淺談鋼結(jié)構(gòu)工程施工中鋼梁變形控制和矯正

【摘要】結(jié)合實例工程青龍塢流云展演大廳施工中主鋼梁過大變形問題，具體從設計、下料、施工等各個環(huán)節(jié)對其問題進行了探討，并提出相應的防變形和矯正技術(shù)措施，希望對今后類似項目的設計具有一定的指導意義。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)施工方案；鋼梁變形；分析原因；加固方案

近幾年來， 隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展， 鋼結(jié)構(gòu)由于較混凝土結(jié)構(gòu)具有自重輕、施工周期短、整體剛度好、強度高等良好的性能， 在工業(yè)及民用建筑中的實際應用越來越廣泛。然而鋼結(jié)構(gòu)帶來的許多實際問題也隨之產(chǎn)生，同時對鋼結(jié)構(gòu)施工單位技術(shù)人員也是一種挑戰(zhàn)。

1、工程概況

浙江省杭州市桐廬縣流云項目---青龍塢展演大廳為鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，屋面分為多塊區(qū)域且高度不一，斜屋面與平屋面交替連接，柱頂平均高度為6m，柱距寬度平均為10m，跨度為20m。設計時鋼屋架均采用普通焊接工字鋼梁與鋼柱剛接，局部按照平面井字型排布，工字鋼梁之間均剛性連接。設計中按最不利受力工況計算，最長鋼梁長度為15米，跨中擾度為27m（包含上人屋面荷載）。而設計人員在考察施工現(xiàn)場時發(fā)現(xiàn)，施工單位人員僅在安裝完工字鋼梁和次梁之后，跨中擾度變形就已經(jīng)達到30mm，如果再加載上人屋面荷載，鋼梁變形將大大超過設計要求，所以設計人員，馬上對其變形過大問題進行原因分析和矯正控制，使其達到安裝范圍誤差內(nèi)，方可進行下一部工序。

2、原因分析

鋼結(jié)構(gòu)施工中造成大跨度鋼梁擾度過大的原因很多，設計人員通過對施工現(xiàn)場的實際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)導致鋼梁變形異常原因如下：

2.1施工過程中未做好設置臨時支撐等設施的搭建

臨時支柱不僅僅是大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的有效應用的主要設施，也是實現(xiàn)基于結(jié)構(gòu)承載力為主的相應的受力性能的有效分析，進而將結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及相應的臨時支承點問題進行分析，從而實現(xiàn)基于構(gòu)件完整性與安全性的有效分析。在鋼結(jié)構(gòu)未形成空間整體受力體系時，結(jié)構(gòu)在其平面外的穩(wěn)定性很差，若沒有設置臨時支撐設施，將會導致結(jié)構(gòu)平面外的整體傾覆和變形；或者平面內(nèi)由于鋼梁跨度過大，平面內(nèi)也會出現(xiàn)過大變形。基于上述分析，再結(jié)合本工程，可以發(fā)現(xiàn)：為了滿足建筑美觀和使用要求，對中間的主鋼梁梁高控制很嚴，但由于屋面結(jié)構(gòu)是花紋鋼板體系，按照規(guī)范要求，依舊不考慮其剛度對結(jié)構(gòu)梁的貢獻，選用焊接工字鋼HN350*200*10*16可以通過結(jié)構(gòu)軟件計算。鋼結(jié)構(gòu)主體施工時，應設置可靠支撐來保證梁柱施工中的側(cè)向穩(wěn)定和安全性。待次結(jié)構(gòu)（槽鋼）焊接完畢后，屋面即可鋪設花紋鋼板，所有變形完成后，方可拆除臨時支撐。而施工單位項目人員對臨時支撐的重要性認識不足，再加上趕工期及節(jié)約施工造價成本，現(xiàn)場未設置臨時支撐，直接吊裝主梁和鋼柱焊接連接而導致鋼梁變形過大。

2.2施工工藝與施工順序錯誤

本工程采用次梁（槽鋼）與主梁鉸接連接。由于次梁間距平均間隔400mm，圖紙上明確顯示：將次梁剛接的腹板與主鋼梁的側(cè)面加勁板采用螺栓連接，再焊接連接。但是現(xiàn)場施工單位隨意改變圖紙上的節(jié)點，將槽鋼在側(cè)面直接與主梁對焊，取消加勁板，這樣的做法會導致一根主鋼梁的焊接點太多太密，焊接應力過大，肯定會導致鋼梁的焊接變形過大；再加上焊接時未考慮焊接施工順序，從主鋼梁的一端開始施焊，未按照規(guī)范要求應該從中部向兩端對稱焊接以減少焊接溫度應力的影響，也未等焊接自然冷卻之后再焊接下一根次梁等等施工工序，導致了主鋼梁的變形過大。

