高層鋼結構的質量管理要點

周均來

高層鋼結構的質量管理要點

周均來

文章根據高層鋼結構施工特點分析，從材料的預制、預檢、吊裝、主要的焊接工藝、螺栓連接等方面闡述一下高層鋼結構的質量量管理要點。

鋼結構；預檢；吊裝；焊接；高強螺栓

鋼結構因為擁有一系列優勢，在高層鋼結構在住宅以及公用建筑上的應用越來越廣。高層鋼結構主要分為純框架、框架-支撐（剪力墻）、錯層桁架、外筒式、筒體等結構體系。現代高層鋼結構廣泛選取低碳鋼（普通碳素鋼）、普通低合金鋼、熱處理低合金鋼（淬火回火合金鋼）等鋼材作為高層鋼結構的母材，按構件類型分采用最多有H型鋼、壓型鋼板、厚度方向性能鋼板、薄壁鋼管等。

1 鋼結構材料的預檢

高層鋼結構的鋼材都需要在工廠預制做，材料出廠前應該組織相關單位全數檢查鋼材的品種、數量、規格、尺寸等是否與設計圖符合。同時檢驗鋼材的表面質量，表面不得存在結疤、裂紋、折疊和分層等缺陷，其最大深度不得大于該鋼材厚度負允許偏差值的二分之一。此外還需要全數檢查質量合格證明文件、檢驗報告、運輸記錄等資料是否齊全。如遇到國外進口的鋼材、鋼材混批、鋼材質量保證書上的項目少于設計所要求的項目、板厚大于40mm同時設計有幾項性能要求的厚鋼板、設計有要求復驗或者對鋼材質量有疑義等情況的都需要進行抽樣復驗，復驗結果應該符合現行國家標準以及設計要求。此外，也要檢查鋼結構臨時堆放場地是否平整，以免生產出來的構件因為堆放過高而導致變形，若發現變形必須矯正后方可使用。

2 高層鋼結構安裝

2.1 鋼結構的吊裝

高層鋼結構的安裝采用塔式起重機進行吊裝。附著式的塔式起重機要注意錨固點的選擇，內爬式塔式起重機要確定好爬升的位置。吊裝方法一般分為平吊和立吊兩種方法，吊裝過程當中應該按照構件的大小、形狀等計算構件重心以確定吊點。難以計算重心的，可加設倒鏈協助確定重心，構件平衡后方可起吊，同時構件安裝所需的零件附件等應與構件一起起吊，保證“一件一吊”安裝完畢。

2.2 安裝流水段的劃分

安裝施工前應該按照工程的實際情況進行平面流水段或立面流水段的劃分。平面流水段的劃分原則是保證鋼結構在安裝過程中的對稱性、整體穩定性以及施工的便捷性，施工應該從中央向四周擴展，以此減少焊接造成的結構誤差；立面流水段的劃分以一節鋼柱（因設計問題，各節所含層數可能不一）為單位，每單位的安裝應先安裝主梁或鋼支撐，其次把帶狀的桁架安裝成框架，最后安裝次梁、樓板及非結構構件，同時塔式起重機的提升、頂升、錨固等都應滿足組成框架的施工需要。無論是平面流水段或者立面流水段的劃分，施工過程中為免產生混亂，需要編制詳細的鋼結構構件安裝順序表，清楚注明每一個構件節點的型號大小。連接的方法以及相應構件螺栓的數量，焊接量，焊接形式，有條件的應附上構件圖片，合理的進行施工規劃的編排。

3 高層鋼結構的連接施工

建筑鋼結構是一種由鋼材制作，通過預制工廠加工成型，施工現場拼裝而形成的結構，所以構件之間的連接點是形成鋼結構并保證結構安全正常工作的重要組成部分。鋼結構的最常見的連接方式有焊接連接和高強螺栓連接兩種方式。

3.1 焊接連接

焊接的工藝按照不同的焊接方法確定。焊接工藝的確定主要是根據設計圖紙以及現場施工條件的要求，按照被焊構件的品牌、材料特性、化學成分，結構類型，焊接性能要求來選定。而高層鋼結構柱與柱、柱與梁之間的焊接的一般采用坡口焊的形式。

（1）坡口焊的焊接流程詳見圖1。

圖1 焊接流程圖

（2）坡口焊的工藝：正常情況下，鋼板厚度大于5cm的碳素結構鋼和厚度大于3.6cm的低合金結構鋼，在構件焊接前后要進行預熱和后熱兩道工序。預熱的作用是用來減緩焊接區域的激熱和速冷效應，避免因為溫度驟變而導致鋼材產生裂紋。此外對于約束力大的接頭，預熱后可以減小因溫度變化大而產生的收縮應力同時排除焊接區的水分和濕氣，以免產生氫氣。預熱溫度按規范要求一般控制在攝氏100到150度之間，后熱溫度應按照構件類型通過試驗確定。構件的預熱區一般設在焊道兩側，焊道兩側預熱的寬度應是焊件厚度的2倍以上，同時不得小于10cm。環境溫度低于攝氏0度時，預熱和后熱溫度應根據構件的類型以及工藝試驗確定。柱子與柱子之間對接焊的時候應同時由兩名持證焊工在構件的兩個對角等溫、等速對稱焊接，避免兩頭變形量不一導致柱子安裝出現傾斜或位移，影響施工質量。柱與梁接頭的焊縫一般先進行鋼梁的下翼緣板的焊接，然后焊上翼緣板，梁的兩端“先焊一端冷卻一端”到常溫狀態再焊另一端，以免兩端溫度不一導致施工誤差。焊縫收縮值受周圍已安裝構約束影響程度的不同，收縮值也不同，在焊接的過程中應根據工藝試驗測出收縮值，反饋到加工廠，作為以后構件加工的參考。

