大型公用建筑鋼結構施工技術研究

洪靖華，范圣健

（浙江中南綠建科技集團有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引言

隨著鋼結構在大型公用建筑中的廣泛應用，其施工技術也越來越受到建筑行業人士的關注。烏晉東[1]立足于大跨度鋼結構施工中常用的高空散裝法、整體吊裝法、分段吊裝法、整體提升法等所涉及關鍵點進行不斷的創新和完善，并且做出來詳細的闡述。陳征國[2]提出結構桁架主梁、桁架間連系梁、桁架外側懸挑結構、壓型鋼板的安裝作業次序，并利用搭設滿堂腳手架工作平臺，解決了高空涂裝作業難的問題。李冠東[3]在分析高層鋼結構施工技術及其應用的優缺點以及主要技術要素，對高層建筑鋼結構施工技術及鋼結構體系梁柱的連接節點進行了設計，確保了鋼結構的整體使用質量，提高了其安全性。本文從鋼結構精準度控制技術、鋼結構吊裝技術、鋼結構焊接技術、鋼結構虛擬施工建模技術做出具體闡述。

1 工程概況

金強國際賽事中心體育館位于四川省成都市，是2021 年世界大學生夏季運動會比賽主要場館之一，總的建筑面積大約為16 萬m2，該工程可以分為體育館以及商業兩個部分，由地上的防震縫進行分開。建筑面積大約為4.4 萬m2，地上一共有5 層，總高為43m 左右，體育館內有超過10.25 萬個固定的坐席以及1 600 多個活動的坐席，屬于特大型的體育館。該體育館可以承接國際高水平的籃球比賽，而且具備演藝中心的功能。體育館鳥瞰圖如圖1 所示。

圖1 體育館鳥瞰圖

2 鋼結構的特點以及制作

鋼結構具有體積小、性質穩定、可塑性以及剛度都較強等特點，被廣泛應用于大型公用建筑施工。（1）體積小。鋼結構相比于其他建筑材料具有體積小以及質地輕盈的特點，更加便于運輸、安裝以及拆卸，施工更加的便利。（2）性質穩定。鋼結構相比于其他的建筑結構穩定性更高，因此用在大型公用建筑施工中可以很好地提升其安全性以及可靠性。（3）可塑性以及剛度都較強。鋼結構不僅具有較好的可塑性，便于建筑施工，而且具有非常強的剛度，因此可以很好地抗衡外界的沖擊，對于其抗震能力有很好的提升。（4）生產周期短。鋼結構相比于其他的建筑材料具有生產速度快而且精度高的優勢，因此建筑施工中可以很好地縮短工期，減少工程的誤差。

