文/范偉鋒 浙江稠城建筑工程有限公司 浙江義烏 322000
鋼結(jié)構(gòu)作為一種新興的建筑形式,具備以下多個優(yōu)點:自重比較輕、安裝簡便、施工時間短、抗震能力強、經(jīng)濟效益高、對環(huán)境的影響小等,同時鋼結(jié)構(gòu)在“高、大、輕”三個方向上的發(fā)展更具優(yōu)勢。因此,近些年來,鋼結(jié)構(gòu)逐漸取代了混凝土結(jié)構(gòu),在許多施工企業(yè)中都得到了廣泛的應用。然而,在此過程中,鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題也日益受到關注。在此背景下,如何處理鋼結(jié)構(gòu)工程中容易發(fā)生的品質(zhì)問題,加強鋼構(gòu)施工安全管理,從而使其更好地發(fā)揮其自身的作用,已經(jīng)成為施工企業(yè)的第一要務。
在土建工程的施工現(xiàn)場,由于高層鋼結(jié)構(gòu)可以為承重墻體和支撐梁、柱結(jié)構(gòu)提供不同方向的支撐,中、高層建筑的內(nèi)壁和側(cè)面都主要采用了高層鋼結(jié)構(gòu),但一般情況下,高層鋼結(jié)構(gòu)的重量都比較輕,因此,它也可以精確地與組裝結(jié)構(gòu)相結(jié)合。(如圖1)然而,由于高層鋼結(jié)構(gòu)的剪力系數(shù)存在較大的不確定性,必須對其進行多維固定,同時要適當?shù)厥褂梅阑鹌?,以有效地減少其熱傳導,并盡可能地增加其耐火極限值。在土建工程工地上,采用高層鋼結(jié)構(gòu)及其相應的施工工藝的同時,也對相關單位的工程設計質(zhì)量提出了更高的要求,因此,這也是極易出現(xiàn)矛盾和質(zhì)量問題的重要環(huán)節(jié)。在土木工程建設工地上,如果采用高層鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝,則應由施工、監(jiān)理等有關部門對其進行全面的檢查,尤其是鋼架的受力狀況,避免對其它建筑的室內(nèi)空間穩(wěn)定度和資源使用狀況產(chǎn)生影響。高層鋼結(jié)構(gòu)可以精確地連接到組裝部件和模板材料,但必須嚴格地控制起重過程和焊接過程,否則會影響到整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和承載能力[1]。
圖1 高層鋼結(jié)構(gòu)
在施工現(xiàn)場,空間鋼結(jié)構(gòu)的使用也較為普遍,它可以精確地控制鋼的外形,有效地減少了施工費用,使建筑的擴展特性更為突出。由于鋼結(jié)構(gòu)的重量一般都比較輕,因此想要達到特定的支撐作用,就必須要準備其它的固定和保護措施。這不僅需要大量的時間和精力,還需要對空間鋼結(jié)構(gòu)的抗剪強度進行評估。在建筑工程的建設階段采用索膜結(jié)構(gòu)和大跨度懸索橋的施工程序,這樣既可以保證施工過程的穩(wěn)定性,又可以保證工程符合圖紙中的相關規(guī)定。然而,在進行大中型建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造與加深式設計時,相關單位必須模擬分析該結(jié)構(gòu)的受力狀況,以進一步判斷是否有其它工程技術的風險。同時,必須對結(jié)構(gòu)等進行全面的受力分析,以最大限度地降低工程造價和安全風險。空間鋼結(jié)構(gòu)在建筑工地上的應用主要是在一些環(huán)境相對穩(wěn)定的土建工程中,它的建造速度相對較快,建造質(zhì)量相對較高。
在土建工程的工地上,輕鋼結(jié)構(gòu)的使用范圍很廣,主要用于低層建筑,因為它的重量比較輕,可以在短時間內(nèi)完成組裝,而且安裝過程比較簡單,不會浪費太多的材料。然而,在實際使用時,建筑單位必須對其尺寸、結(jié)構(gòu)強度、性能等方面進行嚴格的評定,以便更好地決定地面工程與地下工程的配合程度與精度。輕型鋼結(jié)構(gòu)作為建設項目的重要技術資源,已廣泛應用于眾多企業(yè)。與此同時,隨著輕型鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應用,人們對其質(zhì)量監(jiān)控和安全監(jiān)控也提出了越來越高的要求。在使用輕型鋼結(jié)構(gòu)時,必須著重評估其隔熱、熱傳導特性,以防止出現(xiàn)大量的安全風險和工程質(zhì)量問題。同時,還需要對輕鋼結(jié)構(gòu)材料的抗剪切能力、壓縮強度指數(shù)等指標進行詳盡的統(tǒng)計和分析,這樣就可以避免由于不符合標準所帶來的不利后果。
