浅谈钢结构缺陷预防及处理

浅谈钢结构缺陷预防及处理

魏现涛

中国建筑土木建设有限公司北京市100070

摘要：因为钢结构是由钢材组成的一种承重结构。它的完成通常要经过设计、加工、制作和安装等阶段。由于技术和人为的原因，钢结构缺陷在所难免，而缺陷往往是产生钢结构事故的直接或间接原因，所以对此应引起足够的重视。本文从4个方面阐述了钢结构的缺陷，并在最后给出预防和处理方法。

关键词：钢结构；缺陷；预防和处理方法

1引言

2015年，建设部、国家冶金工业局联合组织建筑用钢技术协调组制定《国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》。纲要中明确阐述：钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占地面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点，此外，钢结构建筑还具有良好的空间感，可设计成大量开放型办公室围绕着空中花园、中央天井加上合理的电梯设计可达到最低的能源消耗。因此钢结构又是环保型和节能型建筑结构。与混凝土结构相比它是环保型和可再次利用的、易于产业化的结构，发达国家在房屋建筑中广泛采用钢结构。政策、技术条件已具备，现在越来越多的大跨度、超高层采和公共建筑采用钢结构建设，如北京的鸟巢体育馆和中国国家大剧院都是钢结构工程。

但因为钢结构是由钢材组成的一种承重结构。它的完成通常要经过设计、加工、制作和安装等阶段。由于技术和人为的原因，钢结构缺陷在所难免，而缺陷往往是产生钢结构事故的直接或间接原因，所以对此应引起足够的重视。

2钢结构施工缺陷的种类

钢结构在施工过程中容易发生的缺陷主要包括:钢材的先天不足缺陷、钢结构的加工制作缺陷、钢结构的连接缺陷，钢结构运输、安装缺陷等。下面从这几方面详细说明。

2.1钢结构的先天缺陷

钢材的种类繁多，但在建筑钢结构中，常用的有两类钢材，即低碳钢和低合金钢。例如，Q235、16Mn、15MnV等。钢材的种类不同，缺陷自然也不同。钢材的质量主要取决于冶炼、浇铸和轧制过程中的质量控制。常见的先天性缺陷如下：

2.1.1化学成分缺陷

化学成分对钢材的性能有重要影响。从有害影响的角度来讲，化学成分将产生一种先天性缺陷。就Q235钢材而言，其中Fe约占99％，其余的1％为C、Mn、Si、S、P、O、N、H。普通低碳钢的八种化学成分均对钢材的性能有不利影响，其中C、Mn、Si是有益元素，但不可过量；S、P、O、N、H纯属有害杂质。它们虽然仅占1%，但影响极大。因此，我们将其影响视为先天性缺陷，并加以严格控制。

2.1.2冶炼及轧制缺陷

钢材在冶炼和轧制过程中，由于工艺参数控制不严格等问题常产生偏析、夹杂、裂纹、分层、发裂、缩孔、白点、斑疤、划痕、切痕、过热、过烧、脱碳、汽泡、铁皮、麻点、内部破裂和机械性能不合格等缺陷。这些缺陷有表面的，也有内部的，最严重的属钢材中形成的各类裂纹，其危害后果应引起高度重视。

2.2钢构件的加工制作缺陷

钢结构的加工制作主要是钢构件（柱、梁、支撑）的制作。钢结构制作的基本元件大多系热轧型材和板材。完整的钢结构产品，需要通过将基本元件使用机械设备和成熟的工艺方法，进行各种操作处理，达到规定产品的预定要求目标。现代化的钢结构厂应具有进行剪、冲、切、折、割、钻、铆、焊、喷、压、滚、弯、刨、铣、磨、锯、涂、抛、热处理、无损检测等能力的设备，并辅以各种专用胎具、模具、夹具、吊具等工艺设备。由此可见，钢结构的加工制作过程将由一系列的工序而组成，每一工序都有可能产生缺陷。

2.3钢结构的连接缺陷

钢结构的连接方法通常有铆接、栓接和焊接三种。目前大部分为栓焊混合连接为主，铆钉连接用量较少，就不仔细阐述。一般工厂制作以焊接居多，现场制作以螺栓连接居多或者部分相互交叉使用.

