土建工程鋼結(jié)構(gòu)的問題及解決措施

文／范偉鋒 浙江稠城建筑工程有限公司 浙江義烏 322000

引言：

鋼結(jié)構(gòu)作為一種新興的建筑形式，具備以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：自重比較輕、安裝簡(jiǎn)便、施工時(shí)間短、抗震能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益高、對(duì)環(huán)境的影響小等，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)在“高、大、輕”三個(gè)方向上的發(fā)展更具優(yōu)勢(shì)。因此，近些年來，鋼結(jié)構(gòu)逐漸取代了混凝土結(jié)構(gòu)，在許多施工企業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在此過程中，鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題也日益受到關(guān)注。在此背景下，如何處理鋼結(jié)構(gòu)工程中容易發(fā)生的品質(zhì)問題，加強(qiáng)鋼構(gòu)施工安全管理，從而使其更好地發(fā)揮其自身的作用，已經(jīng)成為施工企業(yè)的第一要?jiǎng)?wù)。

1.在建筑施工中常用的鋼結(jié)構(gòu)形式

1.1 高層鋼結(jié)構(gòu)

在土建工程的施工現(xiàn)場(chǎng)，由于高層鋼結(jié)構(gòu)可以為承重墻體和支撐梁、柱結(jié)構(gòu)提供不同方向的支撐，中、高層建筑的內(nèi)壁和側(cè)面都主要采用了高層鋼結(jié)構(gòu)，但一般情況下，高層鋼結(jié)構(gòu)的重量都比較輕，因此，它也可以精確地與組裝結(jié)構(gòu)相結(jié)合。（如圖1）然而，由于高層鋼結(jié)構(gòu)的剪力系數(shù)存在較大的不確定性，必須對(duì)其進(jìn)行多維固定，同時(shí)要適當(dāng)?shù)厥褂梅阑鹌?，以有效地減少其熱傳導(dǎo)，并盡可能地增加其耐火極限值。在土建工程工地上，采用高層鋼結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的施工工藝的同時(shí)，也對(duì)相關(guān)單位的工程設(shè)計(jì)質(zhì)量提出了更高的要求，因此，這也是極易出現(xiàn)矛盾和質(zhì)量問題的重要環(huán)節(jié)。在土木工程建設(shè)工地上，如果采用高層鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝，則應(yīng)由施工、監(jiān)理等有關(guān)部門對(duì)其進(jìn)行全面的檢查，尤其是鋼架的受力狀況，避免對(duì)其它建筑的室內(nèi)空間穩(wěn)定度和資源使用狀況產(chǎn)生影響。高層鋼結(jié)構(gòu)可以精確地連接到組裝部件和模板材料，但必須嚴(yán)格地控制起重過程和焊接過程，否則會(huì)影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和承載能力[1]。

圖1 高層鋼結(jié)構(gòu)

1.2 空間鋼結(jié)構(gòu)

在施工現(xiàn)場(chǎng)，空間鋼結(jié)構(gòu)的使用也較為普遍，它可以精確地控制鋼的外形，有效地減少了施工費(fèi)用，使建筑的擴(kuò)展特性更為突出。由于鋼結(jié)構(gòu)的重量一般都比較輕，因此想要達(dá)到特定的支撐作用，就必須要準(zhǔn)備其它的固定和保護(hù)措施。這不僅需要大量的時(shí)間和精力，還需要對(duì)空間鋼結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。在建筑工程的建設(shè)階段采用索膜結(jié)構(gòu)和大跨度懸索橋的施工程序，這樣既可以保證施工過程的穩(wěn)定性，又可以保證工程符合圖紙中的相關(guān)規(guī)定。然而，在進(jìn)行大中型建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造與加深式設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)單位必須模擬分析該結(jié)構(gòu)的受力狀況，以進(jìn)一步判斷是否有其它工程技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，必須對(duì)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行全面的受力分析，以最大限度地降低工程造價(jià)和安全風(fēng)險(xiǎn)。空間鋼結(jié)構(gòu)在建筑工地上的應(yīng)用主要是在一些環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的土建工程中，它的建造速度相對(duì)較快，建造質(zhì)量相對(duì)較高。

1.3 輕型鋼結(jié)構(gòu)

