1 鋼結構工程施工及鋼材的基礎知識
1.1 鋼結構優勢及其施工特點
1.1.1 鋼結構建筑的優勢
與鋼筋混凝土結構、磚混結構相比，鋼結構建筑具有以下幾方面的優勢。
1.鋼結構屬于節能環保綠色建筑結構
在材料生產和建造過程中，與混凝土結構相比，鋼結構可以大幅度減少有害氣體（CO2）和有害物排放量；與鋼筋混凝土結構、磚混結構相比，可以大量減少水土流失，減少對生態環境與植被的破壞，減少資源的消耗（見圖1-1）。
圖1-1 傳統建筑結構（鋼筋混凝土結構、磚混結構、木結構）對生態環境的破壞
2.鋼結構符合循環經濟特征和可持續發展要求
全世界都面臨著可持續發展的課題，鋼材作為國家的重要戰略物資，在國家的戰略地位及對可持續發展的意義越來越被重視，采用鋼結構成為儲存鋼材的有效手段之一。鋼結構符合循環經濟特征和可持續發展要求（見圖1-2），其主要體現在以下兩個層面：
圖1-2 鋼材生產及其循環利用示意圖
（1）在建筑物使用壽命期內：
1）建筑結構（鋼材）的使用壽命比傳統結構（磚石、混凝土、木）要長；
2）鋼結構更易于改造加固或改變使用用途；
3）鋼結構更易于沿三維（建筑物的縱向、橫向、高度）擴建或更新。
（2）在建筑物報廢以后：
1）鋼結構或構件易于拆卸和重新安裝使用；
2）大量減少甚至可以避免不可再生建筑垃圾（磚石、混凝土）的處理；
3）鋼材可以100%循環再煉鋼使用，相當于國家戰略物資的儲藏和再利用。
3.鋼結構輕質高強，抗震性能好
（1）鋼結構自重比混凝土結構輕約50%，地震響應荷載相應減小，地基處理和基礎工程量相應減少。
（2）鋼材材質均勻，強度高且柔韌性好，結構的抗震性能好，特別適合大跨度、重型結構及超高層結構體系（見圖1-3）。
（3）鋼結構可采用多種耗能連接節點和構造，提高了結構的消能減震性能。
4.便于產業化推廣，現場施工環境好、速度快
（1）鋼結構構件可以工廠加工制作，現場安裝比混凝土結構現場施工工期縮短50%以上（見圖1-4）。
（2）易于采用計算機輔助設計與制造技術，可以提高生產效率和加工精度，降低成本。
圖1-3 大跨度懸臂及超高層鋼結構示意
圖1-4 鋼結構現場安裝示意圖
（3）施工現場避免了沙、石、粉塵飛揚等污染環境的問題，有效地控制和減少建筑工地對城市環境的污染和破壞。
（4）現場施工人員減少，現場擁擠狀況改善。
5.建筑空間布局靈活，使用面積大
（1）鋼結構能夠提供更大跨度的空間，為業主提供更為靈活的個性化功能布局，實現豐富多彩的個性化建筑套型設計（見圖1-5）。
圖1-5 鋼結構建筑空間布局劃分靈活
（2）更小的柱子截面和圍護結構，為用戶提供更多的使用面積。
（3）鋼結構更易于與輕質環保圍護材料（內、外墻）配套使用，便于房間布局的改裝。
6.綜合性價比高
（1）單層廠房特別是輕型門式剛架結構，工程造價已低于鋼筋混凝土廠房，以至于市場上已經基本以鋼結構為主。
（2）多高層房屋建筑，雖然鋼結構直接成本比鋼筋混凝土結構略高，但綜合考慮使用面積增加、工期縮短、基礎工程量減少、減小垃圾處理量及節約水資源等效益，鋼結構只比鋼筋混凝土結構造價提高有限，有些情況還有可能有所降低。
（3）超高層建筑或大跨度公共建筑，往往由于材料所限，一般采用鋼-混凝土組合結構或預應力結構，因此，比較鋼結構與混凝土結構的造價意義不大。
1.1.2 鋼結構施工的特點
與鋼筋混凝土結構、磚混結構等相比，鋼結構工程施工具有以下幾方面的特點。
1.鋼結構施工分別在工廠車間和工地安裝兩個現場實施
