鋼結構技術(shù)論文
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展，科技進(jìn)步，工業(yè)化程度越來(lái)越高，工業(yè)建筑領(lǐng)域使用大噸位，大跨度的工業(yè)廠(chǎng)房越來(lái)越多，鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房具有自重輕，跨度大，強度高，性能穩定，抗震性能好，安裝簡(jiǎn)便，造價(jià)低，施工周期短，造型美觀(guān)、現代感強，污染少和等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的被應用于現代重工業(yè)廠(chǎng)房中，因而逐漸取代了笨重的鋼筋混凝土結構。但其設計和構造相對復雜，現就該類(lèi)結構進(jìn)行初步探討。
關(guān)鍵詞 大噸位 大跨度 工業(yè)廠(chǎng)房
1 引言
山東北車(chē)風(fēng)電有限公司2010年施工的塔筒廠(chǎng)房，工裝法蘭廠(chǎng)房
建筑規模：長(cháng)度478m（露天169米），寬144.5m檐口高度19.85m
起 重 機：雙層32-80T橋式起重機
結構形式：?jiǎn)慰?0m~37m，單層全鋼結構，柱距8m~9m，屋面坡度5%
見(jiàn)圖1
圖1 大型鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房施工 平面圖
主體鋼結構施工包括鋼柱、吊車(chē)梁、鋼梁、的校正、焊接、吊裝、和高強螺栓固定、壓型鋼板安裝等工序。
2 施工過(guò)程：
鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房的施工分兩部分：1.工廠(chǎng)制作；2.工地安裝。
2.1件在工廠(chǎng)制作
對能批量加工，需要大型設備的部件制作都放在專(zhuān)業(yè)鋼結構工廠(chǎng)制作，制作完成后運到工地現場(chǎng)安裝，這也是鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房的施工區別混凝土結構施工的重要一點(diǎn)。
2.1.1放樣過(guò)程
放樣是鋼結構制作工藝中的第一道工序，只有放樣尺寸精確，方可避免以后各加工工序的累積誤差，才能保證整個(gè)工程的質(zhì)量，因此對放樣工作，必須注意以下幾個(gè)環(huán)節：放樣前必須熟悉圖紙，并核對圖紙各部尺寸有無(wú)不符之處，與土建和其他安裝工程有無(wú)矛盾，核對無(wú)誤后方可按施工圖紙上的幾何尺寸、技術(shù)要求，按照1:1的比例畫(huà)出構件相互之間的尺寸及真實(shí)圖形。樣板制出后，必須在上面注上圖號、零件名稱(chēng)、件數、位置、材料牌號、規格及加工符號等內容，使下料工作不致發(fā)生混亂，同時(shí)，必須妥善保管樣板防止折疊和銹蝕，以便進(jìn)行校核。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，防止由于下料不當造成廢品，樣板應注意適當預放增加余量。利用XSTEEL鋼結構細化軟件，對鋼結構進(jìn)行整體深化設計，縮短了深化周期，提高了準確性，減少了材料損耗，經(jīng)濟效益明顯。
2.1.2拼接過(guò)程
拼板時(shí)應注意：①適當放出余量，這是由于下料切割時(shí)焊縫有一定的收縮量，自動(dòng)切割縫為2mm，手工切割縫為3mm；②拼板焊接前應清除焊縫口銹蝕、油跡、毛刺等，按要求開(kāi)好坡口，單面坡口50°～60°之間，純邊高度1.5mm～2mm，焊縫、焊劑、焊絲保證清潔確保焊接質(zhì)量。
