鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用探析

張汝江

青島市平度康峰建筑工程有限公司 山東青島 266700

1 工程概況

場(chǎng)地的建筑面積為22749m2，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68m，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14284根棒材，總計(jì)2000t。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與質(zhì)量控制的概念闡述

鋼結(jié)構(gòu)工程與傳統(tǒng)鋼筋混凝土工程相比，它們的施工工藝存在著巨大的差別。其中，鋼結(jié)構(gòu)工程的施工工藝較為復(fù)雜，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝精度較高，從而很大程度上提升了建筑物整體的強(qiáng)度、剛度及韌性。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)建筑施工還提高了工程整體的穩(wěn)定性以及施工進(jìn)度，從而更好地推進(jìn)了綠色建筑領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型。

由于國家對(duì)綠色建筑產(chǎn)業(yè)的重視，鋼結(jié)構(gòu)建造的施工技術(shù)也在不斷突破。目前，我國建筑行業(yè)中的鋼結(jié)構(gòu)工程也融入了許多有利于城市建設(shè)的綠色建材和綠色施工等綠色元素，積極配合國家發(fā)展戰(zhàn)略。

與此同時(shí)，為了更好地對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行控制，我國針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制的各個(gè)流程也出臺(tái)了相關(guān)政策要求。由于鋼結(jié)構(gòu)施工所涉及的預(yù)制構(gòu)件要求均較高，所以在質(zhì)量管控的審驗(yàn)上需要更加仔細(xì)。這不僅要求對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的施工技術(shù)和質(zhì)量控制進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范限制，更要求鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)專業(yè)人才必須持證上崗、盡職盡責(zé)。

3 建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用措施

3.1 深化構(gòu)件設(shè)計(jì)

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中，構(gòu)件加工前需深化設(shè)計(jì)，綜合考慮施工方案、加工能力、設(shè)計(jì)圖紙及施工條件，對(duì)加工構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)施工具有重要影響。本工程主要從2方面出發(fā)：

（1）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。合理設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，使其傳力、構(gòu)造簡單化，以減小施工難度、制作難度，組織多個(gè)部門共同確定節(jié)點(diǎn)形式，通過修改、驗(yàn)算后，上報(bào)至管理部門審核方能確定節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。以X節(jié)點(diǎn)為例，原本設(shè)計(jì)為拼接2個(gè)V形構(gòu)件，焊接難度高，制作復(fù)雜，建立三維模型后，按照施工工藝，改造組合結(jié)構(gòu)為平面整體結(jié)構(gòu)，簡化了加工過程，且添加耳板進(jìn)行臨時(shí)連接，便于施工矯正。

（2）分段設(shè)計(jì)。由于高層建筑現(xiàn)場(chǎng)無法進(jìn)行大規(guī)模拼裝，因此，應(yīng)盡量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)吊裝、運(yùn)輸長度、焊接工藝等情況進(jìn)行分段設(shè)計(jì)。以斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為例，分段設(shè)計(jì)外框柱時(shí)，按照車輛拖掛車廂最大尺寸為17m的要求，分段在20m以內(nèi)，梁與柱體的連接應(yīng)用大面積焊縫連接至柱上，工廠完成梁、柱、節(jié)點(diǎn)的焊接，以保證焊接質(zhì)量。

3.2 科學(xué)開展節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)工作

一般情況下，建筑工程領(lǐng)域中的鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)效果對(duì)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生直接影響，因此在具體的設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)連接節(jié)點(diǎn)是否存在問題，預(yù)防連接與設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)存在差異問題，以免受到差異因素的影響而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題和其他問題。近年來，在建筑工程領(lǐng)域中，如果在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中根據(jù)接力特點(diǎn)與傳力特點(diǎn)開展工作，可以將其分成剛接類型設(shè)計(jì)、半剛接類型設(shè)計(jì)、鉸接類型設(shè)計(jì)，但是，為了預(yù)防鋼結(jié)構(gòu)的問題，設(shè)計(jì)人員還需結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)剛性的情況合理進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接形式的設(shè)計(jì)，以此增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，合理預(yù)防設(shè)計(jì)問題和規(guī)避不足之處。

