門式剛架鋼結(jié)構(gòu)庫房施工關(guān)鍵技術(shù)探討

李昊軒 項行鴻

輕型鋼結(jié)構(gòu)具有節(jié)約材料、耗鋼量小、重量輕、制作安裝及運輸方便等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛，尤其是輕型門式剛架鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)庫房中的應(yīng)用越來越多[1-2]。

輕型門式剛架鋼結(jié)構(gòu)通常采用H型鋼為梁，冷彎薄壁型鋼為檁條、梁、柱，彩鋼板為屋面板和墻面板，通過螺栓或焊接方式連接[3]。為降低鋼材消耗和工程造價，可采取新的技術(shù)措施。例如：采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)提高結(jié)構(gòu)的剛度、承載力；在檁條內(nèi)加入張拉薄板，能夠有效避免風(fēng)荷載作用下的局部失穩(wěn)，并增加其彈性應(yīng)力幅值，有效減少檁條的用鋼量[4]。本文分析了門式剛架鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)庫房的施工關(guān)鍵技術(shù)，對提高工程施工整體質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

西安臨潼分輸站新建庫房項目位于陜西省西安市臨潼區(qū)，框架尺寸為48.48 m×15.48 m，高7.65 m，建筑面積為750.5 m2。鋼結(jié)構(gòu)庫房主要構(gòu)件包括鋼架梁、屋面支撐、屋面系桿等，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要采用H 型鋼。物流倉庫鋼結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示。庫房整體結(jié)構(gòu)為門式剛架結(jié)構(gòu)，建筑抗震設(shè)防烈度8 度，所用鋼材采用H 型鋼柱，約300 t，沿整個結(jié)構(gòu)高度布置，鋼梁為變截面H 型鋼。

圖1 物流倉庫鋼結(jié)構(gòu)模型視圖（來源：作者自繪）

本工程的鋼柱最重構(gòu)件為3500 kg（作業(yè)半徑60 m），屋面梁吊裝單元最重構(gòu)件為2500 kg（屋面梁吊裝單元長約24 m，作業(yè)半徑60 m），現(xiàn)場設(shè)置一臺XGT7527 型塔吊，超出起重量作業(yè)范圍的區(qū)域采用一臺130 t 汽車吊進行吊裝。在工程施工過程中，吊裝方案的好壞對工程質(zhì)量、工期及安全起著至關(guān)重要的作用。因此，選用適當(dāng)?shù)牡跹b機械以及合理的吊裝順序非常關(guān)鍵。鋼結(jié)構(gòu)最大安裝高度7.65 m，在進行高空作業(yè)時，需要采取安全防護措施。

2 門式剛架鋼結(jié)構(gòu)庫房的施工流程

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝按照先主體后次結(jié)構(gòu)的順序進行，同時考慮到施工的便利性，采取由內(nèi)向外的順序。庫房為門式框架結(jié)構(gòu)，其最大單體起吊質(zhì)量約為3.5 t，鋼柱以高空散放方法吊裝，鋼梁構(gòu)件在廠內(nèi)拼裝，然后進行整體吊裝。

2.1 施工工藝流程

柱吊裝如圖2 所示，由圖可知鋼柱吊裝采用四點吊裝，在鋼梁吊裝之前，需要在鋼骨柱的底部墊上墊木或橡皮墊，以防止鋼柱根部與地面發(fā)生拖拉碰撞。吊裝施工完畢之后，不可以離開地面太高，一般距離地面300 ～500 mm，慢慢地移到安裝點附近，然后才能提高。立柱下放至距離立柱底部200 mm 時，緩慢下落，將地腳螺栓插進立柱螺栓孔中，等待立柱就位后進行校正，應(yīng)該保證柱底面軸線與立柱中心線對正。隨后，將纜風(fēng)繩收緊，以避免強風(fēng)引起立柱晃動，造成立柱底部的中心線偏移。安裝節(jié)柱時，在距第一節(jié)立柱400 ～500 mm時，將起重機的吊車臂緩緩回轉(zhuǎn)，降至下節(jié)鋼柱上方，上節(jié)鋼柱回轉(zhuǎn)就位后，兩側(cè)中心線與下面一段鋼柱的中心線吻合。

圖2 柱吊裝（來源：作者自繪）

鋼柱安裝完畢后，用纜風(fēng)繩暫時固定鋼柱，鋼絲繩上部固定于耳板，下部系于樓面梁。在鋼柱兩端分別設(shè)置對接連接夾板，并在夾板上安裝螺栓固定上、下節(jié)鋼柱，同時將連接板焊接固定，防止滑動。

將鋼柱安裝好并臨時固定后，在鋼柱四面成45°拉設(shè)攬風(fēng)繩，其上部與鋼柱上部的連接板孔相連，下部與鋼筋拉結(jié)點固定。在鋼柱焊接完畢后，才能拆除纜風(fēng)繩。鋼柱經(jīng)過初校，當(dāng)垂直度誤差小于20 mm 時，擰緊地腳螺栓螺絲，進行預(yù)緊固后才能將吊車脫鉤。