為了確保大型公用建筑的鋼結構的順利安裝，在鋼結構的制作過程中必須確保其精確性，這是確保鋼結構質量的基礎。鋼結構的制作工序：（1）材料的檢驗。鋼結構的材料對其質量有直接的影響，因此在材料的選擇時一定要嚴格按照設計文件以及相應的規范要求，對主要材料以及各種輔助材料進行力學指標、工藝性能、外形、尺寸等進行詳細的檢查，確保材料的質量符合相應的要求。（2）材料的堆放。在確保所有的材料檢驗合格后要合理地進行堆放，把各種鋼材料按照不同的品種、規格、鋼號進行堆放，對于堆放的地面還要進行墊平和墊高處理，避免由于積水而產生變形。（3）放樣。根據審核通過的施工圖紙，按照1:1 的尺寸繪制出鋼結構的實樣，并且選擇輕質且不易變形的材料制作樣板。放樣不需要根據具體施工工藝要求合理的預留制作以及安裝過程中的加工余量。（4）材料的矯正。在實際的加工過程中會出現由于受熱或是加工外力的影響，而導致鋼材料的變形，因此要根據實際的變形情況，合理地進行矯正，確保材料的平直。（5）號料。在確保樣板尺寸精準的前提下，以此為依據，在原材料上畫出實樣，并且準確地打上加工的記號。（6）切割。把號料以后的原材料，按照實際的要求以及尺寸進行下料，采用科學合理的切割方法進行切割，常見的切割方法有氣割、機械切割以及等離子切割等等。（7）成形。鋼結構按具體的成形目的可以分為卷板、彎曲、模壓、折邊幾種成形方式，要根據工程的實際情況合理地進行選擇。（8）邊緣加工。為了消除切割造成的邊緣硬化，確保后期焊縫的質量，必須采取合理的方法對邊緣進行加工，為提升鋼結構整體的施工質量提供保障。（9）制孔。鋼結構質控的質量以及精密度，對于鋼結構后期施工有非常重要的影響。在制孔時要根據工程的實際情況，科學合理地選擇制孔的方式，而且要確保制動的精準度。（10）裝配。裝配時把半成品或是零件，嚴格地按照設計圖紙進行安裝，裝配的方法有地樣法、胎模裝、立裝、臥裝等等。（11）焊接。焊接是鋼結構制作中非常重要的步驟，常用的焊接方法有電弧焊、電渣焊、電阻焊等等。（12）后期處理。對鋼結構進行打磨、矯正以及消除焊接應力等等一系列后期操作。在案例工程鋼結構施工中鋼梁的制作難度要遠遠大于鋼柱，為了更好地確保屋頂的拱度，必須對其外形尺寸等等進行合理的調整，嚴格篩選鋼結構制作廠家，對于其制作的廠房進行全面重點檢查，不僅要重點檢查鋼梁的外形以及尺寸，還需要檢查兩端的連接板，確保出廠的鋼結構符合建筑整體的安裝要求，確保鋼梁與梁柱之間的緊密連接，提升工程的整體質量。

3 大型公用建筑鋼結構施工技術研究

3.1 鋼結構精準度控制技術

對于大型公用建筑鋼結構安裝精度的控制可以分為運輸過程中的精度控制以及現場安裝的精度控制。（1）運輸過程中精度控制。為了保障鋼結構尺寸的精準度，要加強對于運輸過程中的控制。避免在運輸過程中出現磨損變形的情況，科學合理地采取必要的措施，減少運輸過程對于構件的損害。首先，要提前對于運輸線路進行了解，確保運輸車能夠順利通行而且要避免在運輸過程中出現劇烈的顛簸。而且運輸過程中如果需要綁扎，要增加相應的支撐點，避免出現變形或是磨損的情況，還要根據實際情況通過木料等輔助材料填補鋼構件之間的空隙，鋼構件的外包裝一定要做到盡可能的嚴密，避免在運輸過程中由于震動以及壓力而發生變形，影響其精準度。其次，裝卸過程也必須十分的注意，建議采用兩點吊的方式，如果是比較長的鋼構件，必要時可以增加必要的輔助措施，增加吊點進行裝卸，避免在吊裝的過程中由于受力不均勻而產生變形。最后，在現場進行堆放的過程中一定要嚴格遵守相應的規定，避免堆放層數過高以及堆放的高度超高。一般情況鋼構件的堆放層數不能超過3 層，避免出現倒塌的情況。堆放區一定要做好防潮處理，室內堆放一定要確保其有良好的通風條件，對于進行室外堆放的鋼構件必須做好防雨防水處理。（2）安裝中的精度控制。首先，做好相應的準備工作。在實際進行安裝之間，工作人員一定要再次對鋼構件進行嚴格的復測，檢查其外形、尺寸、型號以及變形情況，在確保其符合施工要求的情況下才可以進入到施工現場進行吊裝。為了確保鋼結構的穩定性，相關人員還需要對基礎的混凝土進行相應的檢查，確保其已經達到相應的強度。對螺栓以及杯口等位置進行檢查，如果發現偏差一定要做好相應的標記，便于施工人員在實際的安裝過程中合理地進行位置的調整。從案例工程的安裝順序來看為了更好地提升安裝的精準度，可以先從柱間的支撐以及屋面的支撐部分開始進行安裝，在確保工程基礎部分安裝成功后再次對現場的鋼柱進行標高的復測，對出現的偏差進行糾正，在確保基礎的精準度后再進行后續工作的安裝。其次，高強螺栓的安裝。在初擰高強螺栓的時候要邊擰邊觀測鋼柱軸線的變化情況，避免鋼柱移動情況超過其允許值，還要及時對鋼柱的軸線進行調整。進一步擰高強螺栓時，要嚴格按照相應的順序進行，要從梁柱的連接點開始再到支撐點，最后是系桿的接點。最后，安裝件和被安裝件匹配問題。在實際的安裝過程中，如果出現了被安裝件和安裝件無法匹配的情況，一定要選擇調整安裝件來進行彌補，禁止調整被安裝件的位置。為了更快地提升鋼結構成型的效率，先要穩定結構，然后按照合理的方式再對各個部門進行安裝，從而有效減少施工過程中的誤差，提高整體工程的質量。

