工業廠房鋼結構施工技術及質量控制研究

王云峰 廖祥紅 鮑方剛 張文博

建筑施工技術的發展對于提高施工質量和項目經濟效益具有重要意義。傳統的鋼筋混凝土結構存在工程量大、污染多和成本高等相關問題，不符合建筑行業可持續發展的要求。對于工業廠房這種對結構的質量、安全和成本等要求較高的建筑來說，鋼結構具有明顯的實際應用優勢。

目前，鋼結構施工技術已經廣泛應用于國內外的工業廠房建設中，并取得了良好的使用效果。

1 鋼結構工業廠房的特點

相較于鋼筋混凝土結構的工業廠房，鋼結構工業廠房具有如下特點：第1，施工簡單。傳統的工業廠房多采用鋼筋混凝土結構。該結構具有施工周期長、技術難度高以及施工質量難把控等缺點。鋼結構工業廠房的大部分構件為批量生產，具有施工便捷和效率高的特點。第2，結構優勢明顯。鋼結構具有質量輕、強度大和承載力高的優點，因此采用鋼結構的工業廠房自重較小、結構承載力高。第3，經濟性好。鋼結構施工使用的材料可重復利用，加之具有施工效率高和工期短的優點，因此采用鋼結構能有效節約成本。第4，環保性。鋼結構施工中產生的廢棄物較少，對周圍環境污染較小，符合綠色環保的施工要求。

2 項目概況

某工業園區的總建設面積為93200 m2，單棟工業廠房的建筑面積為12000 m2。為了保證該工業廠房的建設效果，綜合對比各種施工技術后，確定采用鋼結構施工技術。鋼結構的主要構件為鋼梁和鋼柱，構件連接包括螺栓連接和焊接2 種形式。

3 鋼結構工業廠房的施工技術

為了達到工程的質量和安全目標，結合鋼結構施工規范和項目的特殊結構要求，編制了本項目的鋼結構施工工藝流程，如圖1 所示。

圖1 鋼結構施工工藝流程（來源：網絡）

3.1 測量放線

在鋼結構施工前，要根據設計圖紙進行測量放線，具體步驟為：

1）需要仔細核對圖紙細節，并根據1 : 1 節點大樣圖準確放出控制線。

2）制作樣板和樣桿，作為下料、彎制、銑、刨以及制孔等的參考[1]。在準備好的材料上準確劃出切開、銑、刨、曲折和鉆孔等加工工序的位置，并結合配料表和樣板等進行套裁。

3）利用型鋼糾正機來糾正曲折鋼材。

終孔后，在所需井管準備到位的情況下，開始沖孔換漿工作。本次采用撈渣筒從孔底撈取泥漿，水泵進行孔口補水的方式進行換漿，清孔結束后，孔內的泥漿密度小于1.05 g/cm3。

3.2 預埋件施工

在鋼結構施工過程中，需要設置預埋件。預埋件的位置和尺寸關系到鋼結構的性能。預埋件的埋設較為復雜，且預埋位置容易與其他的專業設備產生沖突。因此，在預埋階段需要與土建單位進行溝通和協商，制訂最佳施工方案。按照規定完成鋼筋綁扎后，參考圖紙中的結構形式和尺寸等埋設預埋件，并保證預埋件的數量、位置和尺寸等符合要求。為了防止預埋件在混凝土澆筑過程中發生位移，需要對其進行永久性固定，以提高預埋件和模板結構的穩固性，可采用由型鋼或鋼筋制成的固定支架。如果需要進行焊接加固，則要與鋼筋網主鋼筋的焊接同步進行，并選擇合適的焊接工藝，同時要控制焊接的參數和過程，以提高作業的規范性。在預埋件埋設和固定完成后，需要檢查其位置和尺寸，確保其偏差符合標準。

3.3 鋼結構加工

鋼結構加工難度較大，需要綜合考慮諸多因素。例如，在鋼結構加工時，不僅要參考基準線的位置制作樣板，而且需要預留一定空間，便于進行焊接作業。如果鋼材出現彎曲和變形的現象，應立即進行矯正，將偏差控制在要求范圍內。鋼材樣板與控制線允許偏差值，如表1 所示。

