鋼框架結(jié)構(gòu)吊裝與焊接施工技術(shù)研究

吳杰，汪帥，沈萬玉，王肖

（1.安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 238076；2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

0 前 言

隨著我國鋼結(jié)構(gòu)市場的不斷發(fā)展，對鋼框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的要求也越來越高，不斷創(chuàng)新技術(shù)來提高鋼框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平已成為行業(yè)發(fā)展的需要。鋼結(jié)構(gòu)雖然具有強(qiáng)度高、塑性好的特點(diǎn)，但是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面小，板厚及壁厚偏薄，同時(shí)在鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，變形累加也比較大，再加上原材料以及加工、制作、安裝、使用過程中的各種原因，導(dǎo)致鋼框架結(jié)構(gòu)的變形問題更加突出，所以必須給予高度重視，深入研究其施工技術(shù)。鋼框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)主要包括鋼柱、鋼梁、樓梯的吊裝、測量校正、連接、壓型鋼板的鋪設(shè)等工序。其吊裝與焊接施工技術(shù)的研究有助于優(yōu)化施工方案、降低施工風(fēng)險(xiǎn)、提高施工質(zhì)量，更充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，推進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的發(fā)展。

1 工程概況

上海寶山宜家家居商場項(xiàng)目，主體結(jié)構(gòu)類型為鋼框架結(jié)構(gòu)，局部設(shè)置地下一層用作設(shè)備用房，地上4層，局部帶夾層。商場長111.12m、寬112m，屋頂標(biāo)高30.2m，鋼柱主要為焊接箱型柱，鋼梁為焊接H型鋼鋼梁，主體結(jié)構(gòu)鋼材材質(zhì)為Q345B，節(jié)點(diǎn)連接主要采用焊接及栓焊組合的連接方式。

商場鋼柱采用箱型截面鋼柱，最大截面H700×830×30，鋼柱分兩段吊裝，分段點(diǎn)位于二層樓面之上1.45m位置（標(biāo)高+10.3m），單根鋼柱最大起重重量13t，最大起吊高度32.7m。鋼梁分件吊裝，屋面最遠(yuǎn)吊裝工況鋼梁單件最大起重重量3t，最大起吊高度32.7m。商場結(jié)構(gòu)形式見圖1。

2 工程難點(diǎn)

圖1 商場鋼結(jié)構(gòu)模型圖

圖2 外包混凝土澆筑

圖3 鋼梁吊裝示意圖

①焊接質(zhì)量及工藝要求高，現(xiàn)場焊接均為高空焊接且量大；同時(shí)，本工程鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件間連接基本采用焊接和高強(qiáng)螺栓連接，應(yīng)選擇合理的施工工藝及順序并采取有效措施，控制焊接變形及焊接應(yīng)力，確保焊接強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求。

②測量精度要求高，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)在未形成整體結(jié)構(gòu)單元前穩(wěn)定性較混凝土結(jié)構(gòu)差，這樣使得控制測量有一定的難度。

③工期緊，主、次鋼構(gòu)共計(jì)超過8500t，根據(jù)現(xiàn)場情況，除去準(zhǔn)備、制作周期，要求在約85d內(nèi)安裝完成，對現(xiàn)場施工組織要求很高。

圖4 焊接防風(fēng)防雨操作平臺

圖5 鋼柱焊接順序示意圖

④構(gòu)件的型號、數(shù)量多，該工程處于上海寶山鬧市區(qū)，白天不允許貨車進(jìn)入，施工場地狹小無處堆放構(gòu)件，要求在制作、運(yùn)輸和安裝過程嚴(yán)格管理，制作時(shí)按照安裝順序進(jìn)行制作，按先后順序進(jìn)場安裝。以免造成不能安裝的構(gòu)件先進(jìn)場而要安裝的構(gòu)件未進(jìn)場，影響施工進(jìn)度。

3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝

3.1 吊機(jī)選擇

商場鋼柱采用箱型截面鋼柱，最大截面H700×830×30，鋼柱分兩段吊裝，分段點(diǎn)位樓層標(biāo)高之上1.3m位置，單根鋼柱最大吊裝重量約13t。鋼梁分件吊裝，最大截面H1450×480×22×28，跨度16m，吊裝重量約7.5t。采用1臺RK100型100t履帶吊吊裝。RK100型100t履帶吊33.5m臂，吊裝半徑18m時(shí)，吊裝高度30m，吊裝重量16.6t，滿足要求。

3.2 鋼柱吊裝

鋼柱吊裝應(yīng)按照各分區(qū)的安裝順序進(jìn)行，并及時(shí)形成穩(wěn)定的框架體系。利用鋼柱的臨時(shí)連接耳板作為吊點(diǎn)，吊點(diǎn)必須對稱，確保鋼柱吊裝時(shí)為垂直狀。每根鋼柱安裝后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初步校正，以利于鋼梁安裝和后續(xù)校正，鋼柱定位后應(yīng)及時(shí)將墊板、螺帽與鋼柱底板點(diǎn)焊牢固。上層柱的定位軸線應(yīng)從地面控制線直接從基準(zhǔn)線引上，不應(yīng)該從下層柱的軸線引上。在鋼柱之間連接的連接板待校正完畢，并全部焊接完畢后，將連接板割掉，并打磨光滑，并涂上防銹漆，割除時(shí)不要損傷母材。

