淺談大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量控制

王瑞麗

摘要：文章通過建筑實例，詳細(xì)而系統(tǒng)地介紹了大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中質(zhì)量控制的重點、難點，以及重難點的解決方案，確保了鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大跨度；螺栓預(yù)埋；負(fù)溫焊接；鋼結(jié)構(gòu)施工

中圖分類號：TU3文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0150-03

近年來，隨著改革開放的日益深化和發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)由于其自重輕，構(gòu)件截面小，能實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，施工速度快，可重復(fù)利用率大等優(yōu)點，已成為一種新的建筑體系，得到越來越廣泛的應(yīng)用。

天津登發(fā)裝飾城位于天津市河西區(qū)大沽南路，建筑面積約50000平米，4榀，跨寬15m，主體三層，局部五層；結(jié)構(gòu)安裝部分包括鋼立柱、鋼梁、鋼支撐、鋼屋面梁，檁條等，統(tǒng)稱框架，鋼柱與鋼梁均為H型，支撐與檁條為U型鋼構(gòu)件。材質(zhì)均為Q235A型鋼。全部框架采用高強螺栓連接，其中柱梁接觸面焊接加固。樓板為壓型鋼板，澆筑100mm厚鋼筋混凝土樓地面。工程為天津市重點工程，工期要求緊，任務(wù)量大，工地文明施工的要求高。經(jīng)過對施工進行精密的組織和專業(yè)的管理，達到了施工速度快，質(zhì)量高，造價省的效果。

一、工程特點

1．工期緊：本工程根據(jù)計劃，從施工到交工驗收共計120天，其中鋼結(jié)構(gòu)安裝為工程的主導(dǎo)工序，其工期為制約工程按時完成的關(guān)鍵工期。所以必須合理安排和組織本階段的工作時間，且明確各工序的最遲交接時間，以保證工程如期竣工。

2．施工范圍大：本工程建筑面積50000平米，3～5層鋼結(jié)構(gòu)，為減少材料的二次搬運，各種構(gòu)件布置須分類就近堆放，同進須合理安排起重機行走路線，以提高工效。

3．構(gòu)件品種多：本工程各種鋼構(gòu)件均在工廠加工制作完成后，然后裝箱運輸至工地；各種構(gòu)配件必須有組織、有計劃按圖紙要求分類編號，小構(gòu)件須分類打包做到有條不紊。

4．冬季施工作業(yè)多：本工程施工主要為冬季施工，需采取措施保證鋼結(jié)構(gòu)焊接安裝的質(zhì)量，同時制定完善的冬季施工安全措施。

二、鋼結(jié)構(gòu)重難點工序的施工組織措施

1．模板固定支架法嚴(yán)格控制地腳螺栓的預(yù)埋精度：根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工和驗收規(guī)范》（GB50205-2001）規(guī)定，螺孔擴孔需用鉸刀銑孔或銼刀銼孔，不得氣割。其孔徑的擴大不得超過原孔徑的1.2倍。圖紙規(guī)定鋼立柱間距偏差≤±1.6mm，因此，為確保安裝精度，采取了模板固定支架法控制地腳螺栓的預(yù)埋精度。

2．?dāng)U大安裝單元平移法施工：為減少高空安裝工作量，提高工作效率和保證安全，在起重設(shè)備能力允許、構(gòu)件具有足夠剛度和可靠穩(wěn)定性的前提下，盡可能在地面組拼成擴大安裝單元，再吊裝至安裝位置。

3．低溫（負(fù)溫）焊接：本工程施工工期為10～2月份，其中焊接工程大部分在冬季施工，由于溫度對焊接的

質(zhì)量的影響較大，需采取措施保證焊接質(zhì)量。

三、重難點工序施工方法及措施

1．地腳螺栓預(yù)埋及固定：

由于基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋的影響和混凝土澆筑時震動作用，地腳螺栓的固定比較困難也是工程質(zhì)量控制的重點所在。采用模板固定支架法進行固定：