在土建工程的工地上，輕鋼結(jié)構(gòu)的使用范圍很廣，主要用于低層建筑，因?yàn)樗闹亓勘容^輕，可以在短時(shí)間內(nèi)完成組裝，而且安裝過程比較簡(jiǎn)單，不會(huì)浪費(fèi)太多的材料。然而，在實(shí)際使用時(shí)，建筑單位必須對(duì)其尺寸、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、性能等方面進(jìn)行嚴(yán)格的評(píng)定，以便更好地決定地面工程與地下工程的配合程度與精度。輕型鋼結(jié)構(gòu)作為建設(shè)項(xiàng)目的重要技術(shù)資源，已廣泛應(yīng)用于眾多企業(yè)。與此同時(shí)，隨著輕型鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)其質(zhì)量監(jiān)控和安全監(jiān)控也提出了越來越高的要求。在使用輕型鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，必須著重評(píng)估其隔熱、熱傳導(dǎo)特性，以防止出現(xiàn)大量的安全風(fēng)險(xiǎn)和工程質(zhì)量問題。同時(shí)，還需要對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)材料的抗剪切能力、壓縮強(qiáng)度指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行詳盡的統(tǒng)計(jì)和分析，這樣就可以避免由于不符合標(biāo)準(zhǔn)所帶來的不利后果。

2.土木工程施工中鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 有很好的抗壓能力

鋼結(jié)構(gòu)在建筑中使用的主要材料是鋼筋，在土建工程中，一般也會(huì)將鋼結(jié)構(gòu)與混凝土相結(jié)合，從而使鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到了進(jìn)一步的提高，抗壓能力也得到了極大的提高，而且還增強(qiáng)了其的耐腐蝕性。因此，鋼結(jié)構(gòu)本身具有很高的抗壓強(qiáng)度，并且可以通過焊接等手段整體成型。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)部件的組裝工藝也相對(duì)簡(jiǎn)便、快捷，能有效地提高輕裝配式鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)效益，進(jìn)一步加速建設(shè)進(jìn)度[2]。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益高

以往的土建工程在工程建設(shè)過程中一般采用的是磚石混合結(jié)構(gòu)，盡管它具有較好的穩(wěn)定性能，但是面對(duì)大面積的土建工程，要使用大量的磚塊、石塊以及混凝土，因此在某種程度上不利于土建工程經(jīng)濟(jì)效益的增加。另外，在以往的土建工程中，建筑材料往往由于不易循環(huán)利用，易產(chǎn)生原料的浪費(fèi)。而采用鋼結(jié)構(gòu)則可以有效地解決這個(gè)問題，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)本身具有良好的經(jīng)濟(jì)性能，其原材料不僅可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，而且價(jià)格低廉，從而可以通過為建筑單位節(jié)約材料費(fèi)用使建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提高。

2.3 對(duì)環(huán)境的污染較小

在傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)中，由于存在著大量的粉塵，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成一定的污染，因此必須采取相應(yīng)的降塵措施。在鋼結(jié)構(gòu)工程中，主要采用的是焊接工藝，它不會(huì)產(chǎn)生類似于混凝土結(jié)構(gòu)的問題，也不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成較大的污染。而且，鋼鐵建筑通常都是在廠房里進(jìn)行組裝，然后將零件運(yùn)送到工地進(jìn)行組裝，從而將對(duì)周圍的環(huán)境造成的負(fù)面影響降到最低。

2.4 穩(wěn)定度高

傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)在外部環(huán)境的作用下，易產(chǎn)生變形、開裂等問題。以北方的氣候?yàn)槔狈降貐^(qū)冬季和夏天的溫差比較大，這樣的變化導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)裂縫等問題。與之相比，裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有更好的力學(xué)性能、更高的彈性和延展性，從而提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐震特性，并使鋼結(jié)構(gòu)具有比普通混凝土結(jié)構(gòu)更高的穩(wěn)定性和安全性。

