門式剛架鋼結構庫房施工關鍵技術探討

李昊軒 項行鴻

輕型鋼結構具有節約材料、耗鋼量小、重量輕、制作安裝及運輸方便等優點，應用廣泛，尤其是輕型門式剛架鋼結構在工業庫房中的應用越來越多[1-2]。

輕型門式剛架鋼結構通常采用H型鋼為梁，冷彎薄壁型鋼為檁條、梁、柱，彩鋼板為屋面板和墻面板，通過螺栓或焊接方式連接[3]。為降低鋼材消耗和工程造價，可采取新的技術措施。例如：采用預應力技術提高結構的剛度、承載力；在檁條內加入張拉薄板，能夠有效避免風荷載作用下的局部失穩，并增加其彈性應力幅值，有效減少檁條的用鋼量[4]。本文分析了門式剛架鋼結構工業庫房的施工關鍵技術，對提高工程施工整體質量具有重要的現實意義。

1 工程概況

西安臨潼分輸站新建庫房項目位于陜西省西安市臨潼區，框架尺寸為48.48 m×15.48 m，高7.65 m，建筑面積為750.5 m2。鋼結構庫房主要構件包括鋼架梁、屋面支撐、屋面系桿等，鋼結構構件主要采用H 型鋼。物流倉庫鋼結構模型如圖1 所示。庫房整體結構為門式剛架結構，建筑抗震設防烈度8 度，所用鋼材采用H 型鋼柱，約300 t，沿整個結構高度布置，鋼梁為變截面H 型鋼。

圖1 物流倉庫鋼結構模型視圖（來源：作者自繪）

本工程的鋼柱最重構件為3500 kg（作業半徑60 m），屋面梁吊裝單元最重構件為2500 kg（屋面梁吊裝單元長約24 m，作業半徑60 m），現場設置一臺XGT7527 型塔吊，超出起重量作業范圍的區域采用一臺130 t 汽車吊進行吊裝。在工程施工過程中，吊裝方案的好壞對工程質量、工期及安全起著至關重要的作用。因此，選用適當的吊裝機械以及合理的吊裝順序非常關鍵。鋼結構最大安裝高度7.65 m，在進行高空作業時，需要采取安全防護措施。

2 門式剛架鋼結構庫房的施工流程

鋼結構構件的安裝按照先主體后次結構的順序進行，同時考慮到施工的便利性，采取由內向外的順序。庫房為門式框架結構，其最大單體起吊質量約為3.5 t，鋼柱以高空散放方法吊裝，鋼梁構件在廠內拼裝，然后進行整體吊裝。

2.1 施工工藝流程

柱吊裝如圖2 所示，由圖可知鋼柱吊裝采用四點吊裝，在鋼梁吊裝之前，需要在鋼骨柱的底部墊上墊木或橡皮墊，以防止鋼柱根部與地面發生拖拉碰撞。吊裝施工完畢之后，不可以離開地面太高，一般距離地面300 ～500 mm，慢慢地移到安裝點附近，然后才能提高。立柱下放至距離立柱底部200 mm 時，緩慢下落，將地腳螺栓插進立柱螺栓孔中，等待立柱就位后進行校正，應該保證柱底面軸線與立柱中心線對正。隨后，將纜風繩收緊，以避免強風引起立柱晃動，造成立柱底部的中心線偏移。安裝節柱時，在距第一節立柱400 ～500 mm時，將起重機的吊車臂緩緩回轉，降至下節鋼柱上方，上節鋼柱回轉就位后，兩側中心線與下面一段鋼柱的中心線吻合。

圖2 柱吊裝（來源：作者自繪）

鋼柱安裝完畢后，用纜風繩暫時固定鋼柱，鋼絲繩上部固定于耳板，下部系于樓面梁。在鋼柱兩端分別設置對接連接夾板，并在夾板上安裝螺栓固定上、下節鋼柱，同時將連接板焊接固定，防止滑動。

將鋼柱安裝好并臨時固定后，在鋼柱四面成45°拉設攬風繩，其上部與鋼柱上部的連接板孔相連，下部與鋼筋拉結點固定。在鋼柱焊接完畢后，才能拆除纜風繩。鋼柱經過初校，當垂直度誤差小于20 mm 時，擰緊地腳螺栓螺絲，進行預緊固后才能將吊車脫鉤。