2.1.3CNC（數控機床）切割
（1）CNC切割必須按照下料圖要求制作角度樣板，經(jīng)檢查無(wú)誤后方可使用；
（2）考慮割切、焊接的收縮余量及組裝誤差，長(cháng)度一般應放20mm～30mm，切割寬度誤差±1mm；
（3）編程后，切割機應空機運行，檢查并記錄運行軌跡是否與下料尺寸相符，無(wú)誤后即可切割；
（4）根據板厚隨時(shí)調節火焰大小、氧氣壓力和切割速度，確保切口光順平滑；
2.1.4組立過(guò)程
（1）當翼腹板有對接焊縫時(shí)，組立應注意翼腹板焊縫錯開(kāi)200mm以上。
（2）確保腹板對翼板的中心線(xiàn)垂直度偏差為b/100且≤2mm，中心線(xiàn)偏移≤1mm。翼腹板間隙應≤0.8mm，以滿(mǎn)足埋弧焊的需要。
（3）定位焊間距一般為300mm～400mm，焊縫高度不超過(guò)設計縫厚度的2/3，焊條型號應與構件材質(zhì)相匹配。
梁柱連接為弧形板加強全焊節點(diǎn)，節點(diǎn)區域受力大，質(zhì)量要求高，采用等離子弧焊工藝和二氧化碳氣體保護焊，減小焊接變形和殘余應力，確保焊接質(zhì)量。
2.1.5鋼結構制孔
制孔鋼結構安裝時(shí)所留A、B級螺栓孔應具有H12的精度，孔壁表面的粗糙度Ra不應大于12.5μm，螺栓孔的允許偏差超過(guò)上述標準，不得用鋼塊填塞，可采用與母材料性質(zhì)匹配的焊條補焊，再重新制孔。制孔方法采用鋼模鉆孔，各種鉆孔全部采用鉆床鉆孔以提高工作效率，保證構件的質(zhì)量。
2.2鋼構件在工地安裝
2.2.1地腳螺栓的埋設
底板在土建施工的同時(shí)要穿插地腳螺栓的埋設或插入鋼柱的安裝，鋼柱埋設或地腳螺栓就位后土建單位才進(jìn)行相關(guān)施工。地上部分全鋼結構施工，鋼結構先行，土建、安裝等單位隨后。但是鋼結構的施工必須與土建單位密切配合，這樣既有利于整體結構的穩定性，也有利于整體施工的流水作業(yè)。
鋼柱生根在埋設的地腳螺栓或直接安裝在鋼梁上。每一根鋼柱一般由6根或8根螺栓組成。安裝時(shí)需要每組螺栓組合在一起，整體進(jìn)行埋設。埋設步驟如下：測量放線(xiàn)：首先根據原始軸線(xiàn)及標高控制點(diǎn)對現場(chǎng)進(jìn)行軸線(xiàn)和標高控制點(diǎn)的延引，然后根據控制線(xiàn)測放出的軸線(xiàn)再測放出每一個(gè)埋件的中心十字交叉線(xiàn)和至少兩個(gè)標高控制點(diǎn)；每一根鋼柱預埋螺栓的框架全部預先進(jìn)行加工制作，采用角鋼將預埋螺栓固定為一個(gè)整體。預埋螺栓的制作精度要求預埋螺栓中到中的間距≯2mm，預埋螺栓頂端的相對高差≯2mm；埋螺栓在底板鋼筋綁扎過(guò)程中，根據測放出的軸線(xiàn)，將預埋螺栓整體就位。首先找準埋件上邊四根固定角鋼的縱橫向中心線(xiàn)，使其與測量定位的基準線(xiàn)吻合，然后用水準儀測出埋件四個(gè)角上螺栓頂面的標高，高度不夠時(shí)在埋件下四個(gè)角用鋼筋或者角鋼抄平。
預埋螺栓埋設質(zhì)量不僅要保證埋件埋設位置準確，更重要的是固定支架牢固，為了防止在澆灌砼時(shí)埋件產(chǎn)生位移和變形，除了保證埋件整體框架有一定的強度以外，還必須采取相應的加固措施，先把支架底部與底板鋼筋綁扎固定，四邊加設剛性支撐，一端連接整體框架，另一端綁扎在底板的鋼筋上；待底板鋼筋綁扎完畢，再把預埋件與底板構造鋼筋焊接為一個(gè)整體，在螺栓固定后對埋件的位置及標高進(jìn)行復測。
