工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)的研究

趙夢光

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西太原 030032）

0 引言

近年來，基于我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展、工業(yè)化水平的提高，鋼結(jié)構(gòu)廠房規(guī)模、數(shù)量持續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)我國工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)施工情況分析顯示，其施工速度快、安裝便捷，同時(shí)具有綠色環(huán)保的優(yōu)勢，為確保鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量可靠，加強(qiáng)安裝技術(shù)研究具有重要意義。

1 我國鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展情況

近年來，鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑領(lǐng)域中的運(yùn)用十分廣泛，包括商業(yè)建筑、住宅以及生產(chǎn)廠房等均在從混凝土建筑逐漸轉(zhuǎn)向鋼建筑。從建筑行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，鋼材已成為一大重要的建筑材料，根據(jù)2019 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量達(dá)7579 萬t，基于產(chǎn)量支撐下，鋼結(jié)構(gòu)憑借著強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好、節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)勢，市場空間進(jìn)一步擴(kuò)大。

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用情況來看，其生產(chǎn)簡單、使用便利、性能優(yōu)越，通過鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用可有效改變傳統(tǒng)混凝土施工的煩瑣工序，縮短作業(yè)工期、減少環(huán)境污染，對(duì)此在工程實(shí)踐中加強(qiáng)相關(guān)術(shù)研究具有重要意義。

2 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)要點(diǎn)

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)安裝，主要以鋼結(jié)構(gòu)焊接、鋼柱與鋼梁安裝、高強(qiáng)螺栓安裝為主，具體安裝技術(shù)要點(diǎn)如下：

2.1 鋼結(jié)構(gòu)焊接

在工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)制作安裝中，不同零部件連接、節(jié)點(diǎn)連接，主要是通過焊接形式實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，鋼結(jié)構(gòu)連接作業(yè)中焊接操作的占比達(dá)90%，在焊接施工中必須有效控制焊接應(yīng)變與變形，具體焊接技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）合理選擇焊接材料，有效控制焊縫化學(xué)成分，降低母材與焊接材料中形成的低熔點(diǎn)共晶物；

（2）合理安排施焊順序，減少焊縫截面積、數(shù)量，焊縫盡量對(duì)稱，減少焊縫拘束度，嚴(yán)格控制焊接殘余應(yīng)力，防止焊接變形問題的出現(xiàn)；

（3）嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，包括電流、焊接速度，確保焊道截面上等寬度與深度比值滿足工藝要求，同時(shí)落實(shí)焊前預(yù)熱、焊后緩冷工作，避免出現(xiàn)冷裂縫。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)安裝中，主要是將加工完成的各種鋼構(gòu)件，根據(jù)施工圖進(jìn)行組裝形成整體結(jié)構(gòu)。在鋼結(jié)構(gòu)的整體安裝過程中，主要分為鋼柱與鋼梁安裝、高強(qiáng)螺栓安裝兩大部分，具體安裝要點(diǎn)如下。

2.2.1 鋼柱與鋼梁安裝

（1）鋼柱安裝。 在工業(yè)廠房鋼柱安裝時(shí)，需嚴(yán)格根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)、現(xiàn)場條件以及施工工期，合理選用吊運(yùn)機(jī)具，并配備相應(yīng)的工作人員，詳細(xì)安裝要點(diǎn)如下：①鋼柱吊裝前，對(duì)基礎(chǔ)與地腳螺栓進(jìn)行再次驗(yàn)收，同時(shí)還需對(duì)柱子的外觀質(zhì)量、幾何尺寸進(jìn)行檢查；②鋼柱吊裝時(shí)，嚴(yán)格根據(jù)實(shí)際情況合理確定吊點(diǎn)；③鋼柱就位時(shí)，緩慢回鉤、準(zhǔn)確穿引螺栓，將柱子地腳螺栓緊固到位；④鋼柱安裝校正時(shí)，可采用單構(gòu)件安裝校正法，即：確保每節(jié)柱子柱頂中心線重合，要求偏差≤2mm。

（2）鋼梁安裝。在完成鋼柱的安裝后安裝鋼梁，將每兩根柱作為一個(gè)安裝組，起吊鋼梁后做好校正工作，調(diào)整好鋼梁位置后，當(dāng)連接板螺栓孔對(duì)正后將螺栓穿入固定；將每兩層作為一個(gè)安裝單元，先下層梁、后上層梁，先主梁、后次梁，次梁與主梁的安裝方法相同。

鋼柱、鋼梁全部就位后，使用2 臺(tái)經(jīng)緯儀從不同方向跟蹤測控，對(duì)梁、柱標(biāo)高與柱垂直度進(jìn)行全方位的校核，確保所有測量值滿足要求后，方可對(duì)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行終擰，再加焊梁、柱連接板與焊釘。

2.2.2 高強(qiáng)螺栓安裝

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，高強(qiáng)度螺栓安裝是一個(gè)重要施工內(nèi)容，具體措施如下：

