大型公用建筑钢结构施工技术研究

洪靖华，范圣健

（浙江中南绿建科技集团有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引言

随着钢结构在大型公用建筑中的广泛应用，其施工技术也越来越受到建筑行业人士的关注。乌晋东[1]立足于大跨度钢结构施工中常用的高空散装法、整体吊装法、分段吊装法、整体提升法等所涉及关键点进行不断的创新和完善，并且做出来详细的阐述。陈征国[2]提出结构桁架主梁、桁架间连系梁、桁架外侧悬挑结构、压型钢板的安装作业次序，并利用搭设满堂脚手架工作平台，解决了高空涂装作业难的问题。李冠东[3]在分析高层钢结构施工技术及其应用的优缺点以及主要技术要素，对高层建筑钢结构施工技术及钢结构体系梁柱的连接节点进行了设计，确保了钢结构的整体使用质量，提高了其安全性。本文从钢结构精准度控制技术、钢结构吊装技术、钢结构焊接技术、钢结构虚拟施工建模技术做出具体阐述。

1 工程概况

金强国际赛事中心体育馆位于四川省成都市，是2021 年世界大学生夏季运动会比赛主要场馆之一，总的建筑面积大约为16 万m2，该工程可以分为体育馆以及商业两个部分，由地上的防震缝进行分开。建筑面积大约为4.4 万m2，地上一共有5 层，总高为43m 左右，体育馆内有超过10.25 万个固定的坐席以及1 600 多个活动的坐席，属于特大型的体育馆。该体育馆可以承接国际高水平的篮球比赛，而且具备演艺中心的功能。体育馆鸟瞰图如图1 所示。

图1 体育馆鸟瞰图

2 钢结构的特点以及制作

钢结构具有体积小、性质稳定、可塑性以及刚度都较强等特点，被广泛应用于大型公用建筑施工。（1）体积小。钢结构相比于其他建筑材料具有体积小以及质地轻盈的特点，更加便于运输、安装以及拆卸，施工更加的便利。（2）性质稳定。钢结构相比于其他的建筑结构稳定性更高，因此用在大型公用建筑施工中可以很好地提升其安全性以及可靠性。（3）可塑性以及刚度都较强。钢结构不仅具有较好的可塑性，便于建筑施工，而且具有非常强的刚度，因此可以很好地抗衡外界的冲击，对于其抗震能力有很好的提升。（4）生产周期短。钢结构相比于其他的建筑材料具有生产速度快而且精度高的优势，因此建筑施工中可以很好地缩短工期，减少工程的误差。

