氧树脂涂料。环氧涂料附着力好，对金属、混凝土、木材、玻璃等均有优良的附着力；耐碱、油和水，电绝缘性能优良，但抗老化性差。环氧防腐蚀涂料通常由环氧树脂和固化剂两个组分组成。环氧树脂涂料是现在最为重要的防腐蚀涂料，并发展有多种类别用途的产品，见表7-15。
(5)氯磺化聚乙烯涂料。目前，用于防腐蚀涂料生产的氯磺化聚乙烯有两种规格：H-20和H-30。该类涂料具有优良的耐酸碱性、耐油性、耐溶剂性和耐水性，适合在低温的环境下使用，适用温度－50℃～120℃，且具有优良的耐老化、耐臭氧性能，并具有弹性和抗冲击磨损。但很低的固体分意味着有机溶剂含量高，不利于环境保护。近年来此涂料已经慢慢退出了应用市场。(6)高氯化聚乙烯涂料。高氯化聚乙烯涂料是选用高密度、线性低分子、含氯量在60%以上的聚乙烯为主要成膜物质，配以改性树脂、各种助剂、颜料和填料制成。
高氯化聚乙烯涂料综合防腐蚀性能要优于氯磺化聚乙烯、氯化橡胶涂料，发展的产品有富锌底漆、铁红防锈底漆、云铁防锈涂料，面漆和清漆等一系列产品。其中一些产品的性能如下。
①X53-1高氯化聚乙烯云铁防锈涂料的涂层有着优良的防锈性、耐水性。②X53-2高氯化聚乙烯铁红防锈涂料，漆膜具有良好的防锈性能，耐盐雾性能和干湿交替性能，漆膜坚韧，附着力强。③X53-4高氯化聚乙烯防腐蚀中间漆，漆膜有优异的耐潮湿、耐水、耐化学药品和耐化工大气老化性能及防锈性能良好。与底漆和面漆的附着力强，干燥快，适用于化工大气腐蚀和酸碱盐类腐蚀的各种钢结构表面防腐蚀中间漆涂层。④X53-11各色高氯化聚乙烯磁漆，漆膜具优异的耐候老化性，耐化工大气腐蚀，漆膜耐粉化，保光、保色性好，色泽鲜艳漂亮，有良好的户外钢结构的防腐蚀和装饰。
⑤X53-13高氯化聚乙烯铝粉防腐蚀面漆，漆膜中含有金属铝粉，分两个组分包装，耐候、耐老化、耐化工大气腐蚀、耐反射光和热的能力强，漆膜物理力学性能强，适用于各种钢结构表面防腐蚀。
(7)氯化橡胶涂料。氯化橡胶涂料的主要品种有氯化橡胶铁红防锈涂料、氯化橡胶铝粉防锈涂料、氯化橡胶云铁防锈涂料和氯化橡胶面漆。氯化橡胶面漆近来已经由丙烯酸面漆所替代。(8)聚氨酯涂料。聚氨酯涂料具有优良的防腐蚀和力学性能。按美国材料试验协会(ASTM)的划分为五类：改性氨酯油(ASTM-1)、湿固化(ASTM-2)、封闭型(ASTM-3)(主要用作绝缘漆和特殊的烤漆)、催化固化型(ASTM-4)羟基固化型(ASTM-5)。在钢结构防腐蚀涂料中，主要为改性氨酯油、湿固化和羟基固化型三种涂料。丙烯酸聚氨酯面漆是目前在钢结构中应用最为广泛的、经济有效的面漆品种，也是各家涂料厂家的主要产品。
6)钢结构重防腐涂料重防腐涂料是相对一般防腐蚀涂料而言的。它是指在严酷的腐蚀条件下，防腐蚀效果比一般腐蚀涂料高数倍以上的防腐蚀涂料。其特点是耐强腐蚀介质性能优异，耐久性突出，使用寿命达数年以上。目前常用的钢结构重防腐蚀涂料见表7-16。
注：对于厚浆型、无溶剂涂料以及玻璃鳞片涂料等，很难一定要把它列入底漆或中间漆的类别，在很多情况下，它可以直接作为底漆，也能用于富锌底漆上面作为中间漆使用，甚至可以当作不需要装饰性场合的面漆使用。(1)改性醇酸重防腐蚀涂料。改性重防腐蚀醇酸树脂涂料固体分高，在施工性能、防腐蚀性能方面都有很大的提高。佐敦油漆(JotunPaints)和Mammut厚浆型醇酸树脂涂料为氨酯改性后的醇酸树脂涂料，分底漆和面漆，施工性能优良，防腐蚀性能良好，在2002年被选用于著名的艾菲尔铁塔防腐蚀维修保养。
有机硅改性醇酸树脂涂料保留有醇酸树脂涂料室温固化和涂膜物理、力学性能好的优点，又具有有机硅树脂耐热、耐紫外线老化及耐水性好的特点，是一种综合性能优良的涂料。主要用于防腐蚀面漆，耐候性能大大超过丙烯酸面漆。比传统的醇酸树脂面漆的耐候性能要提高50%以上，保光性和保色性增加二倍。
