多層鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝施工技術(shù)

王杰生

摘要：鋼結(jié)構(gòu)廠房由于跨度較大、自重較輕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、建設(shè)周期短，能夠較好地滿足工業(yè)園區(qū)建設(shè)的需要。江西奉新縣黃溪天工創(chuàng)業(yè)園EPC模式建設(shè)項(xiàng)目通過工廠標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)、現(xiàn)場整體裝配，實(shí)現(xiàn)建筑從工地“建造”到工廠“制造”的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化。本文先介紹了鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝施工工藝流程，闡述由于鋼結(jié)構(gòu)物理特性帶來的特殊工藝要求。進(jìn)而分析在具體的多層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中相關(guān)施工技術(shù)的應(yīng)用。

Abstract： Due to its large span， light weight， good structural stability and short construction period， steel structure workshops can better meet the needs of industrial park construction. The EPC model construction project of Huangxi Tiangong Pioneer Park in Fengxin County， Jiangxi Province realized the transformation of the construction from construction site "building" to the factory "manufacturing" through factory standard production and on-site assembly to realize the modernization of the construction industry. This paper firstly introduces the installation process flow of steel structure workshops， and describes the special process requirements due to the physical characteristics of steel structures. Furthermore， the application of relevant construction techniques in the installation and construction of concrete multi-story steel structures is analyzed.

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)安裝;梁柱連接節(jié)點(diǎn);施工技術(shù);多層建筑

Key words： steel structure installation;beam-column joints;construction technology;multi-story building

中圖分類號：TU758.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）35-0166-04

1? 工程概況

奉新縣黃溪天工創(chuàng)業(yè)園EPC模式建設(shè)項(xiàng)目多層鋼結(jié)構(gòu)廠房18棟，建筑面積15萬m2，其中4層中小型企業(yè)廠房13.7萬m2，6層小微企業(yè)孵化器1.3萬m2，建筑高度為22m，最大跨度27.9m。結(jié)構(gòu)型式為剛架式框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主骨架圖見圖1。結(jié)構(gòu)所用柱和梁材質(zhì)均為Q345B鋼，鋼柱采用箱型鋼，鋼梁采用H型鋼，最重在7.0t以內(nèi)。鋼結(jié)構(gòu)采用工廠制造、工地安裝的施工方法。

2? 多層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的關(guān)鍵工藝流程及其技術(shù)要點(diǎn)

2.1 鋼結(jié)構(gòu)柱體安裝基礎(chǔ)的施工技術(shù)要點(diǎn)

