钢框架结构安装及焊接过程中的变形控制

李茹海

（中国铝业山东分公司，山东 淄博 255051）

中国铝业山东分公司2009年的两项重点节能降耗项目——200T/H碳分母液蒸发线和150T种分母液蒸发线，全部按期竣工投产。这两个项目的主体结构，全部采用H型钢作为立柱，并用小截面型钢作为联系梁。安装及焊接过程中的型钢变形，均得到较好的控制，其中200T/H碳分项目已通过“部优工程”审核。

顾名思义，钢框架结构就是采用型钢（如H型钢、工字钢、C型钢等）作为主体框架，中间用小截面型钢作为联系梁，以承担设备的载荷。目前，大多数采用固定结构型式为：底部用高强地脚螺栓与钢筋混凝土基础连接。因此，在钢结构的施工中，也必然穿插着土建部分的施工，这两工种必须密切配合，同时注意主次分清，这样有利于采用流水作业的组织型式，利于对整体工程进行品质、安全等方面的控制。

钢框架结构的制作和安装，都是热加工过程，其产生变形是不可避免的。但通过科学、合理的施工工艺，采取必要的措施，可大大降低其变形程度，使变形量处于可控制状态。

本文重点对安装过程中，吊装和焊接这两个重点环节进行讨论。

1 成因分析

从最终成因上看，结构的最终变形量，是各个工序、各施工环节变形量的叠加。具体到钢框架结构，引起变形的因素主要有以下几点：

（1）钢柱（梁）制作过程中引起的变形，如扭曲、直线度偏差等；

（2）运输过程中，未采取防范措施而引起的变形，如弯曲、局部变形等；

（3）吊装过程中，吊装点选择不正确导致变形，如弯曲、扭曲等；

（4）焊接过程中，因焊接工艺不合理造成的变形，如垂直度超标、弯曲等。

2 安装工艺及控制

2.1 地脚螺栓的预埋

每根钢立柱一般由8根或12根地脚螺栓加以固定，埋设时必须严格控制各螺栓之间的相对位置尺寸。为防止砼浇注时因震动产生位移偏差，待核对好位置尺寸后，再与基础钢筋进行点焊固定。

具体步骤如下：

（1）从原始标高点引出标高线，确定各地脚螺栓的端部标高；

（2）从定位轴线引出定位线，确定各地脚螺栓的位置；

（3）根据以上控制线，放出每个基础的十字中心线和标高点。

详细控制尺寸允许偏差见表1。

表1 控制尺寸允许偏差表

地脚螺栓埋设品质的好坏，直接关系到钢立柱的安装品质。归纳起来，包括两个方面：

一是其位置的准确度，为防止浇灌砼的过程中，因冲击而发生位移或变形，可采取相应的加固措施，如用小角钢整体连接或支撑在模板上等方法。

二是要保证浇灌砼过程中不发生损坏，如果已安装就位的地脚螺栓发生碰牙或其他情况，应对其进行修复。同样，在安装过程中也要注意避免碰伤丝扣。

2.2 钢柱安装过程中的变形分析及预防措施

钢柱一般有箱型和H型截面两种，H型占大多数。随着焊接技术的不断提高，目前多采用焊接H型钢。分段的长度要控制在15 m以内，这样做既保证运输方便，也能控制其自身的变形。安装前首先要核对好H型钢各尺寸参数，如翼缘板垂直度、弯曲矢高、扭曲等，如果超出标准，应对其进行校正。

现场安装流程一般为：

图1 现场安装流程图

吊装点必须在钢柱的重心线上，起吊前应首先进行试吊，缓慢起钩，待离地面约50 cm时暂停，确定无误后再起钩。为防止起吊时发生翻滚，可先用垫木垫实，在另一端设置吊车，辅助起吊。同理，在下落过程中也要缓慢、平稳，在下降到人能接触的位置时，要先扶正，缓慢就位，避免碰坏螺牙。

起吊时严禁在地面上拖拉，或发生突然的冲击，必须边起升边转动从而缓慢、平稳地实现离地。防止因突起突落造成动载，使钢柱发生大范围的震颤，而产生变形。

2.3 焊接过程中的变形分析

焊接过程最容易产生较大变形，且一般发生在工程的中后期，极易影响到整个项目的工期，必须引起足够的重视。此过程中引起变形的基本原因，是由于受到不均匀的加热，与冷却速度的快慢不同，从而使钢材产生收缩变形；当其收缩量达到一定程度时，会引起比较大的变形。

按照其成因，可分为材质、截面形状、焊缝的位置、数量及焊接工艺等。其中，尤以焊接工艺原因影响较大，其主要包括电流、焊接速度、温度、焊材等因素。一般电流越大、焊接速度过快、焊条（丝）越粗，产生的变形越大。焊道层数越多，连续焊长度越长，变形越大。因此，事前制定科学合理的焊接工艺至关重要。

2.4 减少变形的措施

因焊接而产生的变形，是最主要的因素。不论是制作工序还是现场安装工序，都要注意选择合理的工艺及参数。一般是采用先短后长、先立焊后平焊、先施工对接缝再焊搭接缝、先中间后两边、先里后外的施工顺序。焊道比较集中的区域，要采取分段退焊或对称施焊。必要情况下，可先作焊接工艺评定，再展开施工。

在制作工序常采取刚性固定法、机械矫正法、火焰矫正等方法中的一种或组合进行选用。具体选择哪种方法无约定的标准，要根据具体情况具体分析，灵活的运用，但必须遵循的原则是：不得改变材质。

此处重点介绍反变形法，此方法的作业要点是：在安装前，根据实验和经验，事先向确定的焊接变形的反方向作适量的预变形。根据数据统计，最易引起变形的是整个框架的边柱，其变形量比中间柱要大1～1.5倍，并向联系梁方向倾斜或位移。此时，安装时向受拉的反方向倾斜5～10 mm，以抵消焊接变形量，使垂直度控制在允许偏差范围内。

3 结束语

随着焊接技术的不断提高，越来越多的厂房和高大建筑应用钢框架结构。在国家大力推行建设资源节约型、环境友好型社会的背景下，钢框架结构以其施工工期短、造价低、抗震性能好、可重复利用和基本不产生建筑垃圾等优点，成为众多技术人员关注的对象。相信在不久的将来，钢框架结构技术，会得到越来越广泛的应用。

[1]牛秀艳，刘伟.钢结构原理与设计[M].武汉：武汉理工大学出版社，2010.

[2]中国建筑工程总公司.钢结构工程施工工艺标准[M].北京：中国建筑工业出版社,2003.

[3]陈 骥.钢结构稳定理论与应用[M].北京:科学技术文献出版社,1994.

[4]中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会专家组.中国大型建筑钢结构工程设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.