馬學(xué)義

（臨夏州盛河城投工程管理咨詢有限責(zé)任公司，甘肅 臨夏）

鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好等特性，在高層和超高層建筑中被廣泛應(yīng)用。在鋼結(jié)構(gòu)施工中，鋼構(gòu)件的制作、安裝和連接是施工單位需要重點(diǎn)把控的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。安裝方面，對(duì)于不同位置、不同類型的鋼構(gòu)件，安裝方法存在明顯差異，需要施工人員熟練掌握各類鋼構(gòu)件的安裝技術(shù)。對(duì)于鋼構(gòu)件相接部位，可采取焊接方式或者是高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。其中，鋼構(gòu)件焊接的要求更高、技術(shù)更加復(fù)雜，除了做好焊前檢查與預(yù)熱外，焊接過程中的焊接速度的控制，焊接完成后的保溫措施等，也是需要重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)要點(diǎn)。

1 工程概況

某公寓樓建筑總高度178.4 m，建筑總面積126 780.2 m2，共有43 層，其中地下3 層，地上40 層，標(biāo)準(zhǔn)層高4.2 m。該建筑有內(nèi)部混凝土核心筒和外部鋼框架組成，建筑工程等級(jí)為特級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50 年，建筑抗震設(shè)防烈度為8 度。本工程鋼結(jié)構(gòu)部分共計(jì)使用各類鋼材1.25×104t，核心筒鋼結(jié)構(gòu)由18 根H 型鋼柱構(gòu)成，外側(cè)框架柱由20 根圓管柱和10 根箱型柱構(gòu)成。本工程鋼結(jié)構(gòu)部分具有構(gòu)件截面大、節(jié)點(diǎn)種類多、焊接工程量大、作業(yè)空間狹小等特點(diǎn)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的安裝與連接施工提出了較高要求。

2 鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝

2.1 錨栓與預(yù)埋件的安裝

本工程中錨栓多為成組設(shè)置，對(duì)布置精度要求較高，埋設(shè)方法上選用“支架法”埋設(shè)。在錨栓埋設(shè)前，安裝人員要依據(jù)施工圖紙做好放線定位，確定軸線、標(biāo)高，并且經(jīng)復(fù)核無誤后方可安裝。錨栓安裝完畢后，采取必要的保護(hù)措施，用油紙包裹錨栓后再套上塑料管，在后期澆筑混凝土?xí)r撤去塑料套管。

鋼梁預(yù)埋件由錨筋、錨板焊接而成，錨筋為HRB335 級(jí)鋼筋，鋼板為Q345B 鋼，埋設(shè)在內(nèi)筒剪力墻上，起到連接內(nèi)筒與外框鋼梁的作用，預(yù)埋件連接節(jié)點(diǎn)如圖1 所示。

圖1 埋件連接節(jié)點(diǎn)示意圖

鋼梁預(yù)埋件的安裝方法為：現(xiàn)場(chǎng)安裝人員使用全站儀、鋼尺對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行定位，標(biāo)記處埋件位置后開始安裝。將埋件放入指定位置并固定后，清理表面灰塵、油垢，再次核對(duì)埋件的標(biāo)高、軸線，復(fù)測(cè)無誤后將埋件與鋼筋連接[1]。

2.2 核心筒鋼柱的安裝

核心筒部分共有18 根H 型鋼柱，其中最大的尺寸為H1 000×600×50×30。安裝方式上，采用塔吊安裝，最大起重量13 t，回轉(zhuǎn)半徑60 m，可以滿足核心筒鋼柱的吊裝需要。安裝流程如下：

（1）現(xiàn)場(chǎng)安裝人員仔細(xì)檢查鋼絲繩、卡環(huán)等吊裝工具是否滿足施工要求，并檢查纜風(fēng)繩、防墜器、臨時(shí)支撐件等是否布置到位。

（2）經(jīng)檢查無誤后，對(duì)鋼柱連接處的坡口進(jìn)行清潔處理，保證坡口光滑平整、無污垢。如果有毛刺的需要打磨，為下一步的焊接創(chuàng)造良好條件。

（3）考慮到核心筒為獨(dú)立設(shè)置，在后續(xù)的其他構(gòu)件安裝時(shí)可能會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性造成影響，因此在鋼柱吊裝后還要在頂部設(shè)置臨時(shí)水平支撐，在后期混凝土澆筑完畢后即可拆除。