（1）支架做法

1）在支好加固后的鋼模板上面放置兩根平行的8#槽鋼。兩根槽鋼間距的中線與基礎(chǔ)的軸線基本重合，間距應(yīng)比基礎(chǔ)外側(cè)的螺栓間距略大。槽鋼的上平面標(biāo)高應(yīng)盡可能調(diào)整一致，同一側(cè)槽鋼用點焊連接，槽鋼與鋼模板用電焊點固。

2）適當(dāng)?shù)夭贾貌⒖煽抗潭ú垆?，把所有基礎(chǔ)模板連成一體，既可以作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的平面和高程控制網(wǎng)，又可以用來調(diào)整和固定地腳螺栓，并能防止鋼模板在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生偏移，確保螺栓的埋設(shè)精度。槽鋼的具體布置方法見圖1：

圖1 控制槽鋼布置

3）沿縱向軸線中心位置線的方向劃定地腳螺栓的位置線，為防止誤差累積，由中間兩柱開始分別往兩邊劃分，把位置線用鋼針標(biāo)注在槽鋼上。

（2）地腳螺栓預(yù)埋：

1）用角鋼和鋼板做成上下兩個鋼框架，用來固定每根立柱的8根地腳螺栓為一個整體。框架制作示意圖見圖2：

圖2 螺栓固定框架

2）地腳螺栓框架固定后放入已支好的鋼模板內(nèi)，沿建筑橫向位置用掛線法控制。利用地腳螺栓在槽鋼上的控制線，將框架準(zhǔn)確的固定在模板上。

固定時調(diào)整螺栓的水平度、垂直度、絲扣長度、螺栓間的行列方向、尺寸等，逐項檢查無誤后，用角鋼把鋼框架和模板的槽鋼點焊在一起。框架的固定與校正見圖3：

圖3框架固定與校正

3）地腳螺栓找正找平并可靠固定后，即可澆筑混凝土。澆筑時土建、安裝密切配合，保護好螺紋，防止?jié)矒v時框架發(fā)生位移。在澆筑時注意做到：

a）螺紋處抹上黃油，并用牛皮紙包好，扎上細(xì)鐵絲。

b）澆搗混凝土?xí)r，防止振動棒碰到螺栓。

c）澆搗混凝土?xí)r，隨時觀察和測量模板的固定支架、螺栓位置情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有變形、位移時立即停止?jié)仓?，并進行調(diào)整、復(fù)位。

2．鋼結(jié)構(gòu)框架安裝

（1）立柱安裝

鋼柱吊裝：采用15T吊車，兩點綁扎、旋轉(zhuǎn)法吊裝。鋼柱起吊后，當(dāng)柱腳距地腳螺栓約30～40cm時扶正，使柱腳的安裝孔對準(zhǔn)螺栓，緩慢落鉤就位。調(diào)整柱腳底部中心線與基礎(chǔ)軸線重合，初校垂直偏差在20mm內(nèi)，擰緊螺栓，臨時固定即可脫鉤。

1）鋼立柱的垂直度校正：安裝前在柱子相鄰兩側(cè)的底部和上部標(biāo)出中心線位置，先后用兩臺經(jīng)緯儀分別從兩個方向后視柱腳下的定位軸線，然后仰視柱頂中心線，調(diào)整柱頂中心線與柱腳軸線一致后，說明鋼立柱已垂直。

2）雙螺母法進行鋼立柱垂直度調(diào)整：由于傳統(tǒng)的墊鐵法易造成鋼柱底座翹曲變形且難以保證調(diào)整的精確度，我們在現(xiàn)場采用雙螺母法進行調(diào)整：在加工地腳螺栓時留有足夠的絲扣長度，安裝后底座下留有一段絲扣并帶一組螺母。通過調(diào)節(jié)螺母的位置來調(diào)整立柱底部標(biāo)高。見圖4：

圖4 鋼柱調(diào)節(jié)標(biāo)高示意制

3）實行二次澆筑，消除基礎(chǔ)對立柱垂直度的影響：施工過程中，基礎(chǔ)一次澆筑難以保證頂面的標(biāo)高和水平度在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，再加上鋼柱的長度、底板至接頭處的長度偏差需要通過調(diào)整底板的標(biāo)高來消除。因此對基礎(chǔ)實行二次澆筑：現(xiàn)將基礎(chǔ)澆筑到比設(shè)計低40~60mm的標(biāo)高，再調(diào)整鋼柱到設(shè)計標(biāo)高固定后，澆筑高一級標(biāo)號的細(xì)石混凝土。

