大跨度大截面型鋼混凝土鋼結(jié)構(gòu)的加工分段與安裝

摘 要：大跨度大型截面型鋼混凝土鋼結(jié)構(gòu)相較于一般跨度的常規(guī)截面鋼結(jié)構(gòu)工程具有施工成本高、工期長、質(zhì)量難控制和安全隱患大等特點，文章基于實際工程項目，提出了一種將大構(gòu)件減少分段數(shù)量加工成長構(gòu)件，選用多層合并分段安裝進行現(xiàn)場施工的方法，并對比分析了該方法與傳統(tǒng)加工方法對施工安全、質(zhì)量、成本及施工進度的影響。分析結(jié)果表明：對于大跨度大截面型鋼混凝土鋼結(jié)構(gòu)工程，采用構(gòu)件分段安裝方法可以減少現(xiàn)場拼接工作量，顯著降低施工成本，縮短施工工期。同時，在保證施工質(zhì)量的前提下減少了安全隱患，研究成果可供相關(guān)工程參考。關(guān)鍵詞：大跨度大型截面型鋼；型鋼加工；多層分段安裝；逐層分段安裝；鋼結(jié)構(gòu)吊裝

中圖分類號：TU758

1 項目概況

1.1 項目基本概況

建設(shè)項目建筑平面呈“V”形，地下二層，地上四層，自下至上依次為：-2F為設(shè)備用房，-1F為游泳池、健身房、乒乓球室和桌球室，1F、2F南段為商業(yè)區(qū)，北段為游泳池上空無樓板，3F南段為電玩城，北段為兩層通高的影院，共6個放映廳，4F南段為餐飲區(qū)。-2F層高6.5 m，-1F、1F、2F層高為6.0 m，3F、4F層高4.5 m。

型鋼柱位于北段游泳池部位，柱底自基礎(chǔ)底板至2F，總高度為25.7 m。型鋼梁位于游泳池上方2F，跨度為28.3 m。型鋼柱截面為H1 200×600×34×60、H800×600×30×40，型鋼梁截面為H1 900×600×30×60、H600×600×30×60、H500×500×20×30，柱、梁材質(zhì)均為Q390B，截面形式為焊接H型鋼。

1.2 施工現(xiàn)場條件

項目位于定西市新城區(qū)體育公園西側(cè)，周邊是城市主干道，交通便利，方便大構(gòu)件運輸和大型吊裝設(shè)備的進出場。

1.3 工程施工難點

根據(jù)施工圖設(shè)計和現(xiàn)場條件，本工程鋼結(jié)構(gòu)施工有以下難點需要克服：

（1）超大截面型鋼柱、型鋼梁的加工與分段；

（2）厚鋼板（40～60 mm）的焊接；

（3）超大截面型鋼柱、型鋼梁的現(xiàn)場吊裝和安裝；

（4）本工程施工現(xiàn)場復(fù)雜、施工成本控制嚴格、施工工期緊、施工質(zhì)量要求高。

2 鋼結(jié)構(gòu)的加工、運輸和安裝

2.1 經(jīng)過對比選擇合理的施工方案

根據(jù)現(xiàn)場條件和工程特點，以鋼構(gòu)件的現(xiàn)場拼接點和加工分段作為重點，再結(jié)合道路最大運輸尺寸，常用起重設(shè)備的起重量，起重設(shè)備現(xiàn)場站位，構(gòu)件進場堆放等方面編制了2種施工方案進行對比，第一種是常規(guī)逐層分段安裝法（圖1），第二種是多層合并分段安裝法（圖2）。

第一種方案：按照常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)安裝方法施工，將鋼柱按照建筑層數(shù)分為4段，鋼柱的分段拼接點一般選擇在梁高1.3 m左右，按此方案分段，一根鋼柱有3個拼接點，一榀型鋼框架4根鋼柱，柱拼接點12個，此做法屬常用施工法，符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）（2016年版）[1]的規(guī)定；將中間主跨型鋼梁分為3段，鋼梁的分段拼接點一般選擇在跨度的1/3處。兩邊側(cè)跨的型鋼梁不分段，梁拼接點為8個，每一榀型鋼框架合計20個拼接點。

