大型公共建筑钢结构工程施工技术

摘 要：本文就大型公共建筑钢结构工程的施工技术进行了探讨,并结合了具体的工程实例,重点阐述了复杂钢结构节点和十字钢柱的加工制作、钢结构现场安装工艺、钢结构柱脚的灌浆、钢结构节点处的配筋施工,以期能为类似的钢结构工程的施工提供参考.

关 键 词：钢结构工程；施工技术；大型公共建筑

钢结构工程因其具有跨度大、利用空间大、施工速度快、经济且实用等特点被广泛利用于企业厂房及跨度较大的建筑上.随着城市现代化建设的飞速发展,各类大型公共建筑设施越来越多地出现在我国的各大中城市,这也导致了钢结构工程的广泛出现.为了保障钢结构工程的施工质量和工程过程中的安全,就要注重钢结构工程的施工技术.本文就大型公共建筑钢结构工程的施工技术进行了探讨,以期能为类似的钢结构工程的施工提供参考.

1工程概况

大型公共建筑占地面积12681m2,建筑面积22251m2,建筑地上四层、地下一层,建筑高度33.70米.北侧为规划展示馆、东侧为停车场、南侧为图书馆、西侧为文化中心园区的下沉广场.

2工程施工特点

2.1劲性钢柱

整个工程共设置有25根劲性钢柱,劲性钢柱采用型钢和组合十字型钢柱.

2.2劲性钢梁

轴线于二层、三层、四层、屋顶层设置劲性钢梁,轴线于四层、屋顶层设置劲性钢梁.劲性钢梁全部采用H型钢.

2.3西面悬挑钢结构

西面悬挑钢结构主受力件为HJ-1、HJ-2、HJ-1A、HJ-2A、HJ-3共5榀桁架.除了HJ外,其余均为H型钢实腹式构件.HJ采用焊接H型钢组合而成,以HJ-1为代表介绍HJ组成.

2.4东面悬挑钢结构

东面悬挑钢结构主受力构件为HJ-4、HJ-5、HJ-6、HJ-7共4榀桁架.与西面悬挑榀桁架一样,除了HJ外,其余均为H型钢实腹式构件.HJ采用焊接H型钢组合而成,以HJ-4为代表介绍HJ组成.

3钢结构加工

因本工程东西两侧悬挑长度相对于混凝土结构较大,设计综合考虑对钢结构的焊缝质量相应提出了较高的要求.工厂加工H型钢和十字钢柱的纵缝、节点区域加强劲板采用一级焊缝,需要100%的进行无损检测.H型与十字型钢柱翼缘板厚度34、32mm等,腹板厚度为25、28mm等,在H型钢与十字型钢柱加工过程中需要合理控制变形,同时确保焊缝质量.

3.1十字型钢柱加工

（1）十字型钢柱断面形状如图1.

（2）十字型钢柱主要加工工艺介绍：

①首先把十字型钢柱拆分成一支H型钢和两支T型钢,分别按照H型钢加工工艺成形.由于腹板和翼缘板较厚,按照常规H型钢加工工艺进行加工,翼缘板焊接成型后变形较大,采用机冷校正难以达到质量验收标准,为了减少焊接变形后的校正工程量,需要合理确定焊接工艺参数,减少焊接变形.如采用常规的反变形原理,成型前的反变形工程量较大,难以满足施工进度要求.通过多次试验,最终采取合理开设焊接剖口,减少翼缘板的热影响区,进而减少翼缘板焊接变形的工艺,在保证焊接质量的前提下,减少了焊接变形.采用此工艺,在焊接完成后,通过轻微的冷校正或热校正即可达到质量控制要求.

②十字型钢柱组装焊接

在H型钢和T型钢加工完成且经过检查符合质量验收要求后,即可在胎具上进行十字型钢柱的组装.由于目前对于十字型钢柱焊接成型后的变形校正还不能与H型钢相提并论,不具有很高的机械化生产能力.为了满足加工进度,在大批量焊接十字型钢柱前,需要确定合理的焊接工艺,避免十字型钢柱成型后变形大,造成难以校正的困难.通过多次论证和试验比较,采取对称分段多道小电流焊接的工艺,能较好的控制了焊接变形,基本能达到焊接后不需要调校即可符合质量要求.

3.2十字型钢柱节点加工

十字型钢柱做为劲性钢柱,与相邻梁连接处,设置了较多的加劲板,设计文件规定所有加劲板与钢柱均采取熔透焊接,焊缝质量要求达到一级标准.

钢柱节点主要包含了牛腿、钢柱内部加劲板.由于钢柱里面的加劲板有的间距很小,必须考虑组装和焊接顺序,避免有的节点板无法焊接.

节点区域劲板比较多,为了控制焊接变形,在保证焊接具有操作性的前提下,尽可能组装完成所有构件,牛腿与加劲板和钢柱组装完成应先采用点焊进行固定,确保节点区域形成较大的刚性.劲板加工时,应考虑音剖口的开设方向,特别是相距较近的劲板,确保组装后具备焊接空间位置.

3.3悬挑钢结构节点加工

悬挑钢结构全部采用焊接H型钢,焊接H型钢采取常规加工工艺能保证加工质量.设计上从传力上考虑,所有斜腹杆与水平弦杆和垂直支撑（竖腹杆）采用圆弧翼缘板过渡连接.圆弧过渡翼缘板弯曲半径种类多,如采用同一固定模式胎具,则需要加工多种胎具.为了减少压制模具的制作工程量,专门设置了一套可调圆心的压制模具进行圆弧翼缘板的压制.

