混凝土框架结构钢结构屋面安装方法研究

慈龙玉 马尚斌 黄鸿鹏 晁明永

建筑行业是我国社会经济持续发展的支柱行业，为促使各类建筑工程项目都能取得理想的效益，建筑工程建设单位在施工中，需要加大对新材料、新工艺、新设备和新方法的应用。就目前我国建筑工程发展现状，混凝土框架结构和钢结构屋面具有施工操作简单、施工速度快、结构形式多样化以及稳定性比较高等特点，深受社会各界人士的广泛青睐，在很多建筑工程项目中都有很好的应用。为更好地保证施工质量，获得更大的经济效益和社会效益，需要对混凝土框架结构钢结构屋面安装方法进行更加系统化的分析研究，以保证后续施工中各道工序都能高效、有序、安全开展，促使施工任务和目标得以顺利完成。

1 钢结构屋面施工前相关的准备工作

1.1 总体部署

混凝土框架结构的钢结构屋面内部以钢结构为主，再辅以其他土木工程，因此现场施工条件比较复杂。为使每道工序都能顺利开展，提升钢结构屋面安装的效率和质量，需要提前规划施工的总体部署，并结合设计图纸和现行相关规范与标准，编制施工方案，做好后续施工的分区建设部署工作，合理划分吊装分区[1]。同时，还要保证地面拼装工作中，成品和半成品验收合格之后再开始吊装作业。通过这样的方法既能减少高空作业量，也可以降低施工难度，保证施工质量，促使钢结构屋面安装任务能够在合同规定的期限内完成。

1.2 技术准备

钢结构屋面安装工作大多在高空完成，不但安装难度大，还存在很多安全隐患。解决这一问题的关键在于，正式安装之前做好钢材、连接材料质量和性能的检查验收工作。同时，结合设计图纸、施工技术文件以及现行规范标准等，编制科学、合理、完整的钢结构屋面安装工艺流程，并切实做好施工现场的技术交底和安全交底相关工作，对参与钢结构屋面现场安装工作的人员进行技术和安全培训[2]。在正式安装前，要保证网架安装的所有零部件加工完成，质量验收合格后，摆放在指定位置。

1.3 资料与材料准备

钢结构屋面安装对连续性有很高的要求，需要在正式安装之前切实做好材料准备工作，为施工方案和技术方案的落实提供助力。同时，还需要确认开工报告等多种文件内容，以保证后续施工能够顺利开展；做好施工机械设备和工程材料的准备工作，保证机械设备的性能、质量都满足钢结构屋面的安装要求。另外，应全面落实好技术交底工作，按照技术文件内部的具体内容，做好技术和工作人员之间的技术交底，强化现场施工人员自身的施工安全意识，以保证每位施工人员在施工中都能严格遵循施工标准的要求。

为提升后续施工的有效性和连续性，施工前需做的准备工作较多，包括标高检查、支座轴线检查、支座混凝土强度检查等。为营造一个安全稳定的操作平台，当脚手架平台搭设完成后，还需要及时、详细地检查每个支点的位置和标高等；在高度调整中要使用千斤顶，以保证调整的精度能够满足要求[3]。网架支座轴线和标高设计必须严格遵循相关设计标准的规定，以免在钢结构屋面安装中出现问题，从而影响钢结构屋面的安装质量。

2 钢结构屋面的安装施工

2.1 钢屋架加工制作

2.1.1 测量放样

为保证钢结构屋面的施工质量，提升钢屋架加工制作精度，测量放样工作要保证在平整的工作平台上进行，根据图纸中的尺寸要求进行加工，在平台上划出大样，且测量放样的工具必须提前进行校准调整。另外，起拱度也要满足设计图纸的要求。起拱方面的制作时，各起拱部位需要同时进行，始终保持竖腹板方向不能发生变化，腹杆方向应严格依照设计图。对于屋架的测量放样工作，还需要考虑焊缝方面的收缩变形问题以及切割可能造成的误差，因此需要留有余量。例如，针对焊缝收缩问题要留出大约10 mm 的余量，为提升测量放样的准确性，要对整个钢梁和平台同时放样，确认全部达标后才能下料。

2.1.2 下料

下料前需仔细核对材料的种类、型号以及性能，按照测量放样的结果在材料上划出切割线、钻孔位置，清楚标记每个零件的编号；并结合配料表进行号料操作，以节约钢材。同时，按照钢材料的实际厚度和使用的切割方法，适当增加切割量，尤其是在角钢端部切割垂直轴线，允许切除一部分，但不能将另一肢全部切除。在钢结构下料操作中，变形客观存在且难以有效规避，但可通过火焰校正法进行校正处理，以减少变形。在采用火焰加热校正中，最高加热温度不宜超过900 ℃。

