某展館鋼結構安裝和高強螺栓質量控制探析

鄧維新

（北京建工集團有限責任公司，北京 100055）

1 引言

鋼結構是當今建筑界一種主流的新型建筑結構體系，不僅有著環保節能、抗震強度高、量輕質優的優勢，且安裝上更為簡單方便，能夠同時滿足當代多樣化的造型需求。鋼結構的連接有焊接以及高強螺栓兩種方式可以選擇。為保證施工質量，需對整體施工進行模擬分析以及嚴格的計算，以安全、經濟、合理、可操作為基本原則，以設計需求和工程質量為出發點，制定施工順序并完成技術交底，才能夠有效解決高處焊接及高強度鋼板焊接焊縫熔敷量大、質量控制要求高、焊縫形式多樣、高處作業風力影響大以及施焊條件差等難題，以促進整體施工質量的提升。

2 工程概況

京津合作示范區也被稱為“中國光年城”，是京津兩市加強經濟和社會合作、促進雙城聯動發展的重大示范項目，也是天津未來科技城重要的現代服務業功能板塊。京津合作示范區城市展館鋼結構項目整體為異形結構，桿件大多斜交，不僅結構節點復雜且唯一性較強，同時，環桁架為大跨度懸挑結構，整體施工難度較大，為質量控制提出了較高的要求和挑戰。展館3層為大跨度鋼桁架結構懸挑環，最大跨度為38.4 m，桁架高度為5 m，寬度為1.4～5.5 m，工程除環桁架與懸挑鋼梁之間采用高強螺栓連接加焊接的連接形式，其余構件均采用焊接的連接形式，結構鳥瞰圖如圖1所示。

圖1 鋼結構鳥瞰圖

3 施工重難點

3.1 鋼結構吊裝難度大

本次施工安裝環桁架為異型構件不僅節點復雜，且有著重量大構件易變形的特點，整體吊裝難度需要諸多的大型設備完成輔助，采用的機械設備受場地影響大，同時也為現場安裝施工帶來了巨大的挑戰，經過嚴密設計計算完成吊裝方案的確定，結構鋼材牌號和等級見表1。

表1 結構鋼材牌號和等級

3.2 鋼結構安裝難度大

本工程中環桁架結構屬于大跨度懸挑結構，最大跨度為38.4 m，超出《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》的36 m，經過專家論證進行施工模擬分析，完成了弦桿起拱值的確定，并以安全、經濟、合理、可操作為基本原則，以設計需求和工程質量為出發點，制定了施工順序并完成技術交底，并提前反映在深化圖及構件制作中，同時在安裝的過程中利用標準件支撐作為支撐措施。

3.3 高強度螺栓質量要求高

因鋼構件有著截面尺寸大、桁架鋼材材質高、板厚較厚的特點，因而對高強度螺栓質量要求更高[1]。高強度螺栓安裝是除焊接之外鋼結構安裝的重要連接方式之一，其安裝過程中不僅要做到防潮防腐，避免造成物理損傷，同時也要注重完成安裝復檢。

4 鋼結構吊裝

鋼結構的選擇和吊裝工作是保證整體安裝質量的基礎，本工程鋼結構采用的鋼材為Q355B、Q355C、Q235B、Q420C、Q420GJC多型號低合金高強度結構鋼，且環桁架跨度較大、構件復雜、加工難度大的特點增大了起重以及運輸的難度，因此，本項目選擇分段吊裝高空拼裝的加工方式完成分層拼裝。

4.1 吊裝前期準備

吊裝選擇就近加工，首先按照拼裝方案詳細檢查相關設備以及原材料的配備情況，其次，根據安裝需求以及吊裝性能完善機械設備配置。另外，正確起吊點的選擇能夠保證物體在吊運過程中維持足夠的穩定性，同時完成分段吊裝的完美配合，避免傾斜翻轉以及變形損壞等事故的發生，最大限度地提升了吊裝工作的安全性[2]。吊點選擇的過程當中重要的參考指標包括物體的形狀特點以及重心位置，當然也包括起重機的性能。

4.2 加強臨時支撐布置

臨時支撐能夠保證結構吊裝的分段就位。在設置的過程中需經過支撐受力轉換體系的合理設計和計算加強來確保結構不被破壞，并保證整體的吊裝安全。本工程臨時支撐均設置在首層樓面之上，采用H型鋼轉換梁轉換過渡的方法將力合理傳遞至混凝土結構上，轉換梁設置在首層樓板兩側混凝土剪力墻上，混凝土結構澆筑前預埋件，并與轉換梁進行焊接固定。轉換梁最大跨度11.5 m，根據施工模擬計算，轉換梁規格選用HN900 mm×300 mm×16 mm×28 mm H型鋼，且需在轉換梁格構支撐對應立柱位置上增加勁板，如圖2所示。