4钢结构安装工艺

根据现场实际情况和现场己经设置的塔吊布置位置,采取多种吊装工艺进行施工.其中劲性钢柱、钢梁采用塔吊和汽车吊进行施工,悬挑钢结构因工期紧,在混凝土结构未全部完成的条件下就得进入施工.采用设立临时支撑架的施工工艺利用履带吊和汽车吊进行安装,在混凝土施工结束且达到设计强度的后,考虑整体平衡东西两侧临时支撑在安装完成后同时同步进行卸载.

4.1劲性钢结构安装

劲性钢结构安装需要与混凝土结构施工同步进行,工期较长,且只能在该项目东西两侧才有起重吊装机械站位场地,导致起重机械就位回转半径较大,需要选用大型起重设备.经过实地考察经过综合权衡选用130吨汽车吊进行吊装,部分构件利用现场己经设立的塔吊进行吊装.

劲性钢柱分段.根据130吨汽车吊的站位,按照130吨汽车吊和现场塔吊的安全起重性能要求,对钢柱进行合理分段,与基础连接的钢柱分段点位于基础上表面1米处,其余钢柱分段点位于各楼层顶面上1米处,分段长度不小于一个楼层.这样即保证了现场焊缝的数量尽可能少,同时又能保证吊装机械能充分发挥其作用.保证技术上可行,经济效益最佳.4.2大型悬挑钢结构安装工艺

悬挑钢结构安装是本工程钢结构重点和难点,特别是西面悬挑钢结构,起吊高度高,单件起吊重量重,同时要充分考虑混凝土浇筑、石材干挂、装修荷载等施工阶段对钢结构的影响.

确保钢结构施工结束后,能满足后续工序的顺利进行.

（1）悬挑钢结构施工工艺：

由于析架高度超出了公路运输的正常极限,所有析架只能进行工厂制作好各构件,经过厂内预拼装合格后发运至现场进行组装,组装结束后设立临时支撑架,采用汽车吊和履带吊进行吊装高空固定.最后进行卸载完成安装.

（2）现场施工顺序

①西侧悬挑结构施工顺序：

第一步：设置西侧悬挑结构安装内外临时支撑.

第二步：安装HJ1、HJ2、HJ1A、HJ2A.

第三步：依照从内往外、从下往上的顺序安装楼层钢梁.

②东侧悬挑结构施工顺序

第一步：设置东侧悬挑结构安装内外临时支撑.

第二步：安装10.800米～17.700米标高范围内的析架及其它构架.

第三步：安装17.700米以上构件.

（3）临时支撑拆除

在东侧与西侧悬挑析架全部安装结束,混凝土施工完成并达到设计强度后,即可对东侧与西侧悬挑结构安装临时支撑进行拆除.考虑东西向平衡,拆除支撑时要求东西两侧同时进行.

东侧与西侧悬挑结构内侧临时支撑贴近钢筋混凝土柱结构,内侧支撑拆除对于钢结构受力基本无影响.

根据施工过程验算结论,外侧支撑拆除后悬挑外端最大位移下挠10m.根据位移值拟定对外侧支撑分三次等比例进行卸载,卸载速度应该匀速缓慢,降低冲击荷载.

卸载测量：为了便于比较分析,确定卸载是否合理,实行卸载动态管理,在卸载过程中应做好卸载测量.测量点布置在悬挑结构各卸载点,卸载前、每次卸载后应对各观测点的位移值进行测量,并把实测数据和施工过程验算数据进行比较.经过实际测量数据与验算数据比较,基本一致,符合施工要求.

5型钢柱脚灌浆

型钢柱脚二次灌浆施工技术要求：二次灌浆材料采用CGM高强无收缩灌浆料,强度不低于5,灌浆方法采用压力灌浆.二次灌浆施工工艺如下：

（1）灌浆施工前提：钢柱安装定位完成,地脚螺栓螺母已经拧紧.

（2）灌浆部位支模：在型钢柱脚周边采用木板进行支模（木板厚度2cm,高度15cm）,木模与基础之间应采用密封材料进行密封,防止灌浆料溢出.

（3）安装灌浆装置,如图2；灌浆装置应与型钢柱固定好,防止灌浆装置松动.

（4）搅拌灌浆料.

（5）灌浆：灌浆到浆液高出柱脚底板下表面5mm时停止灌浆.

（6）拆模：在灌浆24小时后才能拆模,拆模之后对基础进行清理,确保无异物留在基础上而影响后续施工.

6型钢节点处配筋施工

在梁柱交接点,按照设计施工图均有纵筋穿过劲性钢柱翼缘板和腹板,这给现场钢筋施工带来了较大的施工难度,同时制约了施工进度.经过设计、监理、施工的共同会审,在满足结构安全功能,同时满足相关施工规范的前提下,对劲性钢柱与混凝土梁连接处的纵筋设置进行了二次深化设计.二次深化设计原则如下：

（1）有利于提高施工操作性和施工质量保证.（2）优先采取在翼缘板与腹板上开设穿筋孔.（3）钢筋孔开设困难之处,优先增设传力劲板,钢筋与传力劲板进行焊接连接.（4）受节点构造影响,无法开设穿筋孔,又无法增设传力劲之处,在翼缘板或腹板上焊接钢筋套筒,通过钢筋套筒锚固钢筋.（5）为了保证施工质量,开设钢筋孔、增设传力劲板、焊接钢筋套筒均需在厂内加工完成,禁止现场随意开孔、加焊钢板等.

7结束语

随着城市现代化建设的飞速发展和建筑科学技术的提高,钢结构工程的出现也越来越大,为了保障钢结构工程的施工质量和安全,就要采取先进的施工技术,从而降低施工成本,推进施工进度,保证施工质量.