无机富锌底漆与环氧富锌底漆的比较：在防腐蚀性能上，无机富锌底漆应比环氧富锌底漆要好，耐蚀性能和耐久性能、耐热和耐溶剂、耐化学品性能以及导静电方面优于环氧富锌底漆；但漆膜的柔韧性方面较差些。无机富锌底漆在施工时有一些特殊的要求，其固化要依靠较高的相对湿度，表面多孔性要求进行雾喷技术等，而环氧富锌底漆的施工要求相比之下要简单得多。(4)玻璃鳞片涂料。以具有良好的耐化学性能的玻璃鳞片作为主要防锈颜料的涂料，称之为玻璃鳞片涂料。涂层的抗渗透性能强、附着力强、耐热、耐寒性能好、耐磨性能突出及其他力学性能，再配合优良性能的树脂组成的玻璃鳞片涂料，有优异的重防腐蚀性能。
一般有环氧玻璃鳞片涂料(性能同环氧树脂涂料一样)、聚酯玻璃鳞片涂料(对钢结构有长效的防腐蚀效果，特别是耐压)。
(5)超耐候性防腐蚀面漆。有日本发展的氟树脂面漆，欧美将发展的聚硅氧烷技术。氟树脂面漆多用聚氨酯来改性，耐候性能可以达到10年以上，而光泽没有大的变化；聚硅氧烷面漆耐候性是目前最佳的。其耐腐蚀性能、与无机硅酸锌涂料好的相容性，使传统的高性能三道涂层系统(富锌底漆/环氧中间漆/聚氨酯面漆)，变成两道涂层系统(富锌底漆/丙烯酸聚硅氧烷涂料)。见表7-17、表7-18。
本页含表格（表7-18），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
(6)金属质感面漆。钢结构建筑以往把白色作首选面漆颜色，现在一般用金属质感的面漆。在涂膜中采用云母化铁和铝粉颜料可达到这种效果。如聚氨酯改性醇酸云铁面漆，双组分丙烯酸低光泽云铁灰面漆等。铝粉为金属感面漆最重要的颜料，有漂浮型和非漂浮型。
铝粉颜料与底材平行排列，片与片之间又被基料所封闭，这样的涂膜结构完全可以屏蔽外界的气体、水分、光线等对底材的侵蚀，具有耐久的保护作用。金属质感人面漆太多采用非浮型铝粉，它具有很好的遮盖力、着色力、闪烁性、随角异角效应、鲜艳性、光泽等，从而使涂膜产生美学效果。如北京的国家大剧院，就使用了具有铝粉的金属光泽的丙烯酸聚氨酯金属面漆，该面漆是在原有的丙烯酸聚氨酯面漆基础上配制而成的，具有突出了的户外耐久性能和长期重涂性。
7)涂料的配套性一般涂料产品的配套以相同品种为最好，如：醇酸底漆配醇酸面漆、氯化橡胶涂料配氯化橡胶涂料等，常见的不同涂料配套主要有以下几种：环氧底漆/中间漆+氯化橡胶面漆；环氧底漆/中间漆+丙烯酸面漆；环氧底漆/中间漆+聚氨酯面漆；环氧底漆/中间漆+含氟聚氨酯面漆/聚硅氧烷涂料；无机富锌底漆+环氧中间漆/面漆；环氧富锌+氯化橡胶/高氯化聚乙烯中间漆/面漆。
不能配套的涂料类别有：富锌底漆(环氧和无机富锌)上面不能涂油性和醇酸类，否则会引起漆膜皂化而使醇酸漆剥皮脱落；醇酸底漆上面涂氯化橡胶/环氧/聚氨酯等含强溶剂的涂料，会引起起皱、开裂、剥落等问题。
7.5.2 钢结构的防火
1.钢结构在燃烧中的特点钢结构已在建筑工程中发挥着独特且日益重要的作用，高层建筑、特别是超高层建筑中，采用钢结构承重的日益增多。钢材赋予这些建筑物以宽阔、轻盈而又不失稳固的建筑风格。钢结构在火的作用下是不会燃烧的，但是钢材在高温火焰的直接灼烧下，强度会随着温度的上升而下降，当到达一个临界点温度(550℃，大多数据标准定为538℃)时，就会显著地降低强度而失去承载力。而且钢材的热导率高，在大火中，热量会在钢材内部迅速传递，由火焰直烧处很快地影响到临近的低温部分。所以钢结构建筑受到大火的作用，很快就会变形坍塌，根本没有灭火的时间，最多只能扑灭余火。