3.2 鋼結構吊裝技術

鋼結構吊裝技術是大型公共建筑鋼結構施工中非常重要的部分，一定要加強對于安全問題的重視，根據工程的實際情況科學合理地提升吊裝技術，在確保施工安全的前提下更好地提升整體工程的質量[4]。在案例工程中，為了更好提升整體工程的質量，在對鋼結構進行吊裝前再次對基礎進行了復測，包含錨栓實際外露的長度，錨栓中心線位移偏差、間距以及基礎的標高，確保全部符合相應要求后才可以進行吊裝工作。為了有效地控制鋼柱標高，可以提前在柱子便于看見的截面畫出一定的長度，便于后期在安裝的過程中進行校正以及微調。在復測合格的前提下進行鋼柱的安裝，安裝時可以先利用單根的鋼絲繩捆綁好柱子，在距離柱子頂端三分之一的位置合理地設置吊點，通過旋轉的方式把柱子進行吊起，把其送至具體安裝的位置。在到達安裝位置后通過推動柱子使其螺栓孔與基礎錨栓，根據實際情況，在小范圍內合理的進微調，確保所有的螺栓孔全部對準預埋的地腳，然后把構件緩慢地落下，一定要在全部對齊的情況下垂直下落。在柱子基本完全落下的時候，及時對其中心線以及基礎定位的軸線進行調整，對于中心線的調整主要是靠水平靠尺進行測量，通過反復的調整確保其位置準確無誤。在吊裝的過程中還要及時利用水平儀對柱子的標高進行適當的微調，檢查其實現標注的線與實際的高度是否相符，當出現偏差的時候采用墊鐵對標高進行相應的調整。在吊裝的過程中也必須確保柱子的垂直度，可以在吊裝之前在柱子的可視面提前標出中心線，再利用經緯儀進行對其垂直度進行相應的調整。對于柱子的間距可以通過內側建筑物上提前標記好的控制線來進行調整。柱子的高度、垂直度以及軸線之間是相互影響相互聯系的，只有每一項都符合相應的標準后才是全部完成了校正工作。在鋼梁吊裝時要提前把所有的鋼梁及時運送到各鋼柱的附近，然后按照由內到外，由下至上按照相應的編號順序進行吊裝，在吊裝的過程中只有當梁的兩端的螺栓全部緊固以后才能夠松開吊鉤，然后依次進行其他的梁的吊裝，提高吊裝過程中的安全性，為整個建筑工程質量打下堅實的基礎[5]。