2.1.3 制孔和组装

装配件完成下料后，需要按照设计图纸的规定进行制孔操作。装配件连接操作中要保证上弦杆、下弦杆以及腹杆的接缝不能在同一个截面上，且相互之间错开的距离要控制在200 mm 以上。装配件组装需要在测量放样的平台上完成，并通过电焊的方式固定好构件，形成桁架片，制作好后再将其翻转作为模板。在这一模板上复制出结构相同的桁架片，得到尺寸、结构一致的形状，按照这种方式逐个制作，制作完成后搭设杆件并焊接固定，形成完整的屋面结构。为保证焊接的质量，在进行组装和焊接之前，需要做好搭接部分的质量检查工作，并进行各桁架片的防锈处理。在装配安装施工时，需要注意尺寸方面的控制。例如，腹杆及弦杆之间要留有间隙，大约15 ～20 mm；屋架节点板要伸出弦杆边缘大约15 ～20 mm 的尺寸。

2.1.4 焊接和校正

在焊接施工前，屋面应先做好垫实固定工作，避免焊接过程中移动。焊接施工应以屋面中间为切入点，再依次朝着两侧对称焊接。为了保证焊接的固定质量，不能单面施焊，而应在一面焊接施工完成后，再反转过来焊接另一面。由于屋架体积大、重量大，在反转时要利用吊装设备完成，选择合适的吊点，并加强对吊点位置的把控，以免发生变形和损坏。屋架各节点要连续焊接，全部焊接完成后，对变形弯曲情况进行校正处理。由于屋架制作节点位置的焊缝比较多，为保证焊接质量，要先做好拼装工作，再进行焊接。焊接结束后及时校正，最好选择火焰校正法。此方法校正量可控，操作简单，成本低，但需要控制火焰温度不超过900 ℃[4]。

2.2 钢结构屋面安装施工

2.2.1 安装准备

在钢结构屋面安装之前，需要复验轴线控制点，测量标高水准点，并利用经纬仪测量出钢结构屋面安装的标高控制线和吊装辅助线，详细检查屋面支座和支撑系统上的预埋件。如果轴线、标高、水平度、预埋件的位置以及构件露出长度等没有达到设计要求，则需要及时调整处理，达标后再检查吊装设备的质量和性能，按照设计要求在钢结构屋面安装现场搭设脚手架和操作平台。屋架腹杆通常为拉杆，但在具体吊装施工中，一旦和吊装位置交叉碰撞，会导致拉杆转变为压杆。为避免屋面出现变形、结构损坏等质量缺陷问题，应对屋面进行加固处理，尤其是屋面上的承重构件，需要通过钢管、木方以及其他措施相互结合的方法进行加固处理。

2.2.2 屋面安装

由于钢结构屋面的结构尺寸与重量都比较大，对安装精度的要求非常高，为降低施工难度，提升钢结构屋面安装质量，通常会采用高空吊装法。通过吊装设备，将钢结构屋面各部分构件垂直摆放在合适的位置，并保证每个零件都能有效分数开。在具体安装中，需严格按照设计图纸进行安装操作，保证内部编号能相互对应，尤其是吊点要布设在屋架三汇交叉点上。吊离地面约50 cm后，停止吊装，对吊绳、吊钩、钢结构屋面进行全面检查，确认无误后再继续吊装[5]。通过吊装设备将屋架移至安装位置，在松开吊钩之前检查位置是否有偏差，确认无误后匀速缓慢下落，将屋架构件安装至既定位置。在这过程中，要时刻注意垂直度以及是否有侧弯等问题，保证各项偏差都在设计允许的范围内，再继续完成钢结构屋面安装任务，使得钢结构屋面安装符合设计受力状态与整体稳定性要求。

进行高空拼装操作中，首先要保证支座的摆放位置能够精确对准承点部位，然后再与网架下弦进行连接，确保能够稳定连接到另一端支座节点上，同时还需要将网架下弦杆的脚手架平台垫平、垫牢。其次，严格按照螺栓球的上弦节点精确布置好对应的编号，以完成对应网架椎体的拼装。最后，及时开展复检操作，无问题后再采取推拉的方法连接网架椎体和网架的下弦节点，并旋紧所有的节点螺栓，校准网架轴线，全面复检网架网格。若网架自身具有良好的刚性，则可通过千斤顶来移动轴线间的网架单元，以实现精确调整。