本工程鋼柱分兩段吊裝，分段點(diǎn)位樓層標(biāo)高之上1.3m位置，鋼柱最大截面H700×830×30，單根最大吊裝重量約13t。第一段鋼柱吊裝到位后，首先將鋼柱底板穿入地腳螺栓，放置在調(diào)節(jié)好的螺帽上，并將柱的中心線與基礎(chǔ)放線中心線對齊吻合，中心線對準(zhǔn)或已使偏差控制在規(guī)范許可的范圍以內(nèi)時(shí)，穿上壓板，將螺栓擰緊，即為完成鋼柱的就位工作。第一節(jié)鋼柱采用圓管柱外包式柱腳，根據(jù)柱腳的設(shè)計(jì)形式，柱腳外包混凝土需要分兩次進(jìn)行澆筑，首先安裝預(yù)埋件后進(jìn)行第一次混凝土澆筑，然后在鋼柱就位，地腳螺栓擰緊后再澆筑第二次混凝土(見圖2)。

上層鋼柱的安裝與首段鋼柱的安裝不同點(diǎn)在于柱腳的連接固定方式上不同。鋼柱吊點(diǎn)設(shè)置在鋼柱的上部，利用4個(gè)臨時(shí)連接耳板作為吊點(diǎn)。吊裝前，下節(jié)鋼柱頂面和本節(jié)鋼柱底面的渣土和浮銹要清除干凈，保證上下節(jié)鋼柱對接接觸面頂緊。鋼柱吊裝到位后，鋼柱的中心線應(yīng)與下面一段鋼柱的中心線吻合，活動(dòng)雙夾板平穩(wěn)插入下節(jié)柱對應(yīng)的安裝耳板上，穿好連接螺栓，連接好臨時(shí)連接夾板，鋼柱焊接完成2/3后割除安裝耳板。

為了滿足鋼結(jié)構(gòu)安裝施工安全防護(hù)需要，在鋼柱與鋼梁交接處、柱與柱對接處搭設(shè)可裝配式操作平臺，在梁上裝上裝配式通道。方便作業(yè)人員可以安全的到達(dá)每個(gè)部位進(jìn)行作業(yè)。

3.3 鋼梁吊裝

鋼梁的吊裝順序應(yīng)嚴(yán)格按照鋼柱的吊裝順序進(jìn)行，及時(shí)形成框架，保證框架的垂直度，為后續(xù)鋼梁的吊裝提供方便。鋼梁安裝完成后應(yīng)檢查鋼梁與連接板的貼合方向并及時(shí)在鋼梁上拉設(shè)安全繩，以便于施工人員行走時(shí)掛設(shè)安全帶，確保施工安全。

在本工程的鋼梁吊裝中，對于大跨度、大噸位的鋼梁吊裝可采用焊接吊耳的方法進(jìn)行吊裝，吊耳待鋼梁安裝就位完成后割除。如果單根鋼梁重量不大，滿足一機(jī)多吊的要求時(shí)，可通過吊裝孔多件串吊（見圖3）。

鋼梁吊裝就位時(shí)要注意鋼梁的上下方向及水平方向，確保安裝正確并及時(shí)夾好連接板，對孔洞有偏差的接頭應(yīng)用沖釘配合調(diào)整跨間距，然后再用普通螺栓臨時(shí)連接。普通安裝螺栓數(shù)量按規(guī)范要求不得少于該節(jié)點(diǎn)螺栓總數(shù)的30%，且不得少于2個(gè)。

4 鋼結(jié)構(gòu)焊接

在鋼結(jié)構(gòu)焊接中為控制局部及整體焊接變形，應(yīng)在保證焊縫完全熔透的前提下采用小角度、窄間隙焊接坡口，并結(jié)合小熱輸入量、小焊道、多道多層焊接方法以減少收縮量。鋼柱沿其高度，鋼梁沿其軸向長度，根據(jù)其每道安裝接縫的收縮余量2mm～3mm及其總和，加工時(shí)預(yù)留焊接收縮余量。同時(shí)為了減少焊后殘余應(yīng)力，應(yīng)合理的焊接順序，以分散和控制變形與焊后殘余應(yīng)力。焊接完成后采用錘擊法消除焊縫填充層應(yīng)力。

在本工程高空焊接時(shí)，考慮施工期間恰逢上海市雨季，在現(xiàn)場設(shè)置焊接操作平臺。焊接平臺的制作：高空鋼柱的對接是利用本工程特制的焊接平臺（如圖4所示）進(jìn)行操作的，焊接平臺周圍設(shè)置護(hù)欄，用帆布封閉，用于焊接操作防風(fēng)，同時(shí)在焊接平臺上部設(shè)置平板用于遮陽防雨（如無雨則可不設(shè)置）。裝配人員和焊接人員高空作業(yè)時(shí)，在一個(gè)封閉安全的平臺操作，從而有效保障作業(yè)人員的人身安全和提高焊接質(zhì)量（見圖4）。

根據(jù)現(xiàn)場焊接條件，結(jié)合工程實(shí)際，本工程擬采用CO2氣體保護(hù)焊和焊條手工電弧焊相結(jié)合的焊接方法。圍繞控制焊縫變形和殘余應(yīng)力等目標(biāo)，確定如下焊接順序：從中部向角部推進(jìn)，單柱由2名焊工對稱施焊，避免鋼柱扭轉(zhuǎn)和焊接應(yīng)力過大（見圖5）。

5 結(jié) 語

本文以上海寶山宜家家居商場項(xiàng)目為例，介紹了鋼框架結(jié)構(gòu)吊裝與焊接施工過程的技術(shù)要點(diǎn)，并對鋼框架結(jié)構(gòu)吊裝與焊接施工過程中的注意事項(xiàng)都給予了說明。隨著吊裝與焊接技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的高大建筑采用鋼框架結(jié)構(gòu)。鋼框架結(jié)構(gòu)具有施工工期短、造價(jià)低、抗震性能好、可重復(fù)利用和基本不產(chǎn)生建筑垃圾等優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見在不久的將來，鋼框架結(jié)構(gòu)技術(shù)會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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