土木工程中鋼結構的應用探討

文/尚國宇 濟南軌道交通集團有限公司 山東濟南 250031

1、土木工程鋼結構的主要施工技術

1.1 施工工藝流程

施工準備→原材料采、驗、進廠→下料→制作→檢驗校正→預拼裝→除銹→刷防銹漆一道→成品檢驗編號→構件運輸→預埋件復驗→鋼柱吊裝→鋼梁吊裝→檁條、支撐系統安裝→主體初驗→刷面漆→屋面板安裝→墻面板安裝→驗收。

1.2 土木工程鋼構件現場吊裝

土木工程鋼結構施工中的吊裝過程中，鋼梁和鋼柱單間的重量在2-4t 之間，最高為5t，施工中由于受到道路和施工環境的影響，需要使用25t 的吊車進行吊裝，針對施工中的次梁吊裝以及拉條等工作，可以使用8t 的吊車。要想保證整個吊裝工作的順利開展，則需要制定完善的吊裝方案，確定施工設備能夠滿足施工需求。吊裝完畢之后，針對鋼管進行質量檢測，而在鋼梁吊裝的過程中，為了避免出現扭曲變形的情況，保證能夠對鋼梁進行實時調節，需要在施工吊點中設置鋼絲，將吊索與水平面的角度控制在45°-60°之間，如果實際吊裝的部件較為復雜，則需要使用雙機抬吊法進行吊裝。

1.3 螺栓連接

在土木工程鋼結構施工安裝的過程中，最重要的就是保證鋼結構安裝的準確性，使栓孔相互對稱，根據相關施工標準，確定螺栓的連接緊實程度。高強度螺栓安裝時應先使用安裝螺栓和沖釘，高強度螺栓不得兼做安裝螺栓。高強度螺栓長度應以螺栓連接副終擰后外露2～3 扣絲為標準計算。

1.4 鋼構件的焊接連接

在《GB50661-2011》鋼結構焊接規范中對相關焊接內容予以了明確規范：規范7.5.1 中規定，焊條電弧焊和自保護藥芯焊絲電弧焊，其焊接作業區的最大風速不宜超過8m/s，氣體保護電弧焊不宜超過2m/s，如果超過了上述房屋，需要采取有效措施來確保焊接電弧區域不受影響。規范7.5.2 規定，當焊接作業處于下列情況之一時嚴禁焊接：（1）焊接作業區的相對濕度大于90%；焊件表面超市或者暴露于雨、冰和雪中；（2）焊接作業條件不符合現行國家標準《焊接與切割安全》GB 9448 的有關規定。規范7.5.3 規定，焊接環境溫度低于0℃但不低于-10℃的時候，需要采取加熱或者防護的措施，應確保接頭焊接處各個方向不小于2 倍板厚且不小于100mm 范圍內的母材溫度，不低于20℃或規定的最低預熱溫度二者的較高值，且在焊接過程中不應低于這一溫度。

2、土木工程中鋼結構的應用實例

2.1 工程概況

某大型文化綜合體建筑，采用下部混凝土框架結構，上部鋼結構網殼管析架屋蓋的結構形式。下部框架結構為矩形混凝土柱，屋蓋下為3層樓面，樓層面標高為13.00m。鋼結構由徑向梁(54 根)、環梁、斜梁、撐桿、斜撐拉桿組成。徑向梁為弧形圓管，桿件間為焊接相貫節點連接。屋面頂標高最大為37.627m，底屋面頂標高為27.413m。徑向梁長度38.9-80.2m，通過撐桿支撐于下部混凝土柱上，支座采用抗震型球形鉸支座。由于屋面鋼結構徑向梁跨度大、質量大，從而對現場鋼結構吊裝施工技術提出了較高挑戰。

2.2 施工工藝

該區徑向梁在加工場分3-7 段制作，運至現場拼裝成整體吊裝。其余桿件在加工廠整段制作，運至現場整段吊裝。根據結構形式及現場情況進行分析，本工程鋼結構徑向梁跨距較大且質量大，鋼結構部分最高點為37.625m。根據鋼結構設計特點，安裝順序為徑向梁→環梁→斜撐→斜撐拉桿→斜梁。徑向梁采用500 t 汽車吊安裝能提高安裝效率和安裝的安全性。其他桿件利用現場配備的塔吊吊裝。在現場建筑物周邊設置3 處拼裝場地與堆場。現場配置2 臺25 t 汽車吊進行徑向梁的拼裝及卸貨。另外配備3 臺20t 平板車進行構件的倒運。

2.3 關鍵施工技術

2.3.1 安裝機械設備的選擇

徑向梁最重為19.50t，吊裝最高為37.625m，吊裝距離最遠為48.00m。徑向梁最重9.50t+ 吊鉤0.6t+鋼絲繩吊具0.4t，合計20.50t。500t 汽車吊主臂36.9m+ 副臂56.00m 的工況可以吊裝22t，滿足吊裝要求。

2.3.2 吊裝選型

最不利條件為構件最遠48m，構件質量19.5t，高度37.625m。經分析，決定選用“50t汽車吊+165t 配重+36.9m 主臂+56m 塔臂+半徑48m+0.6 t 吊鉤”，通過模擬驗證，該方案可行。

2.3.3 現場地基處理

（1）回填土地耐力加強：回填土臨時道路澆筑混凝土后由總包安排專業壓密注漿施工單位再對地基回填土進行壓密灌漿加固處理。（2）增大承載接觸面積：500t 汽車吊機行走區域地基從地面開始基礎上部鋪設厚230mm、長6m、寬2.4m 的路基箱1 層，路基箱6m 長度方向順著吊機輪胎行走方向。在吊機吊裝站位區域4 個支腿下方均鋪設3 層路基箱：每個支腿下路基箱雙層雙向垂直布置，最上一層為吊機隨車配的2.30mX3.50mX0.23m 路基箱。

2.3.4 吊裝順序

（1）拼裝PE23 軸的GJL-17、GJL-18，拼裝焊接完后用500t 吊車吊裝到位，進行安裝焊接。（2）拼裝焊接GJL-19、GJL-16、GJL-15、GJL-20 并安裝到位后，補齊安裝兩徑向桁架間的環桁架。（3）安裝GJL-21、GJL-22、GJL-23、GJL-24 徑向梁及環梁、撐桿。（4）按以上步驟依次安裝GJL-2—GJL-54 徑向梁及環梁、撐桿。（5）安裝GJL-1—GJL-14 徑向梁及環梁、撐桿、斜梁。安裝完成所有構件。

2.4 效果評價

目前，項目屋面鋼結構已完成吊裝施工，整個施工方案可行，完成了業主要求的時間節點，工程質量達標，贏得了業主等各方參建單位的好評，為類似工程施工積累了寶貴經驗。

總之，隨著鋼結構建筑物越來越多，鋼結構工程施工質量也日益受到人們的關注。在鋼結構工程安裝施工中，建筑單位需把握鋼結構工程施工特點，結合實際施工環境與要求，全面做好安裝工作，推動鋼結構安裝技術不斷發展完善。