现代建筑工程中钢结构加工及安装技术实践应用

高 铭，王 军

（浙江东南网架股份有限公司，浙江 杭州 311200）

0 引言

钢结构具有自重较轻、可靠性较高和抗震性、抗冲击性好等优势，其不仅安装方便，也有效地提升了建筑工程的施工效率。但施工单位的资质、能力及现场施工环境等因素会影响到钢结构施工工艺、施工效果，因此针对钢结构加工及安装技术进行分析，对提升钢结构建筑物的安装质量、工艺有着重要的意义。

1 工程概况

本建筑工程为海洋科技文化中心，钢结构分为主体钢结构、报告厅钢结构。其中，主体钢结构有7层，地上6层、地下1层，报告厅钢结构有2层，地上2层、无地下层。整体建筑结构形制是钢框架结构，在报告厅位置还有桁架结构。其中，主体钢结构总尺寸是134.4 m×34.5 m×24.0 m，柱网尺寸是8.4 m×10.0 m；报告厅总尺寸是36.6 m×26.4 m×14.0 m，柱网尺寸是8.4 m×6.4 m。该建筑工程的整体钢结构是钢框架—支撑结构，中间位置用的是钢梁、矩形钢管砼柱。

2 钢结构加工制作工艺及方法

2.1 钢结构深化设计

钢结构设计有两个阶段设计法，分别是钢结构设计图、钢结构详图。若两个阶段的出图合理，工程质量会得到很好的保障，施工也更方便。一般而言，钢结构深化设计的关键是内部复杂节点设计，本工程则要考虑到钢结构刚度、强度设计要求，通过分析节点连接工艺来确定各节点的形式及连接方法[1]。

深 化 设 计 应 用ANSYS、MIDAS、PKPM、XSTEEL和CAD等软件，设计的步骤依次是构建整体模型、拼装分段、加工制作分段、分解构建和节点、结构设计说明、深化详图。在构建整体模型中，需根据图纸要求做统一轴网，根据构件规格设规格库，并在构件前标上编号，便于后期加工及安装时寻找。在具体的建模时则要考虑到施工图、现场安装条件，由专人校核模型准确性，避免各钢构件发生碰撞。应用软件出图功能可自动生成深化图纸，再对图纸尺寸、焊缝、构件方面做修改调整，保证深化图纸的美观简洁。

2.2 钢结构构件的制作加工

本工程的工程量较大，构件结构形式分成箱形、“H”形，现对这两种构件制作加工工艺做探讨。

2.2.1 箱形构件制作加工工艺

在本工程中，箱形构件制作加工工艺分为6个工序，分别是零件下料及拼板、横隔板及工艺隔板的组装、腹板部件组装及横隔板焊接、上侧盖板部件组装、焊接与矫正、构件端面铣削加工，具体见表1。

表1 箱形构件制作加工工艺

2.2.2 “H”形构件制作加工工艺

“H”形构件在加工前要做好矫正，以此消除掉钢板轧制应力，保证表面致密性，具体的加工工艺见表2。

表2 “H”形构件制作加工工艺

3 钢结构构件的安装技术实践应用

本项目钢结构主要包括A楼、B楼和C楼；在土建单位施工地下室底板和顶板时，及时配合进行钢柱柱脚、地下钢柱、楼梯和门洞预埋，柱脚锚栓浇筑完成，待强度满足设计要求后即可进行二段钢柱安装，然后逐层安装钢梁和楼承板[2]。结构吊装平面布置图如图1所示。

图1 结构吊装平面布置图

3.1 预埋件安装施工

在本工程中，预埋件的埋件形式为预埋锚栓、钢板的组合结构，考虑到部分埋件的重量大，将使用1台TC7020或1台7025塔吊完成工程施工。在具体施工时要注意钢柱地脚锚栓埋设精度，核查预埋锚栓轴线、锚桩伸出长度，校正及修复好变形地脚锚栓[3]。在调整标高时要用到垫块组叠合的方式，垫块放在钢柱底部，等到钢柱就位后再做适当调整。由于锚栓水平偏差和混凝土浇筑情况相关，在浇筑混凝土时可分层浇筑，为避免锚栓跑位，需在振捣混凝土时避免振捣器卡于钢筋之上。

3.2 钢柱安装施工

3.2.1 钢柱安装施工方法

根据现场施工计划部署及塔吊布置情况，对塔吊实际卸货和起重能力做分析，而后再对钢柱做合理分段，确保钢柱正常施工。钢柱重量为7.5 t，100 t汽车吊臂长为60 m，能吊重9.1 t，能够满足实际起重安装要求。上部钢结构施工一区及施工二区待顶板施工完成且混凝土强度达到100%后使用4台50 t汽车吊由A-17轴线往A-1轴线方向进行立体吊装施工，塔吊配合吊装钢梁。施工三区在一区及二区完成后用100 t汽车吊由中间往两边进行施工，报告厅采用25 t汽车吊进行吊装施工[4]。

