钢结构技术在建筑工程中的应用探析
时间：2022-12-07 21:45:02 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张汝江
青岛市平度康峰建筑工程有限公司 山东青岛 266700
场地的建筑面积为22749m2，地下第1层是钢筋混凝土框架剪力墙结构，地面以上的第1层是钢结构，整体为叶形，地上部分由4种单体A、B、C、D组成，其中B和D单体的基础是地下室，而单体A和C是独立的混凝土基础。体育场的每个主体都是大跨度的不规则空间网格结构，结合了网格墙、管状桁架和网状壳体，最大桁架跨度为68m，结构复杂。空间网格结构由单层网状壳组成，而该单层网状壳位于由纵向和横向的拱形三角形圆形钢管桁架与钢管桁架之间，材料为Q345C，共有14284根棒材，总计2000t。
钢结构工程与传统钢筋混凝土工程相比，它们的施工工艺存在着巨大的差别。其中，钢结构工程的施工工艺较为复杂，钢结构构件的安装精度较高，从而很大程度上提升了建筑物整体的强度、刚度及韧性。除此之外，钢结构建筑施工还提高了工程整体的稳定性以及施工进度，从而更好地推进了绿色建筑领域的转型。
由于国家对绿色建筑产业的重视，钢结构建造的施工技术也在不断突破。目前，我国建筑行业中的钢结构工程也融入了许多有利于城市建设的绿色建材和绿色施工等绿色元素，积极配合国家发展战略。
与此同时，为了更好地对建筑钢结构质量进行控制，我国针对钢结构施工质量控制的各个流程也出台了相关政策要求。由于钢结构施工所涉及的预制构件要求均较高，所以在质量管控的审验上需要更加仔细。这不仅要求对建筑钢结构工程的施工技术和质量控制进行严格的规范限制，更要求钢结构的相关专业人才必须持证上岗、尽职尽责。
3.1 深化构件设计
高层建筑钢结构施工中，构件加工前需深化设计，综合考虑施工方案、加工能力、设计图纸及施工条件，对加工构件与现场施工具有重要影响。本工程主要从2方面出发：
（1）节点设计。合理设计节点，使其传力、构造简单化，以减小施工难度、制作难度，组织多个部门共同确定节点形式，通过修改、验算后，上报至管理部门审核方能确定节点设计。以X节点为例，原本设计为拼接2个V形构件，焊接难度高，制作复杂，建立三维模型后，按照施工工艺，改造组合结构为平面整体结构，简化了加工过程，且添加耳板进行临时连接，便于施工矫正。
（2）分段设计。由于高层建筑现场无法进行大规模拼装，因此，应尽量根据现场吊装、运输长度、焊接工艺等情况进行分段设计。以斜交网格结构为例，分段设计外框柱时，按照车辆拖挂车厢最大尺寸为17m的要求，分段在20m以内，梁与柱体的连接应用大面积焊缝连接至柱上，工厂完成梁、柱、节点的焊接，以保证焊接质量。
3.2 科学开展节点的设计工作
一般情况下，建筑工程领域中的钢结构连接节点设计效果对整体结构的稳定性会产生直接影响，因此在具体的设计工作中，应准确预测连接节点是否存在问题，预防连接与设计节点存在差异问题，以免受到差异因素的影响而出现结构质量问题和其他问题。近年来，在建筑工程领域中，如果在钢结构设计的环节中根据接力特点与传力特点开展工作，可以将其分成刚接类型设计、半刚接类型设计、铰接类型设计，但是，为了预防钢结构的问题，设计人员还需结合转动刚性的情况合理进行节点连接形式的设计，以此增强钢结构设计的有效性，合理预防设计问题和规避不足之处。
3.3 做好安装之前的准备工作
