鋼框架結(jié)構(gòu)安裝及焊接過程中的變形控制

李茹海

（中國鋁業(yè)山東分公司，山東 淄博 255051）

中國鋁業(yè)山東分公司2009年的兩項(xiàng)重點(diǎn)節(jié)能降耗項(xiàng)目——200T/H碳分母液蒸發(fā)線和150T種分母液蒸發(fā)線，全部按期竣工投產(chǎn)。這兩個(gè)項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)，全部采用H型鋼作為立柱，并用小截面型鋼作為聯(lián)系梁。安裝及焊接過程中的型鋼變形，均得到較好的控制，其中200T/H碳分項(xiàng)目已通過“部?jī)?yōu)工程”審核。

顧名思義，鋼框架結(jié)構(gòu)就是采用型鋼（如H型鋼、工字鋼、C型鋼等）作為主體框架，中間用小截面型鋼作為聯(lián)系梁，以承擔(dān)設(shè)備的載荷。目前，大多數(shù)采用固定結(jié)構(gòu)型式為：底部用高強(qiáng)地腳螺栓與鋼筋混凝土基礎(chǔ)連接。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的施工中，也必然穿插著土建部分的施工，這兩工種必須密切配合，同時(shí)注意主次分清，這樣有利于采用流水作業(yè)的組織型式，利于對(duì)整體工程進(jìn)行品質(zhì)、安全等方面的控制。

鋼框架結(jié)構(gòu)的制作和安裝，都是熱加工過程，其產(chǎn)生變形是不可避免的。但通過科學(xué)、合理的施工工藝，采取必要的措施，可大大降低其變形程度，使變形量處于可控制狀態(tài)。

本文重點(diǎn)對(duì)安裝過程中，吊裝和焊接這兩個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行討論。

1 成因分析

從最終成因上看，結(jié)構(gòu)的最終變形量，是各個(gè)工序、各施工環(huán)節(jié)變形量的疊加。具體到鋼框架結(jié)構(gòu)，引起變形的因素主要有以下幾點(diǎn)：

（1）鋼柱（梁）制作過程中引起的變形，如扭曲、直線度偏差等；

（2）運(yùn)輸過程中，未采取防范措施而引起的變形，如彎曲、局部變形等；

（3）吊裝過程中，吊裝點(diǎn)選擇不正確導(dǎo)致變形，如彎曲、扭曲等；

（4）焊接過程中，因焊接工藝不合理造成的變形，如垂直度超標(biāo)、彎曲等。

2 安裝工藝及控制

2.1 地腳螺栓的預(yù)埋

每根鋼立柱一般由8根或12根地腳螺栓加以固定，埋設(shè)時(shí)必須嚴(yán)格控制各螺栓之間的相對(duì)位置尺寸。為防止砼澆注時(shí)因震動(dòng)產(chǎn)生位移偏差，待核對(duì)好位置尺寸后，再與基礎(chǔ)鋼筋進(jìn)行點(diǎn)焊固定。

具體步驟如下：

（1）從原始標(biāo)高點(diǎn)引出標(biāo)高線，確定各地腳螺栓的端部標(biāo)高；

（2）從定位軸線引出定位線，確定各地腳螺栓的位置；

（3）根據(jù)以上控制線，放出每個(gè)基礎(chǔ)的十字中心線和標(biāo)高點(diǎn)。

詳細(xì)控制尺寸允許偏差見表1。

表1 控制尺寸允許偏差表

地腳螺栓埋設(shè)品質(zhì)的好壞，直接關(guān)系到鋼立柱的安裝品質(zhì)。歸納起來，包括兩個(gè)方面：

一是其位置的準(zhǔn)確度，為防止?jié)补囗诺倪^程中，因沖擊而發(fā)生位移或變形，可采取相應(yīng)的加固措施，如用小角鋼整體連接或支撐在模板上等方法。

二是要保證澆灌砼過程中不發(fā)生損壞，如果已安裝就位的地腳螺栓發(fā)生碰牙或其他情況，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。同樣，在安裝過程中也要注意避免碰傷絲扣。

