发布时间：2023-10-11 17:47:43
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一、引言
在我国的高层建筑建设当中，钢结构在很早之前就已得到了应用，目前更趋向于工业化和商品化的方向发展。我国对于钢结构的改革、设计、制造以及安装等方面都达到了较高的水平，并熟练掌握了各式结构复杂、跨度广大的钢结构建筑。在我国，工程建设技术愈发精湛，这为钢结构的发展与利用提供了一个有利的平台，与此同时钢结构还可以为工程建设注近新鲜的血液。钢结构不仅轻质高强、抗震性能强、施工周期短，而且符合当今提倡的环保、低碳、节能的理念，因此钢结构在我国的重大工程项目中得到了广泛的应用。
二、高层建筑钢结构的优缺点
2.1、优点
①自身特性优良：重量较轻、质量稳定、材质均匀、强度高、抗冲击力和抗震力较强。即使遇到台风、地震等恶劣环境，能够很有效地保护建筑物，减少建筑发生倒塌的情况。钢结构隔热保温系统相对其他来讲也比较强，可比砖混建筑节约70%的能源。
②施工周期短：钢结构构建规模小、质量较轻，方便拆装和运输。不需要搭设大量的脚手架对其安装，像一座1000m2的建筑，只需要5个工人，在20天就可以将建筑骨架搭建完成。可以和混凝土同时施工，大大的减少了施工周期。
③节省空间：钢材要比混凝土增强了1.5倍的抗压和抗弯强度，因此在强度相同的条件下可以减小截面面积，从而扩大建筑的有效利用空间。
④节能环保：钢材属于一种老化程度较慢的建筑材料，轻型钢材结构的回收率可以达到100%。因钢材材质不适用用粘合剂进行连接，因此其对人体的危害较小，安全性高，而且施工简便，减少了石、灰、砂的利用，不会产生粉尘污染和噪音污染。大部分材料的重新利用率较高，减少建筑垃圾的产生。
2.2、缺点
①耐火性差：尽管钢材的耐热性可以达到150℃，但是其耐火性相比混凝土结构还差得很远，当表面温度达到300-400℃时，强度和弹性都会下降30-50%，一旦温度达到600℃时，其强度和弹性几乎为零。
②耐腐蚀性差：刚结构中的铁原子容易与氧气反应生成铁锈，因此处于潮湿或者有腐蚀介质的环境中容易发生锈蚀。钢结构在施工时一定要采取防锈蚀、防腐等措施。
三、工程概况
某广场1号楼地下4层，地上66层，总高度为288m。主体结构采用钢骨混凝土柱-框架剪力墙体系，钢管柱落于3m厚筏板上，钢管柱截面尺寸为1600×40，共18根。每根圆管柱柱脚长1800mm、质量为27.76kg的M50螺栓共30根，钢柱埋件（锚栓支架、锚板等）钢材材质采用Q345B。
四、工程重点与难点分析
在进行对锚栓、锚板以及支撑架安装过程的测量时，因其控制难度较大，支撑面标高误差范围为±3mm。
每根圆管柱柱脚由30根M50螺栓组成，施工时必须确保所有锚栓都能穿入锚板，要求每根锚栓的垂直度偏差精度极为准确，按照规范无倾斜安装锚栓，支撑架的精度以及稳定性是锚栓的施工质量的直接影响因素。
将柱脚螺栓预埋在底板混凝土，不但要求锚栓安装不能倾斜，而且还要求锚栓及锚栓支架的稳定性较强，确保在3m厚筏板浇筑混凝土过程中，锚栓及锚板的位置中心偏差在5mm之内。1号楼筏板底部为4排36钢筋，单根9m长、36钢筋重72kg，两人合力进行搬运。
1号楼要求短工期，因此对预埋锚栓及其支撑架的插入施工时间与筏板钢筋绑扎之间的施工顺序如何安排显得尤为重要。
五、传统施工工艺
传统施工工艺包括两种：①方法1：在场外提前将锚栓与支架焊接成一个整体，等到筏板底面钢筋绑扎好后，将其运用到施工当中，把整体吊到设计位置，仔细检查位置准确后将支架与筏板底筋焊接固定；②方法2：将锚栓与支架焊接成一个整体，等到筏板垫层及防水施工完成之后，实施测量定位，先安装锚栓与支撑架，同时绑扎底板钢筋插入施工。表1是这两种方法的对比显示。
