浅谈大跨度钢结构施工的质量控制

王瑞丽

摘要：文章通过建筑实例，详细而系统地介绍了大跨度钢结构施工中质量控制的重点、难点，以及重难点的解决方案，确保了钢结构施工的质量。

关键词：大跨度；螺栓预埋；负温焊接；钢结构施工

中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0150-03

近年来，随着改革开放的日益深化和发展，钢结构由于其自重轻，构件截面小，能实现工厂化生产，施工速度快，可重复利用率大等优点，已成为一种新的建筑体系，得到越来越广泛的应用。

天津登发装饰城位于天津市河西区大沽南路，建筑面积约50000平米，4榀，跨宽15m，主体三层，局部五层；结构安装部分包括钢立柱、钢梁、钢支撑、钢屋面梁，檩条等，统称框架，钢柱与钢梁均为H型，支撑与檩条为U型钢构件。材质均为Q235A型钢。全部框架采用高强螺栓连接，其中柱梁接触面焊接加固。楼板为压型钢板，浇筑100mm厚钢筋混凝土楼地面。工程为天津市重点工程，工期要求紧，任务量大，工地文明施工的要求高。经过对施工进行精密的组织和专业的管理，达到了施工速度快，质量高，造价省的效果。

一、工程特点

1．工期紧：本工程根据计划，从施工到交工验收共计120天，其中钢结构安装为工程的主导工序，其工期为制约工程按时完成的关键工期。所以必须合理安排和组织本阶段的工作时间，且明确各工序的最迟交接时间，以保证工程如期竣工。

2．施工范围大：本工程建筑面积50000平米，3～5层钢结构，为减少材料的二次搬运，各种构件布置须分类就近堆放，同进须合理安排起重机行走路线，以提高工效。

3．构件品种多：本工程各种钢构件均在工厂加工制作完成后，然后装箱运输至工地；各种构配件必须有组织、有计划按图纸要求分类编号，小构件须分类打包做到有条不紊。

4．冬季施工作业多：本工程施工主要为冬季施工，需采取措施保证钢结构焊接安装的质量，同时制定完善的冬季施工安全措施。

二、钢结构重难点工序的施工组织措施

1．模板固定支架法严格控制地脚螺栓的预埋精度：根据《钢结构工程施工和验收规范》（GB50205-2001）规定，螺孔扩孔需用铰刀铣孔或锉刀锉孔，不得气割。其孔径的扩大不得超过原孔径的1.2倍。图纸规定钢立柱间距偏差≤±1.6mm，因此，为确保安装精度，采取了模板固定支架法控制地脚螺栓的预埋精度。

2．扩大安装单元平移法施工：为减少高空安装工作量，提高工作效率和保证安全，在起重设备能力允许、构件具有足够刚度和可靠稳定性的前提下，尽可能在地面组拼成扩大安装单元，再吊装至安装位置。

3．低温（负温）焊接：本工程施工工期为10～2月份，其中焊接工程大部分在冬季施工，由于温度对焊接的

质量的影响较大，需采取措施保证焊接质量。

三、重难点工序施工方法及措施

1．地脚螺栓预埋及固定：

由于基础内钢筋的影响和混凝土浇筑时震动作用，地脚螺栓的固定比较困难也是工程质量控制的重点所在。采用模板固定支架法进行固定：

（1）支架做法

1）在支好加固后的钢模板上面放置两根平行的8#槽钢。两根槽钢间距的中线与基础的轴线基本重合，间距应比基础外侧的螺栓间距略大。槽钢的上平面标高应尽可能调整一致，同一侧槽钢用点焊连接，槽钢与钢模板用电焊点固。

2）适当地布置并可靠固定槽钢，把所有基础模板连成一体，既可以作为结构基础的平面和高程控制网，又可以用来调整和固定地脚螺栓，并能防止钢模板在浇筑混凝土时发生偏移，确保螺栓的埋设精度。槽钢的具体布置方法见图1：

