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海南鋼結構

     鋼結構是由鋼制材料組成的結構,是主要的建筑結構類型之一。結構主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構件組成,各構件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。因其自重較輕,且施工簡便,廣泛應用于大型廠房、場館、超高層等領域。

特點

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1、材料強度高,自身重量輕
鋼材強度較高,彈性模量也高。與混凝土和木材相比,其密度與屈服強度的比值相對較低,因而在同樣受力條件下鋼結構的構件截面小,自重輕,便于運輸和安裝,適于跨度大,高度高,承載重的結構。
2、鋼材韌性,塑性好,材質均勻,結構可靠性高
適于承受沖擊和動力荷載,具有良好的抗震性能。鋼材內部組織結構均勻,近于各向同性勻質體。鋼結構的實際工作性能比較符合計算理論。所以鋼結構可靠性高。
3、鋼結構制造安裝機械化程度高
鋼結構構件便于在工廠制造、工地拼裝。工廠機械化制造鋼結構構件成品精度高、生產效率高、工地拼裝速度快、工期短。鋼結構是工業化程度最高的一種結構。
4、鋼結構密封性能好
由于焊接結構可以做到完全密封,可以作成氣密性,水密性均很好的高壓容器,大型油池,壓力管道等。
5、鋼結構耐熱不耐火
當溫度在150℃以下時,鋼材性質變化很小。因而鋼結構適用于熱車間,但結構表面受150℃左右的熱輻射時,要采用隔熱板加以?;?。溫度在300℃ -400℃時.鋼材強度和彈性模量均顯著下降,溫度在600℃左右時,鋼材的強度趨于零。在有特殊防火需求的建筑中,鋼結構必須采用耐火材料加以?;ひ蘊岣吣突鸕燃?。
6、鋼結構耐腐蝕性差
特別是在潮濕和腐蝕性介質的環境中,容易銹蝕。一般鋼結構要除銹、鍍鋅或涂料,且要定期維護。對處于海水中的海洋平臺結構,需采用“鋅塊陽極?;?rdquo;等特殊措施予以防腐蝕。
7、低碳、節能、綠色環保,可重復利用
鋼結構建筑拆除幾乎不會產生建筑垃圾,鋼材可以回收再利用。

發展歷程

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中國雖然早期在鐵結構方面有卓越的成就,但長期停留于鐵制建筑物的水平。直到19世紀末,我國才開始采用現代化鋼結構。新中國成立后,鋼結構的應用有了很大的發展,不論在數量上或質量上都遠遠超過了過去。輕鋼結構的樓面由冷彎薄壁型鋼架或組合梁、樓面OSB結構板,支撐、連接件等組成。所用的材料是定向刨花板,水泥纖維板,以及膠合板。在這些輕質樓面上每平方米可承受316~365公斤的荷載。
鋼結構
 
 
鋼結構建筑的多少,標志著一個國家或一個地區的經濟實力和經濟發達程度。進入2000年以后,我國國民經濟顯著增長,國力明顯增強,鋼產量成為世界大國,在建筑中提出了要“積極、合理地用鋼”,從此甩掉了“限制用鋼”的束縛,鋼結構建筑在經濟發達地區逐漸增多。特別是2008年前后,在奧運會的推動下,出現了鋼結構建筑熱潮,強勁的市場需求,推動鋼結構建筑迅猛發展,建成了一大批鋼結構場館、機場、車站和高層建筑,其中,有的鋼結構建筑在制作安裝技術方面具有世界一流水平,如奧運會國家體育場等建筑。
奧運會后,鋼結構建筑得到普及和持續發展,鋼結構廣泛應用到建筑、鐵路、橋梁和住宅等方面,各種規模的鋼結構企業數以萬計,世界先進的鋼結構加工設備基本齊全,如多頭多維鉆床、鋼管多維相貫線切割機、波紋板自動焊接機床等。并且現在數百家鋼結構企業的加工制作水平具有世界先進水平,如鋼結構制作特級和一級企業。近幾年,鋼產量每年多達6億多噸,鋼材品種完全能滿足建筑需要。鋼結構設計規范、鋼結構材料標準、鋼結構工程施工質量驗收規范、以及各種專業規范和企業工法基本齊全。[1] 
鋼結構下游行業對鋼結構行業的發展具有較大的牽引和驅動作用,它們的需求變化直接決定了行業未來的發展狀況。
1.鋼結構的上游行業為鋼鐵等原材料供應行業
鋼鐵行業是鋼結構產業發展的物質基礎,鋼鐵行業的技術進步為鋼結構的應用創造了有利條件。國內鋼鐵行業的一些大企業已經開始了建筑結構用鋼的品種和技術的研發,相繼開發了高強鋼和耐火、耐候、耐海水、抗層狀撕裂、抗低溫用鋼,以及H 型鋼、高性能彩涂鋼板、冷彎型鋼等,為鋼結構產業的發展奠定了良好的應用基礎。
2、上下游對本行業的影響
鋼結構的上游主要是鋼鐵行業,鋼材產品價格波動直接影響本行業的采購成本。從整體上看,上游行業基本屬于競爭性行業,生產用于鋼結構的各類鋼板、鋼管、型鋼等鋼材,其中H 型鋼和中厚板是鋼結構建筑中最為常用的產品。產業洞察研究數據2011 年粗鋼產量達6.96 億噸,產量相對飽和,鋼結構生產所需的原材料能獲得穩定的供應。
下游行業對鋼結構行業的發展具有較大的牽引和驅動作用,它們的需求變化直接決定了行業未來的發展狀況。鋼結構以其強度高、自重輕、抗震性能好、工業化程度高、施工周期短、可塑性強、節能環保等綜合優勢,在工業廠房、市政基礎設施建設、文教體育建設、電力、橋梁、海洋石油工程、航空航天等行業得到了廣泛的應用,市場空間逐步擴大。另外,一旦住宅鋼結構市場取得突破,逐步取代傳統建筑形態進入住宅建設領域,鋼結構行業將引來爆發性的增長。

