鋼框架偏心支撐結(jié)構(gòu)安裝工藝研究

龐根想

框架結(jié)構(gòu)在工業(yè)和民用建筑領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。中心支撐框架是最常用的框架結(jié)構(gòu)形式，但是此結(jié)構(gòu)屬于單一抗側(cè)力體系，梁柱的抗側(cè)力剛度較小，一旦發(fā)生地震可能會使其產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。而偏心支撐框架具有良好的抗震性能，其利用支撐與梁間的耗能梁段進行耗能，能夠有效避免支撐位置過早發(fā)生屈曲[1-3]。由于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，安裝難度較大，導(dǎo)致安裝過程中的注意事項較多。因此，為了確保結(jié)構(gòu)的正確安裝和有效應(yīng)用，需要深入分析其安裝工藝。

1 工程概況

某建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化園區(qū)4#樓總建筑面積為16000 m2，包括A、B 和C 棟樓。其中，A 棟樓采用鋼筋混凝土裝配整體式框架鋼支撐結(jié)構(gòu)體系；B 棟樓采用鋼框架偏心支撐結(jié)構(gòu)體系；C 棟樓采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系。這3 棟樓除了電梯井道周邊的墻體，其他內(nèi)墻均采用蒸壓輕質(zhì)混凝土（Autoclaved Lightweight Concrete，ALC）板。

ALC 板的厚度為150 ～300 mm，強度等級為A5.0，密度級別為B06，抗沖擊性應(yīng)不少于5 次，單點吊掛力應(yīng)不小于1000 N，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.14 W/（m·K），含水率為25%。

B 棟樓地上9 層、地下1 層，主體結(jié)構(gòu)標(biāo)高為38.88 m，機房層結(jié)構(gòu)標(biāo)高為42.18 m，東西方向跨距為29.4 m，南北方向的跨距為42.0 m。主體框架由30 根箱型柱和鋼梁組成，鋼梁的最大跨度為8.4 m，最大安裝高度為42.18 m。樓面采用鋼管桁架+PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板（以下簡稱PK板），抗震等級為三級，混凝土等級為C30。鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)均為Q355B。

2 鋼框架偏心支撐結(jié)構(gòu)的安裝流程

框架偏心支撐結(jié)構(gòu)安裝流程，如圖1 所示。施工準(zhǔn)備階段的工作內(nèi)容包括技術(shù)交底、準(zhǔn)備施工機具與材料以及明確施工程序、施工方法和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。

圖1 框架偏心支撐結(jié)構(gòu)安裝流程（來源：網(wǎng)絡(luò)）

在材料和基礎(chǔ)驗收階段，要嚴(yán)格把控鋼材料和焊接材料的質(zhì)量，仔細復(fù)核基礎(chǔ)和預(yù)埋件的位置。鋼柱、鋼梁等構(gòu)件的預(yù)制包括原材料驗收、存放、放樣、下料、制孔、焊接、組裝、焊接與再矯正以及防銹涂漆等諸多工序。鋼結(jié)構(gòu)安裝階段的工作內(nèi)容主要包括安裝箱型柱、安裝鋼梁以及對應(yīng)的焊接工作。

PK 板及其附件安裝包括運輸、存放和吊裝墻板、清理工作面、放線、安裝固定件、檢查校正、安裝及固定條板、防銹處理以及修補缺損等工序。在安裝過程中，影響安裝質(zhì)量的關(guān)鍵因素為鋼柱和鋼梁等鋼構(gòu)件的預(yù)制生產(chǎn)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼梁的安裝以及PK 板的安裝[4]。

3 鋼框架安裝工藝

3.1 鋼構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)

鋼構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)流程：生產(chǎn)準(zhǔn)備—材料進場及試驗—原材料矯正—放樣—下料—拼接組件—檢驗—制孔—除銹和刷漆，如圖2所示。在鋼構(gòu)件制作過程中，最重要的環(huán)節(jié)是組件拼接，此環(huán)節(jié)包括焊接、組立組裝和焊接與矯正3 個步驟。

圖2 鋼構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)流程（來源：作者自繪）

3.1.1 焊接

在焊接過程中，要注意焊接部位的焊縫類型。鋼柱、鋼梁和支撐對接接頭部位的焊縫應(yīng)為全焊透一類焊縫，翼緣與腹板之間的焊縫應(yīng)為全焊透二類焊縫。懸挑梁根部和翼緣、腹板與支座或預(yù)埋件的焊縫均為全焊透對接與角接組合焊縫。

鋼梁加勁肋與翼緣和腹板的焊縫應(yīng)為部分焊透的對接與角接組合焊縫或角焊縫，箱型柱壁板之間的焊縫應(yīng)為部分焊透焊縫。角焊縫采用磁粉探傷檢測，檢測比例為10%。其他焊縫采用超聲波檢測，全焊透一類焊縫的檢測比例為100%，全焊透二類焊縫、部分焊透焊縫和交接組合焊縫的檢測比例均為20%。