图1 控制槽钢布置

3）沿纵向轴线中心位置线的方向划定地脚螺栓的位置线，为防止误差累积，由中间两柱开始分别往两边划分，把位置线用钢针标注在槽钢上。

（2）地脚螺栓预埋：

1）用角钢和钢板做成上下两个钢框架，用来固定每根立柱的8根地脚螺栓为一个整体。框架制作示意图见图2：

图2 螺栓固定框架

2）地脚螺栓框架固定后放入已支好的钢模板内，沿建筑横向位置用挂线法控制。利用地脚螺栓在槽钢上的控制线，将框架准确的固定在模板上。

固定时调整螺栓的水平度、垂直度、丝扣长度、螺栓间的行列方向、尺寸等，逐项检查无误后，用角钢把钢框架和模板的槽钢点焊在一起。框架的固定与校正见图3：

图3框架固定与校正

3）地脚螺栓找正找平并可靠固定后，即可浇筑混凝土。浇筑时土建、安装密切配合，保护好螺纹，防止浇捣时框架发生位移。在浇筑时注意做到：

a）螺纹处抹上黄油，并用牛皮纸包好，扎上细铁丝。

b）浇捣混凝土时，防止振动棒碰到螺栓。

c）浇捣混凝土时，随时观察和测量模板的固定支架、螺栓位置情况，当发现有变形、位移时立即停止浇筑，并进行调整、复位。

2．钢结构框架安装

（1）立柱安装

钢柱吊装：采用15T吊车，两点绑扎、旋转法吊装。钢柱起吊后，当柱脚距地脚螺栓约30～40cm时扶正，使柱脚的安装孔对准螺栓，缓慢落钩就位。调整柱脚底部中心线与基础轴线重合，初校垂直偏差在20mm内，拧紧螺栓，临时固定即可脱钩。

1）钢立柱的垂直度校正：安装前在柱子相邻两侧的底部和上部标出中心线位置，先后用两台经纬仪分别从两个方向后视柱脚下的定位轴线，然后仰视柱顶中心线，调整柱顶中心线与柱脚轴线一致后，说明钢立柱已垂直。

2）双螺母法进行钢立柱垂直度调整：由于传统的垫铁法易造成钢柱底座翘曲变形且难以保证调整的精确度，我们在现场采用双螺母法进行调整：在加工地脚螺栓时留有足够的丝扣长度，安装后底座下留有一段丝扣并带一组螺母。通过调节螺母的位置来调整立柱底部标高。见图4：

图4 钢柱调节标高示意制

3）实行二次浇筑，消除基础对立柱垂直度的影响：施工过程中，基础一次浇筑难以保证顶面的标高和水平度在规范要求的范围内，再加上钢柱的长度、底板至接头处的长度偏差需要通过调整底板的标高来消除。因此对基础实行二次浇筑：现将基础浇筑到比设计低40~60mm的标高，再调整钢柱到设计标高固定后，浇筑高一级标号的细石混凝土。

4）校正柱子时注意防止日照温差的影响，钢柱受阳光照射时正面和侧面产生温差，使其发生弯曲变形，弯曲变形位移值按下式计算：

△S=6(t1-t2)h2/103Bx(By)（式-1）

式中△S—钢柱顶端偏移量（mm）；

h-钢柱由底到上垂直段高度（mm）；

t1、t2——实测钢柱两个面（阴阳面）的温度（℃）

Bx，By——钢柱横截面（mm²）。

故校正柱子应避开阳光照射的炎热时间，安排在早上或阳光照射较弱时进行。

相邻两根柱子校正完成后将连系梁安装上，以增加整体连接的刚性，防止风力作用变形。

（2）屋架安装

1）为减少高空作业和加快安装进度，在地面将相邻两屋架连同桁条、斜支撑等组成一个扩大的安装单元。

2）屋架刚性较差，在外力的作用下，使上下弦产生拉力和压力，导致拱度及其他部位发生变形。故在吊装一个安装单元时，使用一合适的专用刚性吊具。见图5：

图5刚性吊具

3）吊装采用单榀吊装，吊点采用四点绑扎，绑扎点应用软材料垫至其中以防钢构件受损。起吊时先将屋架吊离地面50cm左右，使屋架中心对准安装位置中心，然后徐徐升钩，将屋架吊至柱顶以上，再用溜绳旋转屋架使其对准柱顶，以使落钩就位，落钩时应缓慢进行，并在屋架刚接触柱顶时即刹车对准预留螺栓孔，并将螺栓穿入孔内，初拧作临进固定，同时进行垂直度校正和最后固定，屋架垂直度用挂线锤检查，第一榀屋架应于抗风柱相连接并用四根溜绳从两边把屋架拉牢，以后各榀屋架可用四根校正器作临时固定和校正，屋架经校正后，即可安装各类支撑及檩条等，并终拧螺栓作最后固定。

