鋼結構技術在建筑工程中的應用探析

張汝江

青島市平度康峰建筑工程有限公司 山東青島 266700

1 工程概況

場地的建筑面積為22749m2，地下第1層是鋼筋混凝土框架剪力墻結構，地面以上的第1層是鋼結構，整體為葉形，地上部分由4種單體A、B、C、D組成，其中B和D單體的基礎是地下室，而單體A和C是獨立的混凝土基礎。體育場的每個主體都是大跨度的不規則空間網格結構，結合了網格墻、管狀桁架和網狀殼體，最大桁架跨度為68m，結構復雜。空間網格結構由單層網狀殼組成，而該單層網狀殼位于由縱向和橫向的拱形三角形圓形鋼管桁架與鋼管桁架之間，材料為Q345C，共有14284根棒材，總計2000t。

2 建筑鋼結構施工技術與質量控制的概念闡述

鋼結構工程與傳統鋼筋混凝土工程相比，它們的施工工藝存在著巨大的差別。其中，鋼結構工程的施工工藝較為復雜，鋼結構構件的安裝精度較高，從而很大程度上提升了建筑物整體的強度、剛度及韌性。除此之外，鋼結構建筑施工還提高了工程整體的穩定性以及施工進度，從而更好地推進了綠色建筑領域的轉型。

由于國家對綠色建筑產業的重視，鋼結構建造的施工技術也在不斷突破。目前，我國建筑行業中的鋼結構工程也融入了許多有利于城市建設的綠色建材和綠色施工等綠色元素，積極配合國家發展戰略。

與此同時，為了更好地對建筑鋼結構質量進行控制，我國針對鋼結構施工質量控制的各個流程也出臺了相關政策要求。由于鋼結構施工所涉及的預制構件要求均較高，所以在質量管控的審驗上需要更加仔細。這不僅要求對建筑鋼結構工程的施工技術和質量控制進行嚴格的規范限制，更要求鋼結構的相關專業人才必須持證上崗、盡職盡責。

3 建筑鋼結構施工技術應用措施

3.1 深化構件設計

高層建筑鋼結構施工中，構件加工前需深化設計，綜合考慮施工方案、加工能力、設計圖紙及施工條件，對加工構件與現場施工具有重要影響。本工程主要從2方面出發：

（1）節點設計。合理設計節點，使其傳力、構造簡單化，以減小施工難度、制作難度，組織多個部門共同確定節點形式，通過修改、驗算后，上報至管理部門審核方能確定節點設計。以X節點為例，原本設計為拼接2個V形構件，焊接難度高，制作復雜，建立三維模型后，按照施工工藝，改造組合結構為平面整體結構，簡化了加工過程，且添加耳板進行臨時連接，便于施工矯正。

（2）分段設計。由于高層建筑現場無法進行大規模拼裝，因此，應盡量根據現場吊裝、運輸長度、焊接工藝等情況進行分段設計。以斜交網格結構為例，分段設計外框柱時，按照車輛拖掛車廂最大尺寸為17m的要求，分段在20m以內，梁與柱體的連接應用大面積焊縫連接至柱上，工廠完成梁、柱、節點的焊接，以保證焊接質量。

3.2 科學開展節點的設計工作

一般情況下，建筑工程領域中的鋼結構連接節點設計效果對整體結構的穩定性會產生直接影響，因此在具體的設計工作中，應準確預測連接節點是否存在問題，預防連接與設計節點存在差異問題，以免受到差異因素的影響而出現結構質量問題和其他問題。近年來，在建筑工程領域中，如果在鋼結構設計的環節中根據接力特點與傳力特點開展工作，可以將其分成剛接類型設計、半剛接類型設計、鉸接類型設計，但是，為了預防鋼結構的問題，設計人員還需結合轉動剛性的情況合理進行節點連接形式的設計，以此增強鋼結構設計的有效性，合理預防設計問題和規避不足之處。