开展钢结构安装工作之前，企业应做好各方面的准备工作，以免出现钢结构的安装问题或其他问题。首先，安装技术人员在工作中应该按照钢结构的设计图纸内容、设计方案内容执行任务，保证所采用的施工工作流程能够和设计图纸之间相互匹配，严格根据有关设计图纸的具体内容开展施工工作。在开展施工活动之前，必须对设计图纸进行合理审核，开展有关的审核活动与设计活动，与有关人员沟通设计方案的细节部分，在研究和分析设计细节的情况下，进行完善的前期技术规划工作与技术交底工作，保证工程的整体设计质量和有效性，从根本上规避和预防安装质量问题。其次，安装之前应合理准备钢材料，到达现场之后按照现场情况将其合理摆放处理，在确保钢材料质量和施工质量的同时，准确记录规格数据值、数量数据值、质量数据值。除了要合理进行钢材的施工运用，还应有效执行预制件的制作工作。在施工之前还需全面检查钢结构的质量情况，合理清点数量，严格检查外形特点、尺寸特点、型号特点、强度特点等，明确有无平整度方面的问题，保证安装质量符合标准。
3.4 焊接技术
工程为全焊接钢结构。因此，在施工过程中应特别注意控制焊接应力，以防止因焊接不当造成钢结构件异常变形而产生间隙。空间相交节点和支管末端的焊缝位置分为A、B和C3个区域，其中A区域属于第一级对接焊缝，B区域属于第2级对接焊缝，C区域属于第3级角焊缝。各种焊缝都适合斜切，且坡口的形式随支管的厚度和焊缝在管端的位置而变化。根据钢板的厚度，可确定焊接前的预热和焊接后的加热，并用红外温度计测量控制层的温度。
由于工程涉及的接口很多，施工时需要将接口处焊接完全。该工程对焊接质量要求严格。在焊接过程中，需要注意以下5个要点：①选择代表性的焊接接头形状进行焊接测试和工艺鉴定；
②模拟现场的实际工作环境条件，做采取预防措施的焊接和不采取任何措施进行焊接的试验，以评估焊接施工的环境条件对现场人员焊接技术的影响；
③焊接技术人员的代表性检查，如项目焊接人员的资格、焊接人员对工程焊接项目的适应性；
④通过相应的测试方法对焊接后的焊接零件质量进行鉴定；
⑤通过评估确定实际生产的具体步骤、方法及参数。
工程的焊接需由专业人员进行，施工过程中需记录每组的焊接位置。完成焊接后，出于对焊接工作质量的责任，需委托第三方检测吊装前的焊接质量，以更好地发现问题并及时解决，从而防止出现质量问题。在焊接过程中，应实时监控组件的高度、水平度和垂直度。若发现异常，则须立即停止并更改焊接顺序，同时采取加热校正等措施。此外，在一个区域内焊接主要零件后，方可进入下一个区域进行焊接。焊接后，要及时测量收缩率数据，并与模拟结果进行核对，进而分析产生差异的原因并采取相应措施。
3.5 钢结构安装技术
（1）吊装检查处理。吊装前，详细检查存储与进场构件，根据GB50205—2020《钢结构工程施工质量验收规范》的要求，检查钢构件界面规格、孔距、尺寸、外观，明确是否标注中心线、长度、重量、标高、轴线方向等。构件如果出现超规范误差，应立即修正构件。完成验收后，绑好构件必要的操作平台与钢楼梯，并处理接口瑕疵，打磨毛边、铁锈。
（2）确定吊装方案。根据施工条件与构件情况确定吊装方案，选择地面预拼装与构件分散吊装再进行整体吊装的方式，由于高空临边作业存在较大危险，且吊装设备为固定位置，无法应用其他设备协助，因此，需分散吊装部件，低空选择整体吊装。
（3）柱体吊装。起吊中柱体反身倾角侧面应垫上轮胎，避免坡口和地面挤压造成柱体破损，缓慢起钩后，构件重心和起重力处于相同水平线时，停止塔吊起钩，缓慢转动大臂，继续带动构件转动，松钩至落实构件。倾斜结构则翻身立正，将钢丝绳与吊环连接扣紧，起吊前进行手拉葫芦设置，起吊后地面用葫芦预调倾斜角度。
（4）钢梁吊装。起吊钢梁时，工人需明确安装钢梁部位，吊装钢梁至部位后对准，保持稳定，应用全站仪进行精准定位，两端打入冲钉，订正梁位。在节点两端分别采用1/3普通螺栓初步固定梁，利用尺子量取柱与梁的垂直度与水平度，符合规范则拧紧螺栓。完成独立梁安装后，可安装次梁与小梁。钢梁与核心筒连接时，应将钢梁一端利用螺栓连接钢柱牛腿，另一端靠在埋件就位板上，安装完高强度螺栓与埋件焊接后，割除就位板。