柱間系桿吊裝如圖3 所示。柱間支撐采用地面拼裝、整體吊裝的方法，采用L75 mm×8 mm 的角鋼作臨時支撐，以確保整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形。

圖3 柱間系桿吊裝（來源：作者自繪）

鋼架梁吊裝如圖4 所示，由圖可知鋼梁吊裝前，在鋼梁梁面上設(shè)置欄桿和安全繩，用作施工人員的水平通道。在鋼梁吊裝時，采用棕繩系住鋼梁的兩端，作為溜繩，保證鋼梁在空中保持平衡，并用卡環(huán)將其固定在鋼梁的吊耳上，以提高安裝效率。捋順鋼絲繩，對于較長的構(gòu)件，要先經(jīng)過專業(yè)工程師的計算，然后進行試放，達到平衡后才能進行吊裝。

圖4 鋼架梁安裝（來源：作者自繪）

由于鋼梁跨徑大、板厚度小，采取“四點吊裝”的方法，即以中部兩點為主要受力部位，兩邊吊點通過鋼絲繩和倒鏈進行輔助吊裝，防止構(gòu)件在吊裝時發(fā)生較大變形。當(dāng)鋼梁就位后，首先采用與螺栓直徑相同的沖釘進行定位，再用普通螺栓進行臨時固定。普通螺栓數(shù)目不得低于節(jié)點螺栓總數(shù)的1/3，并且至少2 個。檁條安裝如圖5 所示。

圖5 檁條安裝（來源：作者自繪）

2.2 鋼梁拼裝胎架

考慮到拼裝的安全性及高效性問題，鋼梁拼裝采用臥式拼裝。在施工過程中，以站臺地面為工作平臺，并同時采用鋼胎支架作為安裝平臺，再使用水平儀進行調(diào)平，并用鋼板進行調(diào)整。采用鋼凳、墊板和千斤頂組裝鋼梁。框架柱、梁由HW200 mm×200 mm×8 mm×12 mm 的冷軋H 型鋼制成，支撐采用L75 mm×6 mm 角鋼，柱高850 mm，橫梁長800 mm。立柱底部設(shè)置鋼板墊，胎架之間的間距不能超過8 m。

3 鋼結(jié)構(gòu)庫房施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)圖紙深化階段，通過將建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計相結(jié)合，實現(xiàn)了模型信息化共享。在施工項目中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以提高項目數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲能力。通過對這些信息進行整合，將這些信息和BIM 模型融合在一起，可以提高施工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，推動產(chǎn)品制造和企業(yè)管理的信息化管理[5]。

在深化設(shè)計階段，應(yīng)對建筑構(gòu)件進行統(tǒng)一編碼，保證構(gòu)件信息的唯一性、可追溯性。在進行深化設(shè)計的過程中，應(yīng)明確每位深化工程師的職責(zé)，并且要構(gòu)建一個可保證每位深化工程師的軟件能夠流暢運行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在使用軟件前，必須設(shè)定基本數(shù)據(jù)，如設(shè)置軟件的自動儲存時間、系統(tǒng)符號文件、圖紙模板等。在進行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計時，每個構(gòu)件只對應(yīng)一個編號，規(guī)定統(tǒng)一的材料命名準(zhǔn)則。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)智能測量技術(shù)

本工程采用智能測量技術(shù)提高鋼結(jié)構(gòu)庫房的施工精度[6]。智能測量技術(shù)包括三維測量控制網(wǎng)技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)高精度空中快速定位技術(shù)及基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變形監(jiān)測技術(shù)。

3.2.1 三維測量控制網(wǎng)技術(shù)

在全球定位系統(tǒng)空間定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，以高精度全站儀、高精度電子水準(zhǔn)儀和條碼水準(zhǔn)儀等為測量工具，建立三維測量控制網(wǎng)。

3.2.2 鋼結(jié)構(gòu)高精度空中快速定位技術(shù)分析

利用具備無線傳輸功能的自動檢測機器人，完成網(wǎng)架吊裝全過程的跟蹤和定位。利用工業(yè)三坐標(biāo)軟件解算出各控制點的空間坐標(biāo)，并與對應(yīng)的設(shè)計坐標(biāo)進行對比，從而實現(xiàn)快速精準(zhǔn)的鋼結(jié)構(gòu)安裝。

3.2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變形監(jiān)測技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時監(jiān)測現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)各部位溫度、濕度及應(yīng)力應(yīng)變，并進行匯總分析計算，全方位反映鋼結(jié)構(gòu)的施工狀態(tài)和空間位置等信息，確保施工精度。錨栓定位測量示意圖如圖6 所示。

圖6 錨栓定位測量示意圖（來源：作者自繪）

3.3 鋼結(jié)構(gòu)虛擬預(yù)拼裝技術(shù)