應用

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屋面系統
輕鋼結構住宅屋面系統輕鋼結構住宅屋面系統
是由屋架、結構OSB面板、防水層、輕型屋面瓦(金屬或瀝青瓦)及相關連接件組成的。邁特建筑輕鋼結構的屋面,外觀可以有多種組合。材料也有多種。在保障了防水這一技術的前提下,外觀有了許多的選擇方案。
墻體結構
輕鋼結構住宅的墻體主要由墻架柱、墻頂梁、墻底梁、墻體支撐、墻板和連接件組成。建筑輕鋼結構住宅一般將內橫墻作為結構的承重墻,墻柱為C形輕鋼構件,其壁厚根據所受的荷載而定,通常為0.84~2毫米,墻柱間距一般為400~600毫米, 建筑輕鋼結構住宅這種墻體結構布置方式,可有效承受并可靠傳遞豎向荷載,且布置方便,但邁特建筑輕鋼結構住宅墻體結構不能承受水平荷載。

技術性能

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保溫節能技術輕鋼結構為確保達到保溫效果,在建筑物的外墻和屋面中使用的保溫隔熱材料能長期使用并能保溫隔熱。建筑輕鋼結構住宅一般除了在墻的墻柱間填充玻璃纖維網格布外,在墻外側再貼一層保溫材料,有效隔斷了通過墻柱至外墻板的熱橋;樓層之間擱柵內填充玻璃纖維,減少通過樓層的熱傳遞;所有內墻墻體的墻柱之間均填充玻璃纖維,減少戶墻之間的熱傳遞。
防火技術輕鋼結構一個最關鍵的問題是防火技術的應用, 輕鋼結構住宅的耐火等級為四級。建筑輕鋼結構住宅在墻的兩側與樓蓋的天花處貼防火石膏板,對于普通防火墻和分戶墻用25.4毫米厚(1吋)石膏板?;?,以達到1個小時的防火要求,另外在墻體墻柱間與樓蓋擱柵間填充的玻璃纖維對于防火與熱傳遞也起了積極的?;ぷ饔?。
隔聲技術輕鋼結構在內外墻及樓蓋擱柵間填充玻璃棉,有效阻止了通過空氣傳播的音頻部分,而對于通過固體傳播的沖擊聲,作如下構造處理:對于分戶墻用二道墻柱構成帶有中間空隙的二道墻體;而對于吊頂用的固定石膏板的小龍骨,用帶有小切槽的彈性構造以有效減少樓層間的固體聲傳播。

施工技術

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連接方法
焊接連接
螺栓連接
鉚釘連接
重鋼結構
1.廠房桁車起吊重量:≥25噸。
2.每平米用鋼量:≥50KG/㎡。
輕鋼結構
指用圓鋼和小于L45×4和L56×36×4的角鋼制作的輕型鋼結。國家規范和技術文件都并沒有重鋼一說。
《鋼結構設計規范》GBJ17-88已經于2003年12月1日起廢除,現時實行的是《鋼結構設計規范》GB50017-2003
設備鋼結構
設備鋼結構是指大型設備中的鋼結構部分,根據技術人員的經驗,以下結構應可劃入設備鋼結構范疇:架橋機的塔架鋼結構、起重機的起重大梁、起重機車身、大型設備支架等,屬于對精密性、材質、連接等要求較高的精密鋼結構之一。對于成套設備來說,是最主要的受力部分,在功能上起到結構性作用。

制作

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設備鋼結構的加工制作與精密鋼結構類似,介于普通結構件(對加工要求不高)與精密機械加工(要求加工較精細)之間,采用焊接或者栓接的連接方式。
同時鋼結構類型主要有:用于廠房的排架結構、用于多高層建筑的框架結構、框架一剪力墻結構、框一筒結構,用于大空間的平板網架結構和彎頂網充結構等等。建筑功能不同,采用的結構形式也不同。鋼結構設計要執行國家的技術規范,做到技術先進、經濟合理、安全實用、確保質量。因此在結構設計制作的時候要注意以下要求:
1.首先根據建筑功能要求,采用相應合理的結構體系。做到技術先進、結構新穎、達到建筑和結構的完美統一。
2.鋼結構(除容器外)多以桿件為主,故桿件尺寸盡可能模數化、標準化,便于機械化制造、運送、安裝、提高生產率。
3.采用具有較高經濟指標的高效鋼材。
4.鋼結構的節點是至關重要的,要采用適當的連接方式,使節點設計與結構計算簡化模型相一致。以往的結構破壞絕大多數發生在節點,所以對節點要精心設計,精心施工.采用先進的、可靠的連接方法.