表1传统工艺优缺点对比
施工工艺 施工特点 施工难度 工期 精确度 稳定性
方法1 钢筋绑扎后支撑架安装 易 短 低 差
方法 2 支撑架固定后钢筋绑扎 难 长 高 好
六、钢结构支撑架柱脚底座施工技术
将传统方法中钢结构安装与土建施工穿插占用关键工序、阻碍工期的缺点、钢结构预埋锚栓的无偏斜安装以及中心定位不超过5mm的高精度和高稳定性能这几个要素结合起来，以支撑架的构造为基础制定了一种由钢板与工字钢焊接为底座、膨胀螺栓固定底座的新型钢结构支撑架柱脚底座施工技术。
6.1、施工流程
图 1施工流程
6.2、关键步骤
6.2.1、测量
测量定位是整个过程的关键，测量是否精准直接决定后续工序的施工质量是否合格。测量过程大致为：要先反复核查业主提供的控制点，确认没有问题之后就可以进行轴线引测，测完后要马上复核，发现不符合规定的要及时重新测试直到符合要求为止。等到垫层防水施工完成后，测量员要参照支撑架的支脚个数，将每个支脚底座的定位控制线投射到底板垫层上，并经施工管理人员确认无误后进行标注。
6.2.2、支撑架柱脚底座制作
支脚底座包括2块钢板，下层钢板尺寸为 300mm×300mm×10mm，要先在下层钢板上画十字线，然后进行膨胀螺栓定位，留有4个M12锚栓孔。上层钢板尺寸为300mm×300mm×20mm，在两层钢板中间用2块工字钢将其焊成一个整体，所以焊缝的质量不仅会对底座的稳定性造成影响，也对支撑架的安装和其稳定性有间接影响。
6.2.3、支撑架底座安装
在底板最下层安装支撑架底座，同时进行钢筋绑扎，完成后插入施工，将支撑架底座根据轴线固定在500mm×500mm×90mm 底座混凝土上，安装完成后再进行重新审核，打入4颗膨胀螺栓再次固定，同时进行第2层及以上结构的钢筋绑扎，等到底层钢筋全部绑扎好后再定位复核，管理人员确认好后就可以对钢管柱螺栓和其支撑架进行吊装。
七、结束语
超高层钢结构预埋锚栓支撑架底座施工技术打破了以锚栓精度不高、支撑架稳定性较弱、占用关键施工工序为漏洞的传统施工的模式，施工效率得到大大地提升。这种方法适用于超高层钢结构钢管柱施工当中，利用支撑架底座施工技术的实质就是分步骤安装支撑架，既可以实现对预埋锚栓的精度以及稳定性的要求，又能合理地安排施工进度，真正实现了施工技术现代化、高效化和安全化。
参考文献
[1] 杜欣双.高层建筑结构工程施工技术分析与探讨[J].价值工程.2013（22）
1、加强业务学习，努力提高自身的综合素质。
深入学习课程标准，认真学习，积极探索，紧跟我校教学一体化改革步伐，领悟课改精神，转变教育教学思想。积极备课，上课，听课，评课，参加学校组织的各项教学培训，学习活动。参加我校“一体化”课程改革第三批培训，与我校课改先进教师积极沟通、交流，提高自身教学水平；11月由学校派往甘肃省酒泉市参加赛德尔“新能源课程”培训，与诸多外地外校老师建立联系，相互交流，丰富了自身的知识储备，掌握了先进的教学手段。
中图分类号：TH133 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0052-03
推力、角接触关节轴承的特点是球面不沿球心对称分布，其外圈内球面原有的加工方法通常是在半自动摇摆磨床M8810上进行的，其缺点是效率低、精度差、配套率不稳定。用成形砂轮磨加工成形面，可以获得较高的加工精度和较稳定的加工质量，因此，拟将此类轴承的外圈内球面改在切入式自动外沟磨床上用成形法磨削，但是由于此类轴承的球面的特点（其球面倾斜于轴承内径中心线），使得在通常的加工形态（指砂轮中心轴线与工件的中心轴线平行的加工形态）下，砂轮的小端面直径较小，砂轮的利用率低，砂轮更换频繁，导致生产效率低下和砂轮的浪费，因此，合理的选择套圈的加工形态和加工角度以提高砂轮的利用率和减少砂轮的更换频率就迫在眉睫。