采用三維建模軟件模擬拼裝過程中各節(jié)段構(gòu)件的幾何尺寸，并與深化設(shè)計的理論模型進行比較，分析拼裝精度，直至滿足精度要求為止。

3.3.1 三維坐標(biāo)測量

根據(jù)設(shè)計圖紙、加工安裝方案等，通過構(gòu)件分割建立拼裝工藝三維模型，并從模型中導(dǎo)出各節(jié)段構(gòu)件的加工制造詳圖。在構(gòu)建制作完畢后，利用全站儀測定外輪廓控制點的三維坐標(biāo)。根據(jù)儀器高和棱鏡高，可以得到目標(biāo)點的坐標(biāo)。

3.3.2 鋼結(jié)構(gòu)虛擬預(yù)拼裝

將全站儀與計算機連接，將所測控制點的位置信息錄入Excel 表格，轉(zhuǎn)化成坐標(biāo)格式，獲取構(gòu)件各控制點的三維坐標(biāo)并匯總。將測量的數(shù)據(jù)輸入三維建模軟件中，實現(xiàn)分段構(gòu)件的三維建模。

3.3.3 鋼結(jié)構(gòu)虛擬預(yù)拼裝注意事項

若無法一次性完成所有控制點的測量，可根據(jù)需要設(shè)置多個轉(zhuǎn)換測站點，轉(zhuǎn)換測站點應(yīng)保證各個觀測點的坐標(biāo)處于同一坐標(biāo)系。由于野外觀測難以保證絕對精度，每次轉(zhuǎn)換測站點后，儀器高度都會改變，必須參照附近某一定點的高程進行測量。同時，為確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同一構(gòu)件上的控制點坐標(biāo)值必須在同一時間內(nèi)由同一人進行測量。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)高效焊接技術(shù)

目前，在鋼結(jié)構(gòu)的制造和安裝過程中，為提高焊接效率，主要采用以下4 種方法：

1）免清根焊接技術(shù)。該技術(shù)省去了碳弧氣刨過程，使用了陶瓷襯層，并優(yōu)化了U 形坡口形式，從而大大縮短了焊接時間，減小了焊縫厚度。同時，還可以避免滲碳導(dǎo)致鋼板的力學(xué)性能下降。

2）雙（多）絲埋弧焊技術(shù)。該技術(shù)具有熔敷量較大、熱輸入小、焊接速度快等優(yōu)點，提高了焊接效率和質(zhì)量。

3）窄間隙焊接技術(shù)。與傳統(tǒng)坡角焊方法相比，由于切口較窄，焊絲的熔敷量較小，采用窄間隙焊接技術(shù)可使熔敷量減小1/2 ～2/3，從而提高焊接效率。

4）免開坡口熔透焊技術(shù)。利用單根焊絲，可以對厚度小于12 mm 的板材進行熔透焊接。利用2 根（多根）焊絲，可以對厚度小于20 mm 的板材進行熔透焊接，免去了坡口工藝。

3.5 鋼結(jié)構(gòu)防腐防火技術(shù)

3.5.1 防腐涂料涂裝

鋼構(gòu)件在涂裝之前，應(yīng)先清除表面的銹斑。除銹方法應(yīng)符合設(shè)計要求，并達到設(shè)計規(guī)定的除銹等級。目前，常用的除銹方式有噴射法、拋射法、手動法等。配制涂料應(yīng)嚴(yán)格遵循說明書，當(dāng)天使用的涂料應(yīng)當(dāng)天配制。噴涂工藝有刷涂、滾涂、氣噴及高壓真空噴涂等。噴涂要在合適的溫度和濕度環(huán)境中進行，要根據(jù)被涂物尺寸、涂料種類選擇合適的噴涂工藝。

3.5.2 防火涂料涂裝

防火涂料可分為薄涂層和厚涂層這2 種類型。薄涂層利用涂層遇火后的熱膨脹來減緩鋼材升溫，厚涂層則依靠防火材料的吸熱來減緩鋼材升溫。對于薄涂層的底涂層，最好采用重力式噴槍噴，氣壓約為0.4 MPa。局部修補及小型工程可采用手涂，面涂層可采用刷、噴或滾涂的方式。對于厚涂型防火涂料，建議使用氣壓為0.4～0.6 MPa 的高壓噴射機進行噴涂，噴嘴直徑為6 ～10 mm。在配料過程中，要按照配比、稀釋劑，調(diào)配好稠度后操作人員應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)測量涂層的厚度，80%以上面積的涂料總厚度要滿足相關(guān)防火規(guī)范的規(guī)定，最薄部位的厚度不得小于設(shè)計值的85%。

4 結(jié)語

本文探討并研究了門式剛架鋼結(jié)構(gòu)庫房施工關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明，采用施工關(guān)鍵技術(shù)可以有效改善工業(yè)庫房的施工質(zhì)量，控制成本，提高施工效率，并為改善工程的總體質(zhì)量創(chuàng)造了良好的條件。但是，該技術(shù)也有一些限制，需要大量的技術(shù)人員、資金和設(shè)備。今后可以通過優(yōu)化技術(shù)流程、采用智能化設(shè)備等手段，提升技術(shù)的應(yīng)用水平，推動門式剛架鋼結(jié)構(gòu)庫房施工技術(shù)的深入應(yīng)用。