鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

宋甜

（浙江金鑫鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司，杭州 311407）

1 工程概況

場(chǎng)地的建筑面積為22 749 m2，地下第1 層是鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地面以上的第1 層是鋼結(jié)構(gòu)，整體為葉形，地上部分由4 種單體A、B、C、D 組成，其中B 和D 單體的基礎(chǔ)是地下室，而單體A 和C 是獨(dú)立的混凝土基礎(chǔ)。體育場(chǎng)的每個(gè)主體都是大跨度的不規(guī)則空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，結(jié)合了網(wǎng)格墻、管狀桁架和網(wǎng)狀殼體，最大桁架跨度為68 m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?？臻g網(wǎng)格結(jié)構(gòu)由單層網(wǎng)狀殼組成，而該單層網(wǎng)狀殼位于由縱向和橫向的拱形三角形圓形鋼管桁架與鋼管桁架之間，材料為Q345C，共有14 284 根棒材，總計(jì)2 000 t。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 焊接技術(shù)

工程為全焊接鋼結(jié)構(gòu)。因此，在施工過(guò)程中應(yīng)特別注意控制焊接應(yīng)力，以防止因焊接不當(dāng)造成鋼結(jié)構(gòu)件異常變形而產(chǎn)生間隙?？臻g相交節(jié)點(diǎn)和支管末端的焊縫位置分為A、B 和C 3 個(gè)區(qū)域，其中A 區(qū)域?qū)儆诘谝患?jí)對(duì)接焊縫，B 區(qū)域?qū)儆诘?級(jí)對(duì)接焊縫，C 區(qū)域?qū)儆诘? 級(jí)角焊縫。各種焊縫都適合斜切，且坡口的形式隨支管的厚度和焊縫在管端的位置而變化。根據(jù)鋼板的厚度，可確定焊接前的預(yù)熱和焊接后的加熱，并用紅外溫度計(jì)測(cè)量控制層的溫度。

由于工程涉及的接口很多，施工時(shí)需要將接口處焊接完全。該工程對(duì)焊接質(zhì)量要求嚴(yán)格。在焊接過(guò)程中，需要注意以下5 個(gè)要點(diǎn)：（1）選擇代表性的焊接接頭形狀進(jìn)行焊接測(cè)試和工藝鑒定；（2）模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作環(huán)境條件，做采取預(yù)防措施的焊接和不采取任何措施進(jìn)行焊接的試驗(yàn)，以評(píng)估焊接施工的環(huán)境條件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員焊接技術(shù)的影響；（3）焊接技術(shù)人員的代表性檢查，如項(xiàng)目焊接人員的資格、焊接人員對(duì)工程焊接項(xiàng)目的適應(yīng)性；（4）通過(guò)相應(yīng)的測(cè)試方法對(duì)焊接后的焊接零件質(zhì)量進(jìn)行鑒定；（5）通過(guò)評(píng)估確定實(shí)際生產(chǎn)的具體步驟、方法及參數(shù)。

工程的焊接需由專業(yè)人員進(jìn)行，施工過(guò)程中需記錄每組的焊接位置。完成焊接后，出于對(duì)焊接工作質(zhì)量的責(zé)任，需委托第三方檢測(cè)吊裝前的焊接質(zhì)量，以更好地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決，從而防止出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題[1]。在焊接過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控組件的高度、水平度和垂直度。若發(fā)現(xiàn)異常，則須立即停止并更改焊接順序，同時(shí)采取加熱校正等措施。此外，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)焊接主要零件后，方可進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域進(jìn)行焊接。焊接后，要及時(shí)測(cè)量收縮率數(shù)據(jù)，并與模擬結(jié)果進(jìn)行核對(duì)，進(jìn)而分析產(chǎn)生差異的原因并采取相應(yīng)措施。

2.2 吊裝技術(shù)