在進行板材定位焊接時，焊接電流應(yīng)比正常電流高10%～15%，以便減少夾渣量。當(dāng)鋼板厚度超過12 mm時，焊縫長度應(yīng)控制在1.5 ～3.0 cm，間距應(yīng)控制在20 ～30 cm，高度應(yīng)約為6 mm。定位焊完成后，需要核對焊縫長度和位置等，核對無誤后使用自動埋弧焊機進行正式焊接。

為了防止焊接位置變形，應(yīng)按照“先主焊縫、后次焊縫，先對稱焊縫、后非對稱焊縫”的順序進行焊接。當(dāng)構(gòu)件尺寸較大時，應(yīng)采取分層、分段或間斷焊的焊接方式，并保持焊接的電流、速度和方向一致。對于變形較大的構(gòu)件，可以采用火焰法進行矯正，對于局部變形的構(gòu)件，可以用火焰加熱其外鼓部位加以矯正。

3.1.2 組立組裝

鋼構(gòu)件的組裝定位采用斷續(xù)焊的方式，焊接長度應(yīng)控制在3 ～5 cm，且不應(yīng)大于設(shè)計焊縫的2/3。焊縫間距保持一致，確保焊接部位的強度和剛度。組裝定位完成后，檢查間隙錯位、垂直度、角度及平行度等指標(biāo)，確認(rèn)指標(biāo)合格后可進行正式組裝和焊接。

3.1.3 焊接與再矯正

組立組裝完成后，應(yīng)使用門式埋弧焊機來焊接H 型鋼，焊條應(yīng)選擇低氫鉀型焊條，嚴(yán)禁使用藥皮脫落、污損、變質(zhì)、吸濕、結(jié)塊和生銹的焊條。焊接時應(yīng)根據(jù)鋼板的規(guī)格、尺寸和工藝要求，確定焊絲、電流、電壓和焊接速度。焊接完成后，應(yīng)對因受熱不均勻?qū)е碌淖冃尾课贿M行矯正。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝

3.2.1 箱型柱安裝

首先，采用人工抬升輔助就位的方式將鋼柱移動至合適位置，并使用單機旋轉(zhuǎn)法將其吊運至拼接短柱上方。其次，將鋼柱對準(zhǔn)短柱中心線進行安裝，在垂直度和標(biāo)高達到要求后，用高強度螺栓對其進行臨時固定，并復(fù)核各項參數(shù)，參數(shù)無誤后解除吊裝繩索。最后，由2 名焊工以對稱焊接的方式，從中心向兩端勻速焊接。熔池中鐵水與熔渣的距離應(yīng)保持一致，以2 ～3 mm 為宜。

對于板厚超過20 mm 的碳鋼和板厚超過25 mm 的低合金鋼，焊接前需要對其進行預(yù)熱處理，處理范圍以焊縫中心為基準(zhǔn)，每邊不應(yīng)小于焊件厚度的2 倍，且不應(yīng)小于10 cm。角焊縫的起落弧點應(yīng)位于焊縫端部，且不應(yīng)小于10 mm。對接焊縫和對接與角接組合焊縫，應(yīng)在焊縫兩端設(shè)置引弧板和引出板，焊接時必須在引弧板上引弧后，再將電弧移動至焊縫區(qū)進行焊接。

若需要中途接頭，則應(yīng)在焊縫接頭前15 ～20 mm 處打火引弧，焊件預(yù)熱后將焊條退回焊縫起始處，把熔池填充至要求厚度后方可施焊。立焊、橫焊和仰焊的焊接電流應(yīng)比平焊低10%～15%。

箱型柱柱腳底座中心線與定位軸線的偏移和同層構(gòu)件頂部高度的偏差，應(yīng)控制在5 mm 以內(nèi)。單層鋼構(gòu)件的垂直度偏差應(yīng)控制在H/1000 以內(nèi)，且不應(yīng)大于10 mm，多層和高層主體結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件的整體垂直度偏差應(yīng)控制在H/2500 以內(nèi)，且不應(yīng)大于30 mm（H為鋼構(gòu)件高度）。鋼柱吊裝和校正完成3 d 內(nèi)，應(yīng)對柱底板和基礎(chǔ)進行灌漿處理，灌漿料采用C40 混凝土[5]。