4）吊装屋架时，应选择首跨或中间跨作为标准跨。确定标准跨后，余下各跨由中间向两侧或向一端一次安装。作为标准跨的主要构件如立柱、主梁、屋架、支撑、斜拉筋等安装时应立即校正，位置校正正确后，进行永久性固定。

5）其他各跨在完成一个独立的有足够刚度和可靠稳定性的空间结构后，也要立即进行校正。

3. 钢结构的焊接

本工程工期为10～12月份，钢结构施工大部分在冬季完成。根据《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）规定：焊接作业区环境温度低于00C，应根据钢材、焊材制定适当的措施。

（1）低温环境对焊接造成的影响有以下几点

1）焊接接头冷却速度增加，冷裂纹敏感性也增加；

2）预热效果变差，在低温环境下用相同的热源，相同的时间，不能达到应有的预热效果；

3）焊接残余应力的作用加剧；

4）环境温度对焊工的操作带来不利的影响。

（2）采取的低温焊接措施

1）优选焊材：在低温环境中，尽量选择低氢或超低氢焊材，对焊材严格执行烘焙和保温措施；焊条外露不得超过2小时，超过2小时重新烘焙，焊条烘焙次数不超过3次。

2）焊前防护：在焊接作业区域搭防护棚，使焊接区域形成相对封闭的空间，减少热量的损失。

3）预热与层间温度：低温下预热温度应稍高于常温下的焊接预热温度，加热区域为构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100毫米范围内的母材，焊接层间温度不低于预热温度或标准（JGJ81-2002）规定的最低温度20℃（两者取高值）。

4）加大定位焊时的热输入：适当加大定位焊的热输入，增大焊缝截面和长度，并采用与正式焊接相同的预热条件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧时弧坑要填满，有效减少由于定位焊接引起的收缩裂纹。

5）采用合理的焊接工艺：尽量使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度。

6）焊接后热及保温：焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理，可以利于扩散氢气的逸出，防止由于冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度，还可以适当降低预热温度。

钢结构低温焊接施工前，一定要根据实际情况做好焊接工艺评定试验，必要时还要针对具体钢种进行低温焊接性试验，做出适合的焊接工艺指导书以指导实际焊接。在低温环境下，对焊工操作的不良影响也应给予足够重视，一般环境温度不宜低于-15℃。

4.其他

（1）主梁在钢立柱安装时临时固定，作为连系两柱以提高刚性，先通过调整立柱底板来保证标高。当整个钢结构安装完成后，再按《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的要求进行校正调整。

（2）对采用高强螺栓连接的，必须严格按GB50205-2001执行，连接面应清除浮锈、飞刺与油污，组装时应先用占1/3螺栓孔数量的安装螺栓拼装，结构调整就位后穿入高强螺栓，并用扳手适当拧紧，再用高强螺栓逐个取代安装螺栓。高强螺栓分初拧和终拧两次进行。

四、结论

1．以上介绍的主要施工方法和技术措施，大大加快了工程进度，从地脚螺栓预埋、基础浇灌到钢结构框架的安装仅用了90d。

2．由于制定了严格的质量保证体系，不但严格控制了构件质量，而且控制了运输、堆放和吊装质量，采取了可靠的保证措施，对主要钢构件实行全数编号和检查。

3．钢柱的基础轴线、标高、地脚螺栓位置和尺寸直接影响到钢结构的安装质量，因此除对基础的定位轴线的反复验查外，还要严格控制地脚螺栓的预埋精度。经检查，按本文所述的方法预埋的螺栓无一超差，立柱安装均一次到位。而采用的双螺母调整立柱底座标高，方便快捷，有效地保证了屋架梁的安装质量。

4．由于钢屋架空间高、跨度大，现场采用的地面组装一跨屋架及桁条、支撑等构件整体吊装方案，扩大了安装单元，对加快进度，保障安全有着明显的效果。

5．屋架吊装时使用了专用刚性吊具，防止了屋架变形。否则钢屋架发生上拱过大或下挠的变形，会影响钢柱垂直度，导致跨度尺寸产生偏差，直接影响到其他部位的安装质量。

参考文献

[1]建筑施工手册[M]．中国建筑工业出版社出版，2005年第三版．

[2]徐家和主编．建筑施工实例应用手册[M]．中国建筑工业出版社出版，1998．