钢结构施工技术的有关问题研究

冯永辉

中冶南方都市环保工程技术股份有限公司，湖北武汉 430205

1978年，国内房屋竣工面积仅为407万m2，建筑结构以砖混结构为主（在农村地区甚至以木石结构为主）；2016年，国内房屋竣工面积达到422382.3万m2，建筑结构以混凝土结构为主，砖混结构正在被淘汰，而木石结构基本上被淘汰。近年来，钢结构又异军突起，有取代混凝土结构之势（钢结构在日本建筑中使用率超过70%，在美国建设中超过50%[1]）。

1 钢结构及其优点

1.1 钢结构

钢结构是用型钢或钢板制成梁钢、钢柱、钢桁架等基本构件，根据使用要求，通过焊接、螺栓连接或铆钉连接等方法，按照一定规律组成的承载结构。

1.2 钢结构的优点

1.2.1 钢材强度高、重量轻

与混凝土、木材、砖相比，钢材的强度更高（钢材抗侧弯强度为混凝土的1.5倍），但在同样的受力条件下，钢结构因截面较小，所以自重较轻（钢结构与钢筋混凝土结构自重比为1：1.6），抗震性能良好，可靠性高，适于承载重的结构。

1.2.2 钢结构精度高

钢结构可以在工厂里进行机械化制造，实行统一标准化生产，生产速度快，精度高，更容易保证结构质量。

1.2.3 钢结构施工快速、环保

2 钢结构施工过程中常见的一些问题

2.1 焊接变形

焊接是钢结构3种连接方式之一，通常采用电弧焊进行焊接。但门式钢架的板件极薄（最薄可达4mm），焊接时，由于受热不均，构件可能发生热变形。

2.2 锚栓安装的问题

安装锚栓时，若发生整体或布局偏移，或标高有误差，或丝扣没有采取保护措施，都会造成钢柱底板螺栓孔不对位，丝扣长度不够，最后导致锚栓安装无法精准到位。

2.3 锚栓不垂直

若钢结构框架柱柱脚底板水平度差，或锚栓垂直度不达标，或基础施工后预埋锚栓时出现较大的水平误差，最后会导致柱子安装后不在一条直线上。

2.4 锚栓连接问题

在施工中，有时会发生锚栓柱脚未有拧紧，垫板未与底板焊接，有的部位没有露出2、3个丝扣的锚栓的现象。

2.5 高强螺栓连接问题

螺栓紧固度不符合要求，或螺栓表面有油污、浮锈等杂质，或螺栓孔壁有焊瘤、毛刺等其它缺陷，导致螺栓安装后无法终紧。

3 钢结构施工要点

3.1 图纸会审

在施工前，必须由施工单位总工程师亲自主持，召集技术人员与经验丰富的熟练工人，根据有关标准与规范，对图纸各部分尺寸、规格进行校对、核实、分解，会审过程中发现的问题都要收集起来，书面报请设计单位与业主单位要求解决。会审后要形成完整的图纸会审纪要。

3.2 钢结构进场

首先，必须清理施工现场与车辆通行道路，留出平整的露天场地，场地附近必须有电源、水源，场地排水必须通畅，然后，按照钢结构构件的安装顺序逐个进场。钢结构构件运进露天场地后，必须对它们进行覆盖，避免钢结构表面受潮或受到污染。钢结构构件不允许乱堆乱放，应根据理论计算设置支承点，以防钢结构在堆放过程中出现变形。钢结构全部进场后，必须按构件明细表进行全面核对，检验钢结构表面是否存在锈蚀、划痕、麻点。

根据系统总体损耗最小，并满足节点电压裕度要求，得到柔直系统有功功率最优值为P=201 MW，整流侧无功功率最优值Q1=15 MVar，逆变侧无功功率最优值Q2=13 MVar。

3.3 钢结构安装

第一步，必须清除钢结构构件表面的油污、泥沙、灰尘等杂质，并做好轴线与标高标记，以方便空中定位、校正与测量。同一类构件的轴线与标高设置位置必须一致。第二步，根据钢结构特点，综合考虑平面运输、体系转换、测量校正、精度调整，确定安装顺序。第三步，按照设计好的顺序进行安装，以形成稳固的空间刚度单元。在构件安装到位后，应利用相邻构件或枕木进行临时固定。做好临时固定措施，可以有效承受钢结构自重、施工荷载、冲击荷载，保护构件不发生严重变形。