圖2 臨時支撐布置示意圖

5 鋼結構安裝質量控制

5.1 遵循施工組織設計

鋼結構施工流程眾多、施工過程復雜化、技術要求標準化、規范化是明顯的工程特征，為此整個施工過程嚴格遵循施工組織計劃方案完成施工，按照既定的組織計劃結合現場施工環境以及施工進度完成工序的循序漸進，確保施工組織設計當中的真實性和針對性得以發揮[3]。首先，加強施工重點以及關鍵環節的掌控，在保證施工進度的同時提升整體施工效果。其次，要建立嚴格的施工質量控制機制，保證質量責任落實到個人，并且能夠根據施工現場實際情況，及時地發現問題、分析問題和解決問題。

5.2 構件進場檢驗

鋼構件質量決定著整體工程的質量，為此鋼構件進場檢驗工作一定要嚴謹對待。首先，要保證所采購的鋼結構構件擁有自檢合格證書以及質保書；其次，為了確保鋼構件不在運輸過程產生構件變形而影響安裝質量，進場檢驗的重點不僅在于對其制作資料、規格、幾何尺寸以及構件編號和標記進行確認，同時也要對其外形缺陷進行檢驗。確認無誤后的鋼構件需要根據施工的安排和順序進行分批次、分工序進場，且進場之后要對其基本參數以及作用類型進行復核按照施工進度和用途完成分類擺放，以方便安裝施工使用。另外，進場之后的鋼構件要注意防雨防腐蝕工作，鋼構件置于枕木之上，高強度螺栓存放于密閉倉庫[4]。

5.3 現場安裝控制

整個鋼結構現場安裝過程包括鋼板剪力墻安裝、環桁架鋼結構安裝、懸挑鋼梁安裝、高強螺栓施工以及環桁架鋼結構安裝起拱，鑒于安裝施工的復雜性，安裝過程嚴格依照設計標準和安裝要求嚴格進行，確保所有鋼構件中心線的重合度，并嚴格按照軸線、標高以及垂直度等指標進行安裝，分層安裝工序結束后進行嚴格的驗收和檢查。本工程鋼結構安裝施工過程當中利用全站儀完成安裝測量的全程控制，利用水準儀進行標高復核。

5.4 焊接質量控制

“安裝看質量、質量看焊接”。焊接工藝進行過程中要根據現場鋼結構的焊接節點形式以及類型和規格選用適當的焊接方法進行焊接，并完成相關的工藝評定指導書的制定。焊接實施之前要根據鋼結構實際情況選擇焊條，并保證引出板、焊接口、預熱以及鋼墊板等所有準備工作實施到位。且焊接的過程中要滿足邊焊接邊清理的施工準則，保證事前準備、施焊過程以及成品檢驗各個過程皆能夠按照嚴格的質量控制流程進行。

6 高強度螺栓質量控制

6.1 注重安裝施工檢查

高強螺栓安裝施工之前首先要保證結構安裝面的整干燥和整潔。為了保證部件緊密貼合過程當中能夠達到設計所需求的摩擦力，要求整個摩擦面不存有電焊、氣割、毛刺、飛邊以及油漆等不潔物質。高強螺栓在運輸、儲存過程當中要通過包裝箱進行整體運輸，并標明編號以及尺寸類型，以方便快速分類存儲。裝卸儲存過程當中要經過嚴格的檢查，避免出現結構損壞、變形、錯位等現象，栓頭、母材、墊圈都要保持干燥清潔不得沾有油污。

6.2 計算終擰扭矩值

完成高強螺栓安裝緊固的過程中必須要對其扭矩系數以及扭矩值進行確認，若安裝過程中扭矩值過高會導致高強螺旋在連接鋼結構的過程當中超負荷運行，因此，很容易造成螺栓斷裂；反之，扭矩值過小，難以達到預定的緊固作用在連接緊固上也難以滿足實際的設計需求，久而久之出現松動脫落。高強螺栓扭矩值計算公式如式（1）：

式中，T為終擰扭矩；k為扭矩系數；p為螺栓預拉力標準值，我國高強螺栓預拉力標準值見表2；d為螺栓的公稱直徑。

表2 我國高強螺栓預拉力標準值kN

6.3 安裝緊固控制

初擰和終擰兩步必須在同一天內完成，初擰只需完成一半的扭矩保證基本穩固，終擰需要根據計算的扭矩值以5%～10%的扭矩增加量進行控制。另外，為了保證高強螺栓安裝過程螺栓具備均勻的受力屬性，整個施工工序應沿著由中間向兩端的緊固順序逐漸擴散，同時消除摩擦面間隙保證緊密度[5]。最后，整個高強螺栓緊固安裝施工結束之后應在48 h之內采用回旋法或者終擰法完成扭矩檢查。

7 結語

京津合作示范區城市展館鋼結構屬于大跨度鋼結構項目，結構構成比較復雜，安裝過程較為煩瑣，想要保證良好的結構安裝和高強度螺栓質量控制，需結合工程實際，嚴格把控材料質量關，嚴格按照施工標準設計參數進行安裝，且在安裝的過程當中及時予以監測檢驗以確保安裝施工質量。