表1 鋼材樣板與控制線允許偏差值

在正式切割前，需要清理鋼材表面的銹跡和其他雜物。在切割時應連續切割，并要保持切割面的平整度。切割完成后，應立即清理殘渣，并檢查鋼材尺寸是否滿足施工要求，確認無誤后方可進行下一環節的施工。鋼材切割允許偏差值，如表2 所示。

表2 鋼材切割允許偏差值

3.4 鋼結構吊裝

鋼結構吊裝采用分件吊裝法，即先將鋼柱吊裝到指定位置并進行加固后，再依次吊裝鋼梁、屋面板和墻板。材料進場后，需要對鋼柱進行檢查，以確保其性能和尺寸符合標準要求。檢查無誤后，在鋼柱兩端標注出中心線和基準等。在正式吊裝鋼柱前，應根據鋼柱上端的基準線，至少向2 個不同方向引出標高控制線[2]。在吊裝鋼柱時，需要根據鋼柱的形狀來確定吊點的數量和位置，并采取必要的防護措施，避免出現脫鉤現象。如果鋼柱的彈性和剛度較好，則可以選擇一點或兩點正吊的方式進行吊裝。在吊裝過程中，應將鋼柱緩慢垂直起吊，并嚴格控制鋼柱腳和螺栓之間的距離，當距離為0.35 m 時應將鋼柱扶正，并使孔位和螺栓逐一對應。

鋼柱吊裝完成且通過驗收后，以對稱的方式吊裝鋼梁，按照相應標準校正鋼梁的位置并進行加固，以保證偏差符合要求。在吊裝墻面和屋面時，可以采用一鉤多吊的方式。安裝時，要保持檁條平直，確保不同鋼材之間的距離滿足要求。驗收通過后，使用螺栓固定鋼結構[3]。

在鋼結構安裝過程中，要確保鋼材與螺栓口的對接符合要求，并校正鋼梁和鋼柱的位置與垂直度。連接鋼結構的螺栓采用高強度大六角頭螺栓，使用墊圈來確保力的合理傳遞。鋼結構連接完成后，要檢查接觸面是否存在間隙。若間隙寬度小于1 mm，無須進行處理；若間隙寬度為1 ～3 mm，則需要對鋼板進行磨面處理；若間隙寬度超過3 mm，要使用墊板進行填充。接引弧板的構件，應在構件上焊接引弧板，并保持引弧板干凈。在焊接過程中，第一層焊道應封閉坡口內的墊板和母材的連接處，隨后進行逐層累焊，直至將坡口完全填滿。每道焊縫焊接完成后，需要及時清理焊渣和雜物。如果焊接過程中存在氣孔和夾渣等問題，需要及時進行修復，并做好相應的記錄。

表3 埋弧焊接工藝參數

范圍之內清理干凈，避免焊接過程中的氣孔問題。焊接完成后，需要檢查型鋼焊接的偏差值。

3.5 鋼結構焊接

在鋼結構的焊接過程中，要根據焊接部位選擇合適的焊接工藝。例如，局部焊接可以采用二氧化碳氣體保護焊的方式。為降低焊接質量缺陷，焊接作業人員必須持證上崗，并按照工藝要求進行作業。焊接過程中，應將引弧板與母材焊接牢固。引弧板材質應與鋼材保持一致。對于未在工廠焊

3.6 螺栓連接

鋼構件的另一種連接方式為螺栓連接。本工程使用的螺栓包括滑動螺栓、普通螺栓和雙頭螺栓。滑動螺栓操作簡單，在安裝過程中應按照使用規范選擇合適的墊片位置和厚度，并檢查墊片是否存在裂紋。在普通螺栓的安裝過程中，需要保證螺栓的強度、穩定性和抗疲勞性等滿足要求[4]。雙頭螺栓安裝難度較大，且需要進行預埋。在雙頭螺栓的安裝過程中，要采用規范的連接方法，以降低應力差，便于后續的維護工作。在安裝螺栓前，要根據鋼結構的尺寸和構件形式等，確定螺栓的規格和數量。