1 成形砂轮磨加工形态的确定
将球心定义为坐标系的原点，关节轴承外圈内球面的形成是由圆心在原点的半圆弧母线绕X轴旋转360°对圆柱体内部进行切除而成。当套圈沿X轴移动时，半圆弧母线切除其内部后形成的球面是各不相同的，如图1所示。
角接触和推力关节轴承的外圈内球面就是在1b、1c所示的过程中形成的，可见1b为最一般的形状，现就以1b所示形状加以讨论。
成形磨削要求砂轮具有与工件成形面相反的轮廓形状，要将砂轮修整成能加工图1b中所示球面相反的轮廓形状，有许多不同的修整方法，但是用不同的修整方法修整后的砂轮相对套圈只有两种加工形态，如图2a、2b所示。2a为砂轮中心轴线与工件的中心轴线平行的加工形态，2b为砂轮中心轴线相对工件的中心轴线旋转一角度θ的加工形态，虽然2a是2b的一种特殊情况，即θ=0的情况，但因为这种形态是最常用的加工形态，因此将它单独表示出来，以讨论选择什么样的加工形态是较合理的加工形态，故令2b的加工形态中的0
套圈截面中球面成形母线与套圈端面的交点分别为A、B、A1、B1，其中A、B的坐标分别为A（X1，Y1）、B（-X2，Y2），X1、Y1、X2、Y2均为正数且Y2>Y1。
从图2可以看出，两种加工形态的砂轮进入工件时其球台在Y轴的投影均不得大于BB1。为了便于分析，将砂轮端面与球心的距离称为端面球心距，如图3所示。
取砂轮在进行加工时的状态为分析状态，如图4
所示。
在图4a中，设砂轮球台的右端面球心距为OT1a，右端面圆半径为AR1a，左端面球心距为OT2a，左端面圆半径为BR2a，再设砂轮从进入位置（图2a）到磨削位置（图4a）的进给量为Δ1（进给方向垂直于砂轮轴线），由图4a所示的位置关系可知OT1a=X1，OT2a=X2，AR1a=Y1-Δ1，BR2a=Y2-Δ1。
则BR2a-AR1a=Y2-Δ1-Y1+Δ1=Y2-Y1
在图4b中，设砂轮球台的右端面球心距为OT1b，右台面圆半径为AR1b，左端面球心距为OT2b，左台面圆半径为BR2b，再设砂轮从进入位置（图2b）到磨削位置（图4b）的进给量为Δ2（进给方向垂直于砂轮轴线）。
过球心O作一直线平行于砂轮轴线，如图4b所示，由它们的三角关系可得：
OT1b=X1 cosθ-Y1sinθ
OT2b=X2 cosθ+Y2sinθ
AR1b=X1 sinθ+Y1cosθ-Δ2
BR2b=Y2cosθ-X2 sinθ -Δ2
BR2b- AR1b= Y2cosθ-X2 sinθ- X1 sinθ-Y1cosθ
现在比较一下在图2a、2b的两种加工形态中成形砂轮的两端面圆的直径差的大小。
（BR2b-AR1b）-（BR2a- AR1a）= -（Y2-Y1）（1- cosθ）-（X2+X1）sinθ
所以BR2b- AR1b< BR2a- AR1a
砂轮两端面的直径差越小，说明此砂轮球台的母线的端点的连线越平行于回转轴。当砂轮球台沿Y轴的投影都为最大尺寸（即BB1）时，因为砂轮能使用的程度受到两台面中直径较小的那端的制约，所以砂轮球台两端面的直径差愈大，砂轮的利用率就愈低，反之，则砂轮的利用率就愈高。由上式可知，在图2b的加工形态下，砂轮球台两台面的直径差比在图2a的加工形态下小，因此，在图2b的加工形态下砂轮有着更高的利用率。
综上所述，推力、角接触关节轴承要采用图2b的加工形态更加合理。
2 回转角θ大小的确定
