大型钢结构建筑安装技术研究-建筑设计论文

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-06-16 09:00 关注：(1)

大型钢结构建筑安装技术研究

谢振平 隋亚军

摘 要：大型钢结构建筑在施工过程中，因地脚螺栓预埋、钢结构主体安装、节点焊接等过程过程中出现的预埋偏差、安装累积偏差及焊接应力的不均，易造成最后几榀构件无法对接安装。通过加强构件制作、运输、预埋管理及合理调整构件安装、焊接顺序，进而消减累积误差及减小应力变化，完成钢结构主体的安装任务。

关键词： 大型钢结构 地脚螺栓 钢构件安装 焊接应力 焊接应变

一、引 言

钢结构建筑在我国已经得到了迅猛发展，以钢结构作为主体结构的项目较多,规模也越来越大，大型钢结构建筑已经从一般工业厂房发展到民用商业等领域，并逐步走进我们的生活。

由于大型钢结构建筑在我国的发展历史不长,钢结构安装技术并非十分成熟,在大量工程实践过程中,广大工程技术人员遇到诸多技术难题,急待钢结构专业研究人员去解决；可见结合对大型的钢结构主体结构安装进行施工技术研究，有利于整个行业的良性发展，同时也对类似工程的实践也具有一定的指导意义。

本文中大型钢结构建筑以青岛市国际建材城为主要研究对象，结合具体工程实际，以地脚螺栓预埋及构件的安装顺序和焊接顺序为研究重点，并提出相应的安装方案应用到现场施工中，总结出一套行之有效的安装技术方案，用以指导施工生产。

二、工程概况

青岛国际建材装饰城位于青岛市四方区，由山东莱钢建设有限公司承建。整个建筑物建筑面积近80000平方米，共四层（局部六层），单层由24X14跨，跨距8m（局部4m）组成，层高4.8m，共410根柱。

其中地基采用人工挖孔灌注桩，基础由独立基础及承台基础组成，主体结构为钢结构-楼承板结构，外墙采用ALC墙板作为封闭。

建筑西侧有220KV高压线、南侧有22KV高压通过，在施工中应以塔吊结合汽车吊进行钢结构安装。

三、施工部署

塔吊是整个建筑施工中的核心，其作用毋庸置疑，因此塔吊位置的选型对施工进度的控制至关重要。

本工程因面积较大，建筑边线构件最大为1.8吨，因此选择4台5535型塔吊。对塔吊覆盖不到的以汽车吊进行补充。

钢构件堆放场地设置4处。其中2处位于建筑物内部，其它位于建筑物外侧，塔吊覆盖范围之内。

钢构件加工厂就近选择青岛市实力雄厚的公司制作，同时也减少运距，避免构件加工误差及变形。

四、施工难点

钢结构主体的安装，涉及到钢构件的加工制作尺寸、构件的运输摆放、地脚螺栓预埋的准确性、安装顺序调整及焊接顺序安排。只有正确的完成了上述几点，才可以确保钢构件的顺利安装。

1、构件制作是能否准确安装的前提，本工程构件节点设计变形较大，牛腿长度尺寸较多，同时钢柱截面每层均有变型，控制难度大。

2、因钢柱牛腿长度为800mm～1200mm，构件运输过程中易造成钢柱整体变形，不能保证垂直度。

3、地脚螺栓为3950套，施工测量及预埋安装工艺难度。地脚螺栓出现一般的偏差，有些工地通常是将柱脚底板扩孔，这样对整个结构的安全性将产生影响。

4、大型钢结构安装不同于简单厂房及民用建筑，安装过程中易出现累积误差，造成最后几榀构件无法对接安装。

单纯的从一端进行安装无法满足安装精度是最易造成累积误差的，如何避免误差的累积及消减是成功进行构件安装急需解决的问题。

5、本工程设计节点均为刚性节点，焊缝等级为二级，焊接时随安装顺序进行焊接，因焊接产生温度应变，造成定向积累应力变形，使最后几榀构件无法对接安装。

五、解决方案

首先将图纸进行深化设计并制作成CAD数据输入至电脑，钢构件的制作采用全电脑控制下料，并严格控制焊接质量。

钢构构件制作完成后在厂内进行预拼装及预检，确认无误后进行发货。因牛腿较长，容易造成柱身变形，在装车时应保证钢柱的平整性，在钢柱无牛腿一端及中间底部加设枕木后配车钢梁。