場(chǎng)地由4 個(gè)單體A、B、C 和D 組成，其中單體B 和D 位于地下室。組件提升分為2 個(gè)施工區(qū)域，單體B 和D 為Ⅰ區(qū)（BD 區(qū)），單體A 和C 為Ⅱ區(qū)（AC 區(qū)）。在I 區(qū)的安裝完成后，Ⅱ區(qū)的結(jié)構(gòu)將通過(guò)一個(gè)連接組件推向兩側(cè)。在BD 區(qū)域吊裝時(shí)，于場(chǎng)館外使用150 t 履帶式起重機(jī)（在AC 區(qū)域中行走），東側(cè)的建筑物使用50 t 起重機(jī)。在AC 區(qū)域吊裝時(shí)，使用150 t履帶式起重機(jī)將50 t 起重機(jī)移至建筑物的西側(cè)，以組成2 組。同時(shí)，組裝單個(gè)結(jié)構(gòu)A 和C，并在起重機(jī)出入口南壁上的±0.000 m 處預(yù)先預(yù)留一個(gè)網(wǎng)，然后在起重機(jī)離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)后分別補(bǔ)齊。

2.2.1 吊裝單元?jiǎng)澐?/p>

工程中，屋頂上有112 個(gè)水平管桁架，地板上有58 個(gè)垂直管桁架，150 個(gè)單層網(wǎng)狀殼，側(cè)壁上有50 個(gè)管桁架。在滿足裝配設(shè)備性能和控制零件變形的前提下，需盡量減少高空裝配的數(shù)量，并將零件劃分為適當(dāng)?shù)膮^(qū)域。水平管桁架段長(zhǎng)約26 m，重6.2 t，屋脊管桁架的最大長(zhǎng)度為12 m，重10 t，共267 個(gè)吊裝單元。

2.2.2 吊重復(fù)核

工程以垂直水平管桁架作為討論對(duì)象，吊裝的高度為-0.1～21.00 m，質(zhì)量達(dá)到6.64 t。鑒于此，工程使用50 t 履帶式起重機(jī)，動(dòng)臂長(zhǎng)度為36 m，工作半徑12 m，最大起重量11.7 t，足以滿足吊裝的要求。如屋頂水平管桁架，吊裝高度為29.81 m，斷面長(zhǎng)度22 m，質(zhì)量7.2 t。再如使用150 t 履帶起重機(jī)，主臂和副臂分別為51.8 m 和18 m，工作臂旋轉(zhuǎn)有32 m，最大起重量12 t，可以滿足吊裝的需求。

2.2.3 吊索具復(fù)核

以最大的吊裝物約12.2 t 起重裝置為例，采用4 點(diǎn)組裝法，每個(gè)提升點(diǎn)都配備有繩索，著陸點(diǎn)采用綁扎的形式。鋼絲繩角度為60°，西側(cè)用26.5 mm 鋼絲繩吊起，核對(duì)安全系數(shù)為8，根據(jù)3 個(gè)吊點(diǎn)，復(fù)核安全系數(shù)為6，滿足要求。

2.2.4 吊點(diǎn)復(fù)核

布置吊點(diǎn)時(shí)，在滿足桁架強(qiáng)度和強(qiáng)度的前提下，為了減小管桁架承受的壓力以及防止桁架失去平衡跌倒，應(yīng)最大限度張開(kāi)起重機(jī)與桁架之間的夾角；同時(shí)，吊鉤應(yīng)盡可能穿過(guò)桁架的重心，以防止吊裝時(shí)桁架發(fā)生偏斜[2]。

此外，需使用4 個(gè)提升點(diǎn)進(jìn)行提升，并采取2 個(gè)5 t 鏈條調(diào)整桁架姿勢(shì)。如果將可拆卸吊耳安裝在桁架上，則可以加快吊裝過(guò)程，并避免損壞鋼絲繩上的涂層?？刹鹦兜幕顒?dòng)吊耳見(jiàn)圖1。

圖1 可拆卸活動(dòng)吊耳

2.2.5 臨時(shí)支撐

每個(gè)組件都分節(jié)吊起，在達(dá)到壓力狀態(tài)之前，應(yīng)暫時(shí)支撐。在安裝結(jié)構(gòu)后，需按等比卸下支撐框架，并完成鋼結(jié)構(gòu)的安裝[3]。工程花瓣形屋頂截面支撐桿的標(biāo)準(zhǔn)截面為6 m，形狀的基本尺寸為2 m×6 m，可將其模量擴(kuò)展為6 m 的任意組合。其中，標(biāo)準(zhǔn)段由標(biāo)為A、B、C 的3 個(gè)組件組成，且全部由Q235 C 圓管構(gòu)成，支撐架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組裝見(jiàn)圖2。