3.3 做好安裝之前的準備工作

開展鋼結構安裝工作之前，企業應做好各方面的準備工作，以免出現鋼結構的安裝問題或其他問題。首先，安裝技術人員在工作中應該按照鋼結構的設計圖紙內容、設計方案內容執行任務，保證所采用的施工工作流程能夠和設計圖紙之間相互匹配，嚴格根據有關設計圖紙的具體內容開展施工工作。在開展施工活動之前，必須對設計圖紙進行合理審核，開展有關的審核活動與設計活動，與有關人員溝通設計方案的細節部分，在研究和分析設計細節的情況下，進行完善的前期技術規劃工作與技術交底工作，保證工程的整體設計質量和有效性，從根本上規避和預防安裝質量問題。其次，安裝之前應合理準備鋼材料，到達現場之后按照現場情況將其合理擺放處理，在確保鋼材料質量和施工質量的同時，準確記錄規格數據值、數量數據值、質量數據值。除了要合理進行鋼材的施工運用，還應有效執行預制件的制作工作。在施工之前還需全面檢查鋼結構的質量情況，合理清點數量，嚴格檢查外形特點、尺寸特點、型號特點、強度特點等，明確有無平整度方面的問題，保證安裝質量符合標準。

3.4 焊接技術

工程為全焊接鋼結構。因此，在施工過程中應特別注意控制焊接應力，以防止因焊接不當造成鋼結構件異常變形而產生間隙。空間相交節點和支管末端的焊縫位置分為A、B和C3個區域，其中A區域屬于第一級對接焊縫，B區域屬于第2級對接焊縫，C區域屬于第3級角焊縫。各種焊縫都適合斜切，且坡口的形式隨支管的厚度和焊縫在管端的位置而變化。根據鋼板的厚度，可確定焊接前的預熱和焊接后的加熱，并用紅外溫度計測量控制層的溫度。

由于工程涉及的接口很多，施工時需要將接口處焊接完全。該工程對焊接質量要求嚴格。在焊接過程中，需要注意以下5個要點：①選擇代表性的焊接接頭形狀進行焊接測試和工藝鑒定；②模擬現場的實際工作環境條件，做采取預防措施的焊接和不采取任何措施進行焊接的試驗，以評估焊接施工的環境條件對現場人員焊接技術的影響；③焊接技術人員的代表性檢查，如項目焊接人員的資格、焊接人員對工程焊接項目的適應性；④通過相應的測試方法對焊接后的焊接零件質量進行鑒定；⑤通過評估確定實際生產的具體步驟、方法及參數。

工程的焊接需由專業人員進行，施工過程中需記錄每組的焊接位置。完成焊接后，出于對焊接工作質量的責任，需委托第三方檢測吊裝前的焊接質量，以更好地發現問題并及時解決，從而防止出現質量問題。在焊接過程中，應實時監控組件的高度、水平度和垂直度。若發現異常，則須立即停止并更改焊接順序，同時采取加熱校正等措施。此外，在一個區域內焊接主要零件后，方可進入下一個區域進行焊接。焊接后，要及時測量收縮率數據，并與模擬結果進行核對，進而分析產生差異的原因并采取相應措施。

3.5 鋼結構安裝技術

（1）吊裝檢查處理。吊裝前，詳細檢查存儲與進場構件，根據GB50205—2020《鋼結構工程施工質量驗收規范》的要求，檢查鋼構件界面規格、孔距、尺寸、外觀，明確是否標注中心線、長度、重量、標高、軸線方向等。構件如果出現超規范誤差，應立即修正構件。完成驗收后，綁好構件必要的操作平臺與鋼樓梯，并處理接口瑕疵，打磨毛邊、鐵銹。

（2）確定吊裝方案。根據施工條件與構件情況確定吊裝方案，選擇地面預拼裝與構件分散吊裝再進行整體吊裝的方式，由于高空臨邊作業存在較大危險，且吊裝設備為固定位置，無法應用其他設備協助，因此，需分散吊裝部件，低空選擇整體吊裝。

（3）柱體吊裝。起吊中柱體反身傾角側面應墊上輪胎，避免坡口和地面擠壓造成柱體破損，緩慢起鉤后，構件重心和起重力處于相同水平線時，停止塔吊起鉤，緩慢轉動大臂，繼續帶動構件轉動，松鉤至落實構件。傾斜結構則翻身立正，將鋼絲繩與吊環連接扣緊，起吊前進行手拉葫蘆設置，起吊后地面用葫蘆預調傾斜角度。

（4）鋼梁吊裝。起吊鋼梁時，工人需明確安裝鋼梁部位，吊裝鋼梁至部位后對準，保持穩定，應用全站儀進行精準定位，兩端打入沖釘，訂正梁位。在節點兩端分別采用1/3普通螺栓初步固定梁，利用尺子量取柱與梁的垂直度與水平度，符合規范則擰緊螺栓。完成獨立梁安裝后，可安裝次梁與小梁。鋼梁與核心筒連接時，應將鋼梁一端利用螺栓連接鋼柱牛腿，另一端靠在埋件就位板上，安裝完高強度螺栓與埋件焊接后，割除就位板。