而火灾后的钢结构失去了强度且会变形成为麻火状，已经没有使用价值，因此钢结构建筑一旦损坏也就无法修复。火灾的影响很大，会造成大量的人员伤亡和财产损失，社会影响极大。
2001年震惊世界的“9·11”事件中被飞机撞毁的纽约世界贸易大厦双子楼，事后专家分析，飞机其实并没有将大厦撞倒，而是由于飞机在撞到大楼的同时破坏了大楼钢结构上的防火涂层，并爆炸起火，使得钢结构暴露在熊熊烈火中，一个多小时后，结构软化，强度丧失，终于承载不动如此沉重的重量，轰然倒下，造成几千人命丧废墟，损失多达几百亿美元。据此，只有15min耐火极限的钢结构，远远达不到国家规定的防火规范要求，会很快失去其承载能力。一旦发生这种情况，将对整个建筑物造成灾难性的后果。正因为如此，对钢结构采取有效的保护，使其避免受高温火焰的直接灼烧，从而延缓其坍塌时间，为消防救火提供宝贵的时间就显得十分重要。
2.钢结构的火灾防治1)防治的意义由于钢结构耐火能力差，在发生火灾时因高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅15min。若采取措施，对钢结构进行保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，钢结构在火灾中就能保持稳定性。进行钢结构防火具有的意义如下：减轻钢结构在火灾中的破坏，避免钢结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡，减少火灾后钢结构的经济损失。2)保护措施对钢结构采取的保护措施，从原理上来讲，主要可划分为两种：截流法和疏导法。(1)截流法。阻滞火灾产生的热流量的向构件的传输，从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度，分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。
这些方法的共同特点是设法减少传到构件热流量，因而称之为截流法。
2)防火涂料的分类(1)接防火原理分有膨胀型和非膨胀型两大类。①非膨胀型：非膨胀型防火涂料是通过下述作用来防火的，其一是涂层自身的难燃性或非燃性；其二是在火焰或高温的作用下能释放出灭火性气体，并形成非燃性的无机层隔绝空气，非膨胀型防火涂料按照成膜物质的特点，可分为无机和有机两种类型。②膨胀型：膨胀型防火涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜。在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化，形成一个比原来厚度大几十倍，甚至上百倍的非易燃的海绵状的碳质层，它可以隔断外界火源对基材的加热，从而起到阻燃作用。(2)按溶剂类型分有溶剂型和水溶型两大类。两类涂料所选用的防火组分基本相同，其选用的溶剂以采用的成膜物而定。
溶剂型成膜物质一般选用氯化聚烯烃、丙烯酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等，采用的溶剂为汽油、醋酸丁酯等。水溶型防火涂料的成膜物质一般选用氯偏乳液、丙烯酸乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯等。这些材料均以水为溶剂。这两类涂料在涂料的防火性能、理化性能以及耐候性能等方面，溶剂型防火涂料都优于水溶型防火涂料，但是，由于成本、环境污染等原因，水溶型防火涂料也发展得较快。(3)按涂层厚度来分，可分为厚型、薄型、超薄型钢结构防火涂料。其中超薄型用量最大，约占钢结构防火涂料的70%；其次是厚型，约占20%；薄型钢结构防火涂料目前用量较少。