在多層建筑的鋼結(jié)構(gòu)安裝中，作為關(guān)鍵承重構(gòu)件的柱體安裝至關(guān)重要，因而要控制好柱體基礎(chǔ)的澆筑和柱腳螺栓預(yù)埋質(zhì)量。為了便于調(diào)整鋼柱的安裝標(biāo)高，在基礎(chǔ)施工時，先將混凝土澆灌到比設(shè)計(jì)標(biāo)高略低40～60mm，在鋼柱安裝、調(diào)整后，對柱底50mm及抗剪件槽C30微膨脹自流性細(xì)石混凝土進(jìn)行二次灌筑，詳見圖2。在基礎(chǔ)澆筑前要經(jīng)過精確定位預(yù)埋地腳螺栓的位置，通常情況下標(biāo)高和軸線的誤差應(yīng)分別小于±5mm和±2mm，用Ф12的鋼筋分兩層、四個方向“井”字型把地腳螺栓和柱腳鋼筋焊接牢固定后澆筑成型。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)柱體的吊裝施工工藝與技術(shù)要點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)安裝前，應(yīng)對建筑物的定位軸線、標(biāo)高和地腳螺栓進(jìn)行復(fù)查，合格后方能開始安裝工作。鋼結(jié)構(gòu)的吊裝由建筑物的中間依次向四周擴(kuò)展，以每節(jié)框架為作業(yè)單位內(nèi)先安裝鋼柱，再安裝框架梁，然后安裝其他構(gòu)件，按層從下到上，最終形成框架。開始安裝鋼柱時，獨(dú)立鋼柱無水平橫向受力支撐，結(jié)構(gòu)本身無任何防護(hù)措施，安裝過程中存在很大結(jié)構(gòu)危險因素。因此在每根鋼柱側(cè)面支設(shè)三根斜撐，斜撐與鋼柱剛接，以起到水平固定作用，同時在鋼柱頂端張拉纜風(fēng)繩，防止鋼柱在不利條件下發(fā)生傾倒。每節(jié)框架安裝完成之后，必須將主構(gòu)件全部安裝完畢，使之具有空間剛度和可靠的穩(wěn)定性。最高鋼柱長22m，整根鋼柱在工廠加工運(yùn)至施工現(xiàn)場。鋼柱的吊裝采用80T汽車吊單機(jī)回轉(zhuǎn)法起吊，柱根部必須墊好木板，避免使柱底端與地面發(fā)生碰撞和損壞地腳螺栓現(xiàn)象。將鋼柱底板穿入預(yù)埋螺栓，放置在調(diào)節(jié)好的螺帽上。吊裝就位后利用柱底螺母和墊片的方式調(diào)節(jié)標(biāo)高，擰緊全部螺栓螺母，將柱體固定好。鋼柱安裝的要求是保證平面與高程位置符合設(shè)計(jì)要求，柱身垂直度及傾斜度滿足規(guī)范要求。鋼柱校正時，按照先利用柱底螺母和墊片的方式調(diào)節(jié)標(biāo)高，再調(diào)整位移，最后調(diào)整垂直偏差，并應(yīng)重復(fù)上述步驟，直到柱的標(biāo)高、位移、垂直偏差符合要求。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)主梁的吊裝施工及其節(jié)點(diǎn)連接工藝

梁的制作精度要求高，長度的誤差直接影響梁的插入安裝。梁柱采用剛性連接，柱與梁之間的連接采用高強(qiáng)螺栓和焊接混用連接，即：梁翼緣與柱全熔透焊縫連接、梁的腹板與柱上已焊好的承剪板用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，詳見圖3。在梁翼緣的對應(yīng)位置設(shè)置柱的水平加勁肋或隔板，在高強(qiáng)度螺栓初擰后進(jìn)行焊接，在主梁吊裝和位置校正過程中，要根據(jù)焊接工藝設(shè)計(jì)要求預(yù)留焊縫收縮量，然后再進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓終擰。需要注意的是下側(cè)翼緣外側(cè)根部，容易出現(xiàn)焊接質(zhì)量缺陷。（圖3）

2.4 鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中的空間位置參數(shù)測控與校正

在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝施工過程中，通過科學(xué)的布置測量控制網(wǎng)點(diǎn)，利用激光經(jīng)緯儀和校正儀跟蹤測量每一個構(gòu)件以及完成連接的結(jié)構(gòu)整體的位置參數(shù)，是保障整體結(jié)構(gòu)的承載力與穩(wěn)定性的重要手段。因此，要根據(jù)施工段的劃分，在每一施工段的作業(yè)空間選擇和布置測量控制點(diǎn)，從而在構(gòu)件就位之初進(jìn)行位置參數(shù)的測量，進(jìn)而對校正后的相關(guān)參數(shù)予以復(fù)核，并且在構(gòu)件固定和連接完成后對整體結(jié)構(gòu)的空間位置進(jìn)行測量和進(jìn)行必要的校正。此外，根據(jù)安裝施工過程中的具體情況，還可以根據(jù)測控?cái)?shù)據(jù)采取必要的預(yù)變形工藝，減少因安裝過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力造成的變形。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接工藝質(zhì)量控制