第二種方案：將型鋼柱-2F至2F 4層合并為1根構(gòu)件，每根型鋼柱分為2段，只在離基礎(chǔ)底板頂面以上1.3 m處設(shè)1個拼接點，也方便安裝焊接作業(yè)，一榀型鋼框架4根鋼柱，柱拼接點4個；3根型鋼梁都不分段，梁拼接點為6個，每一榀型鋼框架合計10個接頭。按照這種方案分段后型鋼柱單段長23.05 m，加上懸臂梁段后總寬3.5 m，型鋼梁單段長23.25 m，雖然構(gòu)件比較長，選用長度17.5 m的拖掛卡車辦理超長、超寬大件運輸手續(xù)后可以進行公路運輸，實際增加運輸費用并不多。

經(jīng)過比較后最終選擇第二種既多層分段安裝法進行鋼結(jié)構(gòu)施工（表1），現(xiàn)場拼接點少不僅減少現(xiàn)場焊接量，還可以減少腹板連接螺栓和連接板的數(shù)量，最大的好處是整根型鋼柱、型鋼梁的整體性、安全性更好；還能縮短施工工期，降低施工成本，減少高空作業(yè)工作量，進一步降低施工安全隱患。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)的加工制作

2.2.1 鋼構(gòu)件加工工序

加工詳圖→材料采購→材料檢驗→鋼結(jié)構(gòu)加工→鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝→鋼結(jié)構(gòu)除銹→構(gòu)配件檢驗→整理全部工程資料→構(gòu)件入庫待運。

2.2.2 型鋼柱、型鋼梁的加工詳圖

加工詳圖以廣泛使用的Tekla詳圖軟件進行放樣，在詳圖放樣過程中，需要注意的重點：焊縫形式、穿筋孔位置、主筋連接套筒、栓釘?shù)奈恢煤蛿?shù)量。加工詳圖完成后需要與原設(shè)計單位再次進行核對。

2.2.3 材料采購

工程的材料為Q390材質(zhì)，為鋼結(jié)構(gòu)不常用材料，板厚分別為20、30、34、40、60 mm，按照圖紙設(shè)計和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》（GB 50017—2017）[2]規(guī)定，鋼厚度≥40 mm時其沿板厚方向斷面收縮率不小于按現(xiàn)行國家標準《厚度方向性能鋼板》GB/T 5313—2010[3]規(guī)定的Z15級允許限值。

2.2.4 材料檢驗

材料到廠后嚴格按照圖紙設(shè)計和規(guī)范[4]規(guī)定驗收，鋼板的品種、規(guī)格、性能應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準的規(guī)定并滿足設(shè)計要求。應(yīng)按國家現(xiàn)行標準的規(guī)定抽取試件且應(yīng)進行屈服強度、抗拉強度、伸長率和厚度偏差檢驗，檢驗結(jié)果應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準的規(guī)定。檢驗合格后方可進入下一道工序進行下料。

2.2.5 鋼結(jié)構(gòu)加工

加工工序：下料→組立→焊接（自動埋弧焊）→翼緣矯正→零配件鉚裝→除銹→檢驗→入庫。

鋼構(gòu)件焊接：工程H型鋼組合焊縫選用自動埋弧焊進行焊接，加勁板、連接板的焊接選用二保焊進行焊接；焊接材料的選用必須符合圖紙設(shè)計和《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661—2011）[5]的規(guī)定，手工焊焊條選用E5015/16系列，自動埋弧焊焊絲選用F48XX-H10Mn2系列，二保焊焊絲選用ER50-X；焊接H型鋼，翼緣板和腹板的拼接，只能長度方向進行拼接，拼接焊接工作應(yīng)在H型鋼組裝前進行，翼緣板拼接縫和腹板拼縫的間距應(yīng)大于200 mm以上；施工方在焊接前，必須先做好焊接工藝評定，然后進行焊接；焊條、焊劑等焊材在使用前按產(chǎn)品說明書規(guī)定進行烘焙，烘焙時間和溫度必須達到規(guī)定要求，并做好烘焙記錄。低氫型焊條經(jīng)烘焙后應(yīng)放入保溫桶內(nèi)，隨用隨取。保護氣體的純度必須要符合焊接工藝評定的要求。