3.2.2 鋼梁安裝

箱型柱安裝完成后，應(yīng)及時安裝鋼橫梁，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼梁扶正采用兩點翻身起板法，并由施工人員使用短鋼管和方木進行輔助。鋼梁吊裝前，應(yīng)進行多次試吊。將鋼梁提升并旋轉(zhuǎn)至設(shè)計位置后，應(yīng)該增加4根纜風(fēng)繩和若干扭剪型高強度螺栓，用于臨時固定安裝節(jié)點。板的螺栓擰緊應(yīng)從中心向四周依次進行。H 型鋼節(jié)點的螺栓擰緊順序為上翼緣—下翼緣—腹板，同一梁柱的擰緊順序為先上梁柱后下梁柱。由于本工程節(jié)點處的高強度螺栓數(shù)量較多，在安裝時應(yīng)用螺栓暫時固定鋼梁。鋼梁安裝完成后，依次焊接節(jié)點。鋼梁安裝示意圖，如圖3 所示。

圖3 鋼梁安裝示意（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.2.3 鋼結(jié)構(gòu)涂裝

在鋼結(jié)構(gòu)涂裝過程中，需注意施工環(huán)境，環(huán)境溫度應(yīng)處于10 ～30 ℃，相對濕度不應(yīng)高于80%。涂裝前，需要對鋼結(jié)構(gòu)表面進行除銹，除銹標(biāo)準(zhǔn)為Sa2.5，并在除銹完成后12 h內(nèi)噴涂底漆。底漆用二度防銹漆。本工程鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級為二級，梁、板及柱的耐火極限分別為1.5 、1.0 和2.5 h，因此要在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷防火涂料。涂刷防火涂料時，高強度螺栓連接部位的涂料厚度不應(yīng)小于相鄰構(gòu)件的涂料厚度。

3.3 PK板安裝施工

PK 板案安裝施工流程如下：

1）疊合板進場與堆放。堆放材料的時候，應(yīng)該在鋼管桁架下方設(shè)置20 cm×10 cm×10 cm 的墊木。PK 板的堆放層數(shù)不應(yīng)超過6 層，若堆放場地的地質(zhì)條件較差，則堆放層數(shù)不應(yīng)超過4 層，并且放置時間不應(yīng)超過60 d[6-10]。

2）設(shè)置底板支撐。在底板的兩端0.5 m 處各設(shè)置1 道支撐，當(dāng)PK 板跨度為2.1 ～3.3 m 時，無須在中間設(shè)置固定支撐；當(dāng)跨度為3.3 ～4.8 m 時，需要在中間設(shè)置1 道固定支撐；當(dāng)跨度為4.8 ～6.6 m 時，需要在中間設(shè)置2道固定支撐；當(dāng)跨度為6.6～9.0 m時，需在中間設(shè)置3 道固定支撐。固定支撐的間距應(yīng)保持一致。

3）吊裝。吊裝時，應(yīng)以PK 板上標(biāo)識的吊點為起吊點，并保持吊索與PK 板之間的水平夾角不小于60°。當(dāng)?shù)觞c數(shù)量超過4 個時，應(yīng)該采用專用的吊具進行吊裝，以保證吊點受力均勻。

4）設(shè)置樓板預(yù)留孔洞。PK 板材的預(yù)留孔位置應(yīng)避開桁架和預(yù)應(yīng)力鋼筋，直徑或邊長不應(yīng)超過12 cm。若必須預(yù)留尺寸較大的預(yù)留孔，則需要在孔洞周圍增設(shè)加強筋。

5）板間防漏漿封堵。通過預(yù)制底板頂面的橫向鋼筋連接PK 板，并在板材拼縫處依次施工1 cm厚抹平膩子、1 道耐堿網(wǎng)格布以及1 道2 ～3 cm 厚的膩子。

6）布置鋼筋和管線。疊合層澆筑前，應(yīng)按照要求布置鋼筋和管線，待檢查合格后方可澆筑混凝土。

7）澆筑疊合層混凝土。澆筑過程中應(yīng)避免出現(xiàn)材料集中堆載的現(xiàn)象。澆筑時，澆筑層荷載與施工荷載之和不應(yīng)大于1.5 kN/m2。澆筑完成后，混凝土的養(yǎng)護時間不應(yīng)低于7 d。

8）拆除板間支撐。在混凝土100%達到設(shè)計強度后，方可拆除支撐。PK 板的安裝工藝流程，如圖4 所示。

圖4 PK 板安裝工藝流程（來源：作者自繪）

4 結(jié)語

鋼框架+預(yù)應(yīng)力混凝土鋼管桁架疊合板的裝配式結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、施工進度快、造價低和抗裂性好的優(yōu)勢，其經(jīng)濟和社會效益明顯。本文以框架-偏心支撐結(jié)構(gòu)的施工工藝為研究對象，詳細闡述了鋼框架安裝工藝和PK 板安裝工藝，并提出了安裝過程中的注意事項，以期為配式建筑的施工提供借鑒。