柱間系桿吊裝如圖3 所示。柱間支撐采用地面拼裝、整體吊裝的方法，采用L75 mm×8 mm 的角鋼作臨時支撐，以確保整體結構不發生變形。

圖3 柱間系桿吊裝（來源：作者自繪）

鋼架梁吊裝如圖4 所示，由圖可知鋼梁吊裝前，在鋼梁梁面上設置欄桿和安全繩，用作施工人員的水平通道。在鋼梁吊裝時，采用棕繩系住鋼梁的兩端，作為溜繩，保證鋼梁在空中保持平衡，并用卡環將其固定在鋼梁的吊耳上，以提高安裝效率。捋順鋼絲繩，對于較長的構件，要先經過專業工程師的計算，然后進行試放，達到平衡后才能進行吊裝。

圖4 鋼架梁安裝（來源：作者自繪）

由于鋼梁跨徑大、板厚度小，采取“四點吊裝”的方法，即以中部兩點為主要受力部位，兩邊吊點通過鋼絲繩和倒鏈進行輔助吊裝，防止構件在吊裝時發生較大變形。當鋼梁就位后，首先采用與螺栓直徑相同的沖釘進行定位，再用普通螺栓進行臨時固定。普通螺栓數目不得低于節點螺栓總數的1/3，并且至少2 個。檁條安裝如圖5 所示。

圖5 檁條安裝（來源：作者自繪）

2.2 鋼梁拼裝胎架

考慮到拼裝的安全性及高效性問題，鋼梁拼裝采用臥式拼裝。在施工過程中，以站臺地面為工作平臺，并同時采用鋼胎支架作為安裝平臺，再使用水平儀進行調平，并用鋼板進行調整。采用鋼凳、墊板和千斤頂組裝鋼梁。框架柱、梁由HW200 mm×200 mm×8 mm×12 mm 的冷軋H 型鋼制成，支撐采用L75 mm×6 mm 角鋼，柱高850 mm，橫梁長800 mm。立柱底部設置鋼板墊，胎架之間的間距不能超過8 m。

3 鋼結構庫房施工關鍵技術

3.1 鋼結構深化設計以及物聯網應用技術

鋼結構深化設計與物聯網技術可以應用于鋼結構圖紙深化階段，通過將建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術與鋼結構深化設計相結合，實現了模型信息化共享。在施工項目中引入物聯網技術，可以提高項目數據的采集、傳輸和存儲能力。通過對這些信息進行整合，將這些信息和BIM 模型融合在一起，可以提高施工效率和產品質量，推動產品制造和企業管理的信息化管理[5]。

在深化設計階段，應對建筑構件進行統一編碼，保證構件信息的唯一性、可追溯性。在進行深化設計的過程中，應明確每位深化工程師的職責，并且要構建一個可保證每位深化工程師的軟件能夠流暢運行的網絡環境。在使用軟件前，必須設定基本數據，如設置軟件的自動儲存時間、系統符號文件、圖紙模板等。在進行鋼結構深化設計時，每個構件只對應一個編號，規定統一的材料命名準則。

3.2 鋼結構智能測量技術

本工程采用智能測量技術提高鋼結構庫房的施工精度[6]。智能測量技術包括三維測量控制網技術、鋼結構高精度空中快速定位技術及基于物聯網技術的變形監測技術。

3.2.1 三維測量控制網技術

在全球定位系統空間定位技術的基礎上，以高精度全站儀、高精度電子水準儀和條碼水準儀等為測量工具，建立三維測量控制網。

3.2.2 鋼結構高精度空中快速定位技術分析

利用具備無線傳輸功能的自動檢測機器人，完成網架吊裝全過程的跟蹤和定位。利用工業三坐標軟件解算出各控制點的空間坐標，并與對應的設計坐標進行對比，從而實現快速精準的鋼結構安裝。

3.2.3 物聯網技術的變形監測技術

基于物聯網技術實時監測現場鋼結構各部位溫度、濕度及應力應變，并進行匯總分析計算，全方位反映鋼結構的施工狀態和空間位置等信息，確保施工精度。錨栓定位測量示意圖如圖6 所示。