（1）臨時(shí)螺栓安裝：安裝高強(qiáng)度螺栓前，可使用2 個(gè)及其以上普通螺栓，也可使用高強(qiáng)螺栓固定，但是此高強(qiáng)螺栓不可再作為強(qiáng)螺栓使用。臨時(shí)螺栓擰緊后，對(duì)拼裝好的構(gòu)件軸線進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)扭曲變形等情況并校正，根據(jù)實(shí)踐情況可將各種處理方法歸納如表1 所示。

表1 軸線偏差處理方法

（2）高強(qiáng)螺栓連接：通過臨時(shí)螺栓將所有問題處理完畢后，連接高強(qiáng)螺栓，相同節(jié)點(diǎn)位置使用同一批次高強(qiáng)螺栓。此外，當(dāng)氣溫≤-10℃或是摩擦面潮濕時(shí)，需停止高強(qiáng)螺栓連接作業(yè)。

3 工程案例

3.1 工程概況

本工程為高端冷軋取向硅鋼項(xiàng)目主廠房-（Ⅰ區(qū)），建筑面積4.077 萬m2，門式剛架結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50 年，建筑抗震設(shè)防類別：丙類，抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度。廠房1-37 軸/E-F 軸鋼梁跨度 39m、15-37 軸/F-H 軸鋼梁跨度 33m、1-15 軸/F-G 軸鋼梁跨度 42m。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝方案

本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝的主要構(gòu)件有鋼柱、柱間支撐、屋面梁、系桿、柱間支撐、托架、托梁、屋面檁條、墻面檁條、吊車梁、制動(dòng)梁及輔助支撐等。鋼柱上柱采用實(shí)腹式柱（Q345B）；下柱采用格構(gòu)式柱（Q345B）；鋼梁（Q345B）、托架（345B）、吊車梁（Q345C）采用焊接H 型鋼，柱間支撐采用槽鋼與鋼管組成的桁架；屋面水平支撐采用鋼管組成的桁架；屋面檁條采用高頻焊焊接H 型鋼，材質(zhì)為Q235B。

鋼柱、鋼梁連接采用栓焊組合的節(jié)點(diǎn)形式，采用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接，性能等級(jí)10.9 級(jí)；檁條與鋼梁采用C 級(jí)普通螺栓連接；屋面支撐、柱間支撐采用焊接連接。廠房鋼柱F 軸/1～15 軸，單件最大重量為16.8t，柱頂標(biāo)高為26.1m（11 根）。鋼梁F～G 軸/1-15 軸拼裝后，最大長度41.5m，單件最大重量11.5t。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝流程

本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝主要施工工藝流程如下：安裝準(zhǔn)備→鋼柱安裝→鋼柱校正→柱間鋼性系桿安裝→鋼梁拼裝→鋼梁安裝→柱間剛性支撐連接→鋼吊車梁安裝→屋面墻面檁條安裝→除銹刷涂料→檢查驗(yàn)收。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)要點(diǎn)

3.4.1 安裝準(zhǔn)備

鋼結(jié)構(gòu)安裝前，復(fù)驗(yàn)并記錄基礎(chǔ)中心軸線、基礎(chǔ)支承面標(biāo)高等；檢查吊裝機(jī)械及吊裝機(jī)具，根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)要求搭設(shè)操作平臺(tái)；鋼柱安裝前，應(yīng)在柱身面放出中線或安裝線，安裝時(shí)與基礎(chǔ)放出的控制線對(duì)準(zhǔn)，確保鋼柱安裝定位準(zhǔn)確。

3.4.2 鋼柱安裝

本工程鋼柱安裝前將護(hù)籠爬梯安裝固定在鋼柱上。本工程鋼柱安裝方法如下：

（1）鋼柱用汽車吊雙機(jī)吊裝（25t 汽車吊配合安裝），單根鋼柱最大重量16.8t，選用120t 汽車吊（70t 履帶吊）吊裝，作業(yè)半徑控制在12m 范圍之內(nèi)，起吊時(shí)鋼柱的根部要掂實(shí)，保證在根部不離開地的情況下，通過吊鉤的起升與變幅及吊臂的回旋轉(zhuǎn)，逐步將鋼柱扶直，待鋼柱停止晃動(dòng)后在繼續(xù)提升，為了使吊裝平穩(wěn)，應(yīng)在鋼柱上端栓一根白棕繩牽引，單繩取柱長的1.2 倍，直徑φ25mm。

（2）鋼柱起吊時(shí)，應(yīng)邊起鉤，邊轉(zhuǎn)臂，使鋼柱垂直離地。

（3）鋼柱吊裝至杯口內(nèi)，吊車懸提鋼柱、人工緩慢就位。

（4）由于工期緊，在沒有形成穩(wěn)定體系之前，鋼柱在縱向設(shè)置兩道攬風(fēng)繩，纜風(fēng)繩用花籃螺絲預(yù)緊，如圖1 所示即為攬風(fēng)繩布置示意圖。纜風(fēng)繩設(shè)置從15 軸/E 軸開始～1 軸/E 軸依次設(shè)置。15軸/E 軸～14 軸/E 軸安裝完柱間支撐，形成穩(wěn)定體系，方可拆除15軸/E 軸纜風(fēng)繩。纜風(fēng)繩在結(jié)構(gòu)沒有形成穩(wěn)定體系之前不予拆除。其他軸線以此類推。

