淺談土木工程施工中鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)

文/齊爽 長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司 吉林長春 130000

在城市化建設(shè)的大背景下，土木工程數(shù)量增多，鋼結(jié)構(gòu)不僅具有良好的技術(shù)性能，而且兼具經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，因此在工程施工中應(yīng)用廣泛。鋼結(jié)構(gòu)是由型鋼、鋼板組成的鋼柱、鋼梁、鋼桁架等構(gòu)件，各個(gè)構(gòu)件之間采用螺栓、鉚釘、焊縫連接，常用于場館、大型廠房、高層建筑中。以下結(jié)合實(shí)踐，探討了鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的具體應(yīng)用。

1、鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

1.1 優(yōu)點(diǎn)

①抗壓性能高。鋼材具有良好的剛度和延展性，將其制作成鋼結(jié)構(gòu)，能明顯提高抗壓性能，保證工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在惡劣環(huán)境中，采用鋼結(jié)構(gòu)不僅能抵御自然環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，還能延長使用壽命，提高建筑物的整體安全性。②機(jī)械化程度高。鋼構(gòu)件的制作、拼裝比較簡單，可以在工廠內(nèi)安裝，也可以在現(xiàn)場安裝。而且，鋼構(gòu)件的成品精度高，方便利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行拼裝，從而提高作業(yè)效率、縮短工期。③自重輕。鋼材的強(qiáng)度、彈性模量大，相比于木材、混凝土，鋼材的密度和屈服強(qiáng)度比值小，在相同的受力條件下，鋼構(gòu)件的截面更小、自重更輕，能方便運(yùn)輸和安裝，適用于大跨度工程項(xiàng)目[1]。

1.2 缺點(diǎn)

①負(fù)載能力低。和混凝土相比，鋼構(gòu)件的負(fù)載能力低，由于截面積小，會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。②耐火性差。當(dāng)溫度處于300-400℃之間，鋼構(gòu)件的強(qiáng)度、彈性模量均明顯降低；當(dāng)溫度高于600℃，鋼構(gòu)件的強(qiáng)度基本為零。③耐腐蝕性差。鋼構(gòu)件長期處于潮濕環(huán)境中，容易發(fā)生銹蝕，如果防護(hù)措施不到位，會(huì)降低鋼構(gòu)件的剛度和韌性，繼而發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞。

2、土木工程中鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 選材連接

目前鋼結(jié)構(gòu)材料主要分為型材、板材、管材、金屬制品4種類型，以碳素鋼為例，在工程施工中的應(yīng)用普遍，具有較高的強(qiáng)度、硬度、可塑性。從工程項(xiàng)目來看，柱體截面主要是十字形、工字形、箱形；梁體截面主要是箱形、H形。選材時(shí)，施工企業(yè)應(yīng)該以圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、現(xiàn)場環(huán)境為準(zhǔn)，既能保證工程質(zhì)量，又能降低造價(jià)成本。鋼構(gòu)件在連接時(shí)，如果采用高強(qiáng)螺栓連接，要求嚴(yán)格檢查螺栓質(zhì)量，保證連接孔位的精確性；如果采用焊接方式，則要進(jìn)行焊接試驗(yàn)，從而確定最佳焊接參數(shù)。

2.2 構(gòu)件堆放

鋼構(gòu)件在現(xiàn)場安裝時(shí)，實(shí)際占地面積要大于結(jié)構(gòu)占地面積。受到運(yùn)輸、吊裝的影響，如果鋼構(gòu)件發(fā)生變形，應(yīng)該及時(shí)矯正，以滿足設(shè)計(jì)要求。吊裝時(shí)，一般選擇塔式起重機(jī)，要求臂桿長度能覆蓋整個(gè)作業(yè)范圍，起重能力滿足實(shí)際需要，科學(xué)選擇鋼絲繩的長度和強(qiáng)度，合理確定起吊速度等。此外，如果是多臺(tái)塔吊協(xié)同作業(yè)，應(yīng)該選擇好機(jī)械安裝地點(diǎn)，通過調(diào)整臂桿高差，避免作業(yè)期間發(fā)生碰撞，從而保證施工安全順利進(jìn)行[2]。