为了确保大型公用建筑的钢结构的顺利安装，在钢结构的制作过程中必须确保其精确性，这是确保钢结构质量的基础。钢结构的制作工序：（1）材料的检验。钢结构的材料对其质量有直接的影响，因此在材料的选择时一定要严格按照设计文件以及相应的规范要求，对主要材料以及各种辅助材料进行力学指标、工艺性能、外形、尺寸等进行详细的检查，确保材料的质量符合相应的要求。（2）材料的堆放。在确保所有的材料检验合格后要合理地进行堆放，把各种钢材料按照不同的品种、规格、钢号进行堆放，对于堆放的地面还要进行垫平和垫高处理，避免由于积水而产生变形。（3）放样。根据审核通过的施工图纸，按照1:1 的尺寸绘制出钢结构的实样，并且选择轻质且不易变形的材料制作样板。放样不需要根据具体施工工艺要求合理的预留制作以及安装过程中的加工余量。（4）材料的矫正。在实际的加工过程中会出现由于受热或是加工外力的影响，而导致钢材料的变形，因此要根据实际的变形情况，合理地进行矫正，确保材料的平直。（5）号料。在确保样板尺寸精准的前提下，以此为依据，在原材料上画出实样，并且准确地打上加工的记号。（6）切割。把号料以后的原材料，按照实际的要求以及尺寸进行下料，采用科学合理的切割方法进行切割，常见的切割方法有气割、机械切割以及等离子切割等等。（7）成形。钢结构按具体的成形目的可以分为卷板、弯曲、模压、折边几种成形方式，要根据工程的实际情况合理地进行选择。（8）边缘加工。为了消除切割造成的边缘硬化，确保后期焊缝的质量，必须采取合理的方法对边缘进行加工，为提升钢结构整体的施工质量提供保障。（9）制孔。钢结构质控的质量以及精密度，对于钢结构后期施工有非常重要的影响。在制孔时要根据工程的实际情况，科学合理地选择制孔的方式，而且要确保制动的精准度。（10）装配。装配时把半成品或是零件，严格地按照设计图纸进行安装，装配的方法有地样法、胎模装、立装、卧装等等。（11）焊接。焊接是钢结构制作中非常重要的步骤，常用的焊接方法有电弧焊、电渣焊、电阻焊等等。（12）后期处理。对钢结构进行打磨、矫正以及消除焊接应力等等一系列后期操作。在案例工程钢结构施工中钢梁的制作难度要远远大于钢柱，为了更好地确保屋顶的拱度，必须对其外形尺寸等等进行合理的调整，严格筛选钢结构制作厂家，对于其制作的厂房进行全面重点检查，不仅要重点检查钢梁的外形以及尺寸，还需要检查两端的连接板，确保出厂的钢结构符合建筑整体的安装要求，确保钢梁与梁柱之间的紧密连接，提升工程的整体质量。

3 大型公用建筑钢结构施工技术研究

3.1 钢结构精准度控制技术

对于大型公用建筑钢结构安装精度的控制可以分为运输过程中的精度控制以及现场安装的精度控制。（1）运输过程中精度控制。为了保障钢结构尺寸的精准度，要加强对于运输过程中的控制。避免在运输过程中出现磨损变形的情况，科学合理地采取必要的措施，减少运输过程对于构件的损害。首先，要提前对于运输线路进行了解，确保运输车能够顺利通行而且要避免在运输过程中出现剧烈的颠簸。而且运输过程中如果需要绑扎，要增加相应的支撑点，避免出现变形或是磨损的情况，还要根据实际情况通过木料等辅助材料填补钢构件之间的空隙，钢构件的外包装一定要做到尽可能的严密，避免在运输过程中由于震动以及压力而发生变形，影响其精准度。其次，装卸过程也必须十分的注意，建议采用两点吊的方式，如果是比较长的钢构件，必要时可以增加必要的辅助措施，增加吊点进行装卸，避免在吊装的过程中由于受力不均匀而产生变形。最后，在现场进行堆放的过程中一定要严格遵守相应的规定，避免堆放层数过高以及堆放的高度超高。一般情况钢构件的堆放层数不能超过3 层，避免出现倒塌的情况。堆放区一定要做好防潮处理，室内堆放一定要确保其有良好的通风条件，对于进行室外堆放的钢构件必须做好防雨防水处理。（2）安装中的精度控制。首先，做好相应的准备工作。在实际进行安装之间，工作人员一定要再次对钢构件进行严格的复测，检查其外形、尺寸、型号以及变形情况，在确保其符合施工要求的情况下才可以进入到施工现场进行吊装。为了确保钢结构的稳定性，相关人员还需要对基础的混凝土进行相应的检查，确保其已经达到相应的强度。对螺栓以及杯口等位置进行检查，如果发现偏差一定要做好相应的标记，便于施工人员在实际的安装过程中合理地进行位置的调整。从案例工程的安装顺序来看为了更好地提升安装的精准度，可以先从柱间的支撑以及屋面的支撑部分开始进行安装，在确保工程基础部分安装成功后再次对现场的钢柱进行标高的复测，对出现的偏差进行纠正，在确保基础的精准度后再进行后续工作的安装。其次，高强螺栓的安装。在初拧高强螺栓的时候要边拧边观测钢柱轴线的变化情况，避免钢柱移动情况超过其允许值，还要及时对钢柱的轴线进行调整。进一步拧高强螺栓时，要严格按照相应的顺序进行，要从梁柱的连接点开始再到支撑点，最后是系杆的接点。最后，安装件和被安装件匹配问题。在实际的安装过程中，如果出现了被安装件和安装件无法匹配的情况，一定要选择调整安装件来进行弥补，禁止调整被安装件的位置。为了更快地提升钢结构成型的效率，先要稳定结构，然后按照合理的方式再对各个部门进行安装，从而有效减少施工过程中的误差，提高整体工程的质量。