因为切入式自动外沟磨床回转角的大小是通过转动床头的工件箱来获取的，因此，进给力是沿着垂直于砂轮轴轴线的方向压向工件的，不同的回转角其进给力在工件的分布是不同的，如图5所示。
设进给力沿过球心的合力点的合力为F，它沿径向和切向方向的分力分别为F径和F切（如图5c所示）。
由图5力的分布图可知，当F不与弦AB的中垂线重合即BC≠CA时（如图5a所示），过B作F线的对称点D（即BC=CD），则：
此时将对套圈产生一个扭矩，而当F与弦AB的中垂线重合即BC=CA时（如图5b所示）时，
，此时F切
对套圈所产生的扭矩也为零，其θ角就为回转角的最佳值。
当轴承的型号确定后，其基本参数就已确定，设外圈外径为D，球径为SΦDe，高度为C，球心距大端面的距离为H，球面被套圈两端面所截的圆的直径分别为d1、d2。如图6所示。
连结AO、BO，设X轴与套圈的端面的交点分别为
D、E。
但是回转角又受到机床结构的限制，当理论计算的回转角大于机床所允许的最大摆角时，由上面的分析可知，应取机床的最大摆角作为最佳回转角，少量的扭矩可以由电磁无心夹具的磁力克服。
3 砂轮尺寸的确定
根据磨床的种类和磨削加工的需要，选用平形砂轮。此类砂轮的关键尺寸有砂轮厚度Hs、砂轮外径Ds、砂轮内孔ds。选择原则是Hs要能满足砂轮加工到整个球面的需要，Ds要保证砂轮在修整后能顺利地进入球面，ds要使砂轮轴的刚度达到使用要求。
3.1 砂轮厚度的确定
根据机床的选择原则，3MZ1410B全自动外沟磨床的工件箱可绕水平面作30°的回转，故可将其改装用于作该类产品的加工。因为该机床床头箱的最大回转角度为30°，当理论计算的最佳回转角θ小于或等于30°时，由图6b的位置关系可知：
3.2 砂轮外径的确定
设在首次修整砂轮时的修整量为Δd。
由图2（b）可知，砂轮的外径Ds = d2cosθ+ΔB+Δd
ΔB：为成形砂轮最大截圆直径与d2cosθ的差值。
按经验数值，ΔB+Δd取2～4mm。
3.3 砂轮内径的确定
根据砂轮轴材料为GCr15，热处理硬度为HRC40～45和经验尺寸来确定砂轮内径ds，以保证砂轮轴的刚度能满足使用要求。
因此确定的砂轮的尺寸为Ds*Hs*ds。
3.4 砂轮的其他特性（磨料、粒度、硬度、组织、结合剂等）
可按一般规范进行选择，以满足砂轮用途、磨削效率和加工产品精度等的要求。
3.5 砂轮配用电主轴转速的选择
为了使同一台电主轴能适应多品种套圈的磨削要求，必须对不同规格型号套圈所需的砂轮安全转速进行验算，以集中选配所需的电主轴，验算公式如下：
（转/分）
式中Vs为砂轮使用的安全线速度（米/秒，由砂轮厂家直接提供），计算后的N做为选用电主轴转速的参考。我们知道，电主轴是采用变频调速的，其实际转速可在一定范围内进行调节，这样就可以把理论计算值N对照电主轴厂家提供的电主轴转速规格来选择不同的电主轴，使每一台电主轴都能适应一定转速范围的不同套圈的磨削要求。例如对内孔φ17到φ35五种型号的推力关节轴承套圈就只需选用两种不同规格的电主轴。
3.6 算例
现将GAC30S做为实例来进行有关的参数选择，并归纳如表1所示。
4 实际运用中的效果
通过在实践中的运用，用此方法确定的推力、角接触关节轴承外圈内球面的加工形态、加工角度和砂轮的尺寸在成形磨削加工中的稳定性可靠，改进后的砂轮利用率比通常的加工形态高，实践中的部分加工数据如表2所示。
由此可见，改进后砂轮的利用率可以得到大幅度地提高。
5 结束语
在磨加工的实践中，通过合理地确定成形磨削推力、角接触关节轴承外圈内球面时其加工形态、加工角度和砂轮的尺寸，有效地提高了砂轮的利用率，减少了更换砂轮频数的和浪费，提高了生产效率。
附加说明：推力关节轴承内球面所在的套圈应为座圈，为了简练，文章中统一用“外圈”词汇。
参考文献
