钢结构的制作与安装

陈延军

摘要：本文在详细分析了常见的钢结构件的制作与安装的基础上，重点讨论了钢结构建筑的施工工艺要求，并结合实际的工程项目从结构设计方面、制作施工方面两个角度具体论述了钢结构车间的设计及施工工艺，对于钢结构建筑的设计施工具有一定的借鉴意义。

关键词：钢结构;制作;安装

前  言

随着国民经济的发展和人口城市化进程的加快，我国住宅建设持续空前发展，人们的居住条件逐步提高，并对居住质量的要求也越来越高。同时，随着对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高，使高层和超高层建筑迅猛发展，与此同时，高强度钢结构的建筑也随之应运而生。钢结构有很多优点，但其缺点是导热系数大，耐火性差。随着冶金技术的提高，耐火钢的研究成功并投人生产，为钢结构的进一步发展创造了条件。

一般高层和超高层建筑当采用框剪、框筒结构体系时的经济性统计为：钢结构造价二钢材费用（约占40%）+制作安装费用（约占30%）+防火涂料费用（约占30%），防火涂料所占总造价的比重较大。如果使用高强度耐火钢虽价格略有上升，但防火涂料价格有较大幅度下降，可望部分抵消由此带来的成本上升，而且可靠度及安全性有了一定的保障。

一、钢结构制作质量通病与预控对策

1.制作质量通病的主要名称

放样、号料精度不准;起拱不准确;焊缝不均匀，有裂纹、焊瘤、气孔、夹渣、弧坑、咬边、未焊满，根部收缩;运输、堆放时产生变形;结构件制孔不准确等。

2.造成质量通病的原因和预控对策

造成放样、号料精度不准确主要是由于操作工人的熟练程度不够，在放样、下料、焊接过程中大多未按设计要求和规范规程规定的工艺进行。因此主要预控对策是：在放样前，应认真熟悉和审核施工图纸，施工单位的技术人员应认真做好技术交底工作。对结构的每一个尺寸应采用经检定和核对的钢尺，并应留出焊接收缩余量进行放样;号料，必须与放样用同一钢尺或样杆，留出切割、刨边和铣手等加工余量;下料，应严格计算切割精度数值，操作要准确，验收要落实责任，认真检查结构件的平直程度、坡口、角度及间隙，当符合设计和规范要求时，方可同意进行下一道工序的施工。

起拱拱度计算不准主要是因为起拱未按设计要求进行，起拱构件的运输和吊装时未采取加固措施，导致结构变形;针对起拱不准确的通病，主要预控对策是：在放样、下料时应明确拱度值，并在下料尺寸中放出所需的起拱量，并按设计要求的拱度值，采用正确的加工工艺和拼装方法，严格控制累计偏差值，应事先对起拱构件采取预防变形的保护加固措施，严防构件在翻转、运输和吊装时产生变形。

3.钢结构焊接工艺

焊接质量在钢结构工程中起着关键的作用，直接影响结构的使用寿命和观感，而焊接质量的通病比较多，比较常见的有焊缝不均匀、裂纹、焊瘤、气孔、夹渣、弧坑、咬边、未焊满，根部收缩等，造成这些通病的主要原因是：操作工人的技术水平和熟练程度参差不齐，所选用的焊接材料与母材的化学性能不匹配，焊条、焊济、药芯焊丝、熔嘴等在使用前未进行烘焙，焊接工艺未经评定;因此，在结构实施焊接之前，对每一个焊接人员应认真进行资格审核，要做到持证上岗，并且按照结构件焊接的技术复杂程度和上岗人员的技术熟练水平，应在其认可的范围内施焊。认真检查焊条、焊丝、焊剂、电渣焊熔嘴等焊接材料与结构母材是否匹配，是否符合设计要求及国家现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定。

焊条、焊济、药芯焊丝、熔嘴等在使用前应按其产品说明书及焊接工艺文件的规定进行烘焙和存放。对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法和焊后需处理时，应预先进行焊接工艺评定，并根据评定报告和结果确定焊接工艺。施焊前，焊工应复查焊件接头质量和焊区的处理情况，经对焊接试件试验合格后，方可施焊。施焊应严格遵守焊接工艺，不得自由施焊及在焊道外母材上引弧;埋弧焊用的焊剂应与工艺确定的型号、牌号相匹配;所用的焊接电流应与焊条电流相适应。在施焊过程中，应认真做好事前控制与事中控制相结合，严格按设计和规范要求进行检查与验收，发现问题应及时处理和解决，从而减少焊接质量通病及各种缺陷，以确保钢结构的焊接质量。

二、常见钢件的制作与安装

1.钢柱的制作与安装

钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件，在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。100m高的超高层钢柱一般分为8——12节构件，钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形，所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度，即使只有几毫米也不能忽略不计，而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换，要求对每节钢柱应编号予以区别，正确安装就位。钢柱标高的控制一般有二种方式：

1.1 按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm，不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形，建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格，这种制作安装一般在12层以下，层高控制不十分严格的建筑物。

1.2 按设计标高制作安装。一般在12层以上，精度要求较高的层高，应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高，每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去。无论采用何种安装方式，都应在翻样下料制作过程中充分表达出来，并应符合设计要求的总高度。

2.框架梁的制作与安装

高层、超高层框架梁一般采用H型钢，框架梁与钢柱宜采用刚性连接，钢柱为贯通型，在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。

为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性，在工厂制造时，在框架梁所在位置设置悬臂梁（短牛腿），悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝，腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接，上下翼缘的连接采用衬板（兼引弧板）全熔透焊缝，腹板采用高强螺栓连接。由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求，当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时，腹板的连接板可开椭圆孔，椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0（d0为螺栓孔径），并应保证孔边距的要求。框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度，需考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核，确定其翻样下料的精确长度。采用高强螺栓群连接时，孔位的精度十分重要。目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔，前者精度低，后者精度高，应优先考虑采用后者。当采用模板制孔时，应保证模板的精度，以确保高强螺栓的组装孔和工地安装孔的精度要求。如果孔位局部偏差，只允许使用铰刀扩孔。严禁使用气割扩孔，若用气割扩孔，則应按重大质量事故处理。

高强螺栓群应同一方向插人螺栓孔内，高强螺栓群的拧紧顺序应由中心按辐射方向逐层向外扩展，初拧和终拧都得按预先设定的鲜明色彩在螺帽头上加以表示。

三、结束语

总之，切实作好钢结构制作单位和安装单位的考察和安装单位的考察与选择工作。对于确保钢结构工程质量及进度，具有重要意义;另一方面，想方设法提高钢结构建筑在制作、安装及施工方面的要求及工艺水平，对于从整体上促进钢结构建筑的制作及工艺水准，都有着积极的推动作用。

参考文献：

[1] GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

[2]张大力.北京城铁西直门站钢结构制作与安装[J].市政技术，2003

[3]夏志斌.钢结构设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社，2000