①超薄型：指防火涂层厚度在3mm以下，以溶剂型为主，具有良好的装饰和理化性能，受火时膨胀发泡形成致密、强度高的防火隔热层，该防火隔热层极大地延缓了被保护钢材的温升，提高钢结构构件的耐火极限，为一类新型防火涂料。超薄膨胀型钢结构防火涂料一般使用在耐火极限要求在2.0h以内的建筑钢结构上，如，可对一类建筑物中的梁楼板与屋顶承重构件及二类建筑中的柱、梁、楼板等进行有效防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄，工程中使用量较厚型、薄型钢结构防火涂料大大减少，从而降低了工程总费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，是目前消防部门大力推广的品种。
②薄型：指防火涂层厚度在3mm到7mm之间，主要是水溶型，具有较好的装饰性和理化性能，受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的温升，保护钢构件。一般使用合适的乳液聚合物作基料，再配以复合阻燃剂、防火添加剂、矿物纤维等组成。
其选用的乳液聚合物必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水性。其装饰性优于厚浆型防火涂料，稍差于超薄型钢结构防火涂料，一般耐火极限在2h以内。因此常用在≤2h耐火极限的钢结构防火保护工程中，常采用喷涂施工。如，可对高层民用建筑中的梁，一般工业与民用建筑中支承单层的柱、梁、楼板以及屋顶承重构件中的钢结构进行防火保护。③厚型：指防火涂层厚度在8～50mm之间，在火灾中利用材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢材。
是用合适的黏结剂(如水玻璃、硅溶胶、磷酸铝盐、耐火水泥等)，再配以无机轻质材料(如，膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、海泡石、漂珠、粉煤灰等)和增强材料(如，硅酸铝纤维、岩棉、陶瓷纤维、玻璃纤维等)组成，具有成本较低的优点。施工常采用喷涂或抹涂，一般用在耐火极限大于或等于2h的钢结构防火保护。如高层居用建筑的柱、一般工业与民用建筑中的支承多层的柱的耐火极限均应达到3h，须采用该厚型防火涂料保护。
(4)按应用环境来分，可以简单地划分为室内和室外两大类钢结构防火涂料。3)防火涂料的选用民用建筑及大型公共建筑的承重钢结构要采用防火涂料进行防火，一般由建筑师与结构工程师按建筑物耐火等级及构件耐火时限，根据中国工程建设标准化协会标准《钢结构防火涂料应用技术规范》(CECS24—1990)的规定要求施工，各类防火涂料的特性及适用范围见表7-20，选用时要优先选用薄涂型防火涂料，选用厚型防火涂料时，外表面需要做装饰面隔护。装饰求较高的部位可以选用超薄型防火涂料。
4.防火涂料涂装系统防火涂料的涂装系统包括钢材表面喷砂到ISOSa2½级→防锈底漆→膨胀型防火涂料→面漆1)防锈底漆防火涂料作为功能性涂料，主要作用是防火。钢结构的防腐蚀仍需要由防锈底漆完成，用于钢结构防火涂料的防锈底漆，必须与防火涂料相兼容，两者间具有良好的附着力。防火涂料的底漆类型见表7-21。
