某展館鋼結(jié)構(gòu)安裝和高強(qiáng)螺栓質(zhì)量控制探析

鄧維新

（北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100055）

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)是當(dāng)今建筑界一種主流的新型建筑結(jié)構(gòu)體系，不僅有著環(huán)保節(jié)能、抗震強(qiáng)度高、量輕質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，且安裝上更為簡(jiǎn)單方便，能夠同時(shí)滿(mǎn)足當(dāng)代多樣化的造型需求。鋼結(jié)構(gòu)的連接有焊接以及高強(qiáng)螺栓兩種方式可以選擇。為保證施工質(zhì)量，需對(duì)整體施工進(jìn)行模擬分析以及嚴(yán)格的計(jì)算，以安全、經(jīng)濟(jì)、合理、可操作為基本原則，以設(shè)計(jì)需求和工程質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，制定施工順序并完成技術(shù)交底，才能夠有效解決高處焊接及高強(qiáng)度鋼板焊接焊縫熔敷量大、質(zhì)量控制要求高、焊縫形式多樣、高處作業(yè)風(fēng)力影響大以及施焊條件差等難題，以促進(jìn)整體施工質(zhì)量的提升。

2 工程概況

京津合作示范區(qū)也被稱(chēng)為“中國(guó)光年城”，是京津兩市加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)合作、促進(jìn)雙城聯(lián)動(dòng)發(fā)展的重大示范項(xiàng)目，也是天津未來(lái)科技城重要的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)功能板塊。京津合作示范區(qū)城市展館鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目整體為異形結(jié)構(gòu)，桿件大多斜交，不僅結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜且唯一性較強(qiáng)，同時(shí)，環(huán)桁架為大跨度懸挑結(jié)構(gòu)，整體施工難度較大，為質(zhì)量控制提出了較高的要求和挑戰(zhàn)。展館3層為大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)懸挑環(huán)，最大跨度為38.4 m，桁架高度為5 m，寬度為1.4～5.5 m，工程除環(huán)桁架與懸挑鋼梁之間采用高強(qiáng)螺栓連接加焊接的連接形式，其余構(gòu)件均采用焊接的連接形式，結(jié)構(gòu)鳥(niǎo)瞰圖如圖1所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)鳥(niǎo)瞰圖

3 施工重難點(diǎn)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)吊裝難度大

本次施工安裝環(huán)桁架為異型構(gòu)件不僅節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，且有著重量大構(gòu)件易變形的特點(diǎn)，整體吊裝難度需要諸多的大型設(shè)備完成輔助，采用的機(jī)械設(shè)備受場(chǎng)地影響大，同時(shí)也為現(xiàn)場(chǎng)安裝施工帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密設(shè)計(jì)計(jì)算完成吊裝方案的確定，結(jié)構(gòu)鋼材牌號(hào)和等級(jí)見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)鋼材牌號(hào)和等級(jí)

3.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝難度大

本工程中環(huán)桁架結(jié)構(gòu)屬于大跨度懸挑結(jié)構(gòu)，最大跨度為38.4 m，超出《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》的36 m，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證進(jìn)行施工模擬分析，完成了弦桿起拱值的確定，并以安全、經(jīng)濟(jì)、合理、可操作為基本原則，以設(shè)計(jì)需求和工程質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，制定了施工順序并完成技術(shù)交底，并提前反映在深化圖及構(gòu)件制作中，同時(shí)在安裝的過(guò)程中利用標(biāo)準(zhǔn)件支撐作為支撐措施。

3.3 高強(qiáng)度螺栓質(zhì)量要求高

因鋼構(gòu)件有著截面尺寸大、桁架鋼材材質(zhì)高、板厚較厚的特點(diǎn)，因而對(duì)高強(qiáng)度螺栓質(zhì)量要求更高[1]。高強(qiáng)度螺栓安裝是除焊接之外鋼結(jié)構(gòu)安裝的重要連接方式之一，其安裝過(guò)程中不僅要做到防潮防腐，避免造成物理?yè)p傷，同時(shí)也要注重完成安裝復(fù)檢。

4 鋼結(jié)構(gòu)吊裝

鋼結(jié)構(gòu)的選擇和吊裝工作是保證整體安裝質(zhì)量的基礎(chǔ)，本工程鋼結(jié)構(gòu)采用的鋼材為Q355B、Q355C、Q235B、Q420C、Q420GJC多型號(hào)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，且環(huán)桁架跨度較大、構(gòu)件復(fù)雜、加工難度大的特點(diǎn)增大了起重以及運(yùn)輸?shù)碾y度，因此，本項(xiàng)目選擇分段吊裝高空拼裝的加工方式完成分層拼裝。

