現代建筑工程中鋼結構加工及安裝技術實踐應用

高 銘，王 軍

（浙江東南網架股份有限公司，浙江 杭州 311200）

0 引言

鋼結構具有自重較輕、可靠性較高和抗震性、抗沖擊性好等優勢，其不僅安裝方便，也有效地提升了建筑工程的施工效率。但施工單位的資質、能力及現場施工環境等因素會影響到鋼結構施工工藝、施工效果，因此針對鋼結構加工及安裝技術進行分析，對提升鋼結構建筑物的安裝質量、工藝有著重要的意義。

1 工程概況

本建筑工程為海洋科技文化中心，鋼結構分為主體鋼結構、報告廳鋼結構。其中，主體鋼結構有7層，地上6層、地下1層，報告廳鋼結構有2層，地上2層、無地下層。整體建筑結構形制是鋼框架結構，在報告廳位置還有桁架結構。其中，主體鋼結構總尺寸是134.4 m×34.5 m×24.0 m，柱網尺寸是8.4 m×10.0 m；報告廳總尺寸是36.6 m×26.4 m×14.0 m，柱網尺寸是8.4 m×6.4 m。該建筑工程的整體鋼結構是鋼框架—支撐結構，中間位置用的是鋼梁、矩形鋼管砼柱。

2 鋼結構加工制作工藝及方法

2.1 鋼結構深化設計

鋼結構設計有兩個階段設計法，分別是鋼結構設計圖、鋼結構詳圖。若兩個階段的出圖合理，工程質量會得到很好的保障，施工也更方便。一般而言，鋼結構深化設計的關鍵是內部復雜節點設計，本工程則要考慮到鋼結構剛度、強度設計要求，通過分析節點連接工藝來確定各節點的形式及連接方法[1]。

深 化 設 計 應 用ANSYS、MIDAS、PKPM、XSTEEL和CAD等軟件，設計的步驟依次是構建整體模型、拼裝分段、加工制作分段、分解構建和節點、結構設計說明、深化詳圖。在構建整體模型中，需根據圖紙要求做統一軸網，根據構件規格設規格庫，并在構件前標上編號，便于后期加工及安裝時尋找。在具體的建模時則要考慮到施工圖、現場安裝條件，由專人校核模型準確性，避免各鋼構件發生碰撞。應用軟件出圖功能可自動生成深化圖紙，再對圖紙尺寸、焊縫、構件方面做修改調整，保證深化圖紙的美觀簡潔。

2.2 鋼結構構件的制作加工

本工程的工程量較大，構件結構形式分成箱形、“H”形，現對這兩種構件制作加工工藝做探討。

2.2.1 箱形構件制作加工工藝

在本工程中，箱形構件制作加工工藝分為6個工序，分別是零件下料及拼板、橫隔板及工藝隔板的組裝、腹板部件組裝及橫隔板焊接、上側蓋板部件組裝、焊接與矯正、構件端面銑削加工，具體見表1。

表1 箱形構件制作加工工藝

2.2.2 “H”形構件制作加工工藝

“H”形構件在加工前要做好矯正，以此消除掉鋼板軋制應力，保證表面致密性，具體的加工工藝見表2。

表2 “H”形構件制作加工工藝

3 鋼結構構件的安裝技術實踐應用

本項目鋼結構主要包括A樓、B樓和C樓；在土建單位施工地下室底板和頂板時，及時配合進行鋼柱柱腳、地下鋼柱、樓梯和門洞預埋，柱腳錨栓澆筑完成，待強度滿足設計要求后即可進行二段鋼柱安裝，然后逐層安裝鋼梁和樓承板[2]。結構吊裝平面布置圖如圖1所示。

圖1 結構吊裝平面布置圖

3.1 預埋件安裝施工

在本工程中，預埋件的埋件形式為預埋錨栓、鋼板的組合結構，考慮到部分埋件的重量大，將使用1臺TC7020或1臺7025塔吊完成工程施工。在具體施工時要注意鋼柱地腳錨栓埋設精度，核查預埋錨栓軸線、錨樁伸出長度，校正及修復好變形地腳錨栓[3]。在調整標高時要用到墊塊組疊合的方式，墊塊放在鋼柱底部，等到鋼柱就位后再做適當調整。由于錨栓水平偏差和混凝土澆筑情況相關，在澆筑混凝土時可分層澆筑，為避免錨栓跑位，需在振搗混凝土時避免振搗器卡于鋼筋之上。

3.2 鋼柱安裝施工

3.2.1 鋼柱安裝施工方法

根據現場施工計劃部署及塔吊布置情況，對塔吊實際卸貨和起重能力做分析，而后再對鋼柱做合理分段，確保鋼柱正常施工。鋼柱重量為7.5 t，100 t汽車吊臂長為60 m，能吊重9.1 t，能夠滿足實際起重安裝要求。上部鋼結構施工一區及施工二區待頂板施工完成且混凝土強度達到100%后使用4臺50 t汽車吊由A-17軸線往A-1軸線方向進行立體吊裝施工，塔吊配合吊裝鋼梁。施工三區在一區及二區完成后用100 t汽車吊由中間往兩邊進行施工，報告廳采用25 t汽車吊進行吊裝施工[4]。