2)封闭面漆封闭面漆在防火涂料系统中非常重要。由于防火涂料的本身的装饰性都比较差，因此有必要涂上一道面漆，且由于防火涂料的耐久性一直没有经过长期的实际考察，理论上说，有机物都会老化、降解等，这对防火涂料的性能是比较致命的。如果涂有耐老化的面漆涂层，可以解决这个问题。(1)面漆作用：一是抵抗腐蚀性介质和外应力对防火涂料的破坏，有效地封闭和阻挡水分、湿气渗透到涂料表层，与防火涂料上下配合，发挥保护钢材的总体效果；二是对建筑总体起装饰美化作用，如良好的光泽、丰富的色彩、平整光滑的外表等。(2)类型：防火涂料的面漆主要有醇酸涂料、丙烯酸涂料氯化橡胶涂料、聚氨脂涂料、硅氨烷类涂料、环氧涂料类等。
(3)选用面漆注意的问题：首先考虑罩面漆与防火涂料层之间要有良好的附着力；尽量选同一种涂料的防火涂料与面漆(如氨基型防火涂料与氨基涂料或醇酸涂料配合使用较好)；选同一漆膜干燥机理的防火涂料与面漆(如同属常温干燥固化的氯化橡胶防火涂料与丙烯酸面漆之间的附着力好；溶剂型防火涂料与涂料之间的附着力好。但溶剂型防火涂料切勿用水溶性罩面漆配套罩面；常温干燥型防火涂料切勿用反应干燥型罩面漆配套)；不可选用强溶剂型的面漆涂在弱溶剂型防火涂料表面(如脂肪族聚氨酯面漆、特别是丙烯酸聚氨酯面漆主要用于膨胀型环氧防火涂料上面起装饰和耐老化的作用。其他类的防火涂料表面会因为强溶剂而引出涂层不兼容问题)。
7.5.3 涂装施工
油污的清除方法根据工件的材质、油质的种类等因素来决定，通过常采用溶剂清洗或碱液清洗。清洗方法有槽内浸洗法、擦洗法、喷射清洗和蒸汽法等。结构件表面锈等杂物的清除根据要求不同可采用方法：①手动工具清理：用在不需要进行喷砂处理的小面积部位。清理去除所有松散的氧化皮、锈、涂料和其他有害的外来物质。这种方法不能除去黏附的氧化皮，锈和涂料。常用的工具有砂纸、无纺砂盘、钢丝刷、气锤、凿子等。②动力工具打磨：是一种使用动力协助手动工具进行钢表面处理的方法。可以除去所有松散的氧化皮、铁锈、旧漆膜和其他有害物质，不能除去附着牢固的氧化皮、铁锈和旧漆膜。常用的工具有砂轮、砂纸盘、钢丝盘、气铲、笔形钢丝刷、小砂轮等。
③抛丸处理：利用离心力的作用使高速旋转的叶轮把磨料抛出来进行表面清理。最常用的磨料是钢丸和钢砂，两者混合使用能够达到所要求的表面清洁度和粗糙度。④喷砂处理：喷砂处理使用压缩空气将磨料从喷砂机中喷射出去，在需要清理的表面形成巨大的冲击力，除去锈、氧化皮和其他杂质等。钢材表面进行处理达到清洁度后，一般应在4～6h内涂第一道底漆。涂装前钢材表面不允许再有锈蚀，否则应重新除锈。处理后表面沾上油迹或污垢时，应用溶剂清洗方可涂装。(2)涂装工艺。①涂装施工环境条件的要求。环境温度：应按照涂料产品说明书的规定执行。环境湿度：一般应在相对湿度小于80%的条件下进行。具体应按照产品说明书的规定执行。
控制钢材表面温度与露点温度：钢材表面的温度必须高于空气露点温度3℃以上，方可进行喷涂施工(露点是空气中水蒸汽开始凝结成露水时的温度点，与空气温度和相对湿度有关)。在雨、雾、雪和较大灰尘的环境下，必须采取适当的保护措施、方可进行涂装施工。②设计要求或钢材结构施工工艺要求禁止涂装的部位，为防止误涂，在涂装前必须进行遮蔽保护。如地脚螺栓和底板、高强度螺栓结合面与混凝土紧贴或埋入的部位等。③涂料开桶前，应充分摇匀。开桶后，原漆应不存在结皮、结块、凝胶等现象，有沉淀应能搅起，有漆皮应除掉。为保证漆膜的流平性而不产生流淌，必须把涂料的黏度调整到一定范围之内。
④涂装施工过程中，应控制油漆的黏度、兑制时应充分地搅拌，使用漆色泽均匀一致。调整黏度时必须使用专用稀释剂。如需代用，必须经过试验并取得业主的同意。
