混凝土框架結構鋼結構屋面安裝方法研究

慈龍玉 馬尚斌 黃鴻鵬 晁明永

建筑行業是我國社會經濟持續發展的支柱行業，為促使各類建筑工程項目都能取得理想的效益，建筑工程建設單位在施工中，需要加大對新材料、新工藝、新設備和新方法的應用。就目前我國建筑工程發展現狀，混凝土框架結構和鋼結構屋面具有施工操作簡單、施工速度快、結構形式多樣化以及穩定性比較高等特點，深受社會各界人士的廣泛青睞，在很多建筑工程項目中都有很好的應用。為更好地保證施工質量，獲得更大的經濟效益和社會效益，需要對混凝土框架結構鋼結構屋面安裝方法進行更加系統化的分析研究，以保證后續施工中各道工序都能高效、有序、安全開展，促使施工任務和目標得以順利完成。

1 鋼結構屋面施工前相關的準備工作

1.1 總體部署

混凝土框架結構的鋼結構屋面內部以鋼結構為主，再輔以其他土木工程，因此現場施工條件比較復雜。為使每道工序都能順利開展，提升鋼結構屋面安裝的效率和質量，需要提前規劃施工的總體部署，并結合設計圖紙和現行相關規范與標準，編制施工方案，做好后續施工的分區建設部署工作，合理劃分吊裝分區[1]。同時，還要保證地面拼裝工作中，成品和半成品驗收合格之后再開始吊裝作業。通過這樣的方法既能減少高空作業量，也可以降低施工難度，保證施工質量，促使鋼結構屋面安裝任務能夠在合同規定的期限內完成。

1.2 技術準備

鋼結構屋面安裝工作大多在高空完成，不但安裝難度大，還存在很多安全隱患。解決這一問題的關鍵在于，正式安裝之前做好鋼材、連接材料質量和性能的檢查驗收工作。同時，結合設計圖紙、施工技術文件以及現行規范標準等，編制科學、合理、完整的鋼結構屋面安裝工藝流程，并切實做好施工現場的技術交底和安全交底相關工作，對參與鋼結構屋面現場安裝工作的人員進行技術和安全培訓[2]。在正式安裝前，要保證網架安裝的所有零部件加工完成，質量驗收合格后，擺放在指定位置。

1.3 資料與材料準備

鋼結構屋面安裝對連續性有很高的要求，需要在正式安裝之前切實做好材料準備工作，為施工方案和技術方案的落實提供助力。同時，還需要確認開工報告等多種文件內容，以保證后續施工能夠順利開展；做好施工機械設備和工程材料的準備工作，保證機械設備的性能、質量都滿足鋼結構屋面的安裝要求。另外，應全面落實好技術交底工作，按照技術文件內部的具體內容，做好技術和工作人員之間的技術交底，強化現場施工人員自身的施工安全意識，以保證每位施工人員在施工中都能嚴格遵循施工標準的要求。

為提升后續施工的有效性和連續性，施工前需做的準備工作較多，包括標高檢查、支座軸線檢查、支座混凝土強度檢查等。為營造一個安全穩定的操作平臺，當腳手架平臺搭設完成后，還需要及時、詳細地檢查每個支點的位置和標高等；在高度調整中要使用千斤頂，以保證調整的精度能夠滿足要求[3]。網架支座軸線和標高設計必須嚴格遵循相關設計標準的規定，以免在鋼結構屋面安裝中出現問題，從而影響鋼結構屋面的安裝質量。

2 鋼結構屋面的安裝施工

2.1 鋼屋架加工制作

2.1.1 測量放樣

為保證鋼結構屋面的施工質量，提升鋼屋架加工制作精度，測量放樣工作要保證在平整的工作平臺上進行，根據圖紙中的尺寸要求進行加工，在平臺上劃出大樣，且測量放樣的工具必須提前進行校準調整。另外，起拱度也要滿足設計圖紙的要求。起拱方面的制作時，各起拱部位需要同時進行，始終保持豎腹板方向不能發生變化，腹桿方向應嚴格依照設計圖。對于屋架的測量放樣工作，還需要考慮焊縫方面的收縮變形問題以及切割可能造成的誤差，因此需要留有余量。例如，針對焊縫收縮問題要留出大約10 mm 的余量，為提升測量放樣的準確性，要對整個鋼梁和平臺同時放樣，確認全部達標后才能下料。

2.1.2 下料

下料前需仔細核對材料的種類、型號以及性能，按照測量放樣的結果在材料上劃出切割線、鉆孔位置，清楚標記每個零件的編號；并結合配料表進行號料操作，以節約鋼材。同時，按照鋼材料的實際厚度和使用的切割方法，適當增加切割量，尤其是在角鋼端部切割垂直軸線，允許切除一部分，但不能將另一肢全部切除。在鋼結構下料操作中，變形客觀存在且難以有效規避，但可通過火焰校正法進行校正處理，以減少變形。在采用火焰加熱校正中，最高加熱溫度不宜超過900 ℃。