钢构件进场卸车吊点必须设置2道以上，不得将吊点设置在中间部位或一端，防止构件起落振动造成变形。钢构件堆放必须平整，必要时底部垫设枕木。

为了确保钢结构安装的准确性，应从以下几个方面进行重点控制：

1、地脚螺栓预埋

因轴线众多螺栓数量大，螺栓预埋很容易偏移，造成地脚螺栓偏移的因素有：

① 测量放线不精确，轴线控制桩设置不精确，造成预埋不准。

② 没有拉设通线定位，从单一方向向另一方向测量，造成累积误差增大。

③ 柱主筋固定不牢固。

④ 螺栓固定模板不精确，螺栓相对位置误差大。

⑤ 砼浇筑时，人员或浇筑设备碰撞移位。

⑥ 砼浇筑时没有人员及时复测、调整。

预防措施：

① 测量放线时在轴线两端设置轴线控制桩，并用同一把100m钢卷尺进行测量，不宜换尺。

② 预埋时应从中间轴线向两侧进行，同时至少每预埋3~4个轴线复测一次，减少累积误差。

③ 制作螺栓模板，用以固定螺栓相对位置，同时将柱主筋固定牢固，将模板焊接到主筋上，并弹上轴线，用以复测。

④ 浇筑砼时做好技术交底，严禁触碰螺栓及主筋，砼浇筑完成后及时复测，有偏差及时进行处理。

⑤ 做好螺纹的保护工作。

⑥ 拆模后将定位轴线、基础轴线和标高弹至柱头，以便钢结构安装使用。

2、钢结构主体安装

①建筑物的定位轴线、基础轴线和标高、地脚螺栓位置等进行检查,并进行基础检测和办理交接验收。

②安装顺序：从中间轴线向两侧对称安装，并每吊装2个轴线进行一次过程量测，发现偏差后，要及时找出原因并调校好；安装过程中如发现偏差过大，切不能强行校正或随意扩孔，应交由设计单位采取技术补救措施予以解决。

③为了确保钢柱的整体不变形应做到：钢柱起吊时将吊点固定在柱顶部牛腿位置，保证欲起吊钢柱上部无任何构件，牛腿没有其他构件阻碍，并缓慢起吊。

④安装时为了确保底标高一致，利用螺母、垫铁进行找平：利用水准仪将柱四个角部的螺母调至一个标高，待钢柱就位校正后将垫铁楔入，垫铁设置四处对称布置，并再进行复测。

⑤钢柱就位成方后进行钢梁安装，安装成空间固定单元，并保证梁的水平，同时拧紧螺栓（非终拧）。

安装高强度的螺栓，螺栓应自由穿入孔内，不得强行敲打，并不得气割扩孔。穿入方向宜一致并便于操作。高强度螺栓的安装应按一定顺序施拧，宜由螺栓群中央顺序向外拧紧，并应当天终拧完毕。

⑥根据土建结构图纸后浇带的分布，每完成一个空间单元后立即进行验收，验收合格后即进行螺栓的终拧及节点的焊接。终拧焊接完成后对柱脚底板至基础顶面处的空隙（设计一般为50mm），用自流动CGM灌浆料进行填实，并将垫铁及螺栓垫片与地脚板焊接。

⑦钢柱对接处的垂直度及轴线控制：将二节柱用对接耳板临时固定大致找正，并用钢梁连接成方，利用电子经纬仪从一节柱底向上观测至二节柱。如有偏差即进行微调，调整完毕后在对接位置进行焊接，在垂直度调整时应充分利用倒链进行施工，并将倒链拉至不变形的主体结构位置，直至焊接完成后方可拆除。

3、焊接应力应变控制

①焊接原则：先主结构后次结构，分段对称跳焊，应变适当，确保质量。

在焊接过程中必须本着上述原则进行施工，将主要结构先行焊接形成稳定的框架体系，在焊接内部次要结构；分段对称跳焊是应力及变形释放的最好方式，在施工中要严格执行这一规则。

②焊接应力及应变(变形)是焊接过程中的一对矛盾。 是客观存在而无法避免的，只有根据应力应变的规律，因势利导，使矛盾向所需要的方向转化。

③焊接时一般应集中到早上及夜晚，因为此时温度较低，避免中午前后高温至钢构件产生温度应力，造成更大变形。

④在进行焊接前不得拆除倒链，防止焊接变形产生后，将主体结构拉偏移位。同时在焊接过程中要加强过程观测，对出现较大的变形应及时进行处理。

六、结论

大型钢结构建筑在国内工程建设领域中的推广应用尚处于起始阶段,施工质量的控制仍在探讨中。实践证明,认真做好基础工作，严格执行现有工艺标准、施工规范，结合施工经验，对制作、安装中每一道工序、每一环节进行严格的质量控制,精心组织,认真施工,大型钢结构主体结构施工质量问题的复杂性、可变性、多发性是可以克服的,工程质量也是完全可以得到保证的。

参考文献

【1】浩东,王玲,王保顺《浅谈轻钢结构在工业厂房中的应用》,河南建材,2005(03)

【2】居荣初,陈音飞,邵雄飞《轻钢结构特点及其发展趋势》[J],中国建筑金属结构,2002

【3】中国建筑科学研究院 《民用建筑设计通则》JGJ37-87 中国建筑工业出版社 1987年