鋼結(jié)構(gòu)在建筑中使用的主要材料是鋼筋,在土建工程中,一般也會將鋼結(jié)構(gòu)與混凝土相結(jié)合,從而使鋼結(jié)構(gòu)的強度得到了進一步的提高,抗壓能力也得到了極大的提高,而且還增強了其的耐腐蝕性。因此,鋼結(jié)構(gòu)本身具有很高的抗壓強度,并且可以通過焊接等手段整體成型。同時,鋼結(jié)構(gòu)部件的組裝工藝也相對簡便、快捷,能有效地提高輕裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建設效益,進一步加速建設進度[2]。
以往的土建工程在工程建設過程中一般采用的是磚石混合結(jié)構(gòu),盡管它具有較好的穩(wěn)定性能,但是面對大面積的土建工程,要使用大量的磚塊、石塊以及混凝土,因此在某種程度上不利于土建工程經(jīng)濟效益的增加。另外,在以往的土建工程中,建筑材料往往由于不易循環(huán)利用,易產(chǎn)生原料的浪費。而采用鋼結(jié)構(gòu)則可以有效地解決這個問題,因為鋼結(jié)構(gòu)本身具有良好的經(jīng)濟性能,其原材料不僅可以實現(xiàn)循環(huán)利用,而且價格低廉,從而可以通過為建筑單位節(jié)約材料費用使建筑工程的經(jīng)濟效益得到進一步提高。
在傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)中,由于存在著大量的粉塵,會對周圍環(huán)境造成一定的污染,因此必須采取相應的降塵措施。在鋼結(jié)構(gòu)工程中,主要采用的是焊接工藝,它不會產(chǎn)生類似于混凝土結(jié)構(gòu)的問題,也不會對周圍的環(huán)境造成較大的污染。而且,鋼鐵建筑通常都是在廠房里進行組裝,然后將零件運送到工地進行組裝,從而將對周圍的環(huán)境造成的負面影響降到最低。
傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)在外部環(huán)境的作用下,易產(chǎn)生變形、開裂等問題。以北方的氣候為例,北方地區(qū)冬季和夏天的溫差比較大,這樣的變化導致混凝土結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)裂縫等問題。與之相比,裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有更好的力學性能、更高的彈性和延展性,從而提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐震特性,并使鋼結(jié)構(gòu)具有比普通混凝土結(jié)構(gòu)更高的穩(wěn)定性和安全性。
在鋼結(jié)構(gòu)工程中,質(zhì)量問題的復雜程度在建筑設計中表現(xiàn)得尤為突出。比如,在施工過程中,焊接裂紋可以發(fā)生在焊縫和母材的熱效應中,可以在焊接表面上產(chǎn)生,也有可能是在焊接處;裂紋還可以分成與焊道平行或與焊道垂直的方向;裂紋也可分為冷焊和熱焊;造成這種現(xiàn)象的原因有很多,如材料的選擇、焊接前或后加熱不正確等。從這個細節(jié)可以看出,引起鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的原因是多種多樣的,并且同樣的問題起因和處理方式也不盡相同,這就給分析、判斷和處理質(zhì)量問題帶來了困難。
在鋼結(jié)構(gòu)工程中,若有質(zhì)量問題,不僅會影響工程進度,還會造成資源的浪費,增加工程造價。如果問題嚴重,可能會出現(xiàn)房屋倒塌,甚至危及居民生命的情況。
外部環(huán)境的改變和時間的長短都會影響到鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)在不同的環(huán)境、不同的時間下,都會產(chǎn)生不同的質(zhì)量問題。比如出現(xiàn)了焊縫:在焊接過程中,因為氧氣的存在,導致了焊縫的延長,但當應力發(fā)生改變后,這些缺陷就會變成一個巨大的隱患,而有的零件在長時間的擠壓下,會發(fā)生彎曲,從而影響到建筑的安全。