本工程采用扭剪型高強(qiáng)螺栓，性能為10.9級，高強(qiáng)螺栓摩擦面處理采用噴砂之表面處理方法，通過回旋螺帽施加預(yù)緊力。高強(qiáng)螺栓安裝前應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉力復(fù)驗(yàn)、扭矩系數(shù)復(fù)驗(yàn)和連接摩擦面的抗滑移系數(shù)試驗(yàn)，摩擦面的抗滑移系數(shù)試驗(yàn)，可由制造廠按規(guī)范提供試件后在工地進(jìn)行，高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力復(fù)驗(yàn)、扭矩系數(shù)復(fù)驗(yàn)是在現(xiàn)場隨機(jī)抽取安裝所用的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行。緊固螺栓分初擰、終檸兩次進(jìn)行，初擰應(yīng)采用手動扭矩板手或?qū)Ｓ枚ㄅる妱影迨?初擰值應(yīng)為預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值50%左右。終擰應(yīng)采用專用電動板手，至尾部梅花頭擰掉，讀出預(yù)拉力值。高強(qiáng)螺栓連接安裝流程見圖4。

2.6 鋼結(jié)構(gòu)安裝節(jié)點(diǎn)的焊接工藝質(zhì)量控制

柱與梁之間的連接采用高強(qiáng)螺栓和焊接混用連接，梁翼緣板應(yīng)直接與柱身用單邊V形坡口加墊板單面全焊透焊縫連接。全焊透焊縫按規(guī)定設(shè)置襯板，翼緣坡口兩側(cè)設(shè)置引弧板在梁腹板上下端應(yīng)作扇形切角，其半徑r取35mm。翼緣的焊接順序一般采用先焊下翼緣后焊上翼緣，翼板厚度大于30mm時宜上、下翼緣輪換施焊。箱形、H形柱的兩翼板首先應(yīng)由兩名焊工同時施焊，這樣可以防止鋼柱因兩翼板收縮不相同而在焊后出現(xiàn)偏斜。鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接常用手工電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動焊，手工電弧焊常用于點(diǎn)焊固定、打底焊接、鋼梁連接板與預(yù)埋件焊接、其它焊接工作量較少的部位，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊常用于鋼柱焊接、鋼梁焊接、支撐焊接、桁架焊接和所有對接接頭焊接。焊接工藝參數(shù)見表1-表2。

多層框架結(jié)構(gòu)由于板厚大，焊縫內(nèi)部易出現(xiàn)夾渣、未熔合和裂紋缺陷，根據(jù)板厚及施工現(xiàn)場條件將采用超聲波方法探傷評定焊縫質(zhì)量。不合格，用碳弧氣刨刨開再焊接，直至合格。

2.7 鋼結(jié)構(gòu)安裝誤差消除措施

利用激光經(jīng)緯儀和校正儀跟蹤測量每一個構(gòu)件以及完成連接的結(jié)構(gòu)整體的位置參數(shù)，是保障結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要手段。在構(gòu)件就位之初進(jìn)行位置參數(shù)的測量，進(jìn)而對校正后的相關(guān)參數(shù)予以復(fù)核，并且在構(gòu)件固定和連接完成后對整體結(jié)構(gòu)的空間位置進(jìn)行測量和進(jìn)行必要的校正。

鋼結(jié)構(gòu)安裝誤差在正常情況下來源于構(gòu)件在吊裝過程中因碰撞產(chǎn)生的變形、因氣溫差造成的熱脹冷縮變形、因焊接產(chǎn)生收縮變形。結(jié)構(gòu)由局部至整體形成的安裝過程中，若不采取相應(yīng)措施，對安裝誤差采取消除措施，將會給結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。