3.建筑工程中品質(zhì)問題的本質(zhì)特征

3.1 復(fù)雜性

在鋼結(jié)構(gòu)工程中，質(zhì)量問題的復(fù)雜程度在建筑設(shè)計(jì)中表現(xiàn)得尤為突出。比如，在施工過程中，焊接裂紋可以發(fā)生在焊縫和母材的熱效應(yīng)中，可以在焊接表面上產(chǎn)生，也有可能是在焊接處；裂紋還可以分成與焊道平行或與焊道垂直的方向；裂紋也可分為冷焊和熱焊；造成這種現(xiàn)象的原因有很多，如材料的選擇、焊接前或后加熱不正確等。從這個(gè)細(xì)節(jié)可以看出，引起鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的原因是多種多樣的，并且同樣的問題起因和處理方式也不盡相同，這就給分析、判斷和處理質(zhì)量問題帶來了困難。

3.2 嚴(yán)重性

在鋼結(jié)構(gòu)工程中，若有質(zhì)量問題，不僅會(huì)影響工程進(jìn)度，還會(huì)造成資源的浪費(fèi)，增加工程造價(jià)。如果問題嚴(yán)重，可能會(huì)出現(xiàn)房屋倒塌，甚至危及居民生命的情況。

3.3 可變性

外部環(huán)境的改變和時(shí)間的長(zhǎng)短都會(huì)影響到鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)在不同的環(huán)境、不同的時(shí)間下，都會(huì)產(chǎn)生不同的質(zhì)量問題。比如出現(xiàn)了焊縫：在焊接過程中，因?yàn)檠鯕獾拇嬖?，?dǎo)致了焊縫的延長(zhǎng)，但當(dāng)應(yīng)力發(fā)生改變后，這些缺陷就會(huì)變成一個(gè)巨大的隱患，而有的零件在長(zhǎng)時(shí)間的擠壓下，會(huì)發(fā)生彎曲，從而影響到建筑的安全。

4.淺析土木工程鋼結(jié)構(gòu)存在的主要問題

4.1 在施工之前沒有進(jìn)行細(xì)致的技術(shù)準(zhǔn)備，導(dǎo)致了工程困難與安全問題

有些建筑公司粗制濫造，不對(duì)工程負(fù)責(zé)，在施工過程中忽視了對(duì)軸線、標(biāo)高、地腳螺栓的定位，不對(duì)施工過程中使用的混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢查就直接進(jìn)行下一步的操作，這些做法容易造成嚴(yán)重的誤差。如果出現(xiàn)誤差，不僅會(huì)給后續(xù)的工程建設(shè)造成極大的麻煩，而且還會(huì)給工程帶來相關(guān)的安全問題。

4.2 建筑工程中使用的鋼材存在質(zhì)量問題

在工程建設(shè)中，構(gòu)件的質(zhì)量是影響工程質(zhì)量的重要因素。在工程建設(shè)中，一些微小的構(gòu)件很容易對(duì)整個(gè)工程的安全產(chǎn)生不利的影響。工程中使用的構(gòu)件，即使在出廠時(shí)已進(jìn)行了質(zhì)量檢驗(yàn)，但仍然有發(fā)生疏漏的可能，而且在運(yùn)輸中的一些因素的影響下，也有可能出現(xiàn)部件損傷的情況。（如圖2）因此，若不能及時(shí)處理好這些問題，導(dǎo)致工程建設(shè)中使用的構(gòu)件存在紕漏，必然會(huì)造成相應(yīng)的品質(zhì)問題，從而阻礙工程的順利進(jìn)行。

圖2 鋼材腐蝕問題

4.3 鋼柱安裝豎直度超差及安裝高度超差

鋼柱安裝垂直度超差是指鋼柱垂直度的誤差超出了設(shè)計(jì)和規(guī)范的規(guī)定。而安裝高度的誤差是指立柱的高度或相對(duì)位置的標(biāo)高尺寸過大。產(chǎn)生垂直度超差的原因如下：鋼柱在制作過程中沒有采取有效的控制變形措施；鋼柱易發(fā)生彈性變形和塑性變形；由于采用外力強(qiáng)行連接，使鋼柱的垂直度發(fā)生偏移，從而影響到承載力和穩(wěn)定性。產(chǎn)生安裝高度超差原因如下：地基高度不準(zhǔn)確或造成偏差；在生產(chǎn)過程中，鋼柱的長(zhǎng)度尺寸出現(xiàn)了誤差。這些原因在一定程度上都增加了施工的難度[3]。