4）校正柱子時注意防止日照溫差的影響，鋼柱受陽光照射時正面和側(cè)面產(chǎn)生溫差，使其發(fā)生彎曲變形，彎曲變形位移值按下式計算：

△S=6(t1-t2)h2/103Bx(By)（式-1）

式中△S—鋼柱頂端偏移量（mm）；

h-鋼柱由底到上垂直段高度（mm）；

t1、t2——實測鋼柱兩個面（陰陽面）的溫度（℃）

Bx，By——鋼柱橫截面（mm²）。

故校正柱子應(yīng)避開陽光照射的炎熱時間，安排在早上或陽光照射較弱時進行。

相鄰兩根柱子校正完成后將連系梁安裝上，以增加整體連接的剛性，防止風(fēng)力作用變形。

（2）屋架安裝

1）為減少高空作業(yè)和加快安裝進度，在地面將相鄰兩屋架連同桁條、斜支撐等組成一個擴大的安裝單元。

2）屋架剛性較差，在外力的作用下，使上下弦產(chǎn)生拉力和壓力，導(dǎo)致拱度及其他部位發(fā)生變形。故在吊裝一個安裝單元時，使用一合適的專用剛性吊具。見圖5：

圖5剛性吊具

3）吊裝采用單榀吊裝，吊點采用四點綁扎，綁扎點應(yīng)用軟材料墊至其中以防鋼構(gòu)件受損。起吊時先將屋架吊離地面50cm左右，使屋架中心對準(zhǔn)安裝位置中心，然后徐徐升鉤，將屋架吊至柱頂以上，再用溜繩旋轉(zhuǎn)屋架使其對準(zhǔn)柱頂，以使落鉤就位，落鉤時應(yīng)緩慢進行，并在屋架剛接觸柱頂時即剎車對準(zhǔn)預(yù)留螺栓孔，并將螺栓穿入孔內(nèi)，初擰作臨進固定，同時進行垂直度校正和最后固定，屋架垂直度用掛線錘檢查，第一榀屋架應(yīng)于抗風(fēng)柱相連接并用四根溜繩從兩邊把屋架拉牢，以后各榀屋架可用四根校正器作臨時固定和校正，屋架經(jīng)校正后，即可安裝各類支撐及檁條等，并終擰螺栓作最后固定。

4）吊裝屋架時，應(yīng)選擇首跨或中間跨作為標(biāo)準(zhǔn)跨。確定標(biāo)準(zhǔn)跨后，余下各跨由中間向兩側(cè)或向一端一次安裝。作為標(biāo)準(zhǔn)跨的主要構(gòu)件如立柱、主梁、屋架、支撐、斜拉筋等安裝時應(yīng)立即校正，位置校正正確后，進行永久性固定。

5）其他各跨在完成一個獨立的有足夠剛度和可靠穩(wěn)定性的空間結(jié)構(gòu)后，也要立即進行校正。

3. 鋼結(jié)構(gòu)的焊接

本工程工期為10～12月份，鋼結(jié)構(gòu)施工大部分在冬季完成。根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-2002）規(guī)定：焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境溫度低于00C，應(yīng)根據(jù)鋼材、焊材制定適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

（1）低溫環(huán)境對焊接造成的影響有以下幾點

1）焊接接頭冷卻速度增加，冷裂紋敏感性也增加；

2）預(yù)熱效果變差，在低溫環(huán)境下用相同的熱源，相同的時間，不能達到應(yīng)有的預(yù)熱效果；

3）焊接殘余應(yīng)力的作用加??；

4）環(huán)境溫度對焊工的操作帶來不利的影響。

（2）采取的低溫焊接措施

1）優(yōu)選焊材：在低溫環(huán)境中，盡量選擇低氫或超低氫焊材，對焊材嚴(yán)格執(zhí)行烘焙和保溫措施；焊條外露不得超過2小時，超過2小時重新烘焙，焊條烘焙次數(shù)不超過3次。