4.1 吊裝前期準(zhǔn)備

吊裝選擇就近加工，首先按照拼裝方案詳細(xì)檢查相關(guān)設(shè)備以及原材料的配備情況，其次，根據(jù)安裝需求以及吊裝性能完善機(jī)械設(shè)備配置。另外，正確起吊點(diǎn)的選擇能夠保證物體在吊運(yùn)過(guò)程中維持足夠的穩(wěn)定性，同時(shí)完成分段吊裝的完美配合，避免傾斜翻轉(zhuǎn)以及變形損壞等事故的發(fā)生，最大限度地提升了吊裝工作的安全性[2]。吊點(diǎn)選擇的過(guò)程當(dāng)中重要的參考指標(biāo)包括物體的形狀特點(diǎn)以及重心位置，當(dāng)然也包括起重機(jī)的性能。

4.2 加強(qiáng)臨時(shí)支撐布置

臨時(shí)支撐能夠保證結(jié)構(gòu)吊裝的分段就位。在設(shè)置的過(guò)程中需經(jīng)過(guò)支撐受力轉(zhuǎn)換體系的合理設(shè)計(jì)和計(jì)算加強(qiáng)來(lái)確保結(jié)構(gòu)不被破壞，并保證整體的吊裝安全。本工程臨時(shí)支撐均設(shè)置在首層樓面之上，采用H型鋼轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)換過(guò)渡的方法將力合理傳遞至混凝土結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)換梁設(shè)置在首層樓板兩側(cè)混凝土剪力墻上，混凝土結(jié)構(gòu)澆筑前預(yù)埋件，并與轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行焊接固定。轉(zhuǎn)換梁最大跨度11.5 m，根據(jù)施工模擬計(jì)算，轉(zhuǎn)換梁規(guī)格選用HN900 mm×300 mm×16 mm×28 mm H型鋼，且需在轉(zhuǎn)換梁格構(gòu)支撐對(duì)應(yīng)立柱位置上增加勁板，如圖2所示。

圖2 臨時(shí)支撐布置示意圖

5 鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制

5.1 遵循施工組織設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)施工流程眾多、施工過(guò)程復(fù)雜化、技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化是明顯的工程特征，為此整個(gè)施工過(guò)程嚴(yán)格遵循施工組織計(jì)劃方案完成施工，按照既定的組織計(jì)劃結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境以及施工進(jìn)度完成工序的循序漸進(jìn)，確保施工組織設(shè)計(jì)當(dāng)中的真實(shí)性和針對(duì)性得以發(fā)揮[3]。首先，加強(qiáng)施工重點(diǎn)以及關(guān)鍵環(huán)節(jié)的掌控，在保證施工進(jìn)度的同時(shí)提升整體施工效果。其次，要建立嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制機(jī)制，保證質(zhì)量責(zé)任落實(shí)到個(gè)人，并且能夠根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。

5.2 構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)

鋼構(gòu)件質(zhì)量決定著整體工程的質(zhì)量，為此鋼構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)工作一定要嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待。首先，要保證所采購(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件擁有自檢合格證書(shū)以及質(zhì)保書(shū)；其次，為了確保鋼構(gòu)件不在運(yùn)輸過(guò)程產(chǎn)生構(gòu)件變形而影響安裝質(zhì)量，進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)的重點(diǎn)不僅在于對(duì)其制作資料、規(guī)格、幾何尺寸以及構(gòu)件編號(hào)和標(biāo)記進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)也要對(duì)其外形缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)。確認(rèn)無(wú)誤后的鋼構(gòu)件需要根據(jù)施工的安排和順序進(jìn)行分批次、分工序進(jìn)場(chǎng)，且進(jìn)場(chǎng)之后要對(duì)其基本參數(shù)以及作用類(lèi)型進(jìn)行復(fù)核按照施工進(jìn)度和用途完成分類(lèi)擺放，以方便安裝施工使用。另外，進(jìn)場(chǎng)之后的鋼構(gòu)件要注意防雨防腐蝕工作，鋼構(gòu)件置于枕木之上，高強(qiáng)度螺栓存放于密閉倉(cāng)庫(kù)[4]。

5.3 現(xiàn)場(chǎng)安裝控制

整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程包括鋼板剪力墻安裝、環(huán)桁架鋼結(jié)構(gòu)安裝、懸挑鋼梁安裝、高強(qiáng)螺栓施工以及環(huán)桁架鋼結(jié)構(gòu)安裝起拱，鑒于安裝施工的復(fù)雜性，安裝過(guò)程嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和安裝要求嚴(yán)格進(jìn)行，確保所有鋼構(gòu)件中心線(xiàn)的重合度，并嚴(yán)格按照軸線(xiàn)、標(biāo)高以及垂直度等指標(biāo)進(jìn)行安裝，分層安裝工序結(jié)束后進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)收和檢查。本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過(guò)程當(dāng)中利用全站儀完成安裝測(cè)量的全程控制，利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高復(fù)核。