材料要求

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鋼結構在使用過程中會受到各種形式的作用(荷載、基礎不均勻沉降、溫度等),所以要求鋼材應具有良好的機械性能(強度、塑性、韌性)和加工性能(冷熱加工和焊接性能),以保證結構安全可靠。鋼材的種類很多,符合鋼結構要求的只是少數幾種,如碳素鋼中的Q235,低合金鋼中的l6Mn,用于高強螺栓的20錳釩鋼(20MnV)等。[2] 
性能指標
1、強度
鋼材的強度指標由彈性極限σe,屈服極限σy,和抗拉極限σu,設計時以鋼材的屈服強度為基礎,屈服強度高可以減輕結構的自重,節省鋼材,降低造價??估慷?sigma;u即是鋼材破壞前所能承受的最大應力,此時的結構因塑性變形很大而失去使用性能,但結構變形大而不垮,滿足結構抵抗罕遇地震時的要求。‘σu/σy值的大小,可以看作鋼材強度儲備的參數。
2、塑性
鋼材的塑性一般指應力超過屈服點后,具有顯著的塑性變形而不斷裂的性質。衡量鋼材塑性變形能力的主要指標是伸長率δ和斷面收縮率ψ。
3、冷彎性能
鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產生塑性變形時對產生裂紋的抵抗能力。鋼材的冷彎性能是用冷彎實驗來檢驗鋼材承受規定彎曲程度的彎曲變形性能。
4、沖擊韌性
鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷載作用下,斷裂過程中吸收機械動能的一種能力,是衡量鋼材抵抗沖擊荷裁作用,可能因低溫、應力集中,而導致脆性斷裂的一項機械性能。一般通過標準試件的沖擊試驗來獲得鋼材的沖擊韌性指標。
5、焊接性能
鋼材的焊接性能是指在—定的焊接工藝條件下,獲得性能良好的焊接接頭。焊接性能可分為焊接過程中的焊接性能和使用性能上的焊接性能兩種。焊接過程中的焊接性能是指焊接過程中焊縫及焊縫附近金屬不產生熱裂紋或冷卻不產生冷卻收縮裂紋的敏感性。 焊接性能好,是指在一定焊接工藝條件下,焊縫金屬和附近母材均不產生裂紋。使用性能上的焊接性能是指焊縫處的沖擊韌性和熱影響區內延性性能,要求焊縫及熱影響區內鋼材的力學性能不低于母材的力學性能。我國采用焊接過程的焊接性能試驗方法,也采用使用性使用性質上的焊接性能試驗方法。
6、耐久性
影響鋼材耐久性的因素很多。首先是鋼材的耐腐蝕性差,必須采取防護措施,防止鋼材腐蝕生銹。防護措施有:定期對鋼材油漆維護,采用鍍鋅鋼材,在有酸,堿,鹽等強腐蝕介質條件下,采用特殊防護措施,如海洋平臺結構采用“陽極?;?rdquo;措施防止導管架腐蝕,在導管架上固定上鋅錠,海水電解質會自動先腐蝕鋅錠,從而達到?;じ值脊薌艿墓δ?。其次由于鋼材在高溫和長期荷載作用下,其破壞強度比短期強度降低較多,故對長期高溫作用下的鋼材,要測定持久強度。鋼材隨時間推移會自動變硬、變脆、即“時效”現象。對低溫荷載作用下的鋼材要檢驗其沖擊韌性。[3] 

要求

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設備鋼結構通?;嵩諞韻路矯嫣岢鎏厥庖蠡蛘吒咭螅?/div>
結構件:材質、表面粗糙度、公差、表面處理、直線度(或弧度)
連接:孔位偏差、螺栓等級;焊接方法、焊接標準、焊材;氣密性,要求進行無損檢測、液體滲透檢測等
整體結構:垂直度、水平度等
包裝:包裝材料、包裝方法
倉儲:環境溫度、環境濕度
運輸:裝卸、車內擺放、集裝箱內擺放,等等。

鋼構

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是指用鋼板和熱扎、冷彎或焊接型材通過連接件連接而成的能承受和傳遞荷載的結構形式。鋼結構體系具有自重輕、工廠化制造、安裝快捷、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環境污染少等綜合優勢,與鋼筋混凝土結構相比,更具有在“高、大、輕”三個方面發展的獨特優勢,在全球范圍內,特別是發達國家和地區,鋼結構在建筑工程領域中得到合理、廣泛的應用。鋼結構行業通常分為輕型鋼結構、高層鋼結構、住宅鋼結構、空間鋼結構和橋梁鋼結構5大子類。
鋼結構在各項工程建設中的應用極為廣泛,如鋼橋、鋼廠房、鋼閘門、各種大型管道容器、高層建筑和塔軌機構等。

特點

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1. 鋼結構自重較輕
2. 鋼結構工作的可靠性較高
3. 鋼材的抗振(震)性、抗沖擊性好
4. 鋼結構制造的工業化程度較高
5. 鋼結構可以準確快速地裝配
6. 鋼結構室內空間大
7. 容易做成密封結構
8. 鋼結構易腐蝕
9. 鋼結構耐火性差
10.鋼結構可回收利用
11.鋼結構工期較短

牌號

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1.碳素結構鋼:Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等
2.低合金高強度結構鋼
3.優質碳素結構鋼及合金結構鋼
4.專門用途鋼

區別

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判定結構為重鋼與輕鋼結構確實沒有一個統一的標準,很多有經驗的設計師或項目經理也常常不能完全說明白,但我們可以以一些數據綜合考慮并加以判斷:
高層鋼結構高層鋼結構
1、廠房行車起吊重量:大于等于25噸,可以認為為重鋼結構了。
2、每平米用鋼量:大于等于50KG/㎡,可認為是重鋼結構。
3、主要構件鋼板厚度:大于等于10MM,輕鋼結構用的較少。
另外,還有一些參考值:如每平米造價,最大構件重量,最大跨度,結構形式,檐高等,以上這些在判斷廠房是否為重鋼或輕鋼時可以提供經驗數據,當然很多建筑都是輕、重鋼都有。但有一些我們可以較肯定的說是重鋼:如:石化廠房設施、電廠廠房、大跨度的體育場館、展覽中心,高層或超高層鋼結構。
實際上國家規范和技術文件都并沒有重鋼一說,為區別輕型房屋鋼結構,也許稱一般鋼結構為“普鋼”更合適。因為普通鋼結構的范圍很廣,可以包含各種鋼結構,不管荷載大小,甚至包括輕型鋼結構的許多內容,輕型房屋鋼結構技術規程只是針對其“輕”的特點而規定了一些更具體的內容,而且范圍只局限在單層門式剛架。
輕鋼也是一個比較含糊的名詞,一般可以有兩種理解。一種是現行《鋼結構設計規范》(GBJ 17-88)中第十一章“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構”,是指用圓鋼和小于L45*4和L56*36*4的角鋼制作的輕型鋼結構
由此可見,輕鋼與重鋼之分不在結構本身的輕重,而在所承受的圍護材料的輕重,而在結構設計概念上還是一致的 。

鋼結構安裝

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鋼構件的預制
按著安裝順序和工藝要求在鋼平臺上進行鋼構件的預制和組裝,要保證焊接制作質量。
型鋼的拼接翼緣板拼接接縫和腹板拼接接縫的間距應大于200㎜。翼緣板拼接長度不應小于2倍板寬;腹板拼接寬度不應小于300㎜,長度不應小于600㎜。
為了焊接方便,保證焊接質量,盡量將立柱、橫梁上的加強筋板、連接板、墊板、挑梁(梁)等在地面鋼平臺上按施工圖尺寸進行組對焊接。
在鋼平臺上預制的鋼構件除按施工圖和規范要求制作組裝外,還應考慮現場安裝的工藝性和安裝尺寸的變化。

