1 钢结构工程施工及钢材的基础知识
1.1 钢结构优势及其施工特点
1.1.1 钢结构建筑的优势
与钢筋混凝土结构、砖混结构相比，钢结构建筑具有以下几方面的优势。
1.钢结构属于节能环保绿色建筑结构
在材料生产和建造过程中，与混凝土结构相比，钢结构可以大幅度减少有害气体（CO2）和有害物排放量；与钢筋混凝土结构、砖混结构相比，可以大量减少水土流失，减少对生态环境与植被的破坏，减少资源的消耗（见图1-1）。
图1-1 传统建筑结构（钢筋混凝土结构、砖混结构、木结构）对生态环境的破坏
2.钢结构符合循环经济特征和可持续发展要求
全世界都面临着可持续发展的课题，钢材作为国家的重要战略物资，在国家的战略地位及对可持续发展的意义越来越被重视，采用钢结构成为储存钢材的有效手段之一。钢结构符合循环经济特征和可持续发展要求（见图1-2），其主要体现在以下两个层面：
图1-2 钢材生产及其循环利用示意图
（1）在建筑物使用寿命期内：
1）建筑结构（钢材）的使用寿命比传统结构（砖石、混凝土、木）要长；
2）钢结构更易于改造加固或改变使用用途；
3）钢结构更易于沿三维（建筑物的纵向、横向、高度）扩建或更新。
（2）在建筑物报废以后：
1）钢结构或构件易于拆卸和重新安装使用；
2）大量减少甚至可以避免不可再生建筑垃圾（砖石、混凝土）的处理；
3）钢材可以100%循环再炼钢使用，相当于国家战略物资的储藏和再利用。
3.钢结构轻质高强，抗震性能好
（1）钢结构自重比混凝土结构轻约50%，地震响应荷载相应减小，地基处理和基础工程量相应减少。
（2）钢材材质均匀，强度高且柔韧性好，结构的抗震性能好，特别适合大跨度、重型结构及超高层结构体系（见图1-3）。
（3）钢结构可采用多种耗能连接节点和构造，提高了结构的消能减震性能。
4.便于产业化推广，现场施工环境好、速度快
（1）钢结构构件可以工厂加工制作，现场安装比混凝土结构现场施工工期缩短50%以上（见图1-4）。
（2）易于采用计算机辅助设计与制造技术，可以提高生产效率和加工精度，降低成本。
图1-3 大跨度悬臂及超高层钢结构示意
图1-4 钢结构现场安装示意图
（3）施工现场避免了沙、石、粉尘飞扬等污染环境的问题，有效地控制和减少建筑工地对城市环境的污染和破坏。
（4）现场施工人员减少，现场拥挤状况改善。
5.建筑空间布局灵活，使用面积大
（1）钢结构能够提供更大跨度的空间，为业主提供更为灵活的个性化功能布局，实现丰富多彩的个性化建筑套型设计（见图1-5）。
图1-5 钢结构建筑空间布局划分灵活
（2）更小的柱子截面和围护结构，为用户提供更多的使用面积。
（3）钢结构更易于与轻质环保围护材料（内、外墙）配套使用，便于房间布局的改装。
6.综合性价比高
（1）单层厂房特别是轻型门式刚架结构，工程造价已低于钢筋混凝土厂房，以至于市场上已经基本以钢结构为主。
（2）多高层房屋建筑，虽然钢结构直接成本比钢筋混凝土结构略高，但综合考虑使用面积增加、工期缩短、基础工程量减少、减小垃圾处理量及节约水资源等效益，钢结构只比钢筋混凝土结构造价提高有限，有些情况还有可能有所降低。
（3）超高层建筑或大跨度公共建筑，往往由于材料所限，一般采用钢-混凝土组合结构或预应力结构，因此，比较钢结构与混凝土结构的造价意义不大。
1.1.2 钢结构施工的特点
与钢筋混凝土结构、砖混结构等相比，钢结构工程施工具有以下几方面的特点。
1.钢结构施工分别在工厂车间和工地安装两个现场实施