2.3 外框鋼柱與鋼梁的安裝

外框鋼柱由20 根圓管柱和10 根箱型柱構(gòu)成。其中，圓管柱截面有φ1 200×40 mm 和φ900×20 mm兩種規(guī)格，箱型柱截面有1 200 mm×800 mm×30 mm 和1 000 mm×800 mm×30 mm 兩種規(guī)格。采用分區(qū)安裝方法，將外框鋼柱部分分成4 個(gè)區(qū)域，首先吊裝第一區(qū)域內(nèi)的鋼柱，然后安裝主框架梁，鋼柱與梁焊接固定后，可以得到一個(gè)穩(wěn)定體系，并吊裝第一區(qū)域內(nèi)次梁，完成第一區(qū)域外框鋼柱與鋼梁的施工[2]。按照相同的順序，依次完成第二、三、四區(qū)域外框鋼柱與鋼梁的安裝。在整體施工完成后，進(jìn)行檢查校正，保證標(biāo)高、垂直度等均符合施工標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 幕墻鋼結(jié)構(gòu)的安裝

本工程10 層以上采用瀑布幕墻。幕墻鋼結(jié)構(gòu)中的鋼板梁采用鑲嵌式安裝，用垂直運(yùn)輸?shù)姆绞?，首先在地面完成鋼板梁的現(xiàn)場(chǎng)拼接，然后由塔吊從地面提升至一定高度后放置到指定位置。幕墻鋼結(jié)構(gòu)的安裝流程如下：現(xiàn)場(chǎng)安裝鋼板梁托架平臺(tái)和卷揚(yáng)機(jī)提升架，將鋼板梁放置在托架上，利用上層平臺(tái)的卷揚(yáng)機(jī)吊升鋼板梁。采用雙點(diǎn)吊方式，勻速將鋼板梁從地面吊起，按照先垂直、后平轉(zhuǎn)的順序，將鋼板梁移動(dòng)到指定位置后，由塔吊操作手和現(xiàn)場(chǎng)施工人員配合完成鋼板梁的高精度安裝?，F(xiàn)場(chǎng)使用的提升系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 提升系統(tǒng)示意圖

幕墻鋼結(jié)構(gòu)吊裝時(shí)，采取以下控制措施：

（1）標(biāo)高控制。以塔樓各層的標(biāo)高控制線為基準(zhǔn)，使用水準(zhǔn)儀控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高，要求實(shí)際安裝高度與標(biāo)高之間的誤差控制在10 mm 以內(nèi)[3]。

（2）吊桿傾斜度和垂直度控制。這兩項(xiàng)指標(biāo)主要影響鋼板梁的吊裝精度。采用雙點(diǎn)起吊的情況下，要求吊桿傾斜度控制在1%以內(nèi)，鋼板梁吊升到指定位置后，現(xiàn)場(chǎng)安裝人員需要仔細(xì)核對(duì)軸線是否對(duì)準(zhǔn)，鋼板梁與吊桿的銷軸是否固定牢固，經(jīng)檢查無誤后方可松開吊索，繼續(xù)下一步的吊裝作業(yè)。

3 鋼結(jié)構(gòu)連接施工技術(shù)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)焊接特點(diǎn)與難點(diǎn)

本工程鋼結(jié)構(gòu)連接形式以焊接為主，焊接施工具有以下特點(diǎn)：其一是鋼板多為中厚板，平均厚度為40 mm，焊接過程中需要加強(qiáng)技術(shù)控制，否則容易出現(xiàn)鋼板變形、層狀撕裂等問題；其二是需要高空、臨邊作業(yè)，存在一定的安全隱患，對(duì)安全防護(hù)工作提出了較高要求；其三是焊接方式多樣，有平焊、橫焊、斜立焊等多種焊縫，對(duì)施焊人員的專業(yè)水平有嚴(yán)格要求。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)焊接準(zhǔn)備工作

焊接準(zhǔn)備階段的工作內(nèi)容有：

（1）焊接設(shè)備的選型與檢驗(yàn)。根據(jù)焊接部位的不同，現(xiàn)場(chǎng)主要使用3 種焊接設(shè)備。第一種是用于圓鋼管柱、H 型鋼柱等柱間對(duì)接焊接，以及框架主梁與鋼珠節(jié)點(diǎn)焊接的二氧化碳焊機(jī)；第二種是用于預(yù)埋件焊接、桁架桿件焊接的交流弧焊機(jī)；第三種是用于栓釘補(bǔ)焊的栓釘焊機(jī)。除此之外，還要碳弧氣刨搶、空壓機(jī)、焊條烘箱等焊接施工的配套設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員需要對(duì)照設(shè)備清單，仔細(xì)核對(duì)各項(xiàng)設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量等是否符合要求。