地腳螺栓在砼澆灌前應再次復核，確認其位置及標高準確、固定牢靠后方可進(jìn)入；螺紋上涂黃油并包上塑料紙，澆灌過(guò)程中，要派專(zhuān)人對其進(jìn)行監控，對澆注過(guò)程中出現位移和偏差的埋件，用倒鏈或千斤頂在砼初凝前及時(shí)糾正；地腳螺栓的埋設精度，直接影響到結構的安裝質(zhì)量，所以埋設前后必須對預埋螺栓的軸線(xiàn)、標高及螺栓的伸出長(cháng)度進(jìn)行認真的核查、驗收。標高以及水平度的調整一定要精益求精。對已安裝就位的地腳螺栓，嚴禁碰撞和損壞，鋼柱安裝前要將螺紋清理干凈，對已損傷的螺牙要進(jìn)行修復。土建施工時(shí)一定要注意成品保護，避免使安裝好的地腳螺絲松動(dòng)，移位。
2.2.2鋼柱吊裝
2.2.2.1鋼柱吊裝就位 順序 見(jiàn)圖2
圖2 大型鋼結構工業(yè)廠(chǎng)房施工 鋼柱吊裝就位順序
鋼柱的安裝需在埋設地腳螺栓澆灌完砼后。安裝鋼柱時(shí)預留部分后澆灌砼 見(jiàn)圖3，最后固定。安裝前要對預埋件進(jìn)行復測，并在基礎混凝土上進(jìn)行放線(xiàn)。根據鋼柱的底標高調整好螺桿上的螺帽，并在鋼柱上打好沖眼，以方便校正。然后鋼柱直接安裝就位。鋼柱的起吊，采用單機回轉法。起吊前，鋼柱應橫放在墊木上，柱腳板位置墊好方木，起吊時(shí)，不得使柱子在地面拖拉，必須邊起鉤、邊轉臂使鋼柱垂直離地。
鋼柱吊升到位后。首先將鋼柱底板穿入地腳螺栓，放置在調節好的螺帽上，并將柱的四面中心線(xiàn)與基礎放線(xiàn)中心線(xiàn)對齊吻合，四面兼顧，中心線(xiàn)校準確，使偏差控制在規范許可的范圍以?xún)葧r(shí)，穿上壓板，將螺栓擰緊。埋入式柱腳安裝 見(jiàn)圖4，就位后，需用墊鐵調整準確標高。用經(jīng)緯儀進(jìn)行柱子垂直度的校正。鋼柱吊裝插入基坑就位后，柱子校正工作主要是對標高進(jìn)行調整和垂直度進(jìn)行校正 見(jiàn)圖5：它的校正方法采用纜風(fēng)繩、螺旋千斤頂 見(jiàn)圖6、正反螺紋撐桿、大型撬杠，對鋼柱施加拉、頂、撐或撬的垂直力和側向力，同時(shí)采用不等厚墊鐵，在柱板與基礎之間調整校正后固定。
利用設置在縱橫軸線(xiàn)上的兩臺經(jīng)緯儀，對柱子的水平位置進(jìn)行處理，確認無(wú)誤后進(jìn)入下一步工作。見(jiàn)圖6
鋼柱校正完畢后，應及時(shí)催促土建單位對柱底板和基礎頂面之間的空隙進(jìn)行混凝土二次澆灌。鋼柱定位后應及時(shí)將墊板、螺帽與鋼柱底板點(diǎn)焊牢固。
2.2.3柱間支撐安裝
吊裝時(shí)避免散件安裝時(shí)對操作腳手要求，減少高空拼裝和可能產(chǎn)生的變形，柱柱間支撐拼成整體吊裝，柱間支撐盡量在工廠(chǎng)進(jìn)行分片分段拼裝，分片分段運至施工現場(chǎng)，現場(chǎng)對分段的支撐進(jìn)行組裝后吊裝。不便在工廠(chǎng)進(jìn)行拼裝的柱間支撐，現場(chǎng)拼裝位置在吊裝位置附近進(jìn)行，地面拼裝應完成全部的焊接連接。以方便吊裝和減少高空散件安裝為基本原則。
為便于拼裝和吊裝，本工程柱間支撐的拼裝采用分片拼裝和吊裝，如A軸線(xiàn)上柱間支撐分片拼裝和吊裝的分片 見(jiàn)圖7：
柱間支撐的拼裝采用在地面臥拼的方式拼裝，拼裝主要應保證桿件的接口位置準且，外形尺寸與圖紙吻合，對角線(xiàn)尺寸正確無(wú)誤。
先吊裝下支撐，后吊裝上支撐，柱間支撐的吊裝在鋼柱吊裝完成，并校正完畢后進(jìn)行，柱間支撐的吊裝放在吊車(chē)梁系統安裝之前。
2.2.4吊車(chē)梁吊裝
吊車(chē)系統的安裝。吊車(chē)梁的安裝必須嚴格按規范從柱間支撐跨進(jìn)行，因為柱間支撐安裝連接后已經(jīng)事先形成了一個(gè)比較穩定的安全的剛度空間單元，這時(shí)從此處開(kāi)始施工，能保證吊車(chē)梁的安裝不會(huì )影響到柱子的垂直度，同時(shí)也是保證安全施工的措施。吊裝梁一般采用分件吊裝法，對鋼吊車(chē)梁?jiǎn)螜C吊裝和雙機抬吊的吊裝綁扎。見(jiàn)圖8.