2.3 梁柱安裝

對于多跨門式鋼架工程，安裝梁柱時(shí)一般采用中柱、斜梁進(jìn)行焊接。具體施工中，如此作業(yè)容易偏離施工圖紙的要求，甚至帶來安全隱患。對此，梁柱安裝期間，應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范流程操作，分析現(xiàn)場施工環(huán)境，保證圖實(shí)相符；如果需要對連接板加寬、加厚，連接時(shí)可采用焊接方式。焊接作業(yè)時(shí)，施工人員應(yīng)該控制好焊接寬度、厚度，保證外觀質(zhì)量。以箱形柱和十字形柱的連接為例，要求十字形柱深入箱形柱的長度，要大于柱寬+200mm；且上、下接頭處均要設(shè)置焊接栓釘，過渡段栓釘?shù)拈g距、列距一般控制在150mm。

2.4 螺栓穩(wěn)固

鋼梁、鋼柱在吊裝期間，要求鋼構(gòu)件完整無損，還要保護(hù)柱腳螺栓。實(shí)踐證實(shí)，柱腳螺栓的位置，直接影響鋼柱的定位，位置不準(zhǔn)確會(huì)降低鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。因此，預(yù)埋螺栓時(shí)將位置偏差控制在2mm以內(nèi)，標(biāo)高偏差控制在5mm以內(nèi)；然后由技術(shù)人員進(jìn)行測量復(fù)核，確保和設(shè)計(jì)圖紙保持一致[3]。施工作業(yè)中，保證墊圈方向一致，螺栓的穿入方向一致，重復(fù)擰緊超過3次，確保螺栓穩(wěn)定牢靠。

2.5 表面油漆

鋼結(jié)構(gòu)施工完成后，應(yīng)該及時(shí)清理金屬表面的雜質(zhì)灰塵，除銹后涂刷油漆。如果采用人工手動(dòng)處理，要求施工人員使用鋼絲刷摩擦鋼構(gòu)件表面，然后使用紗布精細(xì)打磨，保證表面干凈平滑。當(dāng)水分干燥后，及時(shí)涂抹防銹漆，要求涂滿涂勻，且油漆不能污染鉚釘、螺栓等，并對表面缺陷進(jìn)行處理。涂刷面層油漆時(shí)，采用多刷多理方式，確保油漆色澤均勻、不流不墜。油漆涂刷完成后，委派專人進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)漏刷漏涂的部位。

3、工程案例分析

3.1 工程概況

以國內(nèi)某高校的體育館工程為例，位于北京市朝陽區(qū)，建筑面積共計(jì)約3.44萬m2，設(shè)計(jì)席位1.5萬個(gè)。建筑平面采用橢圓形設(shè)計(jì)方案，分為熱身館、比賽館兩個(gè)部分，其中地上4層、地下局部1層；上部屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)體系，屬于預(yù)應(yīng)力弦支穹頂結(jié)構(gòu)。具體來說，該鋼結(jié)構(gòu)體系包括上部網(wǎng)殼、下部豎桿、徑向拉桿拉索、環(huán)向拉索組成，具有明確的傳力路徑。正常荷載作用下，內(nèi)力經(jīng)上部網(wǎng)殼傳遞到下部撐桿上，然后傳遞給拉索，繼而拉索對支座產(chǎn)生反向推力，既能減小結(jié)構(gòu)對梁體的橫向推力，又能避免網(wǎng)殼出現(xiàn)變形和位移。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

