某大型钢结构厂房施工关键技术研究

2023-11-30赵义

工程建设与设计 2023年21期

赵义

（唐山钢铁集团有限责任公司，河北唐山063000）

1 钢结构厂房施工中的常见问题

钢结构厂房施工中常遇到的问题包括：（1）钢结构构件制作过程中产生缺陷。钢结构材料没有完全按照设计规范要求采购，继而使得制作过程中出现钢结构表面裂纹等质量缺陷。此外，由于钢材焊接过程中的残余应力影响，在构件处理过程中的放样尺寸会产生偏差。（2）钢结构安装过程中产生缺陷。钢结构构件在吊运过程中，防护措施不足或者吊装方式存在弊端等会使构件出现局部失稳的不利情形。有时为了节约施工成本或者赶工期，往往省略了临时支撑结构的安装环节，导致钢结构整体质量下降，最终无法满足设计要求。（3）钢结构焊接过程中未按照工艺规范要求处理，使得钢结构焊接过程中产生裂纹、咬边未熔合等多种质量缺陷。

2 案例概况

某钢结构厂房的建筑高度为15.78 m，建筑跨度为65 m，建筑面积为88 357 m2，该建筑基础形式为独立基础，结构形式为钢网架结构，外墙维护结构形式为轻钢围护结构形式，钢结构厂房的辅助用房的结构形式为单层现浇钢筋混凝土框架。该钢结构厂房预埋螺栓总数为3 497 根，螺栓材质为普通低碳钢，钢材型号为Q235B，根据螺栓实际应用位置不同，螺栓直径分为3 种M20、M45、M52，长度在600～1 300 mm。

3 钢结构厂房施工关键技术分析

3.1 地脚螺栓预埋法精度控制

案例项目中所用地脚螺栓的根部处于独立基础短柱的中部位置，螺栓数量多且高度较高，这就要求地脚螺栓的安装精度要高，地脚螺栓安装精度直接影响着钢结构柱的施工质量。按照设计图纸尺寸要求预制角钢支撑框架和地脚螺栓，地脚螺栓与角钢支撑框架的固定方式采用点焊方式，再依据地脚螺栓预埋的设计标高对地脚螺栓与角钢支撑框的相对位置进行调整，将地脚螺栓整体置入角钢支撑框内，利用水平仪和钢尺确定其水平度和垂直度，校对无误后开始浇筑混凝土。

因该钢结构厂房基础为大体积混凝土结构，为提高钢筋骨架的承载能力将钢筋间距密集设置，也正是因为密集的钢筋间距导致地脚螺栓无法准确被固定，在混凝土浇筑产生的压力和混凝土振捣棒振动过程中产生的振动双重作用下，已固定好的地脚螺栓发生偏移。为了消除以上缺陷，案例项目采用钢框架固定地脚螺栓预埋法。地脚螺栓预埋法需要着重控制的环节包括测量、施工两个环节。

1）测量环节。测量环节主要是进行标高控制线和基础轴线的施测，再将控制点投测到基础顶上。利用直角坐标系法测量计算各钢柱基础纵轴、横轴线，确保测量准确的前提下在对应位置用红油漆标注地脚螺栓预埋位置。

2）施工环节。预埋螺栓框架需要寻找具有相应资质且制作经验丰富的第三方厂家制作，经过层层检测合格后方可进入施工现场。预埋螺栓框架误差应满足以下要求：螺栓孔直径和地脚螺栓外径之间的差值应≥0.5 mm；螺栓孔中心和用红色油漆做的十字线标记的中心变差应≤1 mm；对角螺孔中心间距之间的距离差值应≤2 mm；预埋螺栓标高误差控制应满足≤±2 mm。

3.2 地脚螺栓预埋施工技术

钢结构厂房项目的地脚螺栓预埋环节使用了新型工艺，确保了地脚螺栓预埋的精准度。预埋新技术采用了模具打孔策略，确保了螺栓预埋的精准度，完全避免了因地脚螺栓预埋偏差带来的重新返工。钢结构柱体的安装合格率达到了100%，地脚螺栓预埋新技术的施工工艺如图1 所示。