組裝與預(yù)拼：鋼結(jié)構(gòu)組裝前應(yīng)按加工詳圖及其下料單，清點和檢查加工件的材質(zhì)、規(guī)格、數(shù)量和加工質(zhì)量，并將組件連接接觸部位和沿焊縫邊緣范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺、污垢等清除干凈；組裝時應(yīng)防止焊接變形，主要辦法有：大構(gòu)件需要設(shè)置支撐板，厚鋼板需要按照焊接工藝要求順序進行預(yù)熱、焊接，以及焊后保溫。

矯正：組合H型鋼因焊接產(chǎn)生的變形，用翼緣矯正機進行機械矯正，局部不平整構(gòu)件使用火焰矯正。

鋼構(gòu)件的除銹：鋼構(gòu)件采用拋丸方式除銹，進行拋丸除銹可以將鋼材表面的銹跡、雜質(zhì)徹底清除干凈，工程的除銹質(zhì)量等級為Sa2 1/2。

編號入庫：鋼構(gòu)件加工完成經(jīng)檢驗合格后，按照加工詳圖編號對鋼構(gòu)件加貼編號標簽和軋制鋼印，之后按照發(fā)貨順序和類型入庫堆放待運。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)的運輸

2.3.1 道路運輸

工程的型鋼柱單段長23.05 m，寬3.5 m，型鋼梁單段長23.25 m，鋼構(gòu)件選用公路運輸，從加工廠直接到施工現(xiàn)場，中途不必要轉(zhuǎn)運，運輸車輛選用長度17.5 m的拖掛卡車，屬于超長、超寬大件運輸，運輸前先勘查路線，之后在交管部門辦理超長、超寬大件運輸手續(xù)，并制定好相應(yīng)收發(fā)貨計劃。

2.3.2 現(xiàn)場準備工作

施工現(xiàn)場需要提前做好進入基坑的道路鋪填工作，清理好現(xiàn)場堆放區(qū)域，將吊車站位區(qū)域的地面填平壓實。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場安裝（吊裝）

2.4.1 現(xiàn)場安裝工序

型鋼柱柱腳錨栓預(yù)埋→型鋼柱下節(jié)柱安裝（圖3）→基礎(chǔ)筏板澆筑→上節(jié)柱安裝（圖4）→型鋼柱焊接→型鋼梁安裝（圖5、圖6）→型鋼梁拼接點焊接。

2.4.2 吊裝設(shè)備的選用

根據(jù)擬定的吊裝方案，經(jīng)過計算，本工程吊裝設(shè)備選用：型鋼柱H800×600×30×40用1臺50 t汽車吊進行吊裝，型鋼柱H1 200×600×34×60用1臺100 t汽車吊進行吊裝，型鋼梁H1 900×600×30×60用2臺100 t汽車吊同時進行抬吊，其他型鋼梁選用1臺50 t汽車吊進行吊裝。

2.4.3 型鋼柱的安裝

鋼柱吊裝前對基礎(chǔ)預(yù)埋件的尺寸、標高、平整度、垂直度進行驗收，合格后按照圖紙進行標識，同時將施工爬梯和攬風繩等提前固定在鋼柱預(yù)定位置并連接牢固，檢查無誤后，才能進入下一道工序進行吊裝。

型鋼柱H800×600×30×40用1臺50 t汽車吊進行吊裝，型鋼柱H1 200×600×34×60用1臺100 t汽車吊進行吊裝。每個鋼柱吊裝柱頂在加工廠焊接兩個吊耳，用吊環(huán)將鋼絲繩和吊耳連接，不得將鋼絲繩直接穿入吊耳起吊，起吊時先將鋼柱吊離地面0.5 m左右時停下檢查吊具，檢查無誤后繼續(xù)起吊，當鋼柱起吊垂直，柱底離地面0.5 m左右，將鋼柱慢慢下降，放入預(yù)埋錨栓位置，纜風繩固定好、柱底錨栓螺母擰緊后，方可撤除吊車。