該工程設(shè)計(jì)期間，采用節(jié)能規(guī)范設(shè)計(jì)理念，提高鋼結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，縮短能源系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，其技術(shù)特點(diǎn)如下：①針對各館傳熱系數(shù)K進(jìn)行嚴(yán)格控制，其中透明屋頂、玻璃幕墻的K值低于2W/m2·℃，非透明屋頂?shù)腒值低于0.7W/m2·℃，外墻、窗戶的K值分別低于0.8、2.5W/m2·℃。②在大面積窗戶和幕墻上，采用可調(diào)節(jié)式遮陽板，控制陽光照射量。③館內(nèi)以自然采光為主，根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)控制窗地面積比值。結(jié)合體育館的使用功能，部分房間無法自然采光，因此采取調(diào)控和強(qiáng)化措施。④館內(nèi)房間以自然通風(fēng)為主，將房間的進(jìn)深、層高比值控制在2.5以內(nèi)。⑤鋼結(jié)構(gòu)形狀特殊，有較多的曲線段，因此平面位置控制、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)空間位置控制，是測量工作的重難點(diǎn)。

3.3 施工要點(diǎn)

如下圖1，是該鋼結(jié)構(gòu)體系的施工工藝流程圖，施工期間要點(diǎn)總結(jié)如下：第一，鋼構(gòu)件制作。從整個(gè)施工流程來看，鋼構(gòu)件制作可以在準(zhǔn)備環(huán)節(jié)完成，即在工廠內(nèi)生產(chǎn)、加工、拼裝。當(dāng)鋼構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場，首先要查看鋼材標(biāo)識(shí)，確保符合規(guī)格、型號(hào)要求。如果出現(xiàn)裂痕、變形等問題，則不能進(jìn)入場地，應(yīng)該返廠處理。其次主構(gòu)件制作時(shí)，做好排料處理工作，為了滿足鋼板拼裝要求，要保證主構(gòu)件的厚度和設(shè)計(jì)圖紙一致。最后在細(xì)節(jié)處理上，可采用光電跟蹤法對誤差進(jìn)行控制，最好控制在1mm以內(nèi)[4]。切割材料時(shí)，要采用特定形狀，保證表層光滑，以坡口為例，可以輔助利用磨光機(jī)，并對氧化層進(jìn)行徹底清理。

第二，尺寸標(biāo)高測量。鋼構(gòu)件在拼裝前，應(yīng)該進(jìn)行工序交接，要求技術(shù)人員對各個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行測量，獲得準(zhǔn)確的尺寸數(shù)據(jù)，為吊裝作業(yè)提供依據(jù)。而在標(biāo)高、軸線測量上，應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)流程操作，將頂面標(biāo)高、柱距等作為測量要點(diǎn)，嚴(yán)格控制誤差。主構(gòu)件安裝時(shí)，要清理表面的雜質(zhì)和灰塵，確定基準(zhǔn)定位線的位置，促使構(gòu)件軸線和定位線相重合，以此控制鋼結(jié)構(gòu)的垂直度。豎向鋼構(gòu)件的附加內(nèi)力大，容易發(fā)生側(cè)向位移，要求技術(shù)人員分析地基承載力，要處于鋼結(jié)構(gòu)的承載范圍以內(nèi)，必要時(shí)擴(kuò)大偏心距離。

第三，高強(qiáng)螺栓安裝。鋼構(gòu)件安裝完成后，要使用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行固定，首先核查螺栓的規(guī)格、數(shù)量，抽樣檢測螺栓的性能質(zhì)量，確保滿足設(shè)計(jì)要求。其次在安裝前，要控制孔位質(zhì)量，從特定方向穿入螺栓，必要時(shí)將墊圈置于螺栓兩側(cè)[5]。螺栓緊固后，要使用黃油或塑料包裹起來，避免混凝土施工時(shí)造成污染腐蝕。最后形成完整的記錄，包括鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上的螺孔、螺栓、加強(qiáng)板、傾斜標(biāo)記、基準(zhǔn)線等，作為竣工驗(yàn)收和運(yùn)營管理的一手資料。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)體系施工工藝流程圖

結(jié)語：

綜上所述，鋼材的抗壓性能高、機(jī)械化程度高、自重輕，因此鋼結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用廣泛。本文從選材連接、構(gòu)件堆放、梁柱安裝、螺栓穩(wěn)固、表面油漆五個(gè)方面，介紹了鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)，并結(jié)合工程案例進(jìn)行分析。希望為類似工程的施工作業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，提高工程質(zhì)量。