鋼框架結構吊裝與焊接施工技術研究

吳杰，汪帥，沈萬玉，王肖

（1.安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 合肥 238076；2.合肥工業大學，安徽 合肥 230009）

0 前 言

隨著我國鋼結構市場的不斷發展，對鋼框架結構施工技術的要求也越來越高，不斷創新技術來提高鋼框架結構施工技術水平已成為行業發展的需要。鋼結構雖然具有強度高、塑性好的特點，但是鋼結構構件截面小，板厚及壁厚偏薄，同時在鋼結構安裝過程中，變形累加也比較大，再加上原材料以及加工、制作、安裝、使用過程中的各種原因，導致鋼框架結構的變形問題更加突出，所以必須給予高度重視，深入研究其施工技術。鋼框架結構施工技術主要包括鋼柱、鋼梁、樓梯的吊裝、測量校正、連接、壓型鋼板的鋪設等工序。其吊裝與焊接施工技術的研究有助于優化施工方案、降低施工風險、提高施工質量，更充分發揮鋼結構的優點，推進我國鋼結構應用的發展。

1 工程概況

上海寶山宜家家居商場項目，主體結構類型為鋼框架結構，局部設置地下一層用作設備用房，地上4層，局部帶夾層。商場長111.12m、寬112m，屋頂標高30.2m，鋼柱主要為焊接箱型柱，鋼梁為焊接H型鋼鋼梁，主體結構鋼材材質為Q345B，節點連接主要采用焊接及栓焊組合的連接方式。

商場鋼柱采用箱型截面鋼柱，最大截面H700×830×30，鋼柱分兩段吊裝，分段點位于二層樓面之上1.45m位置（標高+10.3m），單根鋼柱最大起重重量13t，最大起吊高度32.7m。鋼梁分件吊裝，屋面最遠吊裝工況鋼梁單件最大起重重量3t，最大起吊高度32.7m。商場結構形式見圖1。

2 工程難點

圖1 商場鋼結構模型圖

圖2 外包混凝土澆筑

圖3 鋼梁吊裝示意圖

①焊接質量及工藝要求高，現場焊接均為高空焊接且量大；同時，本工程鋼結構構件間連接基本采用焊接和高強螺栓連接，應選擇合理的施工工藝及順序并采取有效措施，控制焊接變形及焊接應力，確保焊接強度滿足設計要求和規范要求。

②測量精度要求高，因為鋼結構在未形成整體結構單元前穩定性較混凝土結構差，這樣使得控制測量有一定的難度。

③工期緊，主、次鋼構共計超過8500t，根據現場情況，除去準備、制作周期，要求在約85d內安裝完成，對現場施工組織要求很高。

圖4 焊接防風防雨操作平臺

圖5 鋼柱焊接順序示意圖

④構件的型號、數量多，該工程處于上海寶山鬧市區，白天不允許貨車進入，施工場地狹小無處堆放構件，要求在制作、運輸和安裝過程嚴格管理，制作時按照安裝順序進行制作，按先后順序進場安裝。以免造成不能安裝的構件先進場而要安裝的構件未進場，影響施工進度。

3 鋼結構吊裝

3.1 吊機選擇

商場鋼柱采用箱型截面鋼柱，最大截面H700×830×30，鋼柱分兩段吊裝，分段點位樓層標高之上1.3m位置，單根鋼柱最大吊裝重量約13t。鋼梁分件吊裝，最大截面H1450×480×22×28，跨度16m，吊裝重量約7.5t。采用1臺RK100型100t履帶吊吊裝。RK100型100t履帶吊33.5m臂，吊裝半徑18m時，吊裝高度30m，吊裝重量16.6t，滿足要求。

3.2 鋼柱吊裝

鋼柱吊裝應按照各分區的安裝順序進行，并及時形成穩定的框架體系。利用鋼柱的臨時連接耳板作為吊點，吊點必須對稱，確保鋼柱吊裝時為垂直狀。每根鋼柱安裝后應及時進行初步校正，以利于鋼梁安裝和后續校正，鋼柱定位后應及時將墊板、螺帽與鋼柱底板點焊牢固。上層柱的定位軸線應從地面控制線直接從基準線引上，不應該從下層柱的軸線引上。在鋼柱之間連接的連接板待校正完畢，并全部焊接完畢后，將連接板割掉，并打磨光滑，并涂上防銹漆，割除時不要損傷母材。