為此，構(gòu)件在運(yùn)輸、倒運(yùn)、安裝過程中，應(yīng)采取合理保護(hù)措施，如布設(shè)合理吊點(diǎn)，局部采取加強(qiáng)抵抗變形措施等，防止給安裝帶來不便。在上一構(gòu)件安裝單元安裝結(jié)束后，通過觀測變形規(guī)律，結(jié)合具體條件，模擬其變形量和變形方向，在下一構(gòu)件定位測控時，對節(jié)點(diǎn)定位實(shí)施反變形糾偏，以消除安裝誤差。

3? 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 柱、梁吊裝技術(shù)

用鋼絲繩套在U型螺栓上，將尖頭圓鋼（直徑小于鋼柱端頭板孔）同時穿過U型螺栓和柱端頭板孔，吊車鉤掛住鋼絲繩后即可起吊。鋼柱一側(cè)起吊柱子至柱底板孔對準(zhǔn)預(yù)埋螺栓，將鋼柱底板穿入預(yù)埋螺栓。利用柱底螺母和墊片的方式調(diào)節(jié)標(biāo)高，再調(diào)整位移，最后調(diào)整垂直偏差，并應(yīng)重復(fù)上述步驟，直到柱的標(biāo)高、位移、垂直偏差符合要求，校正無誤后擰緊全部螺栓螺母固定鋼柱。尖頭圓鋼一端起吊前綁根繩子，便于鋼柱吊裝完人在地面拉動此繩U型螺栓自動松動掉到地面。

在梁兩側(cè)的柱已安裝完成的情況下，在兩側(cè)柱的爬梯上各站立一人，配合安裝主梁。用鋼絲繩分別固定于梁起吊點(diǎn)，U型螺栓固定鋼絲繩與梁的連接，調(diào)整鋼絲繩吊裝位置保證起吊均勻。梁兩側(cè)固定好麻繩，用于吊車在吊梁時控制梁不會偏擺，準(zhǔn)確控制其位置度。梁均勻吊上去以后，用梁柱板工具交叉固定其柱承剪板與鋼梁梁的腹板螺栓孔，再安裝臨時螺栓，此時螺栓用手工進(jìn)行初緊，初緊時通過目測必須保證梁與鋼柱垂直度。

3.2 新型鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)房廣泛應(yīng)用栓焊混合形式的剛性連接—梁翼緣熔透焊縫、腹板高強(qiáng)螺栓的連接，需要在梁翼緣位置焊接柱隔板工藝（將鋼管柱截?cái)嘁园惭b隔板）。本項(xiàng)目部分廠房采用外套方管式梁柱連接節(jié)點(diǎn)技術(shù)，梁柱連接節(jié)點(diǎn)直接在柱外側(cè)貼焊鋼板，省去了在梁翼緣位置焊接柱隔板，可大幅提升鋼結(jié)構(gòu)加工效率，詳見圖5。通過一定厚度的外套管使鋼柱在無隔板的情況下仍然保持了節(jié)點(diǎn)的剛性，無需增加內(nèi)隔板，減少焊縫，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單，對裝修影響較小。

3.3 無支撐壓型鋼板組合混凝土樓承板技術(shù)

壓型鋼板是用鍍鋅薄鋼板經(jīng)輥壓冷彎成W型等類似形狀，作為樓板澆筑鋼筋混凝土的模板，詳見圖6。其具有：自重輕、強(qiáng)度高、剛度較大、抗震性能較好，改善了防火、防腐性能。與普通現(xiàn)澆混凝土樓板相比，取消了繁瑣的模板、腳手架工程，施工安裝方便。與普通預(yù)制板相比，其整體性能好，剛度大，能夠用于抗震設(shè)防區(qū)。