图1 地脚螺栓预埋新工艺施工流程

3.2.1 模具制作

对各个螺栓相对位置进行分析后，螺栓模具的制作材料决定选用型号为100 mm×100 mm×5 mm 的方钢管焊接，使用方钢管焊接螺栓模具可以有效保证各个螺栓相对位置关系不变[1]。现场混凝土浇筑时，模具可以确保螺栓群整体位置保持不变。为了保证螺栓群整体位置关系的误差在设计允许范围内，在模具制作过程中要确保模具孔直径尺寸比螺栓孔直径尺寸大0.3 mm。

3.2.2 模具使用

短柱周边使用钢管搭设操作架，再通过操作架将模具架起便于地脚螺栓穿入其孔内，然后使地脚螺栓从模具孔内穿入，目的是使地脚螺栓逐个吊在模具上。为了确保螺栓间的相对位置不变，用一整根钢筋通过焊接的方式将螺栓连接起来形成整体，目的是便于将焊接后的螺栓群体放置短柱马凳上。焊接钢筋选用的等级与螺栓数量有关系，如果单柱螺栓数量≤8 个，则焊接钢筋型号选用C22；如果单柱螺栓数量＞8个，则焊接钢筋型号选用C25。

模具位置通过横向和纵向拉通线确定，将模具放在支撑架上时，地脚螺栓群也同时放置在马凳筋上。模具落到操作架体的横向杆件上时，模具的方钢管两侧应立即设置扣件来确保模具具体位置，模具方钢管两侧钉入200 mm×100 mm×50 mm 的短木方用于固定模具。现场混凝土浇筑完毕后10 h内，将模具拆除后用清水洗净晾干后待重复使用。因马凳上的钢筋承受着螺栓群的自重，螺栓群不会发生下沉现象，可以确保螺丝外漏长度的准确性。

3.3 大跨度钢桁架分段吊装

按照施工图纸要求对需要安装的钢桁架结构进行科学合理的分区，分区完成后按照既定顺序进行分段吊装。钢桁架单元自身结构复杂，为了确保吊装过程不会对钢桁架单元造成损害，通常会在钢桁架两侧设置可靠的支撑系统。分区后的钢桁架分段吊装时，吊装起点设置在钢桁架结构的两侧，分段两端分别设置在钢支座和临时支座上部，两次相邻的分段吊装应保持一致。具体的吊运步骤如下：（1）将钢桁架放置在和安全区域相距1 m 左右的位置，并使用缆风绳对钢桁架方向进行微调整；（2）通过履带吊大钩将钢桁架移动到距离安装位置上方0.5 m 处；（3）检查钢桁架位置是否与安装位置保持纵向垂直，如果不在一条垂直线上，需要调整履带吊大沟位置，将分段结构移动到安装位置上方；（4）在人工牵拉缆风绳和操作履带吊的双重配合下，对分段结构位置进行最终调整，保证分段结构安装在准确的预定位置。

在考虑焊接变形的基础上，准确测量分段结构的实际相对标高，再对分段结构位置进行校对，确保结构分段位置符合设计规范要求后，将各个分段结构进行连接。一般情况下，如果结构分段位于混凝土结构的上方，大部分条件下可以选择直接支撑模式，小部分条件下会选择设置减震支座，目的是便于结构分段放置。在固定措施完成后，履带吊应及时与钢桁架起吊装置脱钩，目的是减小连接区域的受力情况，确保结构分段的安装符合设计要求。

钢桁架结构分段吊装受到起吊重量、起吊作业环境温度以及焊接作业等不同因素的影响会产生一定的误差，这也是钢结构施工过程中需要重点关注的地方。钢结构构件在安装期间受到环境温度或者焊接等因素的影响，钢桁架构件会出现不同程度的变形，继而导致钢桁架结构分段安装时出现误差[2]。所以在上一个单元安装完成后，要对其变形情况进行实时监测，对其变形规律进行总结，在下一个单元安装过程中要对点位积极实施反变形，在最大程度上保证钢桁架结构分段安装的准确性。

