鋼結構施工技術在土木工程中的應用

宋甜

（浙江金鑫鋼結構集團有限公司，杭州 311407）

1 工程概況

場地的建筑面積為22 749 m2，地下第1 層是鋼筋混凝土框架剪力墻結構，地面以上的第1 層是鋼結構，整體為葉形，地上部分由4 種單體A、B、C、D 組成，其中B 和D 單體的基礎是地下室，而單體A 和C 是獨立的混凝土基礎。體育場的每個主體都是大跨度的不規則空間網格結構，結合了網格墻、管狀桁架和網狀殼體，最大桁架跨度為68 m，結構復雜。空間網格結構由單層網狀殼組成，而該單層網狀殼位于由縱向和橫向的拱形三角形圓形鋼管桁架與鋼管桁架之間，材料為Q345C，共有14 284 根棒材，總計2 000 t。

2 關鍵施工技術

2.1 焊接技術

工程為全焊接鋼結構。因此，在施工過程中應特別注意控制焊接應力，以防止因焊接不當造成鋼結構件異常變形而產生間隙。空間相交節點和支管末端的焊縫位置分為A、B 和C 3 個區域，其中A 區域屬于第一級對接焊縫，B 區域屬于第2級對接焊縫，C 區域屬于第3 級角焊縫。各種焊縫都適合斜切，且坡口的形式隨支管的厚度和焊縫在管端的位置而變化。根據鋼板的厚度，可確定焊接前的預熱和焊接后的加熱，并用紅外溫度計測量控制層的溫度。

由于工程涉及的接口很多，施工時需要將接口處焊接完全。該工程對焊接質量要求嚴格。在焊接過程中，需要注意以下5 個要點：（1）選擇代表性的焊接接頭形狀進行焊接測試和工藝鑒定；（2）模擬現場的實際工作環境條件，做采取預防措施的焊接和不采取任何措施進行焊接的試驗，以評估焊接施工的環境條件對現場人員焊接技術的影響；（3）焊接技術人員的代表性檢查，如項目焊接人員的資格、焊接人員對工程焊接項目的適應性；（4）通過相應的測試方法對焊接后的焊接零件質量進行鑒定；（5）通過評估確定實際生產的具體步驟、方法及參數。

工程的焊接需由專業人員進行，施工過程中需記錄每組的焊接位置。完成焊接后，出于對焊接工作質量的責任，需委托第三方檢測吊裝前的焊接質量，以更好地發現問題并及時解決，從而防止出現質量問題[1]。在焊接過程中，應實時監控組件的高度、水平度和垂直度。若發現異常，則須立即停止并更改焊接順序，同時采取加熱校正等措施。此外，在一個區域內焊接主要零件后，方可進入下一個區域進行焊接。焊接后，要及時測量收縮率數據，并與模擬結果進行核對，進而分析產生差異的原因并采取相應措施。

2.2 吊裝技術

場地由4 個單體A、B、C 和D 組成，其中單體B 和D 位于地下室。組件提升分為2 個施工區域，單體B 和D 為Ⅰ區（BD 區），單體A 和C 為Ⅱ區（AC 區）。在I 區的安裝完成后，Ⅱ區的結構將通過一個連接組件推向兩側。在BD 區域吊裝時，于場館外使用150 t 履帶式起重機（在AC 區域中行走），東側的建筑物使用50 t 起重機。在AC 區域吊裝時，使用150 t履帶式起重機將50 t 起重機移至建筑物的西側，以組成2 組。同時，組裝單個結構A 和C，并在起重機出入口南壁上的±0.000 m 處預先預留一個網，然后在起重機離開現場后分別補齊。

2.2.1 吊裝單元劃分

工程中，屋頂上有112 個水平管桁架，地板上有58 個垂直管桁架，150 個單層網狀殼，側壁上有50 個管桁架。在滿足裝配設備性能和控制零件變形的前提下，需盡量減少高空裝配的數量，并將零件劃分為適當的區域。水平管桁架段長約26 m，重6.2 t，屋脊管桁架的最大長度為12 m，重10 t，共267 個吊裝單元。

2.2.2 吊重復核

工程以垂直水平管桁架作為討論對象，吊裝的高度為-0.1～21.00 m，質量達到6.64 t。鑒于此，工程使用50 t 履帶式起重機，動臂長度為36 m，工作半徑12 m，最大起重量11.7 t，足以滿足吊裝的要求。如屋頂水平管桁架，吊裝高度為29.81 m，斷面長度22 m，質量7.2 t。再如使用150 t 履帶起重機，主臂和副臂分別為51.8 m 和18 m，工作臂旋轉有32 m，最大起重量12 t，可以滿足吊裝的需求。