2.3施工單位經(jīng)驗不足

在現(xiàn)場施工過程中，設計人員發(fā)現(xiàn)施工單位未將兩柱之間的主鋼梁未按照結(jié)構(gòu)圖紙的施工說明在鋼材加工廠進行預先起拱。因為對于較長的鋼梁往往會由于鋼材本身的自重就產(chǎn)生較大的變形；為了不影響結(jié)構(gòu)的正常使用和改善外觀使用條件，或者減少焊后彎曲的反變形，可將受力鋼梁預先起拱。所以，對于跨度較大而高度控制很嚴的主鋼梁，預先起拱是很有必要的。而本工程的施工技術(shù)人員施工管理經(jīng)驗和施工經(jīng)驗不足，再加上工廠預先起拱工藝麻煩，費用很高，報價中未包含這一項費用，所以私自取消此工藝，歸根到底就是他們意識不到這些設計意圖和這些措施的重要性，現(xiàn)場隨意性太大，也不跟設計人員進行溝通就自行取消很多重要措施，最終導致了主鋼梁的過大變形。

3、現(xiàn)場解決方案

設計人員分析出大跨度主鋼梁的過大變形之后，馬上對施工現(xiàn)場提出焊接補救措施，首先對焊縫進行檢驗，經(jīng)過超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷的檢測，以滿足設計和（（鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范））的要求。但是鋼梁的過大擾度變形依然存在。即使將變形過大的鋼梁用千斤頂將其現(xiàn)場頂起來，待撤掉千斤頂后擾度變形依舊存在。無數(shù)案例已經(jīng)表明，鋼材的預先起拱，只有在工廠制作加工，效果才能達到。現(xiàn)場其實很難實現(xiàn)預先起拱的預期效果。為了滿足后續(xù)屋面荷載加載后的規(guī)范要求，且考慮工期及施工費用，增加鋼梁的剛度是解決現(xiàn)存問題最直接有效的方法?；诓黄茐脑Y(jié)構(gòu)的情況下，結(jié)構(gòu)設計人員與建筑師進行溝通，建筑需要做出適當?shù)淖尣?，對主鋼梁的截面進行加高處理。加固方案出好后，現(xiàn)場施工一定要做好臨時支撐，等屋面鋼板鋪設焊接完畢后，所有變形都完成后，再拆除臨時支撐體系。這樣，能很好地控制跨中擾度，且減小鋼梁的受力，增加其穩(wěn)定性。

本工程鋼梁加固方案如下：采用梁下增加支撐變成鋼桁架，即將鋼梁當作桁架的上弦桿件，增加下弦桿和腹桿，下弦桿和腹桿均選用熱軋無縫方管，選規(guī)格通過計算方可確定。且豎向桿件應該布置在縱向鋼梁與該梁相交處的下端，在剪力較大的地方，在腹板兩端對稱設置加勁板。

具體現(xiàn)場施工方法如下：先將兩個鋼柱之間的變形過大的主鋼梁用千斤頂頂起來，頂平之后，再將腹桿和下弦桿焊接在主鋼梁上，焊接質(zhì)量必須滿足規(guī)范要求。此方法已經(jīng)成功運用在此實際項目上，不但對整體建筑結(jié)構(gòu)的美觀沒有產(chǎn)生大的影響，而且變形過大的問題得到了很好的解決。

結(jié)論：

通過本工程可以看出：在鋼結(jié)構(gòu)設計和施工的過程中，構(gòu)件擾度變形過大的問題不可忽視，對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生很大影響。而影響鋼梁構(gòu)件擾度的因素很多，所以總結(jié)如下：設計中，對大跨度的鋼梁，設計人員應該按照規(guī)范對構(gòu)件進行預先起拱，以減少由恒活荷載帶來的擾度變形；在施工中，施工人員要注意除正常施工采取的一系列保證施工質(zhì)量的施工措施之外，應對圖紙說明加強重視，未按照圖紙設計要求施工，結(jié)構(gòu)整體受力將會發(fā)生根本性改變，后果極其嚴重；在鋼材加工中，盡量避免焊接缺陷，從材料，設備，工藝，結(jié)構(gòu)等方面采取有效措施避免在源頭發(fā)生質(zhì)量問題。

該加固方法針對本工程，采取了桁架加固的方法，該方法不僅造價低，效果極其顯著，是經(jīng)濟理想的加固方法。

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作者簡介：

黃紅霞，上海風語筑展示股份有限公司，上海。