有些建筑公司粗制濫造,不對工程負責,在施工過程中忽視了對軸線、標高、地腳螺栓的定位,不對施工過程中使用的混凝土質(zhì)量進行檢查就直接進行下一步的操作,這些做法容易造成嚴重的誤差。如果出現(xiàn)誤差,不僅會給后續(xù)的工程建設造成極大的麻煩,而且還會給工程帶來相關的安全問題。
在工程建設中,構(gòu)件的質(zhì)量是影響工程質(zhì)量的重要因素。在工程建設中,一些微小的構(gòu)件很容易對整個工程的安全產(chǎn)生不利的影響。工程中使用的構(gòu)件,即使在出廠時已進行了質(zhì)量檢驗,但仍然有發(fā)生疏漏的可能,而且在運輸中的一些因素的影響下,也有可能出現(xiàn)部件損傷的情況。(如圖2)因此,若不能及時處理好這些問題,導致工程建設中使用的構(gòu)件存在紕漏,必然會造成相應的品質(zhì)問題,從而阻礙工程的順利進行。
圖2 鋼材腐蝕問題
鋼柱安裝垂直度超差是指鋼柱垂直度的誤差超出了設計和規(guī)范的規(guī)定。而安裝高度的誤差是指立柱的高度或相對位置的標高尺寸過大。產(chǎn)生垂直度超差的原因如下:鋼柱在制作過程中沒有采取有效的控制變形措施;鋼柱易發(fā)生彈性變形和塑性變形;由于采用外力強行連接,使鋼柱的垂直度發(fā)生偏移,從而影響到承載力和穩(wěn)定性。產(chǎn)生安裝高度超差原因如下:地基高度不準確或造成偏差;在生產(chǎn)過程中,鋼柱的長度尺寸出現(xiàn)了誤差。這些原因在一定程度上都增加了施工的難度[3]。
在施工的過程中,進行鋼屋架安裝前,必須對預埋式地腳螺栓進行檢驗,以保證預埋地腳螺栓與設計圖紙及鋼屋架兩端預留的安裝尺寸相符。但是由于一些建筑單位沒有重視相關的規(guī)定,不按照規(guī)范的要求進行操作,造成位置、尺寸、高度的偏差,從而對鋼框架的安裝產(chǎn)生影響。此外,后期在處理這一問題時,會耗費大量的人力和物力,這樣不僅浪費了時間,還增加了工程的成本。
造成鋼屋架跨度尺寸超差的成因如下:鋼屋架制作工藝不夠科學,在沒有糾正的情況下,就對產(chǎn)生的取拱度過大、過小等問題進行后續(xù)的安裝。造成柱端部節(jié)點板不密合的成因如下:由于鋼柱安裝垂直度過高,屋架制造跨度過大,因此,柱子的豎直性和平行性都會受到影響,從而也會對房屋和柱子的力學行為產(chǎn)生一定的影響。
在施工中,對鋼結(jié)構(gòu)進行事前質(zhì)量管理,是指在工程開工前,對工程施工過程中的安全風險進行及時排查,以防止其發(fā)生安全事故和意外情況。在排查和檢驗的過程中,通常要做到以下幾點:(1)在鋼結(jié)構(gòu)工程中,施工單位應依據(jù)工程項目需求、施工進度等因素,選用與鋼材品質(zhì)相符的材料,并對不合理的施工計劃進行及時調(diào)整,從而建立完善的工程質(zhì)量管理制度,達到提高工程質(zhì)量和效率的目的;(2)建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和鋼結(jié)構(gòu)的性能之間有著密切的聯(lián)系,所以在開工前,必須對鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)進行嚴格的檢驗,并對其進行檢驗和校準,確保鋼的材質(zhì)達到要求后再進行后續(xù)的操作;(3)以鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定為主要內(nèi)容。在選定焊接材料、焊接特性調(diào)節(jié)、焊區(qū)應用等方面和環(huán)節(jié)中,調(diào)整起重機梁的施工工藝,從而為以后的工程施工提供技術支撐[4]。