（5）吊裝不規則構件。對于整體結構或不規則構件，應先利用軟件構建模型，尋找結構重心，起吊中安裝吊繩，使塔吊吊鉤位于重心垂直線，緩慢起吊后，利用手拉葫蘆進行構件調整，維持傾斜或水平角度，固定在吊裝位置。

3.6 鋼結構連接技術

（1）鋼板焊接。高層鋼結構構件較大，工程鋼板較薄，采用氣體保護焊。工廠生產中，焊機焊接質量穩定，但現場人工操作的周圍環境不穩定，應做好質量控制。組件接口焊接前，應打磨切割面，直至露出金屬光澤，清除坡口兩側35mm距離內的雜質，并根據材料焊接要求調整電流，檢查保護氣體的流動情況，確保氣路暢通，焊條使用時應保持干燥，風力超過2m/s時必須設置防風罩。在后續焊接中，如果局部加熱不均勻，會產生變形和應力。因此，應加強溫度控制。首先對鋼焊縫兩側進行預熱，預熱范圍應超過焊縫厚度的1.5倍。焊接時，控制層間溫度保持在150～200℃，以降低冷卻速度。應保持連續焊接操作。厚板應選用多層多道焊接方法。對稱焊接應遵循先短后長的順序。層間溫度應與預熱溫度相同。應進行焊接和錘擊以消除應力。焊接完成后，將焊縫加熱至230℃，保溫0.5～1h。

（2）螺栓連接。高層鋼結構的螺栓連接主要用于梁柱和主次梁。其材料強度高，可施加大的預應力，高強度螺栓能承受更大的載荷。連接施工前，應對摩擦面進行處理，確保摩擦面清潔干燥，無其他雜質。如有銹蝕，用鋼絲清除。研磨范圍不得超過螺栓孔面積的4倍，以確保摩擦系數符合設計要求。檢查螺栓孔直徑，應比螺栓直徑大2.5mm。鋼結構吊裝就位后，用普通螺栓固定。校正后用高強度螺栓固定。擰緊操作應分兩次完成。初始擰緊應為70%預緊，最終擰緊應為100%預緊。大六角螺栓最終控制力矩合格，扭剪螺栓梅花頭斷裂。按中間至兩側螺栓組順序擰緊，對稱擰緊兩側梁。螺栓連接完成后，檢查所有螺栓是否擰緊良好，避免漏擰，以確保連接質量。

3.7 深化后期施工過程的科學性

鋼結構后期的科學性深化能夠保證整個施工過程具備可實施性。由于鋼結構后期的質量管控非常重要，所以不管從哪個角度出發都應該具有科學依據，并且相關工作人員也有必要提高工作的重視程度，對鋼結構預制構件的驗收安裝都要進行嚴格的標準要求，將質量和安全落實在每一個環節里面，從而最大程度提高鋼結構施工的質量保證。

當前建筑工程的設計、施工以及驗收等環節都在不斷完善，科學性與可靠性不斷提升。可以利用相關的科學技術對鋼結構施工過程進行科學的質量管控；還可以在鋼結構工程的建設過程中，對鋼結構的深度設計和后期的預制安裝進行監督把控。其中，通過軟件將深度設計所涉及的信息數據進行三維建模，然后再把設計出的構件安裝組合最終得出詳細的數據圖和表格，為施工隊和采購部門提供更加精準的信息和報價，從而在鋼結構的施工建設中起到質量把控和工作效率的提升，進而大大節約工期。鋼結構的施工管理也離不開反復的科學性測驗與模擬，這也恰恰說明科學性深化對于鋼結構后期的施工有很大的必要性。

4 結語

綜上所述，在鋼結構施工技術和質量的管控中，要想更好地提高鋼結構的質量，就必須提高建筑行業的技術發展和相關科學技術的結合以及對施工人員有效地管理。科學性與可靠性是質量控制的兩個標準，只有將質量控制貫穿于鋼結構施工的全過程，才可以對整個施工過程進行細致的把控。同時，技術人員也要根據相應規范和所學所知去認真對待施工中的每一項任務，規范地管理現場，認真地現場指導，并且結合多年管理經驗進行科學的人為控制和有序的施工把控才能更好地保證鋼結構的質量管控，為進一步突破鋼結構現有的施工技術水平夯實基礎，最終為社會經濟發展提供更高的經濟效益。