2）焊前防護：在焊接作業(yè)區(qū)域搭防護棚，使焊接區(qū)域形成相對封閉的空間，減少熱量的損失。

3）預(yù)熱與層間溫度：低溫下預(yù)熱溫度應(yīng)稍高于常溫下的焊接預(yù)熱溫度，加熱區(qū)域為構(gòu)件焊接區(qū)各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100毫米范圍內(nèi)的母材，焊接層間溫度不低于預(yù)熱溫度或標(biāo)準(zhǔn)（JGJ81-2002）規(guī)定的最低溫度20℃（兩者取高值）。

4）加大定位焊時的熱輸入：適當(dāng)加大定位焊的熱輸入，增大焊縫截面和長度，并采用與正式焊接相同的預(yù)熱條件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧時弧坑要填滿，有效減少由于定位焊接引起的收縮裂紋。

5）采用合理的焊接工藝：盡量使用窄擺幅，多層多道焊，嚴(yán)格控制層間溫度。

6）焊接后熱及保溫：焊接后及時對焊接接頭進行后熱保溫處理，可以利于擴散氫氣的逸出，防止由于冷速過快而引起的冷裂紋，同時適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟?，還可以適當(dāng)降低預(yù)熱溫度。

鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工前，一定要根據(jù)實際情況做好焊接工藝評定試驗，必要時還要針對具體鋼種進行低溫焊接性試驗，做出適合的焊接工藝指導(dǎo)書以指導(dǎo)實際焊接。在低溫環(huán)境下，對焊工操作的不良影響也應(yīng)給予足夠重視，一般環(huán)境溫度不宜低于-15℃。

4.其他

（1）主梁在鋼立柱安裝時臨時固定，作為連系兩柱以提高剛性，先通過調(diào)整立柱底板來保證標(biāo)高。當(dāng)整個鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，再按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）的要求進行校正調(diào)整。

（2）對采用高強螺栓連接的，必須嚴(yán)格按GB50205-2001執(zhí)行，連接面應(yīng)清除浮銹、飛刺與油污，組裝時應(yīng)先用占1/3螺栓孔數(shù)量的安裝螺栓拼裝，結(jié)構(gòu)調(diào)整就位后穿入高強螺栓，并用扳手適當(dāng)擰緊，再用高強螺栓逐個取代安裝螺栓。高強螺栓分初擰和終擰兩次進行。

四、結(jié)論

1．以上介紹的主要施工方法和技術(shù)措施，大大加快了工程進度，從地腳螺栓預(yù)埋、基礎(chǔ)澆灌到鋼結(jié)構(gòu)框架的安裝僅用了90d。

2．由于制定了嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系，不但嚴(yán)格控制了構(gòu)件質(zhì)量，而且控制了運輸、堆放和吊裝質(zhì)量，采取了可靠的保證措施，對主要鋼構(gòu)件實行全數(shù)編號和檢查。

3．鋼柱的基礎(chǔ)軸線、標(biāo)高、地腳螺栓位置和尺寸直接影響到鋼結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量，因此除對基礎(chǔ)的定位軸線的反復(fù)驗查外，還要嚴(yán)格控制地腳螺栓的預(yù)埋精度。經(jīng)檢查，按本文所述的方法預(yù)埋的螺栓無一超差，立柱安裝均一次到位。而采用的雙螺母調(diào)整立柱底座標(biāo)高，方便快捷，有效地保證了屋架梁的安裝質(zhì)量。

4．由于鋼屋架空間高、跨度大，現(xiàn)場采用的地面組裝一跨屋架及桁條、支撐等構(gòu)件整體吊裝方案，擴大了安裝單元，對加快進度，保障安全有著明顯的效果。

5．屋架吊裝時使用了專用剛性吊具，防止了屋架變形。否則鋼屋架發(fā)生上拱過大或下?lián)系淖冃?，會影響鋼柱垂直度，?dǎo)致跨度尺寸產(chǎn)生偏差，直接影響到其他部位的安裝質(zhì)量。

參考文獻

[1]建筑施工手冊[M]．中國建筑工業(yè)出版社出版，2005年第三版．

[2]徐家和主編．建筑施工實例應(yīng)用手冊[M]．中國建筑工業(yè)出版社出版，1998．