3.3 鋼結構焊接技術

大型公用建筑鋼結構施工在確保鋼柱以及鋼梁按照相應的設計要求進行吊裝后，就要開始進行焊接，焊接是鋼結構施工中非常重要的一道工序，焊接質量的高低對于鋼結構的整體穩定性以及可靠性都有直接的影響，因此在實際的施工中一定要高度重視，確保焊接技術符合設計的要求，為整體工程質量打下堅實的基礎。在實際的焊接過程中，會有非常多的因素影響焊接技術的發揮，從而造成焊接質量降低的情況，嚴重的還會對工程的質量造成影響[6]。因此，在案例工程鋼結構焊接時從以下幾點進行注意，更好地避免了各種不利因素的影響，有效地提升了工程的整體質量。（1）專業人才。在鋼結構焊接時一定要重視專業人才的選擇，確保所有的操作人員都必須具有專業的資格證書，并且具有豐富的實戰經驗，能夠更加高效地完成實際操作。在進入施工現場之前還要根據工程的實際情況對相關人員進行專業的培訓，然后進行專業的考核，只有通過考核的人員才能夠進入施工現場。（2）充足的準備工作。在每天實際開始焊接之前操作人員都必須進行充分的準備，確保在施工過程中所用到的所有工具都能夠正常的工作，而且要按照相應的要求對設備以及器材進行合理的擺放。（3）嚴格遵守焊接程序。在焊接工作開始之前，相關技術人員針對工程的實際情況，科學合理地制定了嚴格的操作流程以及操作標準，所有的焊接人員必須嚴格按操作程序，有步驟地進行每一步操作，確保每一項工藝都完全落實到位。（4）確保焊條的質量。對于進入到焊接施工現場的焊條必須嚴格把好質量關，確保所使用的每一根焊條都符合國家以及設計的相關要求，避免出現有質量問題的劣質焊條，從細節處把守質量關。（5）仔細進行檢查。焊接人員每次完成相應的焊接工序都必須仔細地進行檢查，確保沒有焊接偏差以及不到位的情況，如果發現問題一定要及時地進行相應的處理，確保焊接的質量能達到設計的標準。（6）重視監督管理。在鋼結構焊接的過程中一定要加強監督和管理，做到對于整個施工過程的全面監督，確保施工制度能夠真正地落實，便于及時發現問題改正問題，更好地提升整體工程的質量。

3.4 鋼結構虛擬施工建模技術

大型公用建筑鋼結構施工會受到平衡問題、碰撞問題、連接問題等等施工難題，要加強對于先進技術的應用，科學合理地采用計算機建模技術可以很好地幫助施工人員發現在鋼結構施工中方案中存在的問題，從而通過建模模擬技術進行有針對性的預防，從而確保施工的高效順利進行。虛擬施工建模技術已經十分成熟，把工程中的各種參數準確輸入相應的系統，系統就會快速地對施工中各種作業以及程序進行科學合理的計算，并且根據大數據的分析對施工中可能存在的安全隱患進行全面分析，并且把安全隱患進行總結，為實際的施工提供保障。在案例工程中采用了參數型驅動建模技術，通過對鋼材、機械等等各種參數進行分析，從而對建筑鋼結構力學特點進行研究，科學合理地計算出各種數值，為實際的施工提供了數據支持，降低了施工過程中可能出現的安全風險。（1）鋼構件吊裝模擬技術。鋼構件吊裝施工作為鋼結構施工的核心，由于大型建筑鋼構的數量大，產生的各種不確定性因素更多，因此更加要重視虛擬建模技術的應用，從而對于整個施工流程有更加全面的把控，更好地解決在實際的施工過程中可能存在的問題。（2）鋼結構組裝虛擬建模技術。鋼結構組裝直接關系工程的質量，由于鋼結構的體積較大，在移動時具有一定的難度，如果組裝發生錯位，整個組裝作業都會產生非常不利的影響，采用虛擬建模技術，對于整個組裝的過程進行模擬作業，可以很好地提升鋼結構組裝的效率。在案例工程中通過對于鋼結構連接角度進行模擬，獲取了不同角度的實際安裝效果，為實際施工提供了參考，提升了實際安裝的效率。高智能化組裝建模技術的應用，使其能夠自動對問題進行判斷，在進行效率以及質量判斷時還充分考慮組裝方法的差異，為實際的組裝提供了技術依據。

4 結論

綜上所述，鋼結構具有體積小、性質穩定、可塑性以及剛度都較強等特點，被廣泛應用于大型公用建筑施工中。想要更好地提升工程的整體質量，就必須全面分析鋼結構的制作工序，然后對鋼結構精準度控制技術、鋼結構吊裝技術、鋼結構焊接技術、鋼結構虛擬施工建模技術在實際工程中的應用，更好地解決大型公用建筑施工中的問題，提升整體的工程質量，促進我國建筑行業的快速發展。