论文部分内容阅读
摘要：基于钢结构的特点和优点，各类钢结构自产生之日起就在世界范围内迅速地被采用。为满足各种使用需求，其结构高度不断攀升，造型日益繁多，功能逐渐强大，范围一再扩展。现代钢结构的设计理论日益精确成熟，施工过程及施工技术日益复杂化，传统的施工技术已不能满足现代大型复杂建筑施工的需要。近年来，很多工程在规模和结构形式上都没有先例，一大批新结构、新材料、新工艺和新技术的采用，使传统的施工技术不断地进步和提高，正逐渐完善成能够适应当前钢结构发展趋势的现代施工技术。
关键词：建筑钢结构；施工技术；质量控制
中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：
由于建筑效果上追求新、奇、特，传统的建筑材料不能实现建筑目标而大量采用钢结构，致使现代钢结构建筑物和构筑物的造型突破传统、千变万化、千姿百态。新奇的建筑造型，必然导致结构体系及节点构造的跟随演化，复杂奇异的建筑造型往往同时带来结构体系及节点连接的复杂化，有时甚至导致不合理的结构受力体系和构造方式，这使得传统的设计方法、构造方法和施工技术不再适用，需研究新的分析理论、设计方法、加工制作工艺及安装技术。本文结合笔者多年的建筑工程实践，具体论述了建筑钢结构的施工技术及质量控制。
一、钢结构施工技术
钢结构中对钢材的选用至关重要。工程实践中，箱型柱和主梁通常采用SM490B钢材，其抗拉强度、伸长率、屈胀点、冷弯试验、冲击韧性和硫、磷、碳含量符合规定限值，屈胀比不低于1.2，伸长率大于20％，-20℃冲击韧性合格，且化学性能满足《碳素结构钢》中对Q235B、C、D等级钢材的规定，其硫、磷、碳含量不超过限值。框架的柱最为常用的是宽翼缘H型钢、梁为H型钢，并通常采用扭剪型高强螺栓连接，梁与柱的连接分为铰接和刚接；柱底锚栓为可承受由弯矩引起的轴向拉力，柱底板下焊接抗剪板承受剪力；楼面及屋面板采用压型钢板非组合楼板，压型钢板与钢梁抗剪设计采用栓钉及辅助垫圈塞焊连接，水平作用力由混凝土楼板及屋面板传给轻质混凝土墙及钢结构竖向支撑。
1、安装工作准备
安装机械选择；钢结构安装采用的主要机械为塔式起重机。应根据结构平面几何形状和尺寸、构件重量等进行选用。塔式起重机的选择一般情况下，尽可能采用外附式起重机，拆装方便。当选用外附着式塔吊时，塔基可选在地下层或另设塔基；当选用内爬塔时，塔吊一般设在电梯井处。塔式起重机的位置和性能应能够满足以下要求：
要使臂杆长度具有足够的覆盖（建筑物）面；
要有足够的起重机能力，满足不同位置构件起吊重量的要求；
塔式起重机的钢丝绳容量，要满足起吊高度和起重能力的要求；起吊速度要有足够的档次，满足安装需要；
多机作业时，应考虑：当塔吊为水平臂杆时，臂杆要有足够的高差，能够安全运转不碰撞；各塔吊之间应有足够的安全距离，确保臂杆与塔身互不碰撞。
(2)详细编制吊装施工方案、安装顺序表，明确构件的安装次序，构件进场堆放及吊装应按安装顺序表进行。构件进场后，应对构件的尺寸进行复检，对不符合要求的构件及时处理。合理确定吊点位置，避免因设置不当造成构件变形。
2、钢柱、梁安装
(1)钢柱吊装