2.1.3 制孔和組裝

裝配件完成下料后，需要按照設計圖紙的規定進行制孔操作。裝配件連接操作中要保證上弦桿、下弦桿以及腹桿的接縫不能在同一個截面上，且相互之間錯開的距離要控制在200 mm 以上。裝配件組裝需要在測量放樣的平臺上完成，并通過電焊的方式固定好構件，形成桁架片，制作好后再將其翻轉作為模板。在這一模板上復制出結構相同的桁架片，得到尺寸、結構一致的形狀，按照這種方式逐個制作，制作完成后搭設桿件并焊接固定，形成完整的屋面結構。為保證焊接的質量，在進行組裝和焊接之前，需要做好搭接部分的質量檢查工作，并進行各桁架片的防銹處理。在裝配安裝施工時，需要注意尺寸方面的控制。例如，腹桿及弦桿之間要留有間隙，大約15 ～20 mm；屋架節點板要伸出弦桿邊緣大約15 ～20 mm 的尺寸。

2.1.4 焊接和校正

在焊接施工前，屋面應先做好墊實固定工作，避免焊接過程中移動。焊接施工應以屋面中間為切入點，再依次朝著兩側對稱焊接。為了保證焊接的固定質量，不能單面施焊，而應在一面焊接施工完成后，再反轉過來焊接另一面。由于屋架體積大、重量大，在反轉時要利用吊裝設備完成，選擇合適的吊點，并加強對吊點位置的把控，以免發生變形和損壞。屋架各節點要連續焊接，全部焊接完成后，對變形彎曲情況進行校正處理。由于屋架制作節點位置的焊縫比較多，為保證焊接質量，要先做好拼裝工作，再進行焊接。焊接結束后及時校正，最好選擇火焰校正法。此方法校正量可控，操作簡單，成本低，但需要控制火焰溫度不超過900 ℃[4]。

2.2 鋼結構屋面安裝施工

2.2.1 安裝準備

在鋼結構屋面安裝之前，需要復驗軸線控制點，測量標高水準點，并利用經緯儀測量出鋼結構屋面安裝的標高控制線和吊裝輔助線，詳細檢查屋面支座和支撐系統上的預埋件。如果軸線、標高、水平度、預埋件的位置以及構件露出長度等沒有達到設計要求，則需要及時調整處理，達標后再檢查吊裝設備的質量和性能，按照設計要求在鋼結構屋面安裝現場搭設腳手架和操作平臺。屋架腹桿通常為拉桿，但在具體吊裝施工中，一旦和吊裝位置交叉碰撞，會導致拉桿轉變為壓桿。為避免屋面出現變形、結構損壞等質量缺陷問題，應對屋面進行加固處理，尤其是屋面上的承重構件，需要通過鋼管、木方以及其他措施相互結合的方法進行加固處理。

2.2.2 屋面安裝

由于鋼結構屋面的結構尺寸與重量都比較大，對安裝精度的要求非常高，為降低施工難度，提升鋼結構屋面安裝質量，通常會采用高空吊裝法。通過吊裝設備，將鋼結構屋面各部分構件垂直擺放在合適的位置，并保證每個零件都能有效分數開。在具體安裝中，需嚴格按照設計圖紙進行安裝操作，保證內部編號能相互對應，尤其是吊點要布設在屋架三匯交叉點上。吊離地面約50 cm后，停止吊裝，對吊繩、吊鉤、鋼結構屋面進行全面檢查，確認無誤后再繼續吊裝[5]。通過吊裝設備將屋架移至安裝位置，在松開吊鉤之前檢查位置是否有偏差，確認無誤后勻速緩慢下落，將屋架構件安裝至既定位置。在這過程中，要時刻注意垂直度以及是否有側彎等問題，保證各項偏差都在設計允許的范圍內，再繼續完成鋼結構屋面安裝任務，使得鋼結構屋面安裝符合設計受力狀態與整體穩定性要求。

進行高空拼裝操作中，首先要保證支座的擺放位置能夠精確對準承點部位，然后再與網架下弦進行連接，確保能夠穩定連接到另一端支座節點上，同時還需要將網架下弦桿的腳手架平臺墊平、墊牢。其次，嚴格按照螺栓球的上弦節點精確布置好對應的編號，以完成對應網架椎體的拼裝。最后，及時開展復檢操作，無問題后再采取推拉的方法連接網架椎體和網架的下弦節點，并旋緊所有的節點螺栓，校準網架軸線，全面復檢網架網格。若網架自身具有良好的剛性，則可通過千斤頂來移動軸線間的網架單元，以實現精確調整。