钢结构工程作为一个单位工程中的分部工程，一般由钢零部件加工、钢构件组装、钢构件预拼装、钢结构安装、焊接、紧固件连接、防腐防火涂装等分项工程组成，而这些分项工程分成两个阶段实施：第一阶段为钢结构制作阶段，实施地点在制作厂加工车间，主要进行钢零部件加工、钢构件组装、钢构件预拼装以及钢结构焊接、紧固件连接、防腐涂装等分项工程；第二阶段为钢结构安装阶段，主要进行钢结构安装、焊接、紧固件连接、防腐防火涂装等分项工程。
这里要指出，钢结构构件不能作为产品对待，因此，钢结构制作就是钢结构施工的重要组成部分，在实际工程中，小型工程一般都由制作厂家完成现场安装工作，但大型工程一般由总承包单位委托制作厂加工，将制作厂家作为分包单位，这样就会出现同一个分部工程由2个或2个以上单位来完成的现象，给工程验收及管理提出了更高的要求。例如，国家体育场（鸟巢）钢结构分别由2家制作厂和2家安装公司承担钢结构制作和安装工程。
2.装配化施工效率高，施工质量易保证
与混凝土结构相比，钢构件重量轻，在工厂加工具备批量生产和成品精度高等特点，现场易于吊装和调整，一方面能比较容易地保证安装施工的质量，另一方面能缩短工地施工时间，最大限度地减少工地对周围环境的施工影响。
钢结构施工工期包含工厂制作和现场安装两个阶段，通常所说的钢结构施工工期短，是指现场安装这一阶段的工期。在同等条件下，钢结构与钢筋混凝土结构现场施工工期相比，钢结构仅是钢筋混凝土结构的1/3～1/2。
钢结构工程施工质量主要取决于钢材和连接（焊接和紧固件）的质量，比影响混凝土结构施工质量的因素少得多。钢结构用钢材主要由钢板和型钢组成，而钢板和型钢都是由大中型钢铁企业生产，产品质量能够有保障；连接材料特别是高强度螺栓连接副和焊条、焊丝等也都是标准件，产品质量易于满足要求；只要对一些特殊工种如焊工控制好，钢结构施工质量是比较容易得到保证的。
3.详图设计是钢结构施工不可缺少的环节
我国钢结构设计源于苏联的做法和经验，在钢结构工程设计中，将施工设计划分为钢结构设计图和钢结构详图两个阶段，前者由设计单位编制完成，后者以前者为依据，由钢结构制作单位深化编制完成，并直接作为加工和安装的依据。众所周知，钢筋混凝土结构施工中，施工单位往往编制钢筋、模板图来指导现场施工，但这些图纸一般不具备工程技术文件的效应，不需要设计的认可。
而钢结构详图（shop-drawing）却不同，其内容包括节点构造设计和计算等创造性工作，一般由施工单位、制作单位或专业的详图设计单位来完成，该详图原则上应由原钢结构设计单位确认后使用。
目前我国还没有对钢结构详图设计提出明确的设计资质要求，大中型的钢结构施工企业或制作企业一般都有自己的详图设计人员，而不具备条件的小型企业只能委托详图设计专业公司负责详图设计。随着技术的发展，一些先进的钢结构设计软件开始具备详图设计的功能。
4.防腐、防火涂装是钢结构工程特殊且重要的分项工程
钢结构固然有轻质、施工速度快、结构性能好、可回收循环使用等优点，但钢结构也存在耐腐蚀性能和耐火性能较差的缺点，并且这两个缺点有时显得比较突出，一方面直接影响结构的安全和使用，另一方面防腐、防火涂装的造价较高，这成为影响钢结构推广应用的负面因素。
随着新型耐火钢和耐候钢的使用，钢结构抗火设计和防腐技术的应用，钢结构易腐蚀、耐火差的缺点正逐步得到改善。但国内设计单位对钢结构防腐、防火涂装设计较生疏，施工企业普遍对防腐、防火涂装施工质量不重视，同时也没有引入涂料产品生产厂家的质量担保制度。因此，国内钢结构防腐、防火涂装的质量与国际先进水平差距较大。