柱子的吊装是钢结构安装的关键，在混凝土浇筑前，采用整体定位模板固定柱脚螺栓，控制螺栓相对位置偏差，为了减小柱脚螺栓预埋偏差，在混凝土浇完之后，马上测量柱脚螺栓实测位置，并将实测报告提交给设计部门，再由设计部门设计出图纸给钢结构加工厂进行柱底板的加工；同时在钢柱成品运至现场后，对柱底板螺栓孔进行复检，确保与柱脚螺栓尺寸相符。钢柱安装前，柱基础混凝土强度应至少为设计强度的70％。安装时，先测量柱身长度、挠度，做出柱身中心线标记和+1.000m标高标记，根据柱身长度和柱基的实际标高，在柱基上垫相应的垫板，每根柱垫4个点，每点的垫块数量不得超过5块，上部垫块由一组楔形垫块组成，用于调整柱子的标高。柱子吊装就位后，用带倒链的钢丝绳临时固定，2台经纬仪在夹角90°的方向同时观测柱身垂直度，1台水准仪观测柱子标高。柱子垂直度可通过倒链进行调整，底部中心線偏差用千斤顶进行微调(偏差控制在3mm以内)。钢柱找平找正后，将柱地脚螺栓拧紧，拖拉绳将柱固定。在柱子找正时，要避免阳光的直接照射导致向光面与背面膨胀不均，使钢柱安装发生偏差。
(2)钢柱吊装钢梁吊装
划分框架钢结构吊装作业区域，按照塔吊的作业范围划分多层与高层框架钢结构吊装区域，使钢构件平行顺序同时进行吊装，平面从中间或某一对称节间开始吊装，以一个节间的柱网为一个吊装单元，按钢柱—钢梁—支撑顺序吊装，并问四周扩展，以便使制作和安装时产生的误差能均匀向四周扩散；垂直方向由下至上组成稳定结构后，分层安装次要结构，一节间一节间钢构件、一层楼一层楼安装。安装完每根梁后要随时检查柱子的垂直度，如有误差，及时调整。
3、高强螺栓安装
根据构件的厚度选用相应长度的螺栓，螺栓长度应确保在拧紧螺栓后丝扣露出2～3扣。在梁与柱、梁与梁连接节点施工时，先用冲子校准孔位，再穿人高强螺栓。扭剪型高强螺栓安装时，螺栓帽带薄垫圈一侧应朝里，垫圈孔有倒角一侧应和螺帽接触。大六角头高强螺栓安装时，应在螺栓头下及螺帽下各垫一垫圈，组成螺栓的垫圈及螺帽有里外之分，螺帽安装紧固后外侧可看见等级标志。为了保证扭矩系数值的稳定及防止旋转，连接螺帽的垫圈内侧呈倒角状。螺栓应能自由穿入螺栓孔，若个别不能自由穿入，可使用铰刀修孔。安装高强螺栓时，摩擦面应始终保持干燥状态，不得雨中作业。高强螺栓必须分两次坚固(初拧、终拧)，初拧值宜为终拧值的50％～70％。扭剪型高强螺栓紧固采用电动扳手，终拧以尾部梅花头拧掉为准，因构造原因无法使用电动扳手的，应更换为六角头高强螺栓。大六角头高强螺栓紧固方法有扭矩法和转角法两种。对于有拴接和焊接的节点，施工顺序为先螺栓连接，再进行焊接。不同楼层间施拧顺序为顶层、底层、中间层。
4、栓接、焊接检查
(1)高强螺栓检查方法：扭剪型高强螺栓需检查梅花头是否拧掉；大六角头高强螺栓检查用标定的扭矩扳手，按20%的比例进行抽查，抽查时先用扭矩扳手将大六角头螺栓反转60。，然后用扭矩扳手拧紧，紧固力矩应在需施工扭矩的±5％。
(2)对现场焊缝进行100%的观察检查，对角焊缝进行15％的液体渗透或磁粉探伤，对全熔透焊缝进行100%的超声波探伤或x射线探伤。
5、柱底板灌浆
柱底板灌浆采用无收缩浆料，安装前对混凝土表面进行凿毛处理，粗糙度以10～20mm为宜。灌浆前对混凝土基层进行6～12h的洒水湿润。灌浆完成后即进行初期养护(圈水养护或湿布养护)和硬化后养护(砂浆覆盖养护)。冬季施工需增加保温措施。
二、钢结构施工的质量控制和安全措施
1、钢结构的质量控制措施
(一)钢结构的制作
(1)在进行钢结构制作之前，应对各种型钢进行检验，以确保钢材的型号符合设计要求。
(2)受拉杆件的长细比不得超过250。
(3)若杆件用角钢制作，宜使用肢宽而薄的角钢，以增大回转半径。
(4)一榀屋架内，不得选用肢宽相同而厚度不同的角钢。
(5)钢结构所用的钢材，型号、规格尽量统一，以便于下料。
(6)钢材的表面，应彻底除锈、去油污，且不得出现伤痕。
(7)采用焊接的钢结构，其焊缝质量的检查数量和检查方法应按规范进行。
(8)焊接的焊缝表面，焊波应均匀，且不得有裂缝、焊瘤、夹渣、弧坑、烧穿和气孔等缺陷。
(9)桁架各个杆件的轴线必须在同一个平面内，且各个轴线都为直线，相交于节点的中心。
(10)荷载都作用在节点。