3.2 钢结构吊装技术

钢结构吊装技术是大型公共建筑钢结构施工中非常重要的部分，一定要加强对于安全问题的重视，根据工程的实际情况科学合理地提升吊装技术，在确保施工安全的前提下更好地提升整体工程的质量[4]。在案例工程中，为了更好提升整体工程的质量，在对钢结构进行吊装前再次对基础进行了复测，包含锚栓实际外露的长度，锚栓中心线位移偏差、间距以及基础的标高，确保全部符合相应要求后才可以进行吊装工作。为了有效地控制钢柱标高，可以提前在柱子便于看见的截面画出一定的长度，便于后期在安装的过程中进行校正以及微调。在复测合格的前提下进行钢柱的安装，安装时可以先利用单根的钢丝绳捆绑好柱子，在距离柱子顶端三分之一的位置合理地设置吊点，通过旋转的方式把柱子进行吊起，把其送至具体安装的位置。在到达安装位置后通过推动柱子使其螺栓孔与基础锚栓，根据实际情况，在小范围内合理的进微调，确保所有的螺栓孔全部对准预埋的地脚，然后把构件缓慢地落下，一定要在全部对齐的情况下垂直下落。在柱子基本完全落下的时候，及时对其中心线以及基础定位的轴线进行调整，对于中心线的调整主要是靠水平靠尺进行测量，通过反复的调整确保其位置准确无误。在吊装的过程中还要及时利用水平仪对柱子的标高进行适当的微调，检查其实现标注的线与实际的高度是否相符，当出现偏差的时候采用垫铁对标高进行相应的调整。在吊装的过程中也必须确保柱子的垂直度，可以在吊装之前在柱子的可视面提前标出中心线，再利用经纬仪进行对其垂直度进行相应的调整。对于柱子的间距可以通过内侧建筑物上提前标记好的控制线来进行调整。柱子的高度、垂直度以及轴线之间是相互影响相互联系的，只有每一项都符合相应的标准后才是全部完成了校正工作。在钢梁吊装时要提前把所有的钢梁及时运送到各钢柱的附近，然后按照由内到外，由下至上按照相应的编号顺序进行吊装，在吊装的过程中只有当梁的两端的螺栓全部紧固以后才能够松开吊钩，然后依次进行其他的梁的吊装，提高吊装过程中的安全性，为整个建筑工程质量打下坚实的基础[5]。