圖1 攬風(fēng)繩布置

3.4.3 鋼柱校正

（1）采用水平尺初調(diào)鋼柱垂直度，然后使用2 臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測，以千斤頂或纜風(fēng)繩調(diào)整。

（2）采用大撬棍或采用油壓千斤頂加鏈索、托座，按水平方向頂校鋼柱，在頂校過程中須不斷觀察基礎(chǔ)標(biāo)高，調(diào)整墊板厚度，以防校正時(shí)墊板滑落。

（3）用兩臺(tái)經(jīng)緯儀，從縱橫軸線觀察鋼柱中心，校正鋼柱垂直度，抗風(fēng)柱豎直，使其鋼柱垂直度控制在10mm 之內(nèi)（見圖2）。

圖2 鋼柱垂直校正測量

3.4.4 柱間剛性系桿和柱間支撐安裝

（1）鋼柱校正后，先安裝柱間剛性系桿、再安裝鋼梁。系桿安裝若遇困難，不得隨意切割，及時(shí)查找原因，采取必要補(bǔ)強(qiáng)措施。

（2）柱間支撐安裝時(shí)先在地面平臺(tái)拼裝后焊接部分節(jié)點(diǎn)，整體吊裝安裝，安裝節(jié)點(diǎn)焊接可靠后方可摘鉤。

3.4.5 鋼梁拼裝

鋼梁拼裝根據(jù)場地情況不同吊距，選用現(xiàn)場25T 吊車吊裝安裝。本工程鋼梁為兩節(jié)鋼梁，現(xiàn)場立式拼裝，拼裝場地應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整，應(yīng)在拼裝平臺(tái)或拼裝胎架上進(jìn)行拼裝，拼裝工藝：鋼梁吊裝拼裝→安裝雙夾板定位→等強(qiáng)拼裝焊接→復(fù)核尺寸。

3.4.6 高強(qiáng)度螺栓安裝

本項(xiàng)目采用扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副安裝要點(diǎn)如下：

（1）高強(qiáng)度螺栓需由施工人員直接穿入對(duì)應(yīng)的孔洞中，不得用錘子夯擊強(qiáng)行穿入。

（2）螺栓的穿入方向必須保持一致，若局部有應(yīng)力阻礙可以稍加調(diào)整。

（3）高強(qiáng)度螺栓安裝必須在晴好天氣或陰天進(jìn)行。

（4）墊圈位置應(yīng)相同，其正反面的方向也應(yīng)注意。

（5）安裝后需對(duì)螺栓與孔的緊密度進(jìn)行檢查。

所有高強(qiáng)度螺栓安裝完成后進(jìn)行緊固，先初擰、再終擰，從接頭剛度大的地方朝著不受拘束的自由端依次緊固。

3.4.7 鋼梁安裝

本工程鋼梁安裝采用50t 汽車吊雙機(jī)吊裝，第一施工段由15軸向1 軸方向安裝；第二施工段由15 軸向29 軸安裝；第三施工段由29 軸向37 軸安裝。由于本工程 E-F 軸、F-G 軸、F-H 軸跨度為39m、42m、33m，鋼梁長度較長，設(shè)置4 個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)位置經(jīng)過計(jì)算確定。吊裝就位后應(yīng)立即臨時(shí)固定。

為了形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)采用綜合安裝法。柱間有豎向支撐體系構(gòu)件的，需將支撐體系安裝完畢，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后進(jìn)行該跨的鋼梁安裝。校正合格后，向兩端推進(jìn)安裝。

鋼梁吊裝就位安裝沖釘和普通螺栓，然后安裝高強(qiáng)度螺栓，高強(qiáng)度螺栓的施擰工藝同前，因本工程梁柱連接節(jié)點(diǎn)為栓焊組合形式，施工順序是先栓后焊。焊接作業(yè)在形成單元結(jié)構(gòu)，校正合格后進(jìn)行。

3.4.8 防腐涂裝

鋼結(jié)構(gòu)安裝后，對(duì)表面進(jìn)行清理，安裝工程碰撞的油漆和焊接等部位要進(jìn)行補(bǔ)涂施工，補(bǔ)涂前應(yīng)編寫補(bǔ)涂工藝，按照正式涂裝的層數(shù)和涂層厚度要求進(jìn)行補(bǔ)涂施工。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前我國鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房正處于一個(gè)快速發(fā)展階段，并在持續(xù)探索與改進(jìn)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)。隨著工業(yè)廠房規(guī)模的擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)形式的多樣化發(fā)展，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝提出了更高的要求，對(duì)此必須加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)分析，嚴(yán)格根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇吊具、制定吊裝方案，規(guī)范落實(shí)鋼柱、梁與高強(qiáng)度螺栓的安裝工作，切實(shí)提高鋼結(jié)構(gòu)廠房安裝質(zhì)量，滿足實(shí)際使用需求。