4.4 在安裝鋼屋架之前，不對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)收

在施工的過程中，進(jìn)行鋼屋架安裝前，必須對(duì)預(yù)埋式地腳螺栓進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證預(yù)埋地腳螺栓與設(shè)計(jì)圖紙及鋼屋架兩端預(yù)留的安裝尺寸相符。但是由于一些建筑單位沒有重視相關(guān)的規(guī)定，不按照規(guī)范的要求進(jìn)行操作，造成位置、尺寸、高度的偏差，從而對(duì)鋼框架的安裝產(chǎn)生影響。此外，后期在處理這一問題時(shí)，會(huì)耗費(fèi)大量的人力和物力，這樣不僅浪費(fèi)了時(shí)間，還增加了工程的成本。

4.5 鋼屋架跨距過大，與立柱端接縫不緊密

造成鋼屋架跨度尺寸超差的成因如下：鋼屋架制作工藝不夠科學(xué)，在沒有糾正的情況下，就對(duì)產(chǎn)生的取拱度過大、過小等問題進(jìn)行后續(xù)的安裝。造成柱端部節(jié)點(diǎn)板不密合的成因如下：由于鋼柱安裝垂直度過高，屋架制造跨度過大，因此，柱子的豎直性和平行性都會(huì)受到影響，從而也會(huì)對(duì)房屋和柱子的力學(xué)行為產(chǎn)生一定的影響。

5.解決以上問題的方法

5.1 在建造之前做好充分的準(zhǔn)備工作

在施工中，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行事前質(zhì)量管理，是指在工程開工前，對(duì)工程施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)排查，以防止其發(fā)生安全事故和意外情況。在排查和檢驗(yàn)的過程中，通常要做到以下幾點(diǎn)：（1）在鋼結(jié)構(gòu)工程中，施工單位應(yīng)依據(jù)工程項(xiàng)目需求、施工進(jìn)度等因素，選用與鋼材品質(zhì)相符的材料，并對(duì)不合理的施工計(jì)劃進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而建立完善的工程質(zhì)量管理制度，達(dá)到提高工程質(zhì)量和效率的目的；（2）建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和鋼結(jié)構(gòu)的性能之間有著密切的聯(lián)系，所以在開工前，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，確保鋼的材質(zhì)達(dá)到要求后再進(jìn)行后續(xù)的操作；（3）以鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定為主要內(nèi)容。在選定焊接材料、焊接特性調(diào)節(jié)、焊區(qū)應(yīng)用等方面和環(huán)節(jié)中，調(diào)整起重機(jī)梁的施工工藝，從而為以后的工程施工提供技術(shù)支撐[4]。

5.2 對(duì)部件的品質(zhì)進(jìn)行仔細(xì)地檢驗(yàn)

在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中使用的材料種類往往比較多，并且不僅所用材料的總體質(zhì)量及強(qiáng)度要符合建筑的要求，而且其規(guī)格、型號(hào)、尺寸等方面的數(shù)據(jù)也要符合相關(guān)的規(guī)范，從而符合建造的需要，進(jìn)一步確保工程的質(zhì)量和安全問題。因此，在材料開始被運(yùn)用之前，要組織有關(guān)專家進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試和模擬，并利用 BIM 技術(shù)建立三維可視化的三維模型，將整個(gè)工程的施工過程和細(xì)節(jié)都展示出來，指出其中的缺陷，從而能夠根據(jù)實(shí)際需要，制定相應(yīng)的開發(fā)方案。另外，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的基本組成、構(gòu)件進(jìn)行分析的同時(shí)，還需要對(duì)其潛在的危險(xiǎn)和隱患進(jìn)行分析，并事先準(zhǔn)備好對(duì)策，做好安全仿真，這樣可以有效地處理施工中潛在的部分安全隱患，并準(zhǔn)備好相關(guān)的處理措施，以便有效地解決這些問題。建筑單位在挑選采購(gòu)所需材料時(shí)，必須以已有的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范為主要基礎(chǔ)，事先了解物料市場(chǎng)的運(yùn)作管理狀況，從而挑選出符合要求的商家和物美價(jià)廉的優(yōu)質(zhì)原料；在物料搬運(yùn)過程中，必須采取有效的運(yùn)輸以及保護(hù)措施，從而減少物料之間可能發(fā)生的運(yùn)輸問題，避免出現(xiàn)物料變形等情況，從而保證材料的規(guī)范，避免施工過程受到影響；在將材料運(yùn)到工地后，還要進(jìn)行一次相關(guān)的檢查，檢查后符合規(guī)范的材料才能進(jìn)入工地；進(jìn)入工地后，要認(rèn)真仔細(xì)地存放各種材料，并將各種不同種類的材料按照相關(guān)規(guī)定存放起來，從而盡量避免材料出現(xiàn)問題，確保施工的質(zhì)量和安全[5]。