鋼結構工程作為一個單位工程中的分部工程，一般由鋼零部件加工、鋼構件組裝、鋼構件預拼裝、鋼結構安裝、焊接、緊固件連接、防腐防火涂裝等分項工程組成，而這些分項工程分成兩個階段實施：第一階段為鋼結構制作階段，實施地點在制作廠加工車間，主要進行鋼零部件加工、鋼構件組裝、鋼構件預拼裝以及鋼結構焊接、緊固件連接、防腐涂裝等分項工程；第二階段為鋼結構安裝階段，主要進行鋼結構安裝、焊接、緊固件連接、防腐防火涂裝等分項工程。
這里要指出，鋼結構構件不能作為產品對待，因此，鋼結構制作就是鋼結構施工的重要組成部分，在實際工程中，小型工程一般都由制作廠家完成現場安裝工作，但大型工程一般由總承包單位委托制作廠加工，將制作廠家作為分包單位，這樣就會出現同一個分部工程由2個或2個以上單位來完成的現象，給工程驗收及管理提出了更高的要求。例如，國家體育場（鳥巢）鋼結構分別由2家制作廠和2家安裝公司承擔鋼結構制作和安裝工程。
2.裝配化施工效率高，施工質量易保證
與混凝土結構相比，鋼構件重量輕，在工廠加工具備批量生產和成品精度高等特點，現場易于吊裝和調整，一方面能比較容易地保證安裝施工的質量，另一方面能縮短工地施工時間，最大限度地減少工地對周圍環境的施工影響。
鋼結構施工工期包含工廠制作和現場安裝兩個階段，通常所說的鋼結構施工工期短，是指現場安裝這一階段的工期。在同等條件下，鋼結構與鋼筋混凝土結構現場施工工期相比，鋼結構僅是鋼筋混凝土結構的1/3～1/2。
鋼結構工程施工質量主要取決于鋼材和連接（焊接和緊固件）的質量，比影響混凝土結構施工質量的因素少得多。鋼結構用鋼材主要由鋼板和型鋼組成，而鋼板和型鋼都是由大中型鋼鐵企業生產，產品質量能夠有保障；連接材料特別是高強度螺栓連接副和焊條、焊絲等也都是標準件，產品質量易于滿足要求；只要對一些特殊工種如焊工控制好，鋼結構施工質量是比較容易得到保證的。
3.詳圖設計是鋼結構施工不可缺少的環節
我國鋼結構設計源于蘇聯的做法和經驗，在鋼結構工程設計中，將施工設計劃分為鋼結構設計圖和鋼結構詳圖兩個階段，前者由設計單位編制完成，后者以前者為依據，由鋼結構制作單位深化編制完成，并直接作為加工和安裝的依據。眾所周知，鋼筋混凝土結構施工中，施工單位往往編制鋼筋、模板圖來指導現場施工，但這些圖紙一般不具備工程技術文件的效應，不需要設計的認可。
而鋼結構詳圖（shop-drawing）卻不同，其內容包括節點構造設計和計算等創造性工作，一般由施工單位、制作單位或專業的詳圖設計單位來完成，該詳圖原則上應由原鋼結構設計單位確認后使用。
目前我國還沒有對鋼結構詳圖設計提出明確的設計資質要求，大中型的鋼結構施工企業或制作企業一般都有自己的詳圖設計人員，而不具備條件的小型企業只能委托詳圖設計專業公司負責詳圖設計。隨著技術的發展，一些先進的鋼結構設計軟件開始具備詳圖設計的功能。
4.防腐、防火涂裝是鋼結構工程特殊且重要的分項工程
鋼結構固然有輕質、施工速度快、結構性能好、可回收循環使用等優點，但鋼結構也存在耐腐蝕性能和耐火性能較差的缺點，并且這兩個缺點有時顯得比較突出，一方面直接影響結構的安全和使用，另一方面防腐、防火涂裝的造價較高，這成為影響鋼結構推廣應用的負面因素。
隨著新型耐火鋼和耐候鋼的使用，鋼結構抗火設計和防腐技術的應用，鋼結構易腐蝕、耐火差的缺點正逐步得到改善。但國內設計單位對鋼結構防腐、防火涂裝設計較生疏，施工企業普遍對防腐、防火涂裝施工質量不重視，同時也沒有引入涂料產品生產廠家的質量擔保制度。因此，國內鋼結構防腐、防火涂裝的質量與國際先進水平差距較大。