3.7 鋼結構涂裝

鋼結構涂裝是指通過涂刷油漆來保護結構。在正式涂裝前，需要進行基層處理，即去除基礎表面的銹跡和雜物。基層處理完成后，在基層表面涂刷防銹漆。涂刷過程中應保證鋼結構表面的干燥度，并使防銹漆厚度均勻。對于有裝飾的板材，需要由施工人員使用棉紗涂刷防銹漆。構件接合部位的防銹漆，需要在吊裝拼接前涂刷。對于鋼材表面的缺陷，需要使用添加紅丹粉的加厚膩子進行填補，并保證膩子的干硬程度滿足要求。涂刷底漆時，應采用硬化底漆，并合理控制涂刷厚度。磷化液與底漆的比例為1 : 4。在底漆涂刷完2 h 后方可涂刷面漆，若底漆干燥效果不理想，則需要延長間隔時間。

4 工業廠房鋼結構的施工質量控制

4.1 基于BIM技術優化鋼結構的設計和管理

為了提高鋼結構的施工質量，可以在設計與施工階段采用新技術，如建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術。通過BIM 技術能夠進行圖紙深化，為鋼構件的加工提供高質量圖紙。將BIM 應用于構件的預拼裝階段，能夠精準控制安裝偏差。工業廠房的結構復雜，鋼構件數量較多，不同鋼構件的尺寸和性能均不同，因此在施工過程中涉及較多切割和焊接等操作，容易產生誤差。

將BIM 技術與三維激光掃描儀相結合，可以有效解決上述問題，在構件出廠前，需進行以下幾個方面的工作：第1，使用三維激光掃描儀和其他測量儀器對其進行掃描，以便獲得更為完整的數據；第2，利用采集到的數據在BIM 軟件中進行逆向建模；第3，在BIM 模型中模擬預拼裝過程，并檢查安裝偏差；第4，根據偏差進行相應的調整，并將此模擬過程和結果作為后續預拼裝的參考[5]。

此外，通過BIM 技術可以進行可視化管理。借助BIM 軟件的可視化功能，可以監控施工過程，若發現施工問題，則可以通過對比模型可視化結果與現場情況，分析問題的原因并制定優化措施。

4.2 強化材料質量管理

材料質量直接關系到鋼結構的承重能力、使用安全性和耐用性，因此需加強對材料質量的管理。對于鋼材的管理，應重點檢查其穩定性，做好材料的入場檢查，劣質材料進入施工現場，會給工程的施工質量帶來負面影響。

在制作預制構件時，不僅需要遵循模塊化和標準化的生產原則，還要對鋼材進行規范化的拋光、清洗和熱處理，以提高鋼材的強度與可靠度，確保鋼材表面清潔和規整。當預制構件進場時，應對構件進行多方面檢查，保證產品質量合格。對庫存鋼材，應做好防曬與防腐處理，避免因銹蝕和氧化等問題導致其性能下降。

4.3 施工質量管理精細化

為了達到工業廠房鋼結構施工質量目標，必須推行全過程理念，并安排專人把控施工細節，建立精細化的質量管理模式，具體為：第1，需要根據施工目標，建立科學且合理的質量管理制度，并在制度中明確規定鋼結構安裝質量的責任人和管理任務，以制度來規范施工過程。第2，在施工過程中，應安排專人嚴格控制施工細節。第3，應根據作業環境和溫度等情況，合理控制施工參數，若溫度超出限值則應采取相應的控制措施。第4，應嚴格監督施工人員的技術規范執行情況，嚴禁出現違規作業的現象，并提前預設可能發生的安全和技術問題，制訂相應的防控措施。

4.4 鋼結構變形監測

工業廠房鋼結構的施工質量控制具有復雜性和專業性的特點。為了避免結構缺陷，需要進行鋼結構變形監測:第1，應根據項目情況，建立科學且合理的監測體系。第2，在施工現場配備各種現代化監控設備，并確定設備的安裝位置。這些設備，如水準儀和經緯儀等，能夠自動監測鋼結構的位移、應力和溫度等。第3，通過信息化系統，自動對比監測數據與正常數據，并顯示二者的差值。若差值處于正常范圍，說明鋼結構無異常變形。若偏差值超出正常范圍，則說明鋼結構存在變形現象，需要分析原因并進行調整。

5 結語

鋼結構技術在經濟、技術和環保方面具有優勢，已經被廣泛應用于工業廠房的施工過程中。為了達到預期的施工效果，在施工過程中需要合理優化施工方案，細化作業流程，并建立科學的鋼結構施工管理體系。