在安裝過(guò)程中，對端部截面誤差較大的吊車(chē)梁底部要設置調整墊板，該墊板在吊車(chē)梁系統調整完后應焊接固定。制動(dòng)系統的連接應在吊車(chē)梁調整固定后正式連接。當制動(dòng)板與吊車(chē)梁連接的時(shí)候，為了避免連續施焊對高強度螺栓的影響，應先將制動(dòng)板與吊車(chē)梁初步固定然后調整輔桁架，在制動(dòng)板采用點(diǎn)焊的方式固定后，再從中間到兩側終擰高強螺栓。
3.2.5鋼梁吊裝
3.2.5.1吊裝前準備：
（1）由于施工現場(chǎng)場(chǎng)地有限，請求甲方聯(lián)系相關(guān)部門(mén)在吊裝作業(yè)期間，對建筑物一側道路斷道。
（2）鋼構件在吊裝前運至施工現場(chǎng)，在施工現場(chǎng)進(jìn)行拼裝。
（3）鋼架上連接件全部焊完，焊道檢驗合格，鋼架支撐及系桿準備齊全。
（4）吊裝人員經(jīng)過(guò)吊裝安全教育，吊裝指揮人員有特種作業(yè)證，全部焊接人員及保證人員進(jìn)行技術(shù)交底。
（5）施工場(chǎng)現場(chǎng)地雜物、障礙清理，吊車(chē)運行通暢，吊裝站位無(wú)影響。
（6）主要構件吊裝前，必須切實(shí)做好各項準備工作，包括場(chǎng)地的清理，道路的修筑、基礎的準備、構件的運輸、就位、堆放、拼裝、加固、檢查清理、彈線(xiàn)編號以及吊裝機具的準備等。
3.2.5.2安全操作技術(shù)要求：
（1）鋼結構安裝前對全體人員進(jìn)行詳細的安全交底，參加安裝的人員要明確分工，并結合現場(chǎng)具體情況提出保證安全施工的要求。上下交叉作業(yè)，要做到“三不傷害”，即：“不傷害自已，不被別人傷害，不傷害別人”。距地面2m以上作業(yè)要有安全防護措施。
（2）吊裝作業(yè)場(chǎng)所要有足夠的吊運通道，并與附近的設備、建筑物保持一定的安全距離，在吊裝前應先進(jìn)行一次低位置的試吊，以驗證其安全牢固性，吊裝的繩索應用軟材料墊好或包好，以保證構件與連接繩索不致磨損。構件起吊時(shí)吊索必須綁扎牢固，繩扣必須在吊鉤內鎖牢，嚴禁用板鉤鉤掛構件，構件在高空穩定前不準上人。
（3）吊機吊裝區域內，非操作人員嚴禁入內，把桿垂直下方不準站人。吊裝時(shí)操作人員精力要集中并服從指揮號令，嚴禁違章作業(yè)。起重作業(yè)應做到“五不吊”：
1） 手勢指揮不清不吊。
2) 重量不明不吊。
3) 超負荷不吊。
4) 視線(xiàn)不明不吊。
5) 捆綁不牢或重心不明不吊。
(4）操作業(yè)人員在進(jìn)行高處作業(yè)時(shí)，必須正確使用安全帶，安全帶一般應高掛低用，即將安全帶繩端的鉤環(huán)掛于高處，而工人在低處操作。
(5）在高處使用撬杠進(jìn)，工人應一手扶住，一手操作。
(6）地面作業(yè)人員必戴安全帽，吊裝場(chǎng)地作警戒標致，高處操作人員使用的工具應放在隨身的工具袋內，不可隨意向下丟擲。
(7）構件安裝后，必須檢查連接質(zhì)量，只有連接確實(shí)安全可靠，才能松鉤或拆除臨時(shí)固定工具。受拉受剪焊縫要達到滿(mǎn)焊，焊縫高度符合設計要求，方可松鉤。
(8）參加安裝的各專(zhuān)業(yè)工種必須服從現場(chǎng)統一指揮，負責人在發(fā)現違章作業(yè)時(shí)要及時(shí)勸阻，對不聽(tīng)勸阻繼續違章操作者應立即停止其工作。
2.2.5.吊裝工藝：
(1）吊裝方法：由于屋面鋼梁跨度為30米~37米，最大重量4.4噸，高跨鋼梁安裝高度19.85米，故采用整體吊裝方法，即：將整榀鋼架在地面拼裝成一個(gè)整體 見(jiàn)圖9，然后整體吊裝就位 見(jiàn)圖10，避免在建筑物頂部進(jìn)行二次拼裝和吊裝作業(yè)。
(2）工藝流程：
(3）吊裝用鋼絲繩計算：
1)鋼絲繩采用交互捻鋼絲繩，避免吊裝作業(yè)時(shí)扭結和旋轉，所有構件均采用兩點(diǎn)綁扎。