本工程鋼柱分兩段吊裝，分段點位樓層標高之上1.3m位置，鋼柱最大截面H700×830×30，單根最大吊裝重量約13t。第一段鋼柱吊裝到位后，首先將鋼柱底板穿入地腳螺栓，放置在調節好的螺帽上，并將柱的中心線與基礎放線中心線對齊吻合，中心線對準或已使偏差控制在規范許可的范圍以內時，穿上壓板，將螺栓擰緊，即為完成鋼柱的就位工作。第一節鋼柱采用圓管柱外包式柱腳，根據柱腳的設計形式，柱腳外包混凝土需要分兩次進行澆筑，首先安裝預埋件后進行第一次混凝土澆筑，然后在鋼柱就位，地腳螺栓擰緊后再澆筑第二次混凝土(見圖2)。

上層鋼柱的安裝與首段鋼柱的安裝不同點在于柱腳的連接固定方式上不同。鋼柱吊點設置在鋼柱的上部，利用4個臨時連接耳板作為吊點。吊裝前，下節鋼柱頂面和本節鋼柱底面的渣土和浮銹要清除干凈，保證上下節鋼柱對接接觸面頂緊。鋼柱吊裝到位后，鋼柱的中心線應與下面一段鋼柱的中心線吻合，活動雙夾板平穩插入下節柱對應的安裝耳板上，穿好連接螺栓，連接好臨時連接夾板，鋼柱焊接完成2/3后割除安裝耳板。

為了滿足鋼結構安裝施工安全防護需要，在鋼柱與鋼梁交接處、柱與柱對接處搭設可裝配式操作平臺，在梁上裝上裝配式通道。方便作業人員可以安全的到達每個部位進行作業。

3.3 鋼梁吊裝

鋼梁的吊裝順序應嚴格按照鋼柱的吊裝順序進行，及時形成框架，保證框架的垂直度，為后續鋼梁的吊裝提供方便。鋼梁安裝完成后應檢查鋼梁與連接板的貼合方向并及時在鋼梁上拉設安全繩，以便于施工人員行走時掛設安全帶，確保施工安全。

在本工程的鋼梁吊裝中，對于大跨度、大噸位的鋼梁吊裝可采用焊接吊耳的方法進行吊裝，吊耳待鋼梁安裝就位完成后割除。如果單根鋼梁重量不大，滿足一機多吊的要求時，可通過吊裝孔多件串吊（見圖3）。

鋼梁吊裝就位時要注意鋼梁的上下方向及水平方向，確保安裝正確并及時夾好連接板，對孔洞有偏差的接頭應用沖釘配合調整跨間距，然后再用普通螺栓臨時連接。普通安裝螺栓數量按規范要求不得少于該節點螺栓總數的30%，且不得少于2個。

4 鋼結構焊接

在鋼結構焊接中為控制局部及整體焊接變形，應在保證焊縫完全熔透的前提下采用小角度、窄間隙焊接坡口，并結合小熱輸入量、小焊道、多道多層焊接方法以減少收縮量。鋼柱沿其高度，鋼梁沿其軸向長度，根據其每道安裝接縫的收縮余量2mm～3mm及其總和，加工時預留焊接收縮余量。同時為了減少焊后殘余應力，應合理的焊接順序，以分散和控制變形與焊后殘余應力。焊接完成后采用錘擊法消除焊縫填充層應力。

在本工程高空焊接時，考慮施工期間恰逢上海市雨季，在現場設置焊接操作平臺。焊接平臺的制作：高空鋼柱的對接是利用本工程特制的焊接平臺（如圖4所示）進行操作的，焊接平臺周圍設置護欄，用帆布封閉，用于焊接操作防風，同時在焊接平臺上部設置平板用于遮陽防雨（如無雨則可不設置）。裝配人員和焊接人員高空作業時，在一個封閉安全的平臺操作，從而有效保障作業人員的人身安全和提高焊接質量（見圖4）。

根據現場焊接條件，結合工程實際，本工程擬采用CO2氣體保護焊和焊條手工電弧焊相結合的焊接方法。圍繞控制焊縫變形和殘余應力等目標，確定如下焊接順序：從中部向角部推進，單柱由2名焊工對稱施焊，避免鋼柱扭轉和焊接應力過大（見圖5）。

5 結 語

本文以上海寶山宜家家居商場項目為例，介紹了鋼框架結構吊裝與焊接施工過程的技術要點，并對鋼框架結構吊裝與焊接施工過程中的注意事項都給予了說明。隨著吊裝與焊接技術的不斷進步，越來越多的高大建筑采用鋼框架結構。鋼框架結構具有施工工期短、造價低、抗震性能好、可重復利用和基本不產生建筑垃圾等優點，可以預見在不久的將來，鋼框架結構技術會得到越來越廣泛的應用。

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