3.3 钢结构焊接技术

大型公用建筑钢结构施工在确保钢柱以及钢梁按照相应的设计要求进行吊装后，就要开始进行焊接，焊接是钢结构施工中非常重要的一道工序，焊接质量的高低对于钢结构的整体稳定性以及可靠性都有直接的影响，因此在实际的施工中一定要高度重视，确保焊接技术符合设计的要求，为整体工程质量打下坚实的基础。在实际的焊接过程中，会有非常多的因素影响焊接技术的发挥，从而造成焊接质量降低的情况，严重的还会对工程的质量造成影响[6]。因此，在案例工程钢结构焊接时从以下几点进行注意，更好地避免了各种不利因素的影响，有效地提升了工程的整体质量。（1）专业人才。在钢结构焊接时一定要重视专业人才的选择，确保所有的操作人员都必须具有专业的资格证书，并且具有丰富的实战经验，能够更加高效地完成实际操作。在进入施工现场之前还要根据工程的实际情况对相关人员进行专业的培训，然后进行专业的考核，只有通过考核的人员才能够进入施工现场。（2）充足的准备工作。在每天实际开始焊接之前操作人员都必须进行充分的准备，确保在施工过程中所用到的所有工具都能够正常的工作，而且要按照相应的要求对设备以及器材进行合理的摆放。（3）严格遵守焊接程序。在焊接工作开始之前，相关技术人员针对工程的实际情况，科学合理地制定了严格的操作流程以及操作标准，所有的焊接人员必须严格按操作程序，有步骤地进行每一步操作，确保每一项工艺都完全落实到位。（4）确保焊条的质量。对于进入到焊接施工现场的焊条必须严格把好质量关，确保所使用的每一根焊条都符合国家以及设计的相关要求，避免出现有质量问题的劣质焊条，从细节处把守质量关。（5）仔细进行检查。焊接人员每次完成相应的焊接工序都必须仔细地进行检查，确保没有焊接偏差以及不到位的情况，如果发现问题一定要及时地进行相应的处理，确保焊接的质量能达到设计的标准。（6）重视监督管理。在钢结构焊接的过程中一定要加强监督和管理，做到对于整个施工过程的全面监督，确保施工制度能够真正地落实，便于及时发现问题改正问题，更好地提升整体工程的质量。

3.4 钢结构虚拟施工建模技术

大型公用建筑钢结构施工会受到平衡问题、碰撞问题、连接问题等等施工难题，要加强对于先进技术的应用，科学合理地采用计算机建模技术可以很好地帮助施工人员发现在钢结构施工中方案中存在的问题，从而通过建模模拟技术进行有针对性的预防，从而确保施工的高效顺利进行。虚拟施工建模技术已经十分成熟，把工程中的各种参数准确输入相应的系统，系统就会快速地对施工中各种作业以及程序进行科学合理的计算，并且根据大数据的分析对施工中可能存在的安全隐患进行全面分析，并且把安全隐患进行总结，为实际的施工提供保障。在案例工程中采用了参数型驱动建模技术，通过对钢材、机械等等各种参数进行分析，从而对建筑钢结构力学特点进行研究，科学合理地计算出各种数值，为实际的施工提供了数据支持，降低了施工过程中可能出现的安全风险。（1）钢构件吊装模拟技术。钢构件吊装施工作为钢结构施工的核心，由于大型建筑钢构的数量大，产生的各种不确定性因素更多，因此更加要重视虚拟建模技术的应用，从而对于整个施工流程有更加全面的把控，更好地解决在实际的施工过程中可能存在的问题。（2）钢结构组装虚拟建模技术。钢结构组装直接关系工程的质量，由于钢结构的体积较大，在移动时具有一定的难度，如果组装发生错位，整个组装作业都会产生非常不利的影响，采用虚拟建模技术，对于整个组装的过程进行模拟作业，可以很好地提升钢结构组装的效率。在案例工程中通过对于钢结构连接角度进行模拟，获取了不同角度的实际安装效果，为实际施工提供了参考，提升了实际安装的效率。高智能化组装建模技术的应用，使其能够自动对问题进行判断，在进行效率以及质量判断时还充分考虑组装方法的差异，为实际的组装提供了技术依据。

4 结论

综上所述，钢结构具有体积小、性质稳定、可塑性以及刚度都较强等特点，被广泛应用于大型公用建筑施工中。想要更好地提升工程的整体质量，就必须全面分析钢结构的制作工序，然后对钢结构精准度控制技术、钢结构吊装技术、钢结构焊接技术、钢结构虚拟施工建模技术在实际工程中的应用，更好地解决大型公用建筑施工中的问题，提升整体的工程质量，促进我国建筑行业的快速发展。