2.3.1栓接缺陷

栓接包括普通螺栓连接和高强螺栓连接两大类。普通螺栓一般为六角头螺栓，材质为Q235，性能等级为4.6级(4.6S)，根据产品质量和加工要求分为A、B、C三级。其中A级为精制螺栓，B级为半精制螺栓。精制螺栓和半精制螺栓采用I类孔，孔径比螺栓杆径大0.3mm～0.5mm。C级为粗制螺栓，一般采用Ⅱ类孔，孔径比螺栓杆径大1.0mm～1.5mm。普通螺栓由于紧固力小，且栓杆与孔径间空隙较大(主要指粗制螺栓)，故受剪性能差，但受拉连接性能好，且装卸方便，故通常应用于安装连接和需拆装的结构。螺栓连接给钢结构带来的主要缺陷有：螺栓孔引起构件截面削弱；普通螺栓连接在长期动载作用下的螺栓松动；高强螺栓连接预应力松弛引起的滑移变形；螺栓及附件钢材质量不合格；孔径及孔位偏差；摩擦面处理达不到设计要求，尤其是摩擦系数达不到要求。

2.3.2焊接缺陷

焊接是钢结构连接最重要的手段。焊接方法种类很多，按焊接的自动化程度一般分为手工焊接、半自动焊接及自动化焊接。焊接连接的优点是不削弱截面、节省材料、构造简单、连接方便、连接刚度大、密闭性好，尤其是可以保证等强连接或刚性连接。焊接也可能带来以下缺陷：(1)焊接材料不合格。手工焊采用的是焊条，自动焊采用的是焊丝和焊剂。实际工程中通常容易出现三个问题：一是焊接材料本身质量有问题；二是焊接材料与母材不匹配；三是不注意焊接材料的烘焙工作。(2)焊接引起焊缝热影响区母材的塑性和韧性降低，使钢材硬化、变脆和开裂。(3)因焊接产生较大的焊接残余变形。(4)因焊接产生严重的残余应力或应力集中。(5)焊缝存在的各种缺陷。如裂纹、焊瘤、边缘未熔合、未焊透、咬肉、夹渣和气孔等等。

2.4结构运输、安装和使用维护中的缺陷

钢结构在工厂制作完成后，运至现场安装，安装完毕进入使用期。在此过程中通常可能遇到以下缺陷：

(1)运输过程中引起结构或构件较大的变形和损伤；

(2)吊装过程中引起结构或构件较大的变形和局部失稳；

(3)安装过程中没有足够的临时支撑或锚固，导致结构或构件产生较大的变形，丧失稳定性，甚至倾覆等；

(4)现场焊接及螺栓连接质量达不到设计要求；

(5)使用期间由于地基不均匀沉降、温度应力以及人为因素造成的结构损坏；

(6)不能做到定期维护，致使结构腐蚀严重，影响到结构的耐久性。

3钢结构缺陷的处理和预防

钢结构的缺陷有先天性的材质缺陷和后天性设计、加工制作、安装和使用缺陷。无论我们的工作怎样精益求精，缺陷也是在所难免的。但缺陷有大小之分，当缺陷超过了有关规范的要求时，缺陷将对钢结构的各项性能构成有害影响，成为事故的潜在隐患，因此必须对缺陷进行处理和预防。(1)钢结构设计人员应重视钢结构的节点构造设计。合理的节点构造将会大大降低应力集中、残余应力、残余变形等缺陷的影响程度。(2)钢结构制造厂应重视加工制作各个环节工艺的合理性和设备的先进性，尽量减少手工作业，力求全自动化，并加强质量的监控和检验工作。（3)钢结构施工单位应重视安装工序的合理性、人员的高素质以及现场质检工作，尤其是临时支撑和安全措施不可忽视。(4)钢结构的使用单位应重视定期维护工作，保证必要的耐久性。

参考文献

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[2]钢结构施工工艺优化研究[J].龙伟,魏波,罗林.四川水力发电.2019(02).

[3]钢结构施工技术发展与改进之我见[J].谢治国.中国建筑金属结构.2013(22).

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