2)繩選用按公式：[Fg]=aFg/K 計算
其中K——安全系數，作捆綁吊索取值范圍8-10 ，取10
a——破斷拉力換算系數鋼絲繩結構6×19為0.80
[Fg]——允許拉力 兩點(diǎn)起吊取2.5/2=1.25t
Fg=[Fg]*k/a=1.25*10/0.8=1.56t
查表6×19鋼絲繩選用：直徑18mm
鋼絲繩使用前要認真檢查，不許有斷絲現象。綁捆應用卡環(huán)，卡環(huán)規格采用型號為1.7。鋼繩綁捆鋼桁架鋼梁應用15mm厚橡膠板將H棱角加墊，起吊防止棱角對鋼絲繩產(chǎn)生過(guò)大的剪力。
溜繩采用白棕繩，直徑φ14~16mm均可以。
2.2.6高強螺栓安裝
工程中使用的螺栓的材料規格及其性能，均應符合設計及規范要求。所有螺栓均按規格型號分類(lèi)儲放，妥善保管，避免因受潮、生銹、污染而影響其質(zhì)量，開(kāi)箱后的螺栓不得混放、串用，按計劃領(lǐng)用。施工未完的螺栓要及時(shí)回收。高強螺栓連接副的緊固軸力平均值和變異系數、螺栓保證載荷、螺母、墊圈硬度檢測在工廠(chǎng)進(jìn)行；監理、安裝單位共同參加。關(guān)于摩擦面的抗滑移系數抽檢，在工地進(jìn)行，由制造廠(chǎng)按規范提供試件。
檢查和清除摩擦面上的鐵屑、浮銹等污物。摩擦面上不允許存在鋼材卷曲變形及凹陷等現象。認真注意和處理連接板的緊密貼合，對因鋼板厚度偏差或制作誤差造成的接觸面間隙，1mm以下不作處理；3mm以下將高出的一側磨成1：10的緩度，使間距小于1.0mm；3mm以上加墊板，墊板厚度不小于3mm，最多不超過(guò)三層，墊板材質(zhì)和摩擦面處理方法應與構件相同。
高強螺栓不能自由穿入螺栓孔位時(shí)，用沖桿或鉸刀修正擴孔后再插入，修擴后的螺栓孔最大直徑應小于1.2倍螺栓公稱(chēng)直徑。雨、雪天不得進(jìn)行高強螺栓安裝，摩擦面上及螺栓上不得有水及其它污物。并要注意氣候變化對高強螺栓的影響。高強螺栓分兩次擰緊。第一次初擰到標準預拉力的60-80％，第二次終擰到標準預拉力的100％。
初擰時(shí)當構件吊裝到位后，將螺栓穿入孔中，然后用手動(dòng)扳手或電動(dòng)扳手擰緊螺栓，使連接面接合緊密。終擰時(shí)螺栓由電動(dòng)剪力扳手完成，其終擰強度由力矩控制設備來(lái)控制，確保達到要求的最小力矩。當預先設置的力矩達到后，其力矩控制開(kāi)關(guān)就自動(dòng)關(guān)閉。剪力扳手的力矩設置好后只能用于指定的地方。裝配和緊固接頭時(shí)，從安裝好的一端或剛性端向自由端進(jìn)行。高強螺栓的初擰和終擰，均按照緊固順序進(jìn)行。緊固從螺栓群中央開(kāi)始，順序向外側進(jìn)行。扭剪型高強螺栓，在終擰完成后檢查時(shí)，以擰掉尾部為合格。
3、節能環(huán)保
環(huán)境保護工措施
防治施工噪聲污染。
防治油漆污染。廢油漆桶集中回收。
焊條頭集中回收，邊、角料集中回收。
4、結束語(yǔ)
根據工程質(zhì)量要求高、工期緊、交叉施工的工程特點(diǎn)，采用了超常規的新工藝、新安裝技術(shù)。新組織管理法，精心組織，精心施工，按工程要求完工。安全管理卓有成效，沒(méi)有發(fā)生任何輕傷及以上事故。2010年4月10日，通過(guò)了鋼結構主體工程的驗收：工程質(zhì)量符合鋼結構施工質(zhì)量驗收規范，符合設計文件及合同要求，工程質(zhì)量合格。鋼結構工程質(zhì)量好，進(jìn)度快，收到建設單位、設計單位、監理單位的表?yè)P及各方的好評。
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作者簡(jiǎn)介：周磊甜（1981～），浙江中南建設集團鋼結構有限公司，設計
聯(lián)系地址：杭州市濱江區長(cháng)河街道（310052）
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