（2）焊接工藝的確定。本工程中鋼結(jié)構(gòu)部分所用材料以Q235 鋼和Q345 鋼為主，焊接方式有手工電弧焊（SMAW）、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（GMAW）兩種方式，焊材直徑、焊接位置等具體要求見表1。

表1 焊接方法及焊接參數(shù)

本工程中鋼結(jié)構(gòu)焊接主要涉及4 類接頭焊縫形式，分別是橫焊接頭、平焊接頭、立焊接頭和仰焊接頭。其中，平焊接頭數(shù)量最多，這里以平焊為例，焊縫形式如圖3 所示。

圖3 平焊示意圖

為保證焊接質(zhì)量，施工準(zhǔn)備階段需要對(duì)焊接工藝參數(shù)作出明確規(guī)定，主要參數(shù)包括焊接方法、焊絲直徑、保護(hù)氣體類型和流量，以及焊接電流、電壓與焊接速度等[4]。以平焊為例，不同位置的焊接參數(shù)要求如表2 所示。

表2 平焊焊接參數(shù)

3.3 焊接技術(shù)要點(diǎn)

施焊人員檢查焊材、清理坡口，要求引弧板、墊板的材質(zhì)與焊接木材保持一致。判斷焊接環(huán)境，風(fēng)速、濕度是否適宜焊接作業(yè)，室外高空作業(yè)是否有相應(yīng)防風(fēng)措施，作業(yè)平臺(tái)下方是否鋪設(shè)防火布等。對(duì)于箱型柱或圓形柱，應(yīng)當(dāng)安排2 名焊工分別在對(duì)稱面同時(shí)焊接，并且每道焊縫之間的最小距離不得低于50 mm；對(duì)于H 型鋼，則按照從下往上的順序，下翼緣焊接完畢后再進(jìn)行上翼緣的焊接，并且H 型鋼的兩端錯(cuò)開焊接，可以防止焊接收縮應(yīng)力太大而出現(xiàn)鋼材變形的問題。本次鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中，重點(diǎn)加強(qiáng)以下技術(shù)要點(diǎn)的管理：

（1）焊前預(yù)熱。對(duì)于厚度超過20 mm 的鋼板，在低溫環(huán)境（0 ℃以下）施焊時(shí)需要采取預(yù)熱措施；對(duì)于厚度不足15 mm 的鋼板，在氣溫低于-5 ℃時(shí)采取預(yù)熱措施。以坡口為界，向兩側(cè)劃出100 mm 作為預(yù)熱范圍。預(yù)熱方式為火焰加熱，預(yù)熱溫度控制在120～140 ℃。為保證預(yù)熱效果，可在預(yù)熱時(shí)利用紅外測(cè)溫儀密切觀測(cè)坡口附近的溫度變化情況。不同鋼材、不同板厚的預(yù)熱溫度見表3。

表3 焊前預(yù)熱溫度參考（單位：℃）

（2）焊后保溫。在鋼材焊接完畢后需要采取適當(dāng)?shù)谋靥幚?，其目的是降低殘余?yīng)力帶來的破壞影響，同時(shí)預(yù)防延遲裂紋的產(chǎn)生。本工程中采取石棉保溫方式，要求石棉布的寬度超出預(yù)熱坡口邊界至少300 mm。保溫溫度控制在200 ℃左右，保溫時(shí)間不低于120 min。

4 結(jié)論

在高層及超高層建筑的施工中，鋼結(jié)構(gòu)的安裝與連接是決定建筑整體質(zhì)量的關(guān)鍵內(nèi)容之一。施工單位必須要樹立精細(xì)化的管理理念，分別從錨栓、埋件、外框鋼柱、幕墻鋼結(jié)構(gòu)等方面采取嚴(yán)格的質(zhì)量管控措施，保證鋼結(jié)構(gòu)安裝可靠。同時(shí)，對(duì)于需要焊接固定的鋼構(gòu)件，也必須提前選好焊材與焊接設(shè)備，做好焊前預(yù)熱、焊中管理、焊后保溫等一系列工作，這樣才能最大程度上保證焊接強(qiáng)度，讓鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性達(dá)到建筑工程的施工標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。