3.3 做好安裝之前的準(zhǔn)備工作

開展鋼結(jié)構(gòu)安裝工作之前，企業(yè)應(yīng)做好各方面的準(zhǔn)備工作，以免出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的安裝問題或其他問題。首先，安裝技術(shù)人員在工作中應(yīng)該按照鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容、設(shè)計(jì)方案內(nèi)容執(zhí)行任務(wù)，保證所采用的施工工作流程能夠和設(shè)計(jì)圖紙之間相互匹配，嚴(yán)格根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)圖紙的具體內(nèi)容開展施工工作。在開展施工活動(dòng)之前，必須對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行合理審核，開展有關(guān)的審核活動(dòng)與設(shè)計(jì)活動(dòng)，與有關(guān)人員溝通設(shè)計(jì)方案的細(xì)節(jié)部分，在研究和分析設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的情況下，進(jìn)行完善的前期技術(shù)規(guī)劃工作與技術(shù)交底工作，保證工程的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量和有效性，從根本上規(guī)避和預(yù)防安裝質(zhì)量問題。其次，安裝之前應(yīng)合理準(zhǔn)備鋼材料，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后按照現(xiàn)場(chǎng)情況將其合理擺放處理，在確保鋼材料質(zhì)量和施工質(zhì)量的同時(shí)，準(zhǔn)確記錄規(guī)格數(shù)據(jù)值、數(shù)量數(shù)據(jù)值、質(zhì)量數(shù)據(jù)值。除了要合理進(jìn)行鋼材的施工運(yùn)用，還應(yīng)有效執(zhí)行預(yù)制件的制作工作。在施工之前還需全面檢查鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量情況，合理清點(diǎn)數(shù)量，嚴(yán)格檢查外形特點(diǎn)、尺寸特點(diǎn)、型號(hào)特點(diǎn)、強(qiáng)度特點(diǎn)等，明確有無平整度方面的問題，保證安裝質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 焊接技術(shù)

工程為全焊接鋼結(jié)構(gòu)。因此，在施工過程中應(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。空間相交節(jié)點(diǎn)和支管末端的焊縫位置分為A、B和C3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)問題并及時(shí)解決，從而防止出現(xiàn)質(zhì)量問題。在焊接過程中，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。

3.5 鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

（1）吊裝檢查處理。吊裝前，詳細(xì)檢查存儲(chǔ)與進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件，根據(jù)GB50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，檢查鋼構(gòu)件界面規(guī)格、孔距、尺寸、外觀，明確是否標(biāo)注中心線、長度、重量、標(biāo)高、軸線方向等。構(gòu)件如果出現(xiàn)超規(guī)范誤差，應(yīng)立即修正構(gòu)件。完成驗(yàn)收后，綁好構(gòu)件必要的操作平臺(tái)與鋼樓梯，并處理接口瑕疵，打磨毛邊、鐵銹。

（2）確定吊裝方案。根據(jù)施工條件與構(gòu)件情況確定吊裝方案，選擇地面預(yù)拼裝與構(gòu)件分散吊裝再進(jìn)行整體吊裝的方式，由于高空臨邊作業(yè)存在較大危險(xiǎn)，且吊裝設(shè)備為固定位置，無法應(yīng)用其他設(shè)備協(xié)助，因此，需分散吊裝部件，低空選擇整體吊裝。

（3）柱體吊裝。起吊中柱體反身傾角側(cè)面應(yīng)墊上輪胎，避免坡口和地面擠壓造成柱體破損，緩慢起鉤后，構(gòu)件重心和起重力處于相同水平線時(shí)，停止塔吊起鉤，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)大臂，繼續(xù)帶動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，松鉤至落實(shí)構(gòu)件。傾斜結(jié)構(gòu)則翻身立正，將鋼絲繩與吊環(huán)連接扣緊，起吊前進(jìn)行手拉葫蘆設(shè)置，起吊后地面用葫蘆預(yù)調(diào)傾斜角度。

（4）鋼梁吊裝。起吊鋼梁時(shí)，工人需明確安裝鋼梁部位，吊裝鋼梁至部位后對(duì)準(zhǔn)，保持穩(wěn)定，應(yīng)用全站儀進(jìn)行精準(zhǔn)定位，兩端打入沖釘，訂正梁位。在節(jié)點(diǎn)兩端分別采用1/3普通螺栓初步固定梁，利用尺子量取柱與梁的垂直度與水平度，符合規(guī)范則擰緊螺栓。完成獨(dú)立梁安裝后，可安裝次梁與小梁。鋼梁與核心筒連接時(shí)，應(yīng)將鋼梁一端利用螺栓連接鋼柱牛腿，另一端靠在埋件就位板上，安裝完高強(qiáng)度螺栓與埋件焊接后，割除就位板。

（5）吊裝不規(guī)則構(gòu)件。對(duì)于整體結(jié)構(gòu)或不規(guī)則構(gòu)件，應(yīng)先利用軟件構(gòu)建模型，尋找結(jié)構(gòu)重心，起吊中安裝吊繩，使塔吊吊鉤位于重心垂直線，緩慢起吊后，利用手拉葫蘆進(jìn)行構(gòu)件調(diào)整，維持傾斜或水平角度，固定在吊裝位置。

3.6 鋼結(jié)構(gòu)連接技術(shù)