⑤涂刷顺序应自上而下、从左到右、先里后外、先难后易、纵横交错地进行涂刷。涂刷遍数及涂层厚度应执行设计要求规定。⑥合理的施工方法对保证涂装质量、施工进度、节约材料和降低成本有很大的作用。所以正确选择涂装方法是涂装施工管理工作的主要组成部分。常用的涂装方法有刷涂法、手工滚涂法、浸涂法、空气喷涂法、雾气喷涂法，其操作工艺要求分别如下。刷涂法：适用干性较慢且塑性小的油性漆、酚醛漆、醇酸漆等。油漆刷的选择：刷涂底漆、调和漆和磁漆时，应选用扁形和歪脖形弹性大的硬毛刷；刷涂油性清漆时，应选用刷毛较薄、弹性较好的猪鬃或羊毛等混合制作的板刷和圆刷；涂刷树脂漆时，应选用弹性好，刷毛前端柔软的软毛刷或歪脖形刷。
涂刷时，应蘸少量涂料，刷毛浸入油漆的部分应为毛长的1/3～1/2。
对干燥速度较慢的涂料，应按涂敷、抹平和修饰三道工序进行。对于干燥速度较快的涂料，应从被涂物一边按一定的顺序快速连续地刷平和修饰，不宜反复涂刷。涂刷顺序一般应按自上而下、从左向右、先里后外、先斜后直、先难后易的原则，使漆膜均匀、致密、光滑和平整。刷涂的走向：刷涂垂直平面时，最后一道应由上向下进行；刷涂水平表面时，最后一道应按光线照射的方向进行。刷涂完毕后，应将油漆刷妥善保管，若长期不使用，须用溶剂清洗干净，晾干后用塑料薄膜包好，存放在干燥的地方，以便再用。滚涂法：适用干性较慢且塑性小的油性漆、酚醛漆、醇酸漆等。
涂料应倒入装有滚涂板的容器里，将滚子的一半浸入涂料，然后提起在滚涂板上来回涂几次，使滚子全部均匀浸透涂料，并把多余的涂料滚压掉。
把滚子按W形轻轻滚动，将涂料大致地涂布于被涂物上，然后滚子上下密集滚动，将涂料均匀地分布开，最后使滚子按一定的方向滚平表面并修饰。滚动时，初始用力要轻，以防流淌，随后逐渐用力，使涂层均匀。滚子用后，应尽量挤压点残存的油漆涂料，或使用涂料的稀释剂清洗干净，晾干后保存好，以备后用。浸涂法：适用干性适当，流平性好，干燥速度适中且触变性好的各种合成树脂涂料。建筑钢结构工程中应用较少。空气喷涂法：适用挥发快、干燥速度适中且黏度小的各种硝酸基漆、橡胶漆、建筑乙烯漆、聚氨脂漆等。空气喷涂法是利用压缩空气的气流将涂料带入喷枪，经喷嘴吹散成雾状，并喷涂到被涂物表面上的一种涂装方法。
进行喷涂时，必须将空气压力、喷出量和喷雾幅度等参数调整到适当程度，以保证喷涂质量。
喷涂距离控制：喷涂距离过大，油漆易散落，造成漆膜过薄而无光；喷涂距离过近，漆膜易产生流淌和橘皮现象。喷涂距离应根据喷涂压力和喷嘴大小来确定，一般使用大口径喷枪距离为200～300mm，使用小口径喷枪的喷涂距离为150～250mm。喷涂时，喷枪的运动速度应控制在30～60cm/s范围内，并应运行稳定。喷枪应垂直于被涂物表面。如喷枪角度倾斜，漆膜易产生条纹和斑痕。喷涂时，喷幅搭接的宽度，一般为有效喷雾幅度的1/4～1/3，并保持一致。暂停喷涂工作时，应将喷枪端部浸泡在溶剂中，以防涂料干固堵塞喷嘴。喷枪使用完后，应立即用溶剂清洗干净。枪体、喷嘴和空气帽应用毛刷清洗。
气孔和喷漆孔遇有堵塞，应用木钎疏通，不准用金属丝或铁钉疏通，以防损伤喷嘴孔。
雾气喷涂法：适用具有高沸点溶剂、高不挥发性且有触变性的厚浆型涂料和高不挥发性涂料。雾气喷涂法是利用特殊形式的气动或其他动力驱动的液压泵，将涂料增至高压，当涂料经由管道通过喷枪的喷嘴喷出后，使喷出的涂料体积骤然膨胀而雾化，高速地分散在被涂物表面上，形成漆膜。喷枪嘴与被涂物表面的距离，一般应控制在300～380mm之间。喷幅宽度：较大物件300～500mm为宜，较小物件100～300mm为宜，一般为300mm。喷嘴与文件表面的喷射角度为30°～80°。喷枪运行速度为30～100cm/s。喷幅的搭接宽度为喷幅的1/6～1/4。雾气喷涂法施工前，涂料应经过过滤后才能使用。
喷涂过程中，吸入管不得移出涂料液面，应经常注意补充涂料。