3.4 钢结构高强度螺栓连接

调试钢结构厂房的钢结构构件在正式采用高强度螺栓连接之前，应先使用普通螺栓进行预连接，连接个数为总连接数的1/3 为宜，当确定普通螺栓位置准确后，再用高强度螺栓替换普通螺栓。如果螺孔在穿入作业中出现异常情况，应第一时间使用铰刀进行修复和处理，在修复过程中应使用普通螺栓固定板叠，来保证钢结构构件质量不受到损坏。

高强度螺栓在穿入时，应确保螺母带圆台一侧与螺母倒角一侧的方向保持一致，螺栓头的方向与螺栓头下垫圈倒角一侧方向保持一致。此外，高强度螺栓穿入过程中严禁使用额外力量强制穿入，以免对高强度螺栓造成损害。

高强度螺栓在钢结构节点安装过程中主要包括初拧、复拧以及终拧3 个环节。初拧的扭矩为终拧扭矩的1/2，复拧的扭矩与初拧的扭矩相同。为了避免少拧的情况出现，将已经完成初拧和复拧的螺栓，选择两种特殊颜色进行标记，高强度螺栓施加扭矩的部位只有螺母位置，其他位置不能施加额外的力。高强度螺栓施拧的顺序非常重要，首先应从钢结构刚度大的位置开始拧起，向着自由端的方向施拧；如果是施拧部位处于钢结构的相同节点，应在螺栓群中心开始施拧，向着四周方向施拧。此外，无论是初拧、复拧还是终拧的施拧顺序应完全一致。高强度螺栓终拧完成后的48 h 内进行质量抽查，抽查比例为施拧螺栓总数量的10%，且抽查数量在10 个以上；每个钢结构节点的抽查比例也是10%，但是其抽查数量在2 个以上即可，并对抽查检测信息进行详细记录。

3.5 钢结构大面积厂房地面施工技术

3.5.1 安装模板、传力杆以及钢筋网

模板安装：使用水准仪来测量角钢上平面的相对标高，然后利用高精度丝杆套件对误差在10 mm 内的模板位置进行微调。传力杆套件制作：传力杆套件采用现场制作现场使用的原则，传力杆套件制作流程包过圆钢PVC 套管的切割作业和安装作业，所有作业内容均严格按照施工图进行，为保证制作时模板处于水平状态，在模板外侧用钢筋和马凳进行固定。

柱边、墙边所使用的加强钢筋网片设置：依据施工图要求的钢筋规格，选用为φ10 mm 的圆钢作为箍筋，利用扎丝与柱子钢筋绑扎，绑扎形式采用满点绑扎，最终形成3 m×3 m 规格的钢筋网片规格，在上一层网片预留出施工的切割位置，下部使用马镫作为支撑架支架并预留35 mm 的钢筋保护层。

3.5.2 混凝土浇筑

（1）根据现场施工平面布置图，先设定混凝土浇筑区域，在浇筑区域四周安装模板，并确定浇筑的先后顺序。（2）在适当位置安装固定激光发射器，所选位置要尽最大可能不存在激光发射盲区。根据混凝土设计标高来调整激光整机作业单元的标高设定，避免混凝土面浇筑标高出现问题。（3）现场施工人员正确指挥混凝土运输车均匀倾倒混凝土，倾倒过程中速度过快会对模板造成较大冲击，使模板发生变形，影响混凝土成型后的均匀性，如果模板发生膨胀则会发生混凝土用量严重超过设计方量，造成浪费。此外，现场施工指挥调度人员要确保激光整平设备有充分的时间来进行混凝土整平作业，严格控制混凝土预摊铺距离和摊铺高度在激光整平机最大伸展长度范围内。（4）在激光整平作业过程中，要反复测量已浇筑完成的混凝土面标高。（5）厂房柱子边缘和厂房墙角处无法使用激光整平机进行操作，这时需要人工使用振捣棒进行振捣，振捣需均匀，振捣棒插入深度要符合操作规范，振捣后采用抹子手工刮平，同样也需要反复测量已完成区域的标高，检查其标高是否符合设计要求。