鋼結構發展前景

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鋼結構發展:應關注三大領域
根據行業發展狀況,海洋石油工程裝備、鋼結構住宅、鋼結構橋梁等3個領域的發展應當引起國家有關主管部門的關注,如果受到重視和政策鼓勵,完全可以實現產業倍增的目標。
海洋石油的產量在2015年要達到1億噸,海洋工程裝備企業的目標是要為深海1500米~3000米的開采提供大量裝備,產業水平及規模必須提高;鋼結構住宅符合綠色環保、節能減排和循環經濟政策,其工業化、標準化的鋼結構住宅產品具有廣闊和無限的市場空間;全國59萬座公路橋梁中鋼結構橋梁不足1%,鐵路系統高速發展,新建線路以橋代路,80%均是預應力鋼筋混凝土橋梁。而鋼結構橋梁在日本占到41%,美國占到33%,由此可見我國鋼結構橋梁的市場需求和產業發展與發達國家還有很大差距。
中國鋼結構產業在近10余年期間發展迅速,已成為全球鋼結構用量最大、制造施工能力最強、產業規模第一、企業規模第一的鋼結構大國。
鋼結構企業:須重視“十二五”發展
各地重大鋼結構工程的成功建設,說明我國的鋼結構綜合技術水平已處于國際先進水平。但我國的鋼結構產業在信息化、自動化、標準化、科研創新方面同發達國家相比還有不小的差距。
2011年是國家“十二五”規劃起始之年,國家有關部委、行業協會及企業集團、鋼結構企業都在進行調研、分析市場及未來發展趨勢。國家發改委、工信部、科技部也正在研究有關戰略性新型產業確定和規劃目標,對具有國際先進水平、自主創新能力強、國際競爭實力強大并可以占領更多市場的產業,將列入規劃并給予支持、扶持政策?;鲆彩翹粽?,我國鋼結構產業能否上臺階、上規模,“十二五”期間的發展至關重要。
中國鋼結構協會經過調查研究,在聽取有關專家意見和建議后,草擬了《關于鋼結構產業在國家“十二五”規劃的戰略思考及建議草案》,在征求有關人員的意見后,協會將組織有關專家具體落實、完善,以促進“十二五”期間鋼結構行業取得更大發展。
鋼結構行業由于其經濟和技術的優越性、低碳減排、循環經濟以及可工業化、產業化發展,能更好的適應并滿足當前我國國民經濟建設需要,也將成為具有市場廣闊、企業眾多、創新不斷、充滿蓬勃生機的新興產業之一。
分析認為,“十二五”期間,獲得政策扶持的鋼結構行業有望在海洋工程、住宅和橋梁領域大展拳腳,實現產量的倍增。

抗震性

低層別墅的屋面大都為坡屋面,因此屋面結構基本上采用的是由冷彎型鋼構件做成的三角型屋架體系,輕鋼構件在封完結構性板材及石膏板之后,形成了非常堅固的"板肋結構體系",這種結構體系有著更強的抗震及抵抗水平荷載的能力,適用于抗震烈度為8度以上的地區。

抗風性

鋼結構建筑重量輕、強度高、整體剛性好、變形能力強。建筑物自重僅是磚混結構的五分之一,可抵抗每秒70米的颶風,使生命財產能得到有效的?;?。

耐久性

輕鋼結構住宅結構全部采用冷彎薄壁鋼構件體系組成,鋼骨采用超級防腐高強冷軋鍍鋅板制造,有效避免鋼板在施工和使用過程中的銹蝕的影響,增加了輕鋼構件的使用壽命。結構壽命可達100年。

保溫性

采用的保溫隔熱材料以玻纖棉為主,具有良好的保溫隔熱效果。用以外墻的保溫板,有效的避免墻體的“冷橋”現象,達到了更好的保溫效果。100mm左右厚的R15保溫棉熱阻值可相當于1m厚的磚墻。

隔音性

隔音效果是評估住宅的一個重要指標,輕鋼體系安裝的窗均采用中空玻璃,隔音效果好,隔音達40分貝以上;由輕鋼龍骨、保溫材料石膏板組成的墻體,其隔音效果可高達60分貝。

健康性

干作業施工,減少廢棄物對環境造成的污染,房屋鋼結構材料可100%回收,其他配套材料也可大部分回收,符合當前環保意識;所有材料為綠色建材,滿足生態環境要求,有利于健康。

舒適性

輕鋼墻體采用高效節能體系,具有呼吸功能,可調節室內空氣干濕度;屋頂具有通風功能,可以使屋內部上空形成流動的空氣間,保證屋頂內部的通風及散熱需求。

快捷

全部干作業施工,不受環境季節影響。一棟300平方米左右的建筑,只需5個工人30個工作日可以完成從地基到裝修的全過程。

環保

材料可100%回收,真正做到綠色無污染。

節能

全部采用高效節能墻體,保溫、隔熱、隔音效果好,可達到50%的節能標準。

加固技術措施

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鋼結構也是有損壞的時候,我們要即時發現即時解決問題,鋼結構網介紹鋼結構損壞的主要因素有:
1)由荷載變化,超期服役,規范和規程改變導致結構承載力不足;
2)構件由于各種意外產生變形、扭曲、傷殘、凹陷等,致使構件截面削弱,桿件翹曲,連接開裂等;
3)溫差作用下引起構件或連接變形、開裂和翹曲;
4)由于化學物質的侵蝕而產生腐蝕以及電化學腐蝕致使鋼結構構件截面削弱;
5)其它包括設計、生產、施工中的失誤及服役期中的違規使用和操作等。
鋼結構的加固技術措施主要有三種:
1) 截面補強法:在局部或沿構件全長以鋼材補強,連成整體使之共同受力;
2) 改變計算簡圖:增設附加支承,調整荷載分布情況,降低內力水平,對超靜定結構支座進行強迫位移,降低應力峰值;
3) 預應力拉索法:利用高強拉索加固結構薄弱環節或提高結構整體承載力、剛度和穩度。