发生喷嘴堵塞时，应关枪，取下喷嘴，先用刀片在喷嘴口切割数下(不得用刀尖凿)，用毛刷在溶剂中清洗，然后再用压缩空气吹通或用木钎捅通。暂停喷涂施工时，应将喷枪端部置于溶剂中。喷涂结束后，将吸入管从涂料桶中提起，泵空载运行，将泵内过滤器、高压软管和喷枪内剩余涂料排出，然后利用溶剂空载循环，将上述个器件清洗干净。高压软管弯曲半径不得小于50mm。且不允许重物压在上面。高压喷枪严禁对准操作人员或他人。⑦在涂刷第二层防锈底漆时，第一层防锈底漆必须彻底干燥，否则会产生漆层脱落⑧注意油漆流挂、皱纹、发黏、粗糙、脱皮、出现气泡、针孔等。⑨涂装完成后，经自检和专业检并记录。
涂层有缺陷时，应分析并确定缺陷原因，及时补修。修补的方法和要求与正式涂层部分相同。
(3)两次涂装的表面处理和修补。两次涂装，一般是指由于作业分工在两地或分两次进行施工的涂装。当两道漆涂完后，超过一个月以上再涂下一道漆，也应算作两次涂装的规定进行表面处理。如果涂漆间隔时间长，前道漆膜可能因老化而粉化(特别是环氧树脂漆类)，则要求进行“打毛”处理，使表面干净并增加粗糙度，来提高附着力。修补漆和补漆：修补所用的涂料品种、涂层层次与厚度，涂层颜色应与原设计要求一致。表面处理可采用手工机械除锈方法，但要注意油脂及灰尘的污染。在修补部位与不修补部位的边缘处，宜有过渡段，以保证搭接处的平整和附着牢固。对补涂部位的要求也应与上述相同。
3)质量验收要点(1)涂装前用铲刀检查和用现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB8923)规定的图片对照观察检查，钢材表面除锈应符合设计要求和国家现行有关标准的规定。处理后的钢材表面不应有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等。
2.钢结构防火涂装工艺1)材料要求(1)建筑钢结构工程防火涂料的品种和技术性能应符合《钢结构防火涂料通用技术条件》(GB14907)和《钢结构防火涂料应用技术规范》(CECS24—1990)标准规定和工程设计要求。(2)所选用的防火涂料必须有防火监督部门核发的生产许可证和厂方的产品合格证。(3)露天钢结构，应选用适合室外用的钢结构防火涂料。(4)用于保护钢结构的防火涂料应不含石棉，不用苯类溶剂，在施工干燥后应没有刺激性气味，不腐蚀钢材。2)操作工艺(1)涂漆前应对基层进行彻底清理，并保持干燥。在不超过8h内，尽快涂头道底漆。
(4)应正确配套使用稀释剂。当油漆黏度过大需用稀释剂稀释时，应正确控制用量，以防渗用过多，导致涂料内固体含量下降，使得漆膜厚度和密实性不足，影响涂层质量。同时应注意稀释剂与油漆之间的配套问题，油基漆、酚醛漆、长油度醇酸磁漆、防锈漆等用松香水(即200号溶剂汽油)、松节油调配；中油度醇酸漆用松香水与二甲苯1∶1(质量比)的混合溶剂；短油度醇酸漆用二甲苯调配；过氯乙烯采用溶剂性强的甲苯、丙酮来调配。如果错用就会发生沉淀离析、咬底或渗色等害病。(5)厚涂型钢结构防火涂料工艺及要求①涂料配备。
单组分湿涂料，现场采用便携式搅拌器搅拌均匀；单组分干粉涂料，现场加水或其他稀释剂调配，应按照产品说明书的配比混合搅拌。搅拌和调配涂料，使之均匀一致，且稠度适当，既能在输送管道中流动畅通，而且喷涂后又不会产生流淌和下坠现象。防火涂料配置搅拌，应边配边用，当天配置的涂料必须在说明书规定时间内使用完。