鋼柱垂直度的校正，用2臺經(jīng)緯儀在2個方向同時觀測，每一鋼柱安裝，必須在底部軸線觀察矯正，由下向上觀察偏差（柱上部在吊裝前做好中線標記，如視線障礙，采用彎角鏡），鋼柱安裝垂直度必須要符合小于H/1000的規(guī)范要求。

纜風繩的設(shè)置：每根鋼柱的4個方向均拉1根纜風繩，纜風繩選用Ф15 mm鋼絲繩，纜風繩用5 t手拉葫蘆拉緊后固定鎖死。在鋼柱垂直度符合質(zhì)量允許范圍后，再將柱腳錨栓的螺母擰緊，將柱底板與基礎(chǔ)面之間的楔鐵楔緊與柱子焊接牢固。

纜風繩拉設(shè)高度約為鋼柱高度的2/3位置處或柱頂位置。下部固定在相鄰近位置的柱腳上，沒有柱腳可固定的，在地面上放置重物或者地錨固定。纜風繩的解除應(yīng)在整體結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系后拆除。

2.4.4 型鋼梁的安裝

中間跨的大鋼梁吊裝用2臺100 t汽車吊同時起吊的方法吊裝，邊跨的鋼梁用1臺50 t汽車吊安裝。吊具固定在梁上加工預(yù)留好的吊耳上，構(gòu)件起吊到位后將吊車鎖死，之后將腹板連接高強螺栓固定，并擰緊后方能松鉤。螺栓不可錘擊等強行穿入，穿入率應(yīng)該保證在90%以上，無法穿入的用磁力鉆鉆孔，不得用火焰切割的方法。

為了防止鋼梁銳邊割斷鋼絲繩，采用專用夾具進行吊裝，一般吊索角度不得小于45°。

2.5 現(xiàn)場施工焊接

現(xiàn)場焊接質(zhì)量是本工程重要的質(zhì)量控制點，焊接方法、焊材選用、焊接工藝等必須要符合圖紙設(shè)計和規(guī)范要求。

2.5.1 焊接方法

工程現(xiàn)場焊接選用手工焊進行焊接。

2.5.2 焊材選用

手工焊焊條選用E5015/16系列。

2.5.3 焊接工藝

工程所用鋼材為Q390B材質(zhì)，厚度20～60 mm，按照規(guī)范[5]要求焊接前需要進行母材預(yù)熱，預(yù)熱溫度：20≤t≤40時最低60°，40＜t≤60時最低80°。預(yù)熱方法選用乙炔氣火焰加熱法。

2.5.4 焊接要求

焊接前對焊口尺寸、坡口質(zhì)量、引弧板、焊條規(guī)格、焊條等級、保護氣體等進行檢查，必須符合要求，電焊條如有：藥皮剝落、焊劑變質(zhì)、生銹發(fā)霉等不得使用；電焊條必須按照要求烘干，烘干后的電焊條需要放在保溫筒內(nèi)，焊接時用多少取多少，不得提前取出。

襯板和引弧板應(yīng)按加工圖制作配備，焊前對坡口形式和尺寸進行檢查，將焊道內(nèi)的浮銹、雜物等清理干凈，符合要求才能施焊。

2.5.5 鋼柱的焊接

因本工程每根鋼柱只有1個接頭，焊接部位是鋼柱翼緣板，由2個電焊工從兩邊翼緣板同時施焊。拼接點離基礎(chǔ)底板面高1.3 m，非常方便焊接，所以不需要搭設(shè)焊接施工平臺。

2.5.6 鋼梁的焊接

工程鋼梁的焊接是梁柱連接點的翼緣板焊接，并且在高空施焊，用鋼管做2個吊籠掛在鋼梁兩側(cè)，施工人員站在籠內(nèi)施工，吊籠外包彩條布用以擋風。鋼梁的焊接順序，一般先焊接下翼緣，后焊接上翼緣。