優勢

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鋼結構與其它建設相比,在使用中、設計、施工及綜合經濟方面都具有優勢,造價低,可隨時移動。
一、鋼結構住宅比傳統建筑能更好的滿足建筑上大開間靈活分隔的要求,并可通過減少柱的截面面積和使用輕質墻板,提高面積使用率,戶內有效使用面積提高約6%。
二、節能效果好,墻體采用輕型節能標準化的C型鋼、方鋼、夾芯板,保溫性能好,抗震度好。節能50%,
三、將鋼結構體系用于住宅建筑可充分發揮鋼結構的延性好、塑性變形能力強,具有優良的抗震抗風性能,大大提高了住宅的安全可靠性。尤其在遭遇地震、臺風災害的情況下,鋼結構能夠避免建筑物的倒塌性破壞。
四、建筑總重輕,鋼結構住宅體系自重輕,約為混凝土結構的一半,可以大大減少基礎造價。
五、施工速度快,工期比傳統住宅體系至少縮短三分之一,一棟1000平米只需20天、五個工人方可完工。
六、環保效果好。鋼結構住宅施工時大大減少了砂、石、灰的用量,所用的材料主要是綠色,100%回收或降解的材料,在建筑物拆除時,大部分材料可以再用或降解,不會造成垃圾。
七、以靈活、豐實。大開間設計,戶內空間可多方案分割,可滿足用戶的不同需求。
八、符合住宅產業化和可持續發展的要求。鋼結構適宜工廠大批量生產,工業化程度高,并且能將節能、防水、隔熱、門窗等先進成品集合于一體,成套應用,將設計、生產、施工一體化,提高建設產業的水平。
鋼結構與普通鋼筋混凝土結構相比,其勻質、高強、施工速度快、抗震性好和回收率高等優越性,鋼比磚石和砼的強度和彈性模量要高出很多倍,因此在荷載相同的條件下,鋼構件的質量輕。從被破壞方面看,鋼結構是在事先有較大變形預兆,屬于延性破壞結構,能夠預先發現危險,從而避免。
鋼結構廠房具有總體輕、節省基礎、用料少、造價低、施工周期短,跨度大,安全可靠,造型美觀,結構穩定等優勢。鋼結構廠房廣泛應用于大跨度工業廠房、倉庫、冷庫、高層建筑、辦公大樓,多層停車車場及民宅等建筑行業。

缺點

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鋼結構工程中質量問題的缺點
(一)復雜性
鋼結構工程項目施工質量問題的復雜性,主要表現在引發質量問題的因素繁多,產生質量問題的原因也復雜,即使是同一性質的質量問題,原因有時也不一樣,從而質量問題的分析、判斷和處理增加了復雜性。例如焊接裂縫,其既可發生在焊縫金屬中,也可發生在母材熱影響中,既可在焊縫表面,也可在焊縫內部;裂縫走向既可平行于焊道,也可垂直于焊道,裂縫既可能是冷裂縫,也可能是熱裂縫;產生原因也有焊接材料選用不當和焊接預熱或后熱不當之分。
(二)嚴重性
鋼結構工程項目施工質量問題的嚴重性表現在:一般的,影響施工順利進行,造成工期延誤,成本增加,嚴重的,建筑物倒塌,造成人身傷亡,財產受損,引起不良的社會影響。
(三)可變性
鋼結構工程施工質量問題還將隨著外界變化和時間的延長而不斷地發展變化,質量缺陷逐漸體現。例如,鋼構件的焊縫由于應力的變化,使原來沒有裂縫的焊縫產生裂縫:由于焊后在焊縫中有氫的活動的作用便可產生延遲裂縫。又如構件長期承受過載,則鋼構件要產生下拱彎曲變形,產生隱患。
(四)頻發性
由于我國現代建筑都是以混凝土結構為主,從事建筑施工的管理人員和技術人員對鋼結構的制作和施工技術相對比較生疏,以民工為主的具體施工人員更不懂鋼結構工程的科學施工方法,導致施工過程中的事故時常發生。

鋼結構易腐蝕

編輯
鋼結構必須注意防護,特別是薄壁構件,因此,處于較強腐蝕性介質內的建筑物不宜采用鋼結構。鋼結構在涂油漆前應徹底除銹,油漆質量和涂層厚度均應符合相關規范要求。在設計中應避免使結構受潮、漏雨,構造上應盡量避免存在于檢查、維修的死角。新建造的鋼結構一般隔一定時間都要重新刷涂料,維護費用較高。國內外正在發展各種高性能的涂料和不易銹蝕的耐候鋼,鋼結構耐銹蝕性差的問題有望得到解決。

鋼結構不耐火

編輯
溫度超過250℃以內時,材質發生較大變化,不僅強度逐步降低,還會發生藍脆和徐變現象。溫度達600℃時,鋼材進入塑性狀態不能繼續承載。

鋼結構斷裂

編輯
鋼結構在低溫和某些條件下,可能發生脆性斷裂,還有厚板的層狀撕裂,都應引起設計者的特別注意。

鋼材較貴

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采用鋼結構后結構造價會略有增加,往往影響業主的選擇。其實上部結構造價占工程總投資的比例很小,增加幅度約為10%。而以高層建筑為例,增加幅度不到2%。顯然,結構造價單一因素不應作為決定采用何種材料的依據。如果綜合考慮各種因素,尤其是工期優勢,則鋼結構將日益受到重視。