（5）吊装不规则构件。对于整体结构或不规则构件，应先利用软件构建模型，寻找结构重心，起吊中安装吊绳，使塔吊吊钩位于重心垂直线，缓慢起吊后，利用手拉葫芦进行构件调整，维持倾斜或水平角度，固定在吊装位置。
3.6 钢结构连接技术
（1）钢板焊接。高层钢结构构件较大，工程钢板较薄，采用气体保护焊。工厂生产中，焊机焊接质量稳定，但现场人工操作的周围环境不稳定，应做好质量控制。组件接口焊接前，应打磨切割面，直至露出金属光泽，清除坡口两侧35mm距离内的杂质，并根据材料焊接要求调整电流，检查保护气体的流动情况，确保气路畅通，焊条使用时应保持干燥，风力超过2m/s时必须设置防风罩。在后续焊接中，如果局部加热不均匀，会产生变形和应力。因此，应加强温度控制。首先对钢焊缝两侧进行预热，预热范围应超过焊缝厚度的1.5倍。焊接时，控制层间温度保持在150～200℃，以降低冷却速度。应保持连续焊接操作。厚板应选用多层多道焊接方法。对称焊接应遵循先短后长的顺序。层间温度应与预热温度相同。应进行焊接和锤击以消除应力。焊接完成后，将焊缝加热至230℃，保温0.5～1h。
（2）螺栓连接。高层钢结构的螺栓连接主要用于梁柱和主次梁。其材料强度高，可施加大的预应力，高强度螺栓能承受更大的载荷。连接施工前，应对摩擦面进行处理，确保摩擦面清洁干燥，无其他杂质。如有锈蚀，用钢丝清除。研磨范围不得超过螺栓孔面积的4倍，以确保摩擦系数符合设计要求。检查螺栓孔直径，应比螺栓直径大2.5mm。钢结构吊装就位后，用普通螺栓固定。校正后用高强度螺栓固定。拧紧操作应分两次完成。初始拧紧应为70%预紧，最终拧紧应为100%预紧。大六角螺栓最终控制力矩合格，扭剪螺栓梅花头断裂。按中间至两侧螺栓组顺序拧紧，对称拧紧两侧梁。螺栓连接完成后，检查所有螺栓是否拧紧良好，避免漏拧，以确保连接质量。
3.7 深化后期施工过程的科学性
钢结构后期的科学性深化能够保证整个施工过程具备可实施性。由于钢结构后期的质量管控非常重要，所以不管从哪个角度出发都应该具有科学依据，并且相关工作人员也有必要提高工作的重视程度，对钢结构预制构件的验收安装都要进行严格的标准要求，将质量和安全落实在每一个环节里面，从而最大程度提高钢结构施工的质量保证。
当前建筑工程的设计、施工以及验收等环节都在不断完善，科学性与可靠性不断提升。可以利用相关的科学技术对钢结构施工过程进行科学的质量管控；
还可以在钢结构工程的建设过程中，对钢结构的深度设计和后期的预制安装进行监督把控。其中，通过软件将深度设计所涉及的信息数据进行三维建模，然后再把设计出的构件安装组合最终得出详细的数据图和表格，为施工队和采购部门提供更加精准的信息和报价，从而在钢结构的施工建设中起到质量把控和工作效率的提升，进而大大节约工期。钢结构的施工管理也离不开反复的科学性测验与模拟，这也恰恰说明科学性深化对于钢结构后期的施工有很大的必要性。
综上所述，在钢结构施工技术和质量的管控中，要想更好地提高钢结构的质量，就必须提高建筑行业的技术发展和相关科学技术的结合以及对施工人员有效地管理。科学性与可靠性是质量控制的两个标准，只有将质量控制贯穿于钢结构施工的全过程，才可以对整个施工过程进行细致的把控。同时，技术人员也要根据相应规范和所学所知去认真对待施工中的每一项任务，规范地管理现场，认真地现场指导，并且结合多年管理经验进行科学的人为控制和有序的施工把控才能更好地保证钢结构的质量管控，为进一步突破钢结构现有的施工技术水平夯实基础，最终为社会经济发展提供更高的经济效益。
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