焊縫形式必須符合圖紙設(shè)計要求，焊縫余高、焊口寬度、焊接順序必須符合要求，如檢查不符合時需及時修正，應(yīng)將所有焊接的實際尺寸按構(gòu)件編號繪制圖表列明。

電焊工必須持證上崗，嚴禁無證操作，施焊前還需要在工地試焊檢驗，滿足要求才能進行焊接工作。

氣候和溫度對焊接質(zhì)量的影響很大，為保證焊接質(zhì)量，有以下要求：

（1）原則上雨雪天室外停止焊接；

（2）風速超過10 m/s不得進行焊接；

（3）冬季施工氣溫低于-4 ℃時，焊接應(yīng)采取保護措施，焊接前須將施焊區(qū)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度按照焊接工藝要求，焊接完成后用火焰加熱到200 ℃后再用石棉氈包好保溫，讓焊縫慢慢降溫。

2.6 工程質(zhì)量的檢驗

工程質(zhì)量檢驗的主要項目：原材料、加工質(zhì)量、安裝精度、高強螺栓、焊接質(zhì)量，以上項目必須嚴格按照《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB 50205—2020）[4]的規(guī)定驗收，合格后方可進入下一道工序施工。

2.6.1 原材料

按照圖紙設(shè)計和規(guī)范要求進行檢查、復(fù)檢和試驗。

2.6.2 加工質(zhì)量和安裝精度

按照《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB 50205—2020）[4]的規(guī)定驗收。

2.6.3 高強螺栓

高強度螺栓的品種、規(guī)格、性能應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準的規(guī)定并滿足設(shè)計要求。高強度大六角頭螺栓應(yīng)隨箱帶有扭矩系數(shù)檢驗報告，高強度螺栓進場時，應(yīng)按國家現(xiàn)行標準的規(guī)定抽取試件且應(yīng)分別進行扭矩系數(shù)和緊固軸力（預(yù)拉力）檢驗，檢驗結(jié)果應(yīng)符合國家現(xiàn)行標準的規(guī)定。

2.6.4 焊接質(zhì)量

焊縫表面檢驗和無損檢測：當焊接結(jié)束后，應(yīng)對焊縫外觀先進行檢查，焊縫外觀均勻，不得有裂紋、未融合、夾渣、焊瘤、咬邊、弧坑和氣孔等缺陷，焊接區(qū)無飛濺殘留物。本工程現(xiàn)場焊接焊縫質(zhì)量等級為一級，所有焊縫100%進行無損檢測，采用超聲波檢測時，外觀質(zhì)量必須符合現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661—2011）[5] 的規(guī)定。

3 工程所選用安裝方案的優(yōu)勢和結(jié)果

經(jīng)過實際工程施工，將大構(gòu)件減少分段數(shù)量加工成為長構(gòu)件，選用多層合并分段安裝法進行現(xiàn)場施工，可以減少現(xiàn)場拼接點和焊接量，減少了高空施工工作量，還能減少施工操作平臺的搭設(shè)費用，也減少了相應(yīng)的安全防護措施，工程完工后得出結(jié)論：大跨度大截面型鋼混凝土鋼結(jié)構(gòu)工程選用切實可行的安裝方案和合理鋼構(gòu)件分段，可以降低施工成本、縮短施工工期、保證施工質(zhì)量、減少安全隱患，因此更具有社會經(jīng)濟效益和工程實際推廣應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

在類似大跨度、大截面鋼結(jié)構(gòu)施工中，根據(jù)工程本身特點、現(xiàn)場實際情況、工期進度安排等因素，應(yīng)該進行多種施工方案的對比，才能遴選出最優(yōu)、最合適的安裝方案。

參考文獻：

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[2]" 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準：GB 50017—2017[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

[3]" 中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會.厚度方向性能鋼板：GB/T 5313—2010[S]. 北京：中國國家標準化管理委員會，2010.

[4]" 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準：GB 50205—2020[S]. 北京：中國計劃出版社，2020.

[5]" 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范：GB 50661—2011[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.