（1）鋼板焊接。高層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件較大，工程鋼板較薄，采用氣體保護(hù)焊。工廠生產(chǎn)中，焊機(jī)焊接質(zhì)量穩(wěn)定，但現(xiàn)場(chǎng)人工操作的周圍環(huán)境不穩(wěn)定，應(yīng)做好質(zhì)量控制。組件接口焊接前，應(yīng)打磨切割面，直至露出金屬光澤，清除坡口兩側(cè)35mm距離內(nèi)的雜質(zhì)，并根據(jù)材料焊接要求調(diào)整電流，檢查保護(hù)氣體的流動(dòng)情況，確保氣路暢通，焊條使用時(shí)應(yīng)保持干燥，風(fēng)力超過2m/s時(shí)必須設(shè)置防風(fēng)罩。在后續(xù)焊接中，如果局部加熱不均勻，會(huì)產(chǎn)生變形和應(yīng)力。因此，應(yīng)加強(qiáng)溫度控制。首先對(duì)鋼焊縫兩側(cè)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱范圍應(yīng)超過焊縫厚度的1.5倍。焊接時(shí)，控制層間溫度保持在150～200℃，以降低冷卻速度。應(yīng)保持連續(xù)焊接操作。厚板應(yīng)選用多層多道焊接方法。對(duì)稱焊接應(yīng)遵循先短后長的順序。層間溫度應(yīng)與預(yù)熱溫度相同。應(yīng)進(jìn)行焊接和錘擊以消除應(yīng)力。焊接完成后，將焊縫加熱至230℃，保溫0.5～1h。

（2）螺栓連接。高層鋼結(jié)構(gòu)的螺栓連接主要用于梁柱和主次梁。其材料強(qiáng)度高，可施加大的預(yù)應(yīng)力，高強(qiáng)度螺栓能承受更大的載荷。連接施工前，應(yīng)對(duì)摩擦面進(jìn)行處理，確保摩擦面清潔干燥，無其他雜質(zhì)。如有銹蝕，用鋼絲清除。研磨范圍不得超過螺栓孔面積的4倍，以確保摩擦系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。檢查螺栓孔直徑，應(yīng)比螺栓直徑大2.5mm。鋼結(jié)構(gòu)吊裝就位后，用普通螺栓固定。校正后用高強(qiáng)度螺栓固定。擰緊操作應(yīng)分兩次完成。初始擰緊應(yīng)為70%預(yù)緊，最終擰緊應(yīng)為100%預(yù)緊。大六角螺栓最終控制力矩合格，扭剪螺栓梅花頭斷裂。按中間至兩側(cè)螺栓組順序擰緊，對(duì)稱擰緊兩側(cè)梁。螺栓連接完成后，檢查所有螺栓是否擰緊良好，避免漏擰，以確保連接質(zhì)量。

3.7 深化后期施工過程的科學(xué)性

鋼結(jié)構(gòu)后期的科學(xué)性深化能夠保證整個(gè)施工過程具備可實(shí)施性。由于鋼結(jié)構(gòu)后期的質(zhì)量管控非常重要，所以不管從哪個(gè)角度出發(fā)都應(yīng)該具有科學(xué)依據(jù)，并且相關(guān)工作人員也有必要提高工作的重視程度，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件的驗(yàn)收安裝都要進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，將質(zhì)量和安全落實(shí)在每一個(gè)環(huán)節(jié)里面，從而最大程度提高鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量保證。

當(dāng)前建筑工程的設(shè)計(jì)、施工以及驗(yàn)收等環(huán)節(jié)都在不斷完善，科學(xué)性與可靠性不斷提升。可以利用相關(guān)的科學(xué)技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行科學(xué)的質(zhì)量管控；還可以在鋼結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)過程中，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的深度設(shè)計(jì)和后期的預(yù)制安裝進(jìn)行監(jiān)督把控。其中，通過軟件將深度設(shè)計(jì)所涉及的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，然后再把設(shè)計(jì)出的構(gòu)件安裝組合最終得出詳細(xì)的數(shù)據(jù)圖和表格，為施工隊(duì)和采購部門提供更加精準(zhǔn)的信息和報(bào)價(jià)，從而在鋼結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)中起到質(zhì)量把控和工作效率的提升，進(jìn)而大大節(jié)約工期。鋼結(jié)構(gòu)的施工管理也離不開反復(fù)的科學(xué)性測(cè)驗(yàn)與模擬，這也恰恰說明科學(xué)性深化對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)后期的施工有很大的必要性。

4 結(jié)語

綜上所述，在鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)和質(zhì)量的管控中，要想更好地提高鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，就必須提高建筑行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和相關(guān)科學(xué)技術(shù)的結(jié)合以及對(duì)施工人員有效地管理?？茖W(xué)性與可靠性是質(zhì)量控制的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，只有將質(zhì)量控制貫穿于鋼結(jié)構(gòu)施工的全過程，才可以對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行細(xì)致的把控。同時(shí)，技術(shù)人員也要根據(jù)相應(yīng)規(guī)范和所學(xué)所知去認(rèn)真對(duì)待施工中的每一項(xiàng)任務(wù)，規(guī)范地管理現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真地現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，并且結(jié)合多年管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的人為控制和有序的施工把控才能更好地保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量管控，為進(jìn)一步突破鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的施工技術(shù)水平夯實(shí)基礎(chǔ)，最終為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更高的經(jīng)濟(jì)效益。