圖2 支撐架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組裝

2.2.6 吊裝順序

工程的各個(gè)結(jié)構(gòu)形式相似，包括側(cè)壁結(jié)構(gòu)、屋頂橫向管桁架、屋脊管桁架和單層網(wǎng)狀殼。對(duì)此，可以根據(jù)“在2 個(gè)水平管桁架之間安裝垂直水平管桁架+在2 個(gè)垂直水平管桁架之間安裝屋頂桁架+安裝屋頂水平管桁架+在2 個(gè)水平管桁架之間安裝垂直單層網(wǎng)狀殼”的原理完成支撐框架。

另外，在“一次跨度安裝”序列構(gòu)建中，可使用相同的方法來(lái)完成其他跨度的安裝。

3 桁架結(jié)構(gòu)合龍溫度控制

體育場(chǎng)項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)具有多種異形的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。由于其直接裸露在外，且受環(huán)境的影響程度很大，因此不能忽略由環(huán)境產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。在封閉結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)主體的溫度必須符合設(shè)計(jì)要求。

工程封閉設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為19℃，可在±4℃范圍內(nèi)工作?？紤]到鋼結(jié)構(gòu)主體的溫度可能與天氣預(yù)報(bào)和所在位置的溫度不同，所以僅根據(jù)不同的溫度進(jìn)行簡(jiǎn)單的溫度調(diào)整，無(wú)法確定鋼結(jié)構(gòu)主體的溫度。因此，在關(guān)閉結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的溫度。焊接每個(gè)封閉區(qū)域時(shí)，應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)的總溫度，并控制封閉過(guò)程。若跨網(wǎng)結(jié)構(gòu)處于封閉情況，則需根據(jù)不同范圍測(cè)量電網(wǎng)溫度；同時(shí)，根據(jù)網(wǎng)格的跨度和體積的不同，應(yīng)在左右封閉的跨度內(nèi)對(duì)稱設(shè)置3～6 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，且鋼結(jié)構(gòu)主體于當(dāng)日19：00 開(kāi)始使用。值得注意的是，結(jié)構(gòu)必須要進(jìn)行溫度測(cè)試，以確保合攏封閉時(shí)主鋼結(jié)構(gòu)的溫度能夠符合設(shè)計(jì)要求。

起重機(jī)在封閉部分的起重機(jī)就位后，除了封閉以外，其他接頭均按照“單刀雙焊，雙刀單焊”的原則焊接。在將焊接溫度冷卻至室溫之后，需進(jìn)行封閉焊接。在檢查一側(cè)封閉部分的高度并調(diào)整高度后，桁架的表面是穩(wěn)定的。此外，可使用鏈條調(diào)節(jié)另一側(cè)關(guān)閉部分的高度，并將連接鋼管插入雙封閉區(qū)域，以將封閉區(qū)域的高度調(diào)整為略高于設(shè)計(jì)高度。

如果不采取任何措施，為了減少內(nèi)部應(yīng)力，則需使用焊接封口并使用拉馬承受主應(yīng)力。拉馬由鋼板制成，矩形長(zhǎng)度在中間。在拉馬焊接到封閉部分（在U 形槽的一側(cè)）時(shí)，需在調(diào)節(jié)焊接工具的高度并關(guān)閉焊接間隙后，將拉馬U 形凹槽的另一側(cè)的封閉部分與另一側(cè)的封閉部分焊接在一起，即在焊接封閉的焊縫后形成焊縫。另外，在焊接溫度降至室溫后，需移除拉馬以降低焊接溫度。其中，焊接收縮引起的內(nèi)應(yīng)力主要由拉馬限定，其中，柱桁架是指具有上、中、下弦平臺(tái)的三角形圓形管桁架，主要按上、中、下弦的順序焊接。對(duì)于相同的弦焊縫，需根據(jù)圓周對(duì)稱地焊接，且每層弧點(diǎn)之間的距離為30～50 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)是土木工程施工中常用的施工技術(shù)，由于鋼結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量輕、施工方便，因此廣泛應(yīng)用于土木工程中。鑒于此，在實(shí)際施工過(guò)程中，要結(jié)合相關(guān)特征對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進(jìn)行分析，從而運(yùn)用焊接技術(shù)、起重技術(shù)以及桁架結(jié)構(gòu)封閉來(lái)進(jìn)行溫度控制，以進(jìn)一步保障工程項(xiàng)目的質(zhì)量與安全。