②涂装施工工艺及要求。喷涂应分若干遍完成，通常喷涂2～5遍。第一遍喷涂以基本盖住钢材表面即可，以后每遍喷涂厚度5～10mm，一般为7mm左右为宜。在每层涂层基本干燥或固化后，方可继续喷涂下一遍涂料，通常每遍间隔4～24h喷涂一次。喷涂保护方式、喷涂遍数和涂层厚度应根据防火设计要求确定。喷涂时，喷枪要垂直于被喷钢构件表面，喷枪口直径宜为6～10mm，喷枪气压保持在0.4～0.6N/mm2。喷枪运行速度要保持稳定，不能在同一位置久留，避免造成涂料堆积流淌。喷涂过程中，配料及往喷涂机内加料均要连续进行，不得停留。施工过程中，操作者应采用测厚针或测厚仪检测涂层厚度，直到符合规定的厚度，方可停止喷涂。
喷涂后，对明显凹凸不平处，采用抹灰刀等工具进行剔除和补涂处理，以确保涂层表面均匀。
当防火涂层出现下列情况之一时，应重喷：涂层干燥固化不好，黏结不牢固或粉化、空鼓、脱落时；钢结构的接头，转角处的涂层有明显凹陷时；涂层表面有浮浆或裂缝宽度大于1.0mm时；涂层厚度大小设计规定厚度的85%时，或涂层厚度虽大于设计规定厚度的85%，但未达到规定厚度的涂层之连续面积的长度超过1m时。(6)薄涂型钢结构防火涂料涂装工艺及要求。①涂料配备。运送到施工现场的钢结构防火涂料，应采用便携式电动搅拌器予以适当搅拌，使用均匀一致，方可用于喷涂。双组分涂料应按说明书规定的配比进行现场调配，边配边用。
搅拌已调配好的涂料，应稠度适宜，喷涂后不发生流淌和下坠现象。②底层涂装施工工艺及要求。一般应喷涂2～3遍，施工间隔4～24h。待前一遍涂层基本干燥后再喷涂后一遍。第一遍喷涂以盖住钢材基面70%即可，二、三遍喷涂每遍厚度不超过2.5mm。喷涂保护方式、喷涂层数和涂层厚度应根据产品说明书及防火设计要求确定。喷涂时，操作工手握喷枪要稳、喷嘴与钢材表面垂直成70°角，喷口到喷面距离为40～60cm。要求旋转喷涂的，需注意交接处的颜色一致，厚薄均匀，防止漏涂和面层流淌。确保涂层完全闭合，轮廓清晰。施工过程中，操作者应随时采用测厚针或测厚仪检测涂层厚度，确保各部位涂层达到设计规定的厚度要求。
喷涂后，如果喷涂完最后一遍，应采用抹灰刀等工具进行抹平处理，以确保涂层表面均匀平整。
③面层涂装工艺及要求。当底涂层厚度符合设计要求，并基本干燥后，方可进行面层涂料涂装。面层涂料一般涂刷1～2遍。如第一遍是从左到右涂刷，第二遍应从右到左涂刷，以确保覆盖底部涂层。面层喷涂用料为0.5～1.0kg/m2。面层涂装施工应保证各部分颜色均匀一致，接头平整。对于露天钢结构的防火保护，喷好防火底涂层后，也可选用适合建筑外墙用的面层涂料作为防水装饰层，用量为1.0kg/m²。3)质量验收要点(1)钢结构防火涂料的品种和技术性能符合设计要求，并经检测符合规定。(2)防火涂料涂装前钢材表面除锈及防锈底漆涂装符合设计要求和有关标准的规定。
表面除锈用铲刀检查和用《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB8923)规定的图片对照观察检查。防火涂料涂装基层不应有油污、灰尘和泥砂等污垢。
(3)钢结构防火涂料的黏结强度、抗压强度应符合《钢结构防火涂料应用技术规程》(CECS)的规定。检验方法应符合《建筑构件防火喷涂材料性能实验方法》(GB9978)的规定。(4)薄涂型防火涂料的涂层厚度应符合有关耐火极限的设计要求。厚涂型防火涂料涂层厚度的80%及以上面积应符合有关耐火极限的设计要求。且最薄处厚度不应低于设计要求的85%。(5)薄涂型防火涂料涂层表面裂纹宽度不应大于0.5mm；厚涂型防火涂料涂层表面裂纹宽度不应大于1mm。(6)防火涂料的型号、名称、颜色及有效期与质量证明文件相符。开启后不存在结皮、结块、凝胶等现象。
(7)防火涂料不应有误涂、漏涂，涂层应闭合，无脱层、空鼓、明显凹陷、粉化松散和浮浆等外观缺陷，乳凸已剔除。
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