安裝要點

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(1) 摩擦系數:,其中F為抗滑移試驗所測得的使試件產生初始 滑移的力,nf為摩擦面數, 為與F對應的高強螺栓擰緊預拉力實測 值之和。
(2) 扭矩系數:,其中d為高強螺栓公稱直徑(mm),M為施加扭矩值(N﹒M ),P為螺栓預緊力。10.9級高強度大六角螺栓連接必須保證扭矩系數K的平均值為0.110~0.150。其標準偏差應小于等于0.010。
(3) 初擰扭矩:為了縮小螺栓緊固過程中鋼板變形的影響,可用二次擰緊來減小先后擰緊螺栓之間的相互影響。高強螺栓第一次擰為初擰,使其軸力宜達到標準軸力的60%~80%。
(4) 終擰扭矩:高強螺栓最后緊固用的扭矩為終擰扭矩??悸歉髦衷びαΦ乃鶚?,終擰扭矩一般比按設計預拉力作理論計算的扭矩值大5%~10%。
鋼結構的清理
鋼結構拋丸機,清理過程中由電氣控制的可調速輸送輥道將鋼結構件或鋼材送進清理機室體內拋射區,其周身各面受到來自不同坐標方位的強力密集彈丸打擊與磨擦,使之其上的氧化皮、銹層及其污物迅速脫落,鋼材表面就獲得一定粗糙度的光潔表面,在清理室外兩邊進出口輥道裝卸工件。落入鋼材上面的彈丸與銹塵經吹掃裝置吹掃,撒落下來的丸塵混合物由回收螺旋輸送到室體漏斗、縱橫向螺旋輸送機匯集于提升機下部,再提升到機器上部的分離器里,分離后的純凈彈丸落入分離器料斗中內,供拋丸循環使用。拋丸清理中產生塵埃,由抽風管送向除塵系統,凈化處理后的凈氣排放到大氣中,顆粒狀塵埃被捕捉收集。
二.主要構成
DISA鋼結構拋丸機DISA鋼結構拋丸機
1.清理室
清理室為大容腔板式箱形組焊結構,室體內壁襯有ZGMn13耐磨防護板,清理作業在密封的容腔內進行。
2.輸送輥道
分為室內輸送輥道和裝卸料段輸送輥道。
室內輥道外套高鉻耐磨護套及限位環,高鉻耐磨護套用于?;す醯?,承受彈丸打擊,限位環可使工件按預定的位置運行,防止跑偏,造成事故。
3.提升機
主要由上、下部傳動、筒體、皮帶、料斗等組成。
提升機上下同徑帶輪采用筋板、輪板與輪轂組焊成多邊形結構,以增強磨擦力,避免打滑現象,延長了皮帶使用壽命。
提升機罩殼折彎成形,打開提升機中殼上的蓋板可維修更換料斗和搭接皮帶。打開提升機下殼上的蓋板可排除底部彈丸的阻塞。
調整提升機上殼兩側螺栓帶動拉板上下移動便可保持提升皮帶的松緊度。
上下帶輪采用帶方座外球面球軸承,受到振動沖擊時可自動調整,密封性好。
4.分離器
螺旋輸送器主要由減速電機、螺旋軸、螺旋體殼組成。
采用帶方座外球面球軸承,該軸承受到振動沖擊時能自動調整,密封性好。
6.輸丸管道
本輸丸管道具有雙重控丸功能,每一閘管上方均設一閘板,分別切斷來自分離器的彈丸,便于維修各自的拋丸器;閘板開啟大小,可以調節彈丸流量,也可根據清理工件的規格任意組合,開啟與關閉閘門數量,以節約能源,減少對機器的磨損,并保證滿足生產需要。
7.拋丸器
采用單圓盤拋丸器,成為當今國內完美無缺的高水平拋丸器。它主要由轉動機構、葉輪、罩殼、定向套、分丸輪、護板等組成,其中葉輪采用Cr40材質由鍛造而成,葉片、定向套、分丸輪及護板均采用高鉻.
8.吹掃裝置
本裝置采用高壓風機,并在室體內輔室部分設有不同角度的多組彈性吹嘴,對工件表面余留的彈丸進行吹掃清理。
9.進出口密封
工件進出口密封裝置,均采用橡膠彈簧鋼板制成,為防止在拋丸時,彈丸飛濺出清理室外,在工件進出口處各設多道加強密封,其特點為彈性強、壽命長、密封效果俱佳。
10.除塵系統
布袋式除塵器
主要由袋式除塵器和風機、除塵管道等一起組成除塵系統。除塵效率可達99.5%。
11.電氣控制
電氣控制系統采用常規控制實現對全機的控制,采用國內外生產的優質電器元件,具有可靠性高及維修方便等優點,主電路由小型斷路器和熱繼電器實現對各電機的短路、缺相、過載?;?。并設有多處急???,方便緊急關機,防止事故擴大。
在清理室及清掃室的各個檢修門上設有安全?;た?,當任何一個檢修門打開后,拋丸器不能啟動。
三.總結
通過式拋丸機主要用于金屬結構、機床床身、鋼(鑄鐵)制品、網架、工程機械與橋梁制造業,隨著國家對環境污染的懲罰力度的加大,酸洗清理已經逐漸被市場淘汰,通過式拋丸機會得到越來越多的使用。