2.2.3 构件的连接和固定

构件的连接和固定是混凝土框架结构钢结构屋面安装的核心内容，任何一个细节控制不当，都会对总体混凝土框架结构钢结构屋面安装质量造成较大影响。在进行构件安装时，需要充分提高其稳定性能，具体可以通过螺栓+焊接的方式将各个节点紧密连接成一个整体。在使用螺栓时，所有螺栓孔都可以随意扩孔，对于需要永久紧固的螺栓上不能超过2 个垫圈。

焊接时，焊缝长度和焊脚尺寸要严格按照设计要求进行。为提升焊接质量，在整个焊接操作中，要严格控制以下2点。第一，选择合适的焊接电流。根据安装连接构件的厚度、焊接层次、焊条型号以及焊条直径等指标，选择合适的焊接电流，做到等速焊接，以保证焊缝的厚度、宽度均匀一致，焊接熔池中铁水和熔渣间的距离要控制在2 ～3 mm[6]。第二，控制好焊接电弧的长度。按照所选焊条型号，选择合适的电弧长度，尽量保证电弧长度稳定不变。如果采用了酸性焊条，电弧长度需要控制在3 ～4 mm；如果采用了碱性焊条，那么电弧的长度要控制在2 ～3 mm。

在螺栓和焊接固定完成后，要对螺栓及焊接的质量进行检查。先进行表面检查，若存在质量缺陷则需及时处理；全部处理完后，再用超声波探伤仪进行内部焊接质量检查，若存在焊瘤、未焊透、未熔合等质量问题，也要及时处理。

2.2.4 拆除临时支撑

当混凝土框架结构钢结构屋面全部安装完成后，需要拆除临时支撑结构。但考虑到结构受安装、焊接顺序以及残余应力的影响，实际受力情况和理论值通常会存在较大偏差。此外，在进行结构拆除中，无论是结构自身情况，还是支撑体系的受力情况，都会发生不同程度的改变。为保证临时支撑拆除后的位移和受力情况能够与设计相符，需要对整个拆除过程进行全面监测，一旦发生偏差过大的情况，应立即停止拆除，等相关问题全部处理后，再重新拆除。

混凝土框架结构钢结构屋面在高空完成安装后，要从跨中开始，逐步向两侧进行分批拆除。为保证拆除的安全性，降低对已完成混凝土框架结构钢结构屋面造成的影响，在整个拆除过程中要严格遵循“分批、等量、均匀、缓慢”的原则[7]。在拆除中要做好现场工况分析和对比分析工作，选择科学合理的拆除顺序，制定可行的拆除流程。

同时，检查混凝土框架结构钢结构屋面焊接是否全部达标，确保钢结构屋面系统能够形成一个稳定的整体，并做好各安装面的清理工作，以免存留的工具、构件等造成高空坠物伤人问题。另外，各临时支撑结构还需要整理好编号，按照编号顺序依次拆除。在屋面网架上选择合适的位置布设好监测点，以便在整个拆除过程中能够实时掌握结构的变形量，保证整个拆除工作都能在可控范围内完成。

3 安装质量验收

质量验收是混凝土框架结构钢结构屋面安装施工的核心环节，质量验收的效果直接关系到整个工程施工的总体质量。这就要求在质量验收中必须严格遵循相关的标准和规范，控制纵向和横向的安装长度误差在30 mm 以内，周边支座的高度误差不超过15 mm，各杆件的弯曲矢高误差不超过5 mm。在进行混凝土框架结构钢结构屋面安装质量验收中，可采取经过校准的水准仪和钢尺相互联合的方法进行验收，质量验收结果要全部填入验收资料中，归档保存。

4 结语

本文结合理论实践分析了混凝土框架结构钢结构屋面的安装，分析结果表明，该类安装是一项难度大、质量高、技术标准严的项目，而且影响安装质量的因素较多，任何一个细节控制不当都会影响最终的安装质量。这就要求在安装前要切实做好各项准备工作，以保证后续的安装施工工序能够顺利开展。在安装全过程中要落实好质量控制措施，保证各项施工技术、管控措施使用的合理性与科学性，以便更好地保证混凝土框架结构钢结构屋面的安装质量，不断积累安装施工经验，为我国工程项目建设提供更加有效的经验和启示，促使我国钢结构工程事业持续健康发展。