(二)钢结构的安装
(1)各节点应符合设计要求，传力可靠。
(2)各杆件的重心线应与设计图中的几何轴线重合，以避免各杆件出现偏心受力。
(3)腹杆的端部应安装弦杆，以增加桁架的刚度。
(4)截断角钢，宜采用垂直于杆件轴线直切。
(5)在装卸、运输和堆放的过程中，均不得损坏杆件，并防止变形。
(6)扩大扩装时，应作强度和稳定驗算。
(7)为了使两个角钢组成的T形或x形截面杆件共同工作，在两个角钢之间，每隔一定的距离应焊上一块钢板。
(8)对钢结构的各个连接接头，在经过检查合格后，方可紧固和焊接。
(9)用螺栓连接时，其外露丝扣不应少于2～3扣，以防止在振动作用下发生丝扣松动。
(10)采用高强度螺栓组连接时，必须当天拧紧完毕，外露丝扣不得少于两扣。对欠拧漏扣的，要逐个检查拧紧，以免松动。
2、钢结构施工安全措施
(1)在钢结构施工中，无论是搬运还是安装，必须严防碰撞电线，更不得接近高压线；非在高压线附近施工时，其距离最小也要超过2m。
(2)安装时，应设专人指挥。
(3)在施工吊装的过程中，不得超负荷运行。
(4)在吊装或安装过程中，其上操作人员必须系好安全带；其下严禁行人通过。
(5)采用气焊气割时，应严防电石桶爆炸伤人。
(6)严禁在高空作业时，往下掉物，以免伤人。
(7)应对钢结构采取防火措施，以提高钢结构的防火能力。
(8)顶板与钢梁叠合时，若有缝隙，应用防火涂料填满。
(9)防锈涂层表面不得出现凹凸不平现象。
(10)涂料不得过稀，也不得过厚，涂层施工间隔时间也不能太短。
三、结语
近年来，我国钢结构应用飞速发展，然而相应的施工过程及其施工工艺技术系统化研究发展却比较滞后，同样，相关的研究资料也很少。本文是为满足钢结构施工及施工过程分析而撰写，同时也期望能够为钢结构工程界的同仁志士提供一定的参考和借鉴。
参考文献：
[1]罗永峰，王春江，陈晓明等著，建筑钢结构施工力学原理，中国建筑工业出版社，2009.01.
[2]徐伟主编，现代钢结构工程施工，中国建筑工业出版社，2006年11.
[3]赵资钦主编，房屋建筑工程施工技术指南，中国建筑工业出版社，2010.09.
关键词：建筑钢结构；施工技术；质量控制
中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：
由于建筑效果上追求新、奇、特，传统的建筑材料不能实现建筑目标而大量采用钢结构，致使现代钢结构建筑物和构筑物的造型突破传统、千变万化、千姿百态。新奇的建筑造型，必然导致结构体系及节点构造的跟随演化，复杂奇异的建筑造型往往同时带来结构体系及节点连接的复杂化，有时甚至导致不合理的结构受力体系和构造方式，这使得传统的设计方法、构造方法和施工技术不再适用，需研究新的分析理论、设计方法、加工制作工艺及安装技术。本文结合笔者多年的建筑工程实践，具体论述了建筑钢结构的施工技术及质量控制。
一、钢结构施工技术
钢结构中对钢材的选用至关重要。工程实践中，箱型柱和主梁通常采用SM490B钢材，其抗拉强度、伸长率、屈胀点、冷弯试验、冲击韧性和硫、磷、碳含量符合规定限值，屈胀比不低于1.2，伸长率大于20％，-20℃冲击韧性合格，且化学性能满足《碳素结构钢》中对Q235B、C、D等级钢材的规定，其硫、磷、碳含量不超过限值。框架的柱最为常用的是宽翼缘H型钢、梁为H型钢，并通常采用扭剪型高强螺栓连接，梁与柱的连接分为铰接和刚接；柱底锚栓为可承受由弯矩引起的轴向拉力，柱底板下焊接抗剪板承受剪力；楼面及屋面板采用压型钢板非组合楼板，压型钢板与钢梁抗剪设计采用栓钉及辅助垫圈塞焊连接，水平作用力由混凝土楼板及屋面板传给轻质混凝土墙及钢结构竖向支撑。
1、安装工作准备