施工技術

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上海世博鋼結構工程上海世博鋼結構工程
一、鋼結構安裝焊接前的準備工作
試驗鋼材包括Q345GJC-Z15(壁厚70mm)、Q345GJC-Z15(壁厚40mm)、Q345C(翼緣厚28mm),焊接位置為柱—柱橫焊、柱—梁平焊(包括桁架梁上下翼緣平焊)、T型角立焊。坡口形式及尺寸按設計要求。焊后外觀及超聲波檢查合格后取樣進行了力學和物理試驗。
試驗結果接頭的抗拉強度達到母材抗拉強度標準值,接頭彎曲180°無裂紋。采用的焊接材料和焊接設備技術條件應符合國家標準,性能優良。清渣、氣刨、焊條烘干保溫等裝置應齊全有效。
二、手工電弧焊及CO2氣保焊焊材和設備
(1)焊條應在高溫烘干箱中烘干,焊條烘干次數不得超過兩次。
(2)焊絲包裝應完好,如有破損而導致焊絲污染或彎折、紊亂時應部分棄之。
(3)CO2氣體純度應不低于99.9%(體積比),含水量應低于0.05%(重量比),瓶內高壓低于1MPa時應停止使用。
(4)焊機電壓應正常,地線壓緊牢固,接觸可靠,電纜及焊鉗無破損,送絲機應能均勻送絲,氣管應無漏氣或堵塞。
三、安裝焊接程序及一般規定
焊接的一般順序為:焊前檢查 →預熱除銹 → 裝焊墊板和引弧板→ 焊接 → 檢驗
1.焊前檢查坡口角度、鈍邊、間隙及錯口量,坡口內和兩側的銹斑、油污、氧化鐵皮等應清除干凈。
2.預熱。焊前用氣焊或特制烤槍對坡口及其兩側各100mm范圍內的母材均勻加熱,并用表面測溫計測量溫度,防止溫度不符合要求或表面局部氧化,預熱溫度。
3.重新檢查預熱溫度,如溫度不夠應重新加熱,使之符合要求。
4.裝焊墊板及引弧板,其表面清潔程度要求與坡口表面相同,墊板與母材應貼緊,引弧板與母材焊接應牢固。
5.焊接:第一層的焊道應封住坡口內母材與墊板的連接處,然后逐道逐層累焊至填滿坡口,每道焊縫焊完后,都必須清除焊渣及飛濺物,出現焊接缺陷應及時磨去并修補。
6.一個接口必須連續焊完,如不得已而中途停焊時,應進行保溫緩冷處理,再焊前,應重新按規定加熱。
7.遇雨、雪天時應停焊,構件焊口周圍及上方應有擋風、雨棚,風速大于5m/s時應停焊?;肪澄露鵲陀諏愣仁?,應按規定采取預熱和后熱措施施工。
8.碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環境溫度、低合金結構鋼應在完成24h以后,進行焊縫探傷檢驗。
9.焊工和檢驗人員要認真填寫作業記錄表。
四、典形節點的焊接順序和工藝參數
(1)上下柱無耳板側由兩名焊工在兩側對稱焊至板厚的1/3處時,切去耳板。
(2)然后在切去耳板側由兩名焊工在兩側對稱焊至板厚的1/3處。
(3)再由兩名焊工分別承擔相鄰兩面的焊接。
(4)每兩層之間焊道的接頭應相互錯開,兩名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯開,焊接過程中要注意檢測層間溫度。
(5)焊接工藝參數:
CO2氣保焊:焊絲直徑Φ1.2mm,電流280~320A,焊速350~450mm/min
焊絲伸出長度:約20mm,氣體流量25~80L/min,
電壓29~34V,層間溫度120~150℃
五、柱—梁、梁—梁節點
(1)先焊梁的下翼緣,梁腹板兩側的翼緣焊道要保持對稱焊接。
(2)待下翼緣焊完,然后焊接上翼緣。
(3)如翼緣板厚大于30mm時,宜上下翼緣輪換施焊。
(4)焊接工藝參數:
CO2氣保焊:焊絲直徑φ1.2mm,電流280~360A,焊速300~500mm/min
焊絲伸出長度約20 mm,氣體流量20~80L/mm
電壓30~38V,層間溫度120~150℃

鋼結構特性

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以鋼材制作為主的結構,是主要的建筑結構類型之一。鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜;
材料勻質性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學的基本假定;材料塑性、韌性好,可有較大變形,能很好地承受動力荷載;建筑工期短;其工業化程度高,可進行機械化程度高的專業化生產;加工精度高、效率高、密閉性好,故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。
其缺點是耐火性和耐腐性較差。主要用于重型車間的承重骨架、受動力荷載作用的廠房結構、板殼結構、高聳電視塔和桅桿結構、橋梁和倉庫等大跨度結構、高層和超高層建筑等。
鋼結構今后應研究高強度鋼材,大大提高其屈服點強度;此外要軋制新品種的型鋼,例如H型鋼(又稱寬翼緣型鋼)和T形鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。
鋼結構又分輕鋼和重鋼。判定沒有一個統一的標準,很多有經驗的設計師或項目經理也常常不能完全說明白,可以以一些數據綜合考慮并加以判斷。

安裝質量控制

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①安裝前,施工單位應對構件的產品合格證、設計文件與預拼裝記錄進行檢查,并復驗記錄構件的尺寸。鋼結構的變形、缺陷超出允許偏差時,應進行處理。
安裝前,應編制詳細的測量和矯正工藝,厚鋼板的焊接應在焊接安裝前進行模擬產品結構的工藝試驗,編制相應的施工工藝。對拼裝好的屋架應預設一定的起拱度。
②鋼結構吊裝就位后,應對構件定位軸線、標高等設計要求控制點進行測量做好標記,對吊裝對接接頭質量進行焊前檢查。安裝好臨時支撐及鋼浪索以使鋼屋架在施工過程中安全穩定。
③鋼結構安裝時,施工單位應提交每榀構件吊裝后的標高尺寸、焊接、涂裝等分別向監理提交驗收。

鋼結構產量

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中國鋼結構行業呈現持續和快速的增長勢頭,鋼結構產量從2002年的850萬噸增長到2009年的2294萬噸,年均復合增長率達到15.24%。據相關數據估計,2010年,鋼結構產量達到2600萬噸。2011年,鋼結構產量約為2900萬噸。我國鋼結構行業正處于迅猛發展時期。
中國鋼結構行業總體集中度較低。年產量1萬噸以下、1-5萬噸、5-30萬噸、30萬噸以上的鋼結構企業數量分別為4000-5000、100、20、6-8;擁有鋼結構特級制造資質的企業51家,擁有輕型鋼結構工程設計專項甲級資質的企業82家,而同時擁有上述資質及專業承包一級資質的企業更少。隨著行業不斷發展,行業內并購整合現象將成為常態。