2.2.3 吊索具復核

以最大的吊裝物約12.2 t 起重裝置為例，采用4 點組裝法，每個提升點都配備有繩索，著陸點采用綁扎的形式。鋼絲繩角度為60°，西側用26.5 mm 鋼絲繩吊起，核對安全系數為8，根據3 個吊點，復核安全系數為6，滿足要求。

2.2.4 吊點復核

布置吊點時，在滿足桁架強度和強度的前提下，為了減小管桁架承受的壓力以及防止桁架失去平衡跌倒，應最大限度張開起重機與桁架之間的夾角；同時，吊鉤應盡可能穿過桁架的重心，以防止吊裝時桁架發生偏斜[2]。

此外，需使用4 個提升點進行提升，并采取2 個5 t 鏈條調整桁架姿勢。如果將可拆卸吊耳安裝在桁架上，則可以加快吊裝過程，并避免損壞鋼絲繩上的涂層。可拆卸的活動吊耳見圖1。

圖1 可拆卸活動吊耳

2.2.5 臨時支撐

每個組件都分節吊起，在達到壓力狀態之前，應暫時支撐。在安裝結構后，需按等比卸下支撐框架，并完成鋼結構的安裝[3]。工程花瓣形屋頂截面支撐桿的標準截面為6 m，形狀的基本尺寸為2 m×6 m，可將其模量擴展為6 m 的任意組合。其中，標準段由標為A、B、C 的3 個組件組成，且全部由Q235 C 圓管構成，支撐架標準節組裝見圖2。

圖2 支撐架標準節組裝

2.2.6 吊裝順序

工程的各個結構形式相似，包括側壁結構、屋頂橫向管桁架、屋脊管桁架和單層網狀殼。對此，可以根據“在2 個水平管桁架之間安裝垂直水平管桁架+在2 個垂直水平管桁架之間安裝屋頂桁架+安裝屋頂水平管桁架+在2 個水平管桁架之間安裝垂直單層網狀殼”的原理完成支撐框架。

另外，在“一次跨度安裝”序列構建中，可使用相同的方法來完成其他跨度的安裝。

3 桁架結構合龍溫度控制

體育場項目的鋼結構具有多種異形的空間網格結構。由于其直接裸露在外，且受環境的影響程度很大，因此不能忽略由環境產生的溫度應力。在封閉結構時，鋼結構主體的溫度必須符合設計要求。

工程封閉設計的標準溫度為19℃，可在±4℃范圍內工作。考慮到鋼結構主體的溫度可能與天氣預報和所在位置的溫度不同，所以僅根據不同的溫度進行簡單的溫度調整，無法確定鋼結構主體的溫度。因此，在關閉結構時，應實時檢測鋼結構的溫度。焊接每個封閉區域時，應滿足鋼結構的總溫度，并控制封閉過程。若跨網結構處于封閉情況，則需根據不同范圍測量電網溫度；同時，根據網格的跨度和體積的不同，應在左右封閉的跨度內對稱設置3～6 個測溫點，且鋼結構主體于當日19：00 開始使用。值得注意的是，結構必須要進行溫度測試，以確保合攏封閉時主鋼結構的溫度能夠符合設計要求。

起重機在封閉部分的起重機就位后，除了封閉以外，其他接頭均按照“單刀雙焊，雙刀單焊”的原則焊接。在將焊接溫度冷卻至室溫之后，需進行封閉焊接。在檢查一側封閉部分的高度并調整高度后，桁架的表面是穩定的。此外，可使用鏈條調節另一側關閉部分的高度，并將連接鋼管插入雙封閉區域，以將封閉區域的高度調整為略高于設計高度。

如果不采取任何措施，為了減少內部應力，則需使用焊接封口并使用拉馬承受主應力。拉馬由鋼板制成，矩形長度在中間。在拉馬焊接到封閉部分（在U 形槽的一側）時，需在調節焊接工具的高度并關閉焊接間隙后，將拉馬U 形凹槽的另一側的封閉部分與另一側的封閉部分焊接在一起，即在焊接封閉的焊縫后形成焊縫。另外，在焊接溫度降至室溫后，需移除拉馬以降低焊接溫度。其中，焊接收縮引起的內應力主要由拉馬限定，其中，柱桁架是指具有上、中、下弦平臺的三角形圓形管桁架，主要按上、中、下弦的順序焊接。對于相同的弦焊縫，需根據圓周對稱地焊接，且每層弧點之間的距離為30～50 mm。

4 結語

鋼結構現場焊接技術是土木工程施工中常用的施工技術，由于鋼結構本身質量輕、施工方便，因此廣泛應用于土木工程中。鑒于此，在實際施工過程中，要結合相關特征對鋼結構的施工技術進行分析，從而運用焊接技術、起重技術以及桁架結構封閉來進行溫度控制，以進一步保障工程項目的質量與安全。