安装机械选择；钢结构安装采用的主要机械为塔式起重机。应根据结构平面几何形状和尺寸、构件重量等进行选用。塔式起重机的选择一般情况下，尽可能采用外附式起重机，拆装方便。当选用外附着式塔吊时，塔基可选在地下层或另设塔基；当选用内爬塔时，塔吊一般设在电梯井处。塔式起重机的位置和性能应能够满足以下要求：
要使臂杆长度具有足够的覆盖（建筑物）面；
要有足够的起重机能力，满足不同位置构件起吊重量的要求；
塔式起重机的钢丝绳容量，要满足起吊高度和起重能力的要求；起吊速度要有足够的档次，满足安装需要；
多机作业时，应考虑：当塔吊为水平臂杆时，臂杆要有足够的高差，能够安全运转不碰撞；各塔吊之间应有足够的安全距离，确保臂杆与塔身互不碰撞。
(2)详细编制吊装施工方案、安装顺序表，明确构件的安装次序，构件进场堆放及吊装应按安装顺序表进行。构件进场后，应对构件的尺寸进行复检，对不符合要求的构件及时处理。合理确定吊点位置，避免因设置不当造成构件变形。
2、钢柱、梁安装
(1)钢柱吊装
柱子的吊装是钢结构安装的关键，在混凝土浇筑前，采用整体定位模板固定柱脚螺栓，控制螺栓相对位置偏差，为了减小柱脚螺栓预埋偏差，在混凝土浇完之后，马上测量柱脚螺栓实测位置，并将实测报告提交给设计部门，再由设计部门设计出图纸给钢结构加工厂进行柱底板的加工；同时在钢柱成品运至现场后，对柱底板螺栓孔进行复检，确保与柱脚螺栓尺寸相符。钢柱安装前，柱基础混凝土强度应至少为设计强度的70％。安装时，先测量柱身长度、挠度，做出柱身中心线标记和+1.000m标高标记，根据柱身长度和柱基的实际标高，在柱基上垫相应的垫板，每根柱垫4个点，每点的垫块数量不得超过5块，上部垫块由一组楔形垫块组成，用于调整柱子的标高。柱子吊装就位后，用带倒链的钢丝绳临时固定，2台经纬仪在夹角90°的方向同时观测柱身垂直度，1台水准仪观测柱子标高。柱子垂直度可通过倒链进行调整，底部中心線偏差用千斤顶进行微调(偏差控制在3mm以内)。钢柱找平找正后，将柱地脚螺栓拧紧，拖拉绳将柱固定。在柱子找正时，要避免阳光的直接照射导致向光面与背面膨胀不均，使钢柱安装发生偏差。
(2)钢柱吊装钢梁吊装
划分框架钢结构吊装作业区域，按照塔吊的作业范围划分多层与高层框架钢结构吊装区域，使钢构件平行顺序同时进行吊装，平面从中间或某一对称节间开始吊装，以一个节间的柱网为一个吊装单元，按钢柱—钢梁—支撑顺序吊装，并问四周扩展，以便使制作和安装时产生的误差能均匀向四周扩散；垂直方向由下至上组成稳定结构后，分层安装次要结构，一节间一节间钢构件、一层楼一层楼安装。安装完每根梁后要随时检查柱子的垂直度，如有误差，及时调整。
3、高强螺栓安装
根据构件的厚度选用相应长度的螺栓，螺栓长度应确保在拧紧螺栓后丝扣露出2～3扣。在梁与柱、梁与梁连接节点施工时，先用冲子校准孔位，再穿人高强螺栓。扭剪型高强螺栓安装时，螺栓帽带薄垫圈一侧应朝里，垫圈孔有倒角一侧应和螺帽接触。大六角头高强螺栓安装时，应在螺栓头下及螺帽下各垫一垫圈，组成螺栓的垫圈及螺帽有里外之分，螺帽安装紧固后外侧可看见等级标志。为了保证扭矩系数值的稳定及防止旋转，连接螺帽的垫圈内侧呈倒角状。螺栓应能自由穿入螺栓孔，若个别不能自由穿入，可使用铰刀修孔。安装高强螺栓时，摩擦面应始终保持干燥状态，不得雨中作业。高强螺栓必须分两次坚固(初拧、终拧)，初拧值宜为终拧值的50％～70％。扭剪型高强螺栓紧固采用电动扳手，终拧以尾部梅花头拧掉为准，因构造原因无法使用电动扳手的，应更换为六角头高强螺栓。大六角头高强螺栓紧固方法有扭矩法和转角法两种。对于有拴接和焊接的节点，施工顺序为先螺栓连接，再进行焊接。不同楼层间施拧顺序为顶层、底层、中间层。
4、栓接、焊接检查