（3）鋼結構焊縫質量檢驗分三級。①一級焊縫檢驗的要求：所有焊縫都需要進行外觀檢查和超聲波檢查，焊縫長度的百分之二以上進行X射線放射檢查，同時至少留有一張X光底片作為施工資料歸檔；②二級檢驗的要求：所有構件的焊縫都需要進行外觀檢查，其中50%的焊縫長度進行超聲波檢查，而且檢查合格；③三級檢驗的要求：所有構件焊縫進行外觀檢查。一般情況下，鋼結構高層建筑的焊縫質量檢驗屬于二級檢驗。檢查時如發現有焊縫質量不合格的情況，應將不合格部分進行返修，

返修部位按同種施工工藝補焊，補焊完成后再進行檢查。同部位的同一條焊縫，補焊不得超過2次，否則要更換母材。

3.2 高強螺栓連接

高強螺栓連接副包括螺栓、螺母、墊圈三個構件，高強螺栓分為摩擦型連接和承壓型連接。在設計值范圍下，摩擦型連接以連接件之間產生相對滑移作為承載能力極限狀態；承壓型連接以螺栓或連接件達到最大承載能力作為承載能力極限狀態。承受動力荷載、反復荷載以及冷彎薄壁型鋼構件的連接不宜使用承壓型連接，摩擦性連接是高層鋼結構中最常見的連接方式，但是摩擦型連接的環境溫度達到攝氏100～150度時，設計承載力會相應降低10%。

（1）高強度螺栓連接副的安裝和緊固，各層鋼板之間如發生錯孔的情況，可以使用鉸刀擴孔調正。安裝高強螺栓時，應將螺栓自由投入，同一組高強螺栓宜按同一方向穿入螺孔。安裝高強度螺栓時，構件的摩擦面應保持干凈，不得在雨中安裝。梁與柱之間接頭為腹板栓接或者翼緣焊接時，應先進行腹板栓接后進行焊接的方式施工。高強螺栓的擰緊應從構件螺栓群中間部位開始向四周擰進，逐個擰緊。大六角頭高強度螺栓施工使用的扭矩扳手，施工前必須進行校正，扳手扭矩誤差在±5%內，校正用的扳手，扭矩誤差在±3%內。高強螺栓宜通過初擰、復擰和終擰達到擰緊。大六角頭高強螺栓的初擰扭矩為施工扭矩的百分之五十左右，復擰扭矩和初擰扭矩的數值應該相等，終擰扭矩的數值等于施工扭矩 。扭剪型高強螺栓的初擰扭矩為0.065Pc·d，復擰扭矩等于初擰扭矩。用專用扳手進行終擰，直至擰掉螺栓尾部梅花頭為止，高強螺栓的初擰、復擰、終擰一般要在24小時內完成。

（2）高強度螺栓的緊固方法一般有扭矩法、轉角法，扭剪型高強度螺栓三種。最常見的大六角頭高強度螺栓一般采用扭矩法和轉角法緊固。轉角法，就是根據各層鋼板之間緊密接觸之后，螺母的旋轉角度和高強度螺栓的預拉力成正比關系確定的一種方法。緊固螺栓施工的時候，先是使用短扳手把螺帽擰至不轉動的位置，然后換用長扳手把該螺帽擰到規定的位置，這樣就能實現把螺栓與螺帽擰緊起到固定的作用以達到預拉力，這種方法是使用最多的一種方法。扭矩法，根據扭矩M與預拉力成正比的關系，施工時先使用普通的扳手把螺帽初步擰緊，然后采用可顯示扭矩值的專用扳手擰至設計的扭矩值。扭剪型高強度螺栓有一特制尾部，采用帶有兩個套筒的專用扳手緊固。高強度螺栓連接應在完成1h后，48h內檢查終擰數值是否符合設計要求。抽查數量不少于節點總數量的10%，同時不得少于10個節點，抽查的每個節點按螺栓數為節點總螺栓數的10%，同時不得少于2個。

4 結束語

隨著國內鋼結構拼裝工藝以及技術的發展，而且鋼結構拼裝建筑有速度快，質量好等諸多優點，國內主要大城市的高層建筑都開始采用鋼結構體系建設。必須從鋼結構的預檢、安裝、連接、防腐等方面加強控制，才能促進高層鋼結構質量的提升。

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TU391

A

2096-2789（2016）11-0133-02

周均來（1987-），男，廣東中山人，研究方向：建筑工程管理,身份證號： 442000198703274279。