2.2.3 構件的連接和固定

構件的連接和固定是混凝土框架結構鋼結構屋面安裝的核心內容，任何一個細節控制不當，都會對總體混凝土框架結構鋼結構屋面安裝質量造成較大影響。在進行構件安裝時，需要充分提高其穩定性能，具體可以通過螺栓+焊接的方式將各個節點緊密連接成一個整體。在使用螺栓時，所有螺栓孔都可以隨意擴孔，對于需要永久緊固的螺栓上不能超過2 個墊圈。

焊接時，焊縫長度和焊腳尺寸要嚴格按照設計要求進行。為提升焊接質量，在整個焊接操作中，要嚴格控制以下2點。第一，選擇合適的焊接電流。根據安裝連接構件的厚度、焊接層次、焊條型號以及焊條直徑等指標，選擇合適的焊接電流，做到等速焊接，以保證焊縫的厚度、寬度均勻一致，焊接熔池中鐵水和熔渣間的距離要控制在2 ～3 mm[6]。第二，控制好焊接電弧的長度。按照所選焊條型號，選擇合適的電弧長度，盡量保證電弧長度穩定不變。如果采用了酸性焊條，電弧長度需要控制在3 ～4 mm；如果采用了堿性焊條，那么電弧的長度要控制在2 ～3 mm。

在螺栓和焊接固定完成后，要對螺栓及焊接的質量進行檢查。先進行表面檢查，若存在質量缺陷則需及時處理；全部處理完后，再用超聲波探傷儀進行內部焊接質量檢查，若存在焊瘤、未焊透、未熔合等質量問題，也要及時處理。

2.2.4 拆除臨時支撐

當混凝土框架結構鋼結構屋面全部安裝完成后，需要拆除臨時支撐結構。但考慮到結構受安裝、焊接順序以及殘余應力的影響，實際受力情況和理論值通常會存在較大偏差。此外，在進行結構拆除中，無論是結構自身情況，還是支撐體系的受力情況，都會發生不同程度的改變。為保證臨時支撐拆除后的位移和受力情況能夠與設計相符，需要對整個拆除過程進行全面監測，一旦發生偏差過大的情況，應立即停止拆除，等相關問題全部處理后，再重新拆除。

混凝土框架結構鋼結構屋面在高空完成安裝后，要從跨中開始，逐步向兩側進行分批拆除。為保證拆除的安全性，降低對已完成混凝土框架結構鋼結構屋面造成的影響，在整個拆除過程中要嚴格遵循“分批、等量、均勻、緩慢”的原則[7]。在拆除中要做好現場工況分析和對比分析工作，選擇科學合理的拆除順序，制定可行的拆除流程。

同時，檢查混凝土框架結構鋼結構屋面焊接是否全部達標，確保鋼結構屋面系統能夠形成一個穩定的整體，并做好各安裝面的清理工作，以免存留的工具、構件等造成高空墜物傷人問題。另外，各臨時支撐結構還需要整理好編號，按照編號順序依次拆除。在屋面網架上選擇合適的位置布設好監測點，以便在整個拆除過程中能夠實時掌握結構的變形量，保證整個拆除工作都能在可控范圍內完成。

3 安裝質量驗收

質量驗收是混凝土框架結構鋼結構屋面安裝施工的核心環節，質量驗收的效果直接關系到整個工程施工的總體質量。這就要求在質量驗收中必須嚴格遵循相關的標準和規范，控制縱向和橫向的安裝長度誤差在30 mm 以內，周邊支座的高度誤差不超過15 mm，各桿件的彎曲矢高誤差不超過5 mm。在進行混凝土框架結構鋼結構屋面安裝質量驗收中，可采取經過校準的水準儀和鋼尺相互聯合的方法進行驗收，質量驗收結果要全部填入驗收資料中，歸檔保存。

4 結語

本文結合理論實踐分析了混凝土框架結構鋼結構屋面的安裝，分析結果表明，該類安裝是一項難度大、質量高、技術標準嚴的項目，而且影響安裝質量的因素較多，任何一個細節控制不當都會影響最終的安裝質量。這就要求在安裝前要切實做好各項準備工作，以保證后續的安裝施工工序能夠順利開展。在安裝全過程中要落實好質量控制措施，保證各項施工技術、管控措施使用的合理性與科學性，以便更好地保證混凝土框架結構鋼結構屋面的安裝質量，不斷積累安裝施工經驗，為我國工程項目建設提供更加有效的經驗和啟示，促使我國鋼結構工程事業持續健康發展。