3.4 钢结构吊装

3.4.1 设置吊装耳板或吊装孔

吊装钢结构前，可在构件重心两侧对称设置吊装耳板或吊装孔，可以避免构件在吊装过程中发生不可逆的塑性变形。若吊装耳板、吊装孔不影响主体结构强度，可予以保留；或必须去除耳板，可在离母材3～5mm的位置进行气割切除或碳弧气刨切除，严禁进行野蛮锤击，造成母材变形。

3.4.2 选择吊装机械

若项目属于高度不高、跨度不大的普通建筑，可选择固定式塔吊；若项目属于高度在100m左右的高层建筑，应选择附着自升式塔吊；若项目属于高度超过200m的超高层建筑，应选择内爬式塔吊。每次起吊前，必须仔细检查钢丝绳、吊装带、吊钩；应选择熟练工人进行起吊作业，起吊时必须掌握好力度；起吊时，构件重量不得超过塔吊额定起重量的80%，一定要留有一定起重富余量。

3.5 钢结构连接和固定

连接钢结构前，必须对建筑的定位轴线、基础轴线、标高、地脚螺栓位置进行检查验收，基础混凝土强度应达到设计要求，基础周围必须回填夯实。

3.5.1 钢柱脚施工

必须根据混凝土抗压强度、柱脚底板承受的荷载与锚栓的坚固拉力计算并确定钢垫板面积，再将钢垫板设置在靠近锚栓的柱脚底板加劲板下，每根锚栓侧要设置1～2组垫板，每组垫板不能超过5块。若柱底进行二次浇灌混凝土，应垫板间须焊接固定。

3.5.2 锚栓及预埋件安装

施工单位应当与土建施工单位共同完成锚栓及预埋件安装工作，在混凝土浇筑前必须复核锚栓尺寸，并将它固定牢固；对锚栓须采取保护措施，防止其受到锈蚀、污染或损坏。

3.5.3 保证锚栓垂直

安装锚栓时先对底板下部进行调整，调平螺栓，再用无收缩砂浆进行第二次灌浆填实，保证柱子安装后在一条直线上。

3.5.4 做好锚栓连接

先对锚栓外部进行隔热处理，再对锚杆与螺帽进行焊接，这样可以避免出现锚栓柱脚未拧紧等情况。

3.6 钢结构焊接

在开始焊接作业前，必须对项目中使用较有代表性的接头形式进行焊接工艺性试验，以确定最佳的焊接操作方法。必须选持有合格证的熟练焊工进行焊接作业。定位焊所用焊条必须经过烘干处理，必须用溶剂将焊接坡口及其内外两侧20mm内的油污揩净，还要用手提砂轮机去除焊接坡口上的铁锈、氧化层等杂质；焊接前焊缝必须预热，温度达到要求后才能开始焊接。定位焊缝不得有裂纹、夹渣、气孔等缺陷，若发现有焊接缺陷，必须彻底清除，重新进行定位焊；采用气体保护焊时，应调试好气体流量，并送气30s，把输气管内的空气排净后，才允许施焊；焊接完毕，应将焊缝表面的杂质清理干净。为防治焊接变形，必须控制焊缝数量与尺寸（焊缝长度不能超过50mm，焊缝间距要保持在60cm，实际焊脚尺寸不能超过设计焊脚尺寸的50%，且不应大于8mm），还可采用焊件夹具防止构件发生变形。

3.7 紧固高强螺栓

在使用高强螺栓前，必须逐个清理它们表面的油污、浮锈、内侧孔壁，并对它们进行防锈处理。紧固高强螺栓必须严格按照正确的作业顺序进行，而且还得注意整体作业的顺序：先紧固立柱，再紧固横梁；先紧固腹板，再紧固翼板；同一根节柱，要先紧固它上部的节点，再紧固它下部的节点，最后紧固它中间的节点。矩形高强度螺栓，必须拧3次；每个螺栓的初紧、终紧，必须在1d内完成；钢结构连接完成后，还必须用扭力扳手检查每一个螺栓，发现问题，立即返工，确保钢结构整体框架万无一失。

4 结语

目前，国内钢结构建筑仅占全部建筑的5%，因而习惯于传统建筑施工的企业不熟悉钢结构施工技术。但钢结构建筑符合可持续发展理念，未来发展前景巨大，应当在实践中不断学习，积累经验，并进行技术创新，以推进钢结构建筑产业的发展。