2.2 鋼柱安裝過程中的變形分析及預(yù)防措施

鋼柱一般有箱型和H型截面兩種，H型占大多數(shù)。隨著焊接技術(shù)的不斷提高，目前多采用焊接H型鋼。分段的長(zhǎng)度要控制在15 m以內(nèi)，這樣做既保證運(yùn)輸方便，也能控制其自身的變形。安裝前首先要核對(duì)好H型鋼各尺寸參數(shù)，如翼緣板垂直度、彎曲矢高、扭曲等，如果超出標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行校正。

現(xiàn)場(chǎng)安裝流程一般為：

圖1 現(xiàn)場(chǎng)安裝流程圖

吊裝點(diǎn)必須在鋼柱的重心線上，起吊前應(yīng)首先進(jìn)行試吊，緩慢起鉤，待離地面約50 cm時(shí)暫停，確定無誤后再起鉤。為防止起吊時(shí)發(fā)生翻滾，可先用墊木墊實(shí)，在另一端設(shè)置吊車，輔助起吊。同理，在下落過程中也要緩慢、平穩(wěn)，在下降到人能接觸的位置時(shí)，要先扶正，緩慢就位，避免碰壞螺牙。

起吊時(shí)嚴(yán)禁在地面上拖拉，或發(fā)生突然的沖擊，必須邊起升邊轉(zhuǎn)動(dòng)從而緩慢、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)離地。防止因突起突落造成動(dòng)載，使鋼柱發(fā)生大范圍的震顫，而產(chǎn)生變形。

2.3 焊接過程中的變形分析

焊接過程最容易產(chǎn)生較大變形，且一般發(fā)生在工程的中后期，極易影響到整個(gè)項(xiàng)目的工期，必須引起足夠的重視。此過程中引起變形的基本原因，是由于受到不均勻的加熱，與冷卻速度的快慢不同，從而使鋼材產(chǎn)生收縮變形；當(dāng)其收縮量達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)引起比較大的變形。

按照其成因，可分為材質(zhì)、截面形狀、焊縫的位置、數(shù)量及焊接工藝等。其中，尤以焊接工藝原因影響較大，其主要包括電流、焊接速度、溫度、焊材等因素。一般電流越大、焊接速度過快、焊條（絲）越粗，產(chǎn)生的變形越大。焊道層數(shù)越多，連續(xù)焊長(zhǎng)度越長(zhǎng)，變形越大。因此，事前制定科學(xué)合理的焊接工藝至關(guān)重要。

2.4 減少變形的措施

因焊接而產(chǎn)生的變形，是最主要的因素。不論是制作工序還是現(xiàn)場(chǎng)安裝工序，都要注意選擇合理的工藝及參數(shù)。一般是采用先短后長(zhǎng)、先立焊后平焊、先施工對(duì)接縫再焊搭接縫、先中間后兩邊、先里后外的施工順序。焊道比較集中的區(qū)域，要采取分段退焊或?qū)ΨQ施焊。必要情況下，可先作焊接工藝評(píng)定，再展開施工。

在制作工序常采取剛性固定法、機(jī)械矯正法、火焰矯正等方法中的一種或組合進(jìn)行選用。具體選擇哪種方法無約定的標(biāo)準(zhǔn)，要根據(jù)具體情況具體分析，靈活的運(yùn)用，但必須遵循的原則是：不得改變材質(zhì)。

此處重點(diǎn)介紹反變形法，此方法的作業(yè)要點(diǎn)是：在安裝前，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)，事先向確定的焊接變形的反方向作適量的預(yù)變形。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，最易引起變形的是整個(gè)框架的邊柱，其變形量比中間柱要大1～1.5倍，并向聯(lián)系梁方向傾斜或位移。此時(shí)，安裝時(shí)向受拉的反方向傾斜5～10 mm，以抵消焊接變形量，使垂直度控制在允許偏差范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語

隨著焊接技術(shù)的不斷提高，越來越多的廠房和高大建筑應(yīng)用鋼框架結(jié)構(gòu)。在國家大力推行建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的背景下，鋼框架結(jié)構(gòu)以其施工工期短、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)，成為眾多技術(shù)人員關(guān)注的對(duì)象。相信在不久的將來，鋼框架結(jié)構(gòu)技術(shù)，會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

[1]牛秀艷，劉偉.鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2010.

[2]中國建筑工程總公司.鋼結(jié)構(gòu)工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[3]陳 驥.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1994.

[4]中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)建筑鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)專家組.中國大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.