5.4 焊接質(zhì)量控制

“安裝看質(zhì)量、質(zhì)量看焊接”。焊接工藝進(jìn)行過(guò)程中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的焊接節(jié)點(diǎn)形式以及類(lèi)型和規(guī)格選用適當(dāng)?shù)暮附臃椒ㄟM(jìn)行焊接，并完成相關(guān)的工藝評(píng)定指導(dǎo)書(shū)的制定。焊接實(shí)施之前要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際情況選擇焊條，并保證引出板、焊接口、預(yù)熱以及鋼墊板等所有準(zhǔn)備工作實(shí)施到位。且焊接的過(guò)程中要滿(mǎn)足邊焊接邊清理的施工準(zhǔn)則，保證事前準(zhǔn)備、施焊過(guò)程以及成品檢驗(yàn)各個(gè)過(guò)程皆能夠按照嚴(yán)格的質(zhì)量控制流程進(jìn)行。

6 高強(qiáng)度螺栓質(zhì)量控制

6.1 注重安裝施工檢查

高強(qiáng)螺栓安裝施工之前首先要保證結(jié)構(gòu)安裝面的整干燥和整潔。為了保證部件緊密貼合過(guò)程當(dāng)中能夠達(dá)到設(shè)計(jì)所需求的摩擦力，要求整個(gè)摩擦面不存有電焊、氣割、毛刺、飛邊以及油漆等不潔物質(zhì)。高強(qiáng)螺栓在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程當(dāng)中要通過(guò)包裝箱進(jìn)行整體運(yùn)輸，并標(biāo)明編號(hào)以及尺寸類(lèi)型，以方便快速分類(lèi)存儲(chǔ)。裝卸儲(chǔ)存過(guò)程當(dāng)中要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞、變形、錯(cuò)位等現(xiàn)象，栓頭、母材、墊圈都要保持干燥清潔不得沾有油污。

6.2 計(jì)算終擰扭矩值

完成高強(qiáng)螺栓安裝緊固的過(guò)程中必須要對(duì)其扭矩系數(shù)以及扭矩值進(jìn)行確認(rèn)，若安裝過(guò)程中扭矩值過(guò)高會(huì)導(dǎo)致高強(qiáng)螺旋在連接鋼結(jié)構(gòu)的過(guò)程當(dāng)中超負(fù)荷運(yùn)行，因此，很容易造成螺栓斷裂；反之，扭矩值過(guò)小，難以達(dá)到預(yù)定的緊固作用在連接緊固上也難以滿(mǎn)足實(shí)際的設(shè)計(jì)需求，久而久之出現(xiàn)松動(dòng)脫落。高強(qiáng)螺栓扭矩值計(jì)算公式如式（1）：

式中，T為終擰扭矩；k為扭矩系數(shù)；p為螺栓預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值，我國(guó)高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2；d為螺栓的公稱(chēng)直徑。

表2 我國(guó)高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值kN

6.3 安裝緊固控制

初擰和終擰兩步必須在同一天內(nèi)完成，初擰只需完成一半的扭矩保證基本穩(wěn)固，終擰需要根據(jù)計(jì)算的扭矩值以5%～10%的扭矩增加量進(jìn)行控制。另外，為了保證高強(qiáng)螺栓安裝過(guò)程螺栓具備均勻的受力屬性，整個(gè)施工工序應(yīng)沿著由中間向兩端的緊固順序逐漸擴(kuò)散，同時(shí)消除摩擦面間隙保證緊密度[5]。最后，整個(gè)高強(qiáng)螺栓緊固安裝施工結(jié)束之后應(yīng)在48 h之內(nèi)采用回旋法或者終擰法完成扭矩檢查。

7 結(jié)語(yǔ)

京津合作示范區(qū)城市展館鋼結(jié)構(gòu)屬于大跨度鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)構(gòu)成比較復(fù)雜，安裝過(guò)程較為煩瑣，想要保證良好的結(jié)構(gòu)安裝和高強(qiáng)度螺栓質(zhì)量控制，需結(jié)合工程實(shí)際，嚴(yán)格把控材料質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行安裝，且在安裝的過(guò)程當(dāng)中及時(shí)予以監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)以確保安裝施工質(zhì)量。