在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中使用的材料種類往往比較多,并且不僅所用材料的總體質(zhì)量及強度要符合建筑的要求,而且其規(guī)格、型號、尺寸等方面的數(shù)據(jù)也要符合相關的規(guī)范,從而符合建造的需要,進一步確保工程的質(zhì)量和安全問題。因此,在材料開始被運用之前,要組織有關專家進行相關的測試和模擬,并利用 BIM 技術建立三維可視化的三維模型,將整個工程的施工過程和細節(jié)都展示出來,指出其中的缺陷,從而能夠根據(jù)實際需要,制定相應的開發(fā)方案。另外,在對鋼結(jié)構(gòu)的基本組成、構(gòu)件進行分析的同時,還需要對其潛在的危險和隱患進行分析,并事先準備好對策,做好安全仿真,這樣可以有效地處理施工中潛在的部分安全隱患,并準備好相關的處理措施,以便有效地解決這些問題。建筑單位在挑選采購所需材料時,必須以已有的建筑設計規(guī)范為主要基礎,事先了解物料市場的運作管理狀況,從而挑選出符合要求的商家和物美價廉的優(yōu)質(zhì)原料;在物料搬運過程中,必須采取有效的運輸以及保護措施,從而減少物料之間可能發(fā)生的運輸問題,避免出現(xiàn)物料變形等情況,從而保證材料的規(guī)范,避免施工過程受到影響;在將材料運到工地后,還要進行一次相關的檢查,檢查后符合規(guī)范的材料才能進入工地;進入工地后,要認真仔細地存放各種材料,并將各種不同種類的材料按照相關規(guī)定存放起來,從而盡量避免材料出現(xiàn)問題,確保施工的質(zhì)量和安全[5]。
通過大量查閱相關的實際案例資料,很多自然環(huán)境因素都會極大地影響到建筑的實際效果,從而對工程的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。例如,高層建筑與一般建筑物不同,其最大的特點就是高度問題,由于其工程規(guī)模龐大,本身重量也比較輕,因此需要精確到每個細節(jié),以便使整個空間結(jié)構(gòu)得到持續(xù)的優(yōu)化。因此,在實際運行中,必須全面監(jiān)控鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝,掌握其整個施工過程,并及時發(fā)現(xiàn)和解決已存在的問題,從而確保工程質(zhì)量,加快工程進度。此外,還要及時采集、存儲現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),及時修正工程設計中的缺陷,從而為今后同類工程的建設工作提供寶貴的經(jīng)驗和可靠的參考。隨著時代的不斷發(fā)展,科學技術的不斷進步,計算機與大數(shù)據(jù)技術在我國的普及,為了保證系統(tǒng)的準確性和正確性,現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件功能都進行了更新與創(chuàng)新。這一變化對于建筑工程而言,有利于其本身的應用價值的提升。
5.4.1 防止鋼柱安裝的豎直度超差及安裝高度超差
針對第一個問題,應采取以下措施:(1)在生產(chǎn)過程中,對焊接、拼接等都采取防止變形的措施,并對產(chǎn)生的變形及時糾正。此外,在搬運和堆放鋼柱時,要正確地選擇支撐位置,才能有效地避免因自身重量造成的變形;(2)在將鋼柱吊起至基礎平面位置后,應將立柱基板上方的縱軸與基線對齊,避免跨距偏差,有效地控制立柱的撓曲變形。針對第二個問題,需要采取以下措施:根據(jù)要求進行大小的調(diào)整,以保證每根立柱總高度、牛腿處高度的誤差值均能達到相同的標準,保證工程質(zhì)量[6]。
5.4.2 在安裝鋼屋架之前,先檢查支架的預埋件
在鋼結(jié)構(gòu)房屋的基礎上,有關部門應重視相關規(guī)范的要求,對施工立柱進行檢查,以保證螺栓尺寸、標高、螺距、螺紋露出的長度等符合標準,并確保其符合鋼結(jié)構(gòu)尺寸和圖紙的規(guī)定。只有符合以上各項條件,方可進行下一步的施工安排。
5.4.3 避免鋼結(jié)構(gòu)框架跨徑過大
鋼屋架跨徑超差會對結(jié)構(gòu)的承載能力產(chǎn)生一定的影響。要解決這一問題,必須做到以下幾點:(1)用相同的模板做鋼板;(2)使用隔板,保證正確的拱度和跨徑。采用以上方法,以解決這一問題,提高安裝過程的精確度。
綜上所述,在建筑施工技術不斷發(fā)展的影響下,鋼結(jié)構(gòu)在施工企業(yè)中得到了越來越廣泛的應用,同時其安全性問題也日益受到關注。此外,保證鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量和安全也是我國鋼鐵結(jié)構(gòu)技術發(fā)展的重要內(nèi)容。要做到這一點,必須從設計、制作、安裝、驗收、維護等各個環(huán)節(jié)進行嚴格的檢查,以確保工程的施工質(zhì)量。