(1)高强螺栓检查方法：扭剪型高强螺栓需检查梅花头是否拧掉；大六角头高强螺栓检查用标定的扭矩扳手，按20%的比例进行抽查，抽查时先用扭矩扳手将大六角头螺栓反转60。，然后用扭矩扳手拧紧，紧固力矩应在需施工扭矩的±5％。
(2)对现场焊缝进行100%的观察检查，对角焊缝进行15％的液体渗透或磁粉探伤，对全熔透焊缝进行100%的超声波探伤或x射线探伤。
5、柱底板灌浆
柱底板灌浆采用无收缩浆料，安装前对混凝土表面进行凿毛处理，粗糙度以10～20mm为宜。灌浆前对混凝土基层进行6～12h的洒水湿润。灌浆完成后即进行初期养护(圈水养护或湿布养护)和硬化后养护(砂浆覆盖养护)。冬季施工需增加保温措施。
二、钢结构施工的质量控制和安全措施
1、钢结构的质量控制措施
(一)钢结构的制作
(1)在进行钢结构制作之前，应对各种型钢进行检验，以确保钢材的型号符合设计要求。
(2)受拉杆件的长细比不得超过250。
(3)若杆件用角钢制作，宜使用肢宽而薄的角钢，以增大回转半径。
(4)一榀屋架内，不得选用肢宽相同而厚度不同的角钢。
(5)钢结构所用的钢材，型号、规格尽量统一，以便于下料。
(6)钢材的表面，应彻底除锈、去油污，且不得出现伤痕。
(7)采用焊接的钢结构，其焊缝质量的检查数量和检查方法应按规范进行。
(8)焊接的焊缝表面，焊波应均匀，且不得有裂缝、焊瘤、夹渣、弧坑、烧穿和气孔等缺陷。
(9)桁架各个杆件的轴线必须在同一个平面内，且各个轴线都为直线，相交于节点的中心。
(10)荷载都作用在节点。
(二)钢结构的安装
(1)各节点应符合设计要求，传力可靠。
(2)各杆件的重心线应与设计图中的几何轴线重合，以避免各杆件出现偏心受力。
(3)腹杆的端部应安装弦杆，以增加桁架的刚度。
(4)截断角钢，宜采用垂直于杆件轴线直切。
(5)在装卸、运输和堆放的过程中，均不得损坏杆件，并防止变形。
(6)扩大扩装时，应作强度和稳定驗算。
(7)为了使两个角钢组成的T形或x形截面杆件共同工作，在两个角钢之间，每隔一定的距离应焊上一块钢板。
(8)对钢结构的各个连接接头，在经过检查合格后，方可紧固和焊接。
(9)用螺栓连接时，其外露丝扣不应少于2～3扣，以防止在振动作用下发生丝扣松动。
(10)采用高强度螺栓组连接时，必须当天拧紧完毕，外露丝扣不得少于两扣。对欠拧漏扣的，要逐个检查拧紧，以免松动。
2、钢结构施工安全措施
(1)在钢结构施工中，无论是搬运还是安装，必须严防碰撞电线，更不得接近高压线；非在高压线附近施工时，其距离最小也要超过2m。
(2)安装时，应设专人指挥。
(3)在施工吊装的过程中，不得超负荷运行。
(4)在吊装或安装过程中，其上操作人员必须系好安全带；其下严禁行人通过。
(5)采用气焊气割时，应严防电石桶爆炸伤人。
(6)严禁在高空作业时，往下掉物，以免伤人。
(7)应对钢结构采取防火措施，以提高钢结构的防火能力。
(8)顶板与钢梁叠合时，若有缝隙，应用防火涂料填满。
(9)防锈涂层表面不得出现凹凸不平现象。
(10)涂料不得过稀，也不得过厚，涂层施工间隔时间也不能太短。
三、结语
近年来，我国钢结构应用飞速发展，然而相应的施工过程及其施工工艺技术系统化研究发展却比较滞后，同样，相关的研究资料也很少。本文是为满足钢结构施工及施工过程分析而撰写，同时也期望能够为钢结构工程界的同仁志士提供一定的参考和借鉴。
参考文献：
[1]罗永峰，王春江，陈晓明等著，建筑钢结构施工力学原理，中国建筑工业出版社，2009.01.
[2]徐伟主编，现代钢结构工程施工，中国建筑工业出版社，2006年11.
[3]赵资钦主编，房屋建筑工程施工技术指南，中国建筑工业出版社，2010.09.