3.2.2 鋼柱吊裝過程

在主體鋼結構地下室內的鋼柱吊裝過程中，由于鋼框架梁還未安裝，鋼柱要設4道纜風繩做固定。千斤頂對鋼柱做校正，確保柱腳對中，而后再用經緯儀對鋼柱垂直度做觀測，并與預埋分段做焊接。

在鋼柱吊裝前要清理掉鋼柱底面和鋼柱頂面的灰土，使得上下節鋼柱能夠緊密對接。雙夾板與臨時螺栓要對柱腳4組臨時連接板做固定，焊接完成到2/3便可割除。鋼柱吊裝還要注意反向偏移回歸原位，逐節糾偏，避免因累積誤差帶來更多問題。等到鋼柱吊裝完成之后，把活動夾板插進安裝耳板上，連好連接夾板。之后再拉斜撐或用纜風繩固定鋼柱，等到鋼柱吊裝完成再做初校。

3.2.3 鋼柱垂直度校正

鋼柱安裝垂直度也需要做出整體考慮，可用倒鏈、鋼絲繩把鋼柱向著相同方向牽引以做校正，這時需要用經緯儀做定位。鋼柱安裝時再通過全站儀定位復測不同對接點，等到校正無誤后再用鋼卷尺量一下兩鋼柱間距，保證數據無誤再做下一道工序。在柱頂面標高的控制上，要用水準儀觀測柱頂標高來調整偏差，如存在偏差則采取加高或切割襯墊板的方式。

3.3 鋼梁安裝施工

鋼梁連接方式是栓焊連接和高強螺栓連接，在鋼梁吊裝時用普通螺栓，安裝時則換成高強螺栓。

鋼梁安裝要點：如果是同平面鋼構件，從內向外對稱吊裝；如果是立面上鋼構件，則從下而上安裝。每天安裝完成的鋼柱要用鋼梁連接，不能連接則用纜風繩做固定。吊裝開始前要選好吊點，起吊后構件不可變形。鋼梁吊到預定位置后，要認真查看連接板和梁的方向，避免梁下垂，梁的兩端位置要安裝好螺栓。

在主梁與次梁上平面居于同水平面時，用沖頭直接在連接板孔眼位置打入高強螺栓，同時為保證整體結構穩定，要先對頂層梁做固定，而后做下層梁，最后做中間梁。在完成鋼梁安裝后，要注意連接板與鋼梁貼合方向的檢查。

3.4 轉換桁架安裝施工

轉換桁架安裝施工要通過塔吊逐塊吊裝的方式進行安裝，安裝施工步驟為先主后次、先下后上。對于之前已經安裝好的構件，因為無法與周邊結構形成整體構造，可先用纜風繩做固定。基于本工程的實際施工特征，轉換桁架吊裝的兩側立柱分成2部分吊裝，腹桿、上弦分成8部分吊裝，下弦分成4部分吊裝，其他位置在對應分塊吊裝完成再補缺。整個施工內容有桁架腹桿、桁架上弦、桁架下弦和水平連系構件，這些構件吊裝和鋼梁吊裝用的工藝是一樣的，可參照施工。

4 鋼結構連接施工技術

鋼結構連接施工技術有焊接、螺栓、栓焊3種，其中焊接是最直接的連接方式，構造簡單、適用范圍廣。焊接也有缺點，如對鋼材材質、焊接工藝有較高要求，其質量易受到外界施工材料的影響。螺栓分為普通螺栓和高強度螺栓兩種。普通螺栓操作簡單，但容易滑移，應用范圍受限；高強度螺栓安裝煩瑣，要有特質扭矩扳手，但能夠承受動荷載，韌性強。栓焊則集合了焊接、螺栓的優點，連接更為緊固[5]。

在本工程中，鋼結構的接頭偏多，故大多數用的是高空焊接。在現場焊接焊縫上，則采用立焊、水平橫焊、支撐對接斜立焊等方式。為應對厚板焊接的變形問題，實施了CO2氣體保護半自動焊成套技術。在具體的焊接形式上，上下樓的鋼柱用的是連接耳板做固定再做焊接；樓層處翼緣板用對接焊接，腹板用高強螺栓連接；四周主梁翼緣用高空焊接，腹板用高強螺栓連接。在處理“H”形鋼梁焊接工序上，要先下翼板后上翼板，焊接要在同鋼柱位置鋼梁的一端，等到直焊縫的溫度達到常溫之后再處理另一端，不能同時開焊。事后在檢查焊縫時要注意用量具、放大鏡認真檢查，焊縫金屬表面焊波需均勻，焊縫尺寸也要在焊接規定之內。

5 結語

近年來，鋼結構建筑在我國取得了較快的發展，已應用在多個現代建筑工程中。鋼結構的優勢在于施工工期短、安裝方便快捷，但由于施工現場的鋼結構加工、安裝技術不到位，鋼結構的應用效果并不佳。事實上，在鋼結構設計與安裝時不僅要考慮到安全、美觀、實用，更要注意細節上的把握。本文闡述了鋼結構加工制作工藝及方法，探討了鋼結構構件的安裝技術實踐應用。工程實踐證明，本文提到的鋼結構加工及安裝技術是切實可行的，能夠有效節約成本、提高經濟效益。