5.3 鋼結(jié)構(gòu)施工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作系統(tǒng)的優(yōu)化

通過大量查閱相關(guān)的實(shí)際案例資料，很多自然環(huán)境因素都會(huì)極大地影響到建筑的實(shí)際效果，從而對(duì)工程的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。例如，高層建筑與一般建筑物不同，其最大的特點(diǎn)就是高度問題，由于其工程規(guī)模龐大，本身重量也比較輕，因此需要精確到每個(gè)細(xì)節(jié)，以便使整個(gè)空間結(jié)構(gòu)得到持續(xù)的優(yōu)化。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，必須全面監(jiān)控鋼結(jié)構(gòu)的施工工藝，掌握其整個(gè)施工過程，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決已存在的問題，從而確保工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度。此外，還要及時(shí)采集、存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)修正工程設(shè)計(jì)中的缺陷，從而為今后同類工程的建設(shè)工作提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和可靠的參考。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)與大數(shù)據(jù)技術(shù)在我國(guó)的普及，為了保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和正確性，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件功能都進(jìn)行了更新與創(chuàng)新。這一變化對(duì)于建筑工程而言，有利于其本身的應(yīng)用價(jià)值的提升。

5.4 對(duì)主要質(zhì)量問題的防范措施

5.4.1 防止鋼柱安裝的豎直度超差及安裝高度超差

針對(duì)第一個(gè)問題，應(yīng)采取以下措施：（1）在生產(chǎn)過程中，對(duì)焊接、拼接等都采取防止變形的措施，并對(duì)產(chǎn)生的變形及時(shí)糾正。此外，在搬運(yùn)和堆放鋼柱時(shí)，要正確地選擇支撐位置，才能有效地避免因自身重量造成的變形；（2）在將鋼柱吊起至基礎(chǔ)平面位置后，應(yīng)將立柱基板上方的縱軸與基線對(duì)齊，避免跨距偏差，有效地控制立柱的撓曲變形。針對(duì)第二個(gè)問題，需要采取以下措施：根據(jù)要求進(jìn)行大小的調(diào)整，以保證每根立柱總高度、牛腿處高度的誤差值均能達(dá)到相同的標(biāo)準(zhǔn)，保證工程質(zhì)量[6]。

5.4.2 在安裝鋼屋架之前，先檢查支架的預(yù)埋件

在鋼結(jié)構(gòu)房屋的基礎(chǔ)上，有關(guān)部門應(yīng)重視相關(guān)規(guī)范的要求，對(duì)施工立柱進(jìn)行檢查，以保證螺栓尺寸、標(biāo)高、螺距、螺紋露出的長(zhǎng)度等符合標(biāo)準(zhǔn)，并確保其符合鋼結(jié)構(gòu)尺寸和圖紙的規(guī)定。只有符合以上各項(xiàng)條件，方可進(jìn)行下一步的施工安排。

5.4.3 避免鋼結(jié)構(gòu)框架跨徑過大

鋼屋架跨徑超差會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力產(chǎn)生一定的影響。要解決這一問題，必須做到以下幾點(diǎn)：（1）用相同的模板做鋼板；（2）使用隔板，保證正確的拱度和跨徑。采用以上方法，以解決這一問題，提高安裝過程的精確度。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在建筑施工技術(shù)不斷發(fā)展的影響下，鋼結(jié)構(gòu)在施工企業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，同時(shí)其安全性問題也日益受到關(guān)注。此外，保證鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量和安全也是我國(guó)鋼鐵結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容。要做到這一點(diǎn)，必須從設(shè)計(jì)、制作、安裝、驗(yàn)收、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，以確保工程的施工質(zhì)量。