3.2.2 钢柱吊装过程

在主体钢结构地下室内的钢柱吊装过程中，由于钢框架梁还未安装，钢柱要设4道缆风绳做固定。千斤顶对钢柱做校正，确保柱脚对中，而后再用经纬仪对钢柱垂直度做观测，并与预埋分段做焊接。

在钢柱吊装前要清理掉钢柱底面和钢柱顶面的灰土，使得上下节钢柱能够紧密对接。双夹板与临时螺栓要对柱脚4组临时连接板做固定，焊接完成到2/3便可割除。钢柱吊装还要注意反向偏移回归原位，逐节纠偏，避免因累积误差带来更多问题。等到钢柱吊装完成之后，把活动夹板插进安装耳板上，连好连接夹板。之后再拉斜撑或用缆风绳固定钢柱，等到钢柱吊装完成再做初校。

3.2.3 钢柱垂直度校正

钢柱安装垂直度也需要做出整体考虑，可用倒链、钢丝绳把钢柱向着相同方向牵引以做校正，这时需要用经纬仪做定位。钢柱安装时再通过全站仪定位复测不同对接点，等到校正无误后再用钢卷尺量一下两钢柱间距，保证数据无误再做下一道工序。在柱顶面标高的控制上，要用水准仪观测柱顶标高来调整偏差，如存在偏差则采取加高或切割衬垫板的方式。

3.3 钢梁安装施工

钢梁连接方式是栓焊连接和高强螺栓连接，在钢梁吊装时用普通螺栓，安装时则换成高强螺栓。

钢梁安装要点：如果是同平面钢构件，从内向外对称吊装；如果是立面上钢构件，则从下而上安装。每天安装完成的钢柱要用钢梁连接，不能连接则用缆风绳做固定。吊装开始前要选好吊点，起吊后构件不可变形。钢梁吊到预定位置后，要认真查看连接板和梁的方向，避免梁下垂，梁的两端位置要安装好螺栓。

在主梁与次梁上平面居于同水平面时，用冲头直接在连接板孔眼位置打入高强螺栓，同时为保证整体结构稳定，要先对顶层梁做固定，而后做下层梁，最后做中间梁。在完成钢梁安装后，要注意连接板与钢梁贴合方向的检查。

3.4 转换桁架安装施工

转换桁架安装施工要通过塔吊逐块吊装的方式进行安装，安装施工步骤为先主后次、先下后上。对于之前已经安装好的构件，因为无法与周边结构形成整体构造，可先用缆风绳做固定。基于本工程的实际施工特征，转换桁架吊装的两侧立柱分成2部分吊装，腹杆、上弦分成8部分吊装，下弦分成4部分吊装，其他位置在对应分块吊装完成再补缺。整个施工内容有桁架腹杆、桁架上弦、桁架下弦和水平连系构件，这些构件吊装和钢梁吊装用的工艺是一样的，可参照施工。

4 钢结构连接施工技术

钢结构连接施工技术有焊接、螺栓、栓焊3种，其中焊接是最直接的连接方式，构造简单、适用范围广。焊接也有缺点，如对钢材材质、焊接工艺有较高要求，其质量易受到外界施工材料的影响。螺栓分为普通螺栓和高强度螺栓两种。普通螺栓操作简单，但容易滑移，应用范围受限；高强度螺栓安装烦琐，要有特质扭矩扳手，但能够承受动荷载，韧性强。栓焊则集合了焊接、螺栓的优点，连接更为紧固[5]。

在本工程中，钢结构的接头偏多，故大多数用的是高空焊接。在现场焊接焊缝上，则采用立焊、水平横焊、支撑对接斜立焊等方式。为应对厚板焊接的变形问题，实施了CO2气体保护半自动焊成套技术。在具体的焊接形式上，上下楼的钢柱用的是连接耳板做固定再做焊接；楼层处翼缘板用对接焊接，腹板用高强螺栓连接；四周主梁翼缘用高空焊接，腹板用高强螺栓连接。在处理“H”形钢梁焊接工序上，要先下翼板后上翼板，焊接要在同钢柱位置钢梁的一端，等到直焊缝的温度达到常温之后再处理另一端，不能同时开焊。事后在检查焊缝时要注意用量具、放大镜认真检查，焊缝金属表面焊波需均匀，焊缝尺寸也要在焊接规定之内。

5 结语

近年来，钢结构建筑在我国取得了较快的发展，已应用在多个现代建筑工程中。钢结构的优势在于施工工期短、安装方便快捷，但由于施工现场的钢结构加工、安装技术不到位，钢结构的应用效果并不佳。事实上，在钢结构设计与安装时不仅要考虑到安全、美观、实用，更要注意细节上的把握。本文阐述了钢结构加工制作工艺及方法，探讨了钢结构构件的安装技术实践应用。工程实践证明，本文提到的钢结构加工及安装技术是切实可行的，能够有效节约成本、提高经济效益。