3.4 鋼梁、鋼柱防腐防火一體化技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工的質(zhì)量好壞，直接影響涂層效果和使用壽命。涂料是半成品，必須通過施工涂刷到鋼構(gòu)件表面，成膜后才能起到防火保護(hù)作用。所有鋼構(gòu)件均需防火處理，設(shè)計(jì)防火等級二級，鋼柱耐火時間不小于2.5小時，鋼梁耐火時間不小于1.5小時。高強(qiáng)螺栓連接接觸面、與混凝土的接觸面、安裝焊縫兩側(cè)30～50mm的范圍內(nèi)，在工廠制造時不涂涂料。待安裝完畢后，對安裝焊縫處用鋼絲刷或噴砂除銹，達(dá)到Sa2.0后，先涂刷防腐防銹涂料（醇酸磁漆），再噴漆槍補(bǔ)涂防火涂料，并對漆面局部損傷處統(tǒng)一補(bǔ)涂。

鋼柱用的防火材料含：聚磷酸銨、三聚氰胺、季茂四醇、氯化石臘、耐火纖維等，粘結(jié)劑含：丙烯酸乳液、聚醋酸乳液。將涂料拌均勻，第一遍涂層厚度不宜超過1.2mm，涂層表面干后（約6小時）進(jìn)行第二遍的噴涂，涂層厚度可以適當(dāng)加大，涂層厚度達(dá)到和耐火時間相對應(yīng)的厚度為止：1h的一遍，1.5h的二遍，2h的三遍，2.5h的四遍。（表3）

鋼梁用的防火材料含：聚磷酸銨、三聚氰胺、季茂四醇、氯化石臘、鈦白粉等，粘結(jié)劑含：丙烯酸乳液、氨基樹脂、100溶劑、聚醋酸乳液、防沉劑。將涂料拌均勻，第一遍涂層厚度不宜超過0.5mm，涂層表面干后（約6小時）進(jìn)行第二遍的噴涂，涂層厚度可以適當(dāng)加大，涂層厚度達(dá)到和耐火時間相對應(yīng)的厚度為止：1h的二遍，1.5h的三遍。

3.5 外墻保溫裝飾一體板技術(shù)

外墻采用聚氨酯封邊金屬幕墻板，由內(nèi)、外層金屬板和芯材組成。

外層金屬板技術(shù)參數(shù)：防腐保護(hù)為鍍55%鋁鋅，雙面鍍鋁鋅含量≧150g/m2，外層金屬板金屬厚度0.676mm，外層板表面保護(hù)層為氟碳（PVDF）涂層，氟碳涂層厚度正面≧25um，背面為≧10um，外側(cè)板為純平板;

內(nèi)層金屬板技術(shù)參數(shù)：厚度0.476mm，防腐保護(hù)為鍍55%鋁鋅，雙面鍍鋁鋅含量≧50g/m2，表面保護(hù)層為聚酯（PE）涂層，聚酯涂層厚度為≧20um，背面為5um;

芯材技術(shù)參數(shù)：巖棉+聚氨酯（Pu）側(cè)封，巖棉厚度50mm，巖棉容重不小于100kg/m3，渣球含量（粒徑大于0.25mm）≤10%，燃燒性能A級，纖維平均直徑μm≤7.0，導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·K）（平均溫度25℃）≤0.040，憎水率≥98.0%，抗拉強(qiáng)度kPa≥7.5，壓縮強(qiáng)度kPa（10%變形）≥40，導(dǎo)熱系數(shù)為0.044W/（m2·k）。兩邊側(cè)封采用聚氨酯封邊。

企口搭接，自下而上安裝。板和檁條、墻梁的固定采用鉤頭螺栓和自攻螺釘。隔音良好，燃點(diǎn)低防火效果好，隔熱保溫很好，耐高溫，防腐蝕，抗老化，防水性能好，外型有線條感，效果出眾。

4? 結(jié)束語

在多層建筑工程的建設(shè)中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，既滿足了其復(fù)雜的荷載要求，又由于可以應(yīng)用裝配式施工技術(shù)而節(jié)省了施工時間，有效利用了現(xiàn)代城市多層建筑施工場地空間，并且能夠獲得更大比例的內(nèi)部使用空間。因此，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在未來的建筑工程中必然會得到更多應(yīng)用。

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