重點知識

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1 、鋼結構體系具有自重輕、安裝容易、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環境污染少等綜合優勢,塑性和韌性好 抗沖擊性好。
2 、鋼材的種類有: 按厚度不同分薄板(薄鋼板厚度<4mm)、中板(中厚度4-20mm)和厚板(厚度20--60mm)大于60為特厚種。鋼帶包括在鋼板類內。
3、普通螺栓與高強螺栓的區別?
普通螺栓一般用普通碳素結構鋼制造,不經熱處理,高強螺栓一般用優質碳素結構鋼或合金結構鋼制造,需要經過調質熱處理提高綜合機械性能。 高強度分為,8.8級,10.9級,12.9級。
從強度等級: 高強螺栓常用8.8S和10.9S兩個強度等級。 普通螺栓一般有4.4級,4.8級 5.6級8.8級。
從受力特點高強螺栓施加預拉力和靠摩擦力傳遞外力,普通螺栓靠栓桿抗剪力和孔壁承壓來傳遞剪力。
4、 按受力特性分為:摩擦型與承壓型
摩擦型高強螺栓是依據被連接件之間的摩擦力傳遞外力,當剪力等于摩擦力時,極為摩擦型高強螺栓連接的設計極限荷載。此時聯眾的桿件不會發生相對滑移,螺栓桿不受剪,螺栓孔壁不承壓。
承壓型高強螺栓與普通螺栓類似,剪力可以超過摩擦力,此時被連接構件之間會發生相對滑移,螺栓桿與孔壁接觸,連接依靠摩擦力與螺栓桿的剪切、承壓共同傳力。
承壓型高強螺栓的變形較大,不適用于直接承受動力荷載結構的連接。
5、焊條種類幾種
大體有十幾種:碳鋼焊條、低合金鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條及特殊用途焊條。
6、焊縫缺陷:
(1)未焊透:母體金屬接頭處中間(X坡口)或根 部(V、U坡口)的鈍邊未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接頭的機械強度,在未焊透的缺口和端部會形成應力集中點,在焊接件承受載荷時容易導致開裂。
(2)未熔合:固體金屬與填充金屬之間(焊道與母材之間),或者填充金屬之間(多道焊時的焊道之間或焊層之間)局部未完全熔化結合,或者在點焊(電阻焊)時母材與母材之間未完全熔合在一起,有時也常伴有夾渣存在。
(3)氣孔:在熔化焊接過程中,焊縫金屬內的氣體或外界侵入的氣體在熔池金屬冷卻凝固前未來得及溢出而殘留在焊縫金屬內部或表面形成的空穴或孔隙,視其形態可分為單個氣孔、鏈狀氣孔、密集氣孔(包括蜂窩狀氣孔)等,特別是在電弧焊中,由于冶金過程進行時間很短,熔池金屬很快凝固,冶金過程中產生的氣體、液態金屬吸收的氣體,或者焊條的焊劑受潮而在高溫下分解產生氣體,甚至是焊接環境中的濕度太大也會在高溫下分解出氣體等等,這些氣體來不及析出時就會形成氣孔缺陷。盡管氣孔較之其它的缺陷其應力集中趨勢沒有那么大,但是它破壞了焊縫金屬的致密性,減少了焊縫金屬的有效截面積,從而導致焊縫的強度降低。
7、無損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態的前提下,對被檢驗部件的表面和內部質量進行檢查的一種測試手段。
常用無損探傷方法:
超聲波探傷:利用超聲能透入金屬材料的深處,并由一截面進入另一截面時,在界面邊緣發生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法,當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部,遇到缺陷與零件底面時就分別發生反射波來,在螢光屏上形成脈沖波形,根據這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。
射線探傷(X射線、γ射線):利用射線穿透物體來發現物體內部缺陷的探傷方法 。
磁粉探傷:是用來檢測鐵磁性材料表面和近表面缺陷的一種檢測方法。當工件磁化時,若工件表面有缺陷存在,由于缺陷處的磁阻增大而產生漏磁,形成局部磁場,磁粉便在此處顯示缺陷的形狀和位置,從而判斷缺陷的存在。
8、零部件加工的程序:準備工作、矯正、放樣、切割、彎曲、制孔、組裝、焊接、檢測、除銹、涂裝。
9、 金屬表面除銹方法有:手工處理、機械處理、化學處理和火焰處理四種。
(1)手工處理:
手工處理主要用鏟刀、鋼絲刷、砂布、斷鋼鋸條等工具,靠手工敲、鏟、刮、刷、砂的方法來達到清除鐵銹,這是漆工傳統的除銹方法,也是最簡便的方法,沒有任何環境及施工條件限制,但由于效率及效果太差,只能適用小范圍的除銹處理。
(2)機械除銹法
機械除銹法主要是利用一些電動、風動工具來達到清除鐵銹的目的。常用電動工具如電動刷、電動砂輪;風動工具如風動刷。電動刷和風動刷是利用特制圓形鋼絲刷的轉動,靠沖擊和摩擦把鐵銹或氧化皮清除干凈,特別對表面鐵銹,效果較好,但對較深銹斑很難除去。電動砂輪實際是手提砂輪機,可以在手中隨意移動,利用砂輪的高速旋轉除去鐵銹,效果較好,特別對較深的銹斑,其工作效率高,施工質量也較好,使用方便,是一種較理想的除銹工具。但在操作中須注意,不要把金屬表皮打穿。
(3)噴砂、噴丸處理法
噴砂、噴丸處理法同前節清除舊涂膜使用法。(4)火焰處理法火焰處理法是利用氣焊槍對少量手工難以清除的較深的銹蝕斑,進行燒紅,讓高溫使鐵銹的氧化物改變化學成份而達到除銹目的。使用此法,須注意不要讓金屬表面燒穿,以及防止大面積表面產生受熱變形。
(5)化學處理法
化學處理法實際是酸洗除銹法,利用酸性溶液與金屬氧化物(鐵銹)發生化學反應,生成鹽類,而脫離金屬表面。常用的酸性溶液有:硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸。操作中將酸性溶液涂于金屬鐵銹部位讓其慢慢與鐵銹發生化學反應而去掉。鐵銹去除后應用清水沖洗,并用弱堿溶液進行中和反應,再用清水沖洗后揩干、烘干,以防很快生銹。
對酸洗過的金屬表面須要經粗糙處理或磷化處理,主要是增加金屬表面與底漆的附著力。在稀釋濃硫酸時,應慢慢把硫酸倒入容器的水中,并不斷攪拌,切勿相反操作,以免硫酸液濺出傷人。
10、常見的起重設備:門式起重機 塔式起重機 履帶起重機 汽車起重機 輪式起重機 桅桿式起重機 千斤頂 轉揚機 葫蘆 橋式起重機。