圖6 錨栓定位測量示意圖（來源：作者自繪）

3.3 鋼結構虛擬預拼裝技術

采用三維建模軟件模擬拼裝過程中各節段構件的幾何尺寸，并與深化設計的理論模型進行比較，分析拼裝精度，直至滿足精度要求為止。

3.3.1 三維坐標測量

根據設計圖紙、加工安裝方案等，通過構件分割建立拼裝工藝三維模型，并從模型中導出各節段構件的加工制造詳圖。在構建制作完畢后，利用全站儀測定外輪廓控制點的三維坐標。根據儀器高和棱鏡高，可以得到目標點的坐標。

3.3.2 鋼結構虛擬預拼裝

將全站儀與計算機連接，將所測控制點的位置信息錄入Excel 表格，轉化成坐標格式，獲取構件各控制點的三維坐標并匯總。將測量的數據輸入三維建模軟件中，實現分段構件的三維建模。

3.3.3 鋼結構虛擬預拼裝注意事項

若無法一次性完成所有控制點的測量，可根據需要設置多個轉換測站點，轉換測站點應保證各個觀測點的坐標處于同一坐標系。由于野外觀測難以保證絕對精度，每次轉換測站點后，儀器高度都會改變，必須參照附近某一定點的高程進行測量。同時，為確保測量結果的準確性，同一構件上的控制點坐標值必須在同一時間內由同一人進行測量。

3.4 鋼結構高效焊接技術

目前，在鋼結構的制造和安裝過程中，為提高焊接效率，主要采用以下4 種方法：

1）免清根焊接技術。該技術省去了碳弧氣刨過程，使用了陶瓷襯層，并優化了U 形坡口形式，從而大大縮短了焊接時間，減小了焊縫厚度。同時，還可以避免滲碳導致鋼板的力學性能下降。

2）雙（多）絲埋弧焊技術。該技術具有熔敷量較大、熱輸入小、焊接速度快等優點，提高了焊接效率和質量。

3）窄間隙焊接技術。與傳統坡角焊方法相比，由于切口較窄，焊絲的熔敷量較小，采用窄間隙焊接技術可使熔敷量減小1/2 ～2/3，從而提高焊接效率。

4）免開坡口熔透焊技術。利用單根焊絲，可以對厚度小于12 mm 的板材進行熔透焊接。利用2 根（多根）焊絲，可以對厚度小于20 mm 的板材進行熔透焊接，免去了坡口工藝。

3.5 鋼結構防腐防火技術

3.5.1 防腐涂料涂裝

鋼構件在涂裝之前，應先清除表面的銹斑。除銹方法應符合設計要求，并達到設計規定的除銹等級。目前，常用的除銹方式有噴射法、拋射法、手動法等。配制涂料應嚴格遵循說明書，當天使用的涂料應當天配制。噴涂工藝有刷涂、滾涂、氣噴及高壓真空噴涂等。噴涂要在合適的溫度和濕度環境中進行，要根據被涂物尺寸、涂料種類選擇合適的噴涂工藝。

3.5.2 防火涂料涂裝

防火涂料可分為薄涂層和厚涂層這2 種類型。薄涂層利用涂層遇火后的熱膨脹來減緩鋼材升溫，厚涂層則依靠防火材料的吸熱來減緩鋼材升溫。對于薄涂層的底涂層，最好采用重力式噴槍噴，氣壓約為0.4 MPa。局部修補及小型工程可采用手涂，面涂層可采用刷、噴或滾涂的方式。對于厚涂型防火涂料，建議使用氣壓為0.4～0.6 MPa 的高壓噴射機進行噴涂，噴嘴直徑為6 ～10 mm。在配料過程中，要按照配比、稀釋劑，調配好稠度后操作人員應在規定時間內測量涂層的厚度，80%以上面積的涂料總厚度要滿足相關防火規范的規定，最薄部位的厚度不得小于設計值的85%。

4 結語

本文探討并研究了門式剛架鋼結構庫房施工關鍵技術。結果表明，采用施工關鍵技術可以有效改善工業庫房的施工質量，控制成本，提高施工效率，并為改善工程的總體質量創造了良好的條件。但是，該技術也有一些限制，需要大量的技術人員、資金和設備。今后可以通過優化技術流程、采用智能化設備等手段，提升技術的應用水平，推動門式剛架鋼結構庫房施工技術的深入應用。