多层及高层钢结构安装全过程质量优化控制

多层及高层钢结构安装全过程质量优化控制

唐怀勇

中煤第三建设集团机电安装工程有限责任公司安徽宿州234001

摘要：在建筑领域，钢结构工程具有较好的稳定性、施工简单化、快速化，所以得到了广泛的应用。钢结构安装质量的优劣直接影响到厂房的使用功能和人员安全，所以如何对钢结构厂房安装的质量进行严格的控制是我们探讨的重点。

关键词：多层及高层钢结构；BIM技术；深化设计；安装程序；优化控制

一、引言

随着建筑技术的发展和社会的进步，钢结构建筑应用越来越广泛，由于自身独特优势，即施工速度快、结构性能好、工程造价低等优点，建筑外形朝着精美化、多样性、艺术性发展。但由于钢结构工程构件繁多、结构复杂、工序繁琐、吊装困难等因素影响，给钢结构安装质量控制带来一定的难度，安装质量控制的优劣直接影响着钢结构使用功能和人员安全，因此应科学筹划、合理组织、加强管理、严格控制，目标方能实现。

二、工程实例

具体以重新集铁矿主厂房钢结构工程施工质量控制为例进行探讨，该工程主体框架结构尺寸为46.5m×63.5m×26.10m（长×宽×高），该主厂房占地面积2989.60m2，建筑面积6325.90m2。主要由格构柱、屋面梁、吊车梁系统、柱间支撑系统、屋面系杆、支撑、屋面次结构组成。屋面采用50mm厚岩棉夹芯板，设有通风气楼；墙面80mm厚岩棉夹芯板，厂房结构形式为框排架结构。在标高3.7m、6.5m、11.6m、14.5m、19.5m、25.5m等多处布置有钢平台，平台板铺设6mm厚花纹钢板，立柱有十字柱、H型柱、箱型柱等多种形式。根据施工图纸进行图纸转化，钢结构深化设计总重量为1264t。

三、深化设计阶段

BIM技术正在钢结构行业、建筑行业以迅猛之势掀起浪潮，在施工钢结构时首次将Tekla软件技术应用到钢结构施工领域当中。Tekla是芬兰Tekla公司开发的钢结构详图设计软件，它是通过先创建三维模型以后自动生成钢结构详图和各种报表来达到方便视图的功能。

充分利Tekla软件技术，将施工图纸进行深化再现过程，优点如下：①、优化设计过程，合理安排施工工序，防止工序颠倒，影响工程进展。②、进行碰撞检查，及时发现错误并进行纠错，减少现场更改量及更改次数，提高安装质量。（3）、将零部件及构件进行优化组合进行加工生产，减少现场施工二次工作量。（4）、各单位元图纸相互交织，优化施工质量，进行动态检查。

四、构件加工工艺：

1、制作工艺流程图（图1）

2、材料供应

工程项目部按图纸及制作工艺的要求，编制材料计划书。计划书中必须注明材料的品种、规格、数量、供货时间及其它特殊要求（如定尺、定厂家、定牌号等）。所有采购的材料必须随货提供质保书、出厂合格证及相关的质量保证资料。所有的质量保证资料数据应满足国家及行业相关规定的标准。进场材料应复验入库。

3、号料（划线）

熟悉图纸、制作工艺、安装要求及相关技术标准。按图纸上结构的形状、要求选择适当的尺寸和材料（保证材质符合图纸说明要求）进行划线。

钢梁的翼缘板、腹板号料时必须进行钢板边缘抽条。号料时必须考虑焊接后的收缩量。对有焊后变形要求及拼接工艺要求的结构号料时，需经计算合理起拱度后再按计算后的尺寸划线。

划线的公差及检验，为便于检验及对下道工序的控制，切割线内50±1mm处，在四角平行打上基准样冲点永久标志。号料工作必须严格按下料工序交验表内容完成，该表作为号料工序的工艺卡。对Q345B及其它合金钢划线后的剩余材料必须做好标志移植工作，并交待材料员在下料后集中按类收集堆放。

4、切割下料

下料方法的选择δ>12mm的板料，型钢断面大于100×120mm的均采用气割方式进行。δ<6mm的板料可采用3000×6剪板机下料。δ=（6~12）mm的板料（连接板）采用1600×12mm剪板机下料。断面小于120×120mm可采用砂轮片切割机或弓形锯床下料。

图1

5、焊缝质量控制、检验5.1焊接防变形措施

先进行点焊，然后采用埋弧焊焊接工艺防止焊接变形。防止焊缝及热影响区产生热组织，严格控制焊接电弧在某一点（处）的停留时间。

5.2焊接过程的检查

焊缝检验：一般焊接质量检验应由专业技术人员担任。监督检查焊工严格按焊接工艺及技术操作规程施焊，并检验焊工施焊资格。外观检验：低碳钢构件应在焊后冷却到工作环境温度。一般用肉眼和量具检验焊缝和母材的裂纹及缺陷，也可用放大镜检验。焊缝的焊波应均匀，不得有裂纹、未熔合、夹渣、焊瘤、咬边、烧穿、弧坑和针状气孔等缺陷。

根据设计要求，对重要焊接件应采用超声波探伤检查，对于检查发现的问题应进行焊缝的补焊及返修。

6、组装工艺

按图纸及结构的零部件组成情况，考虑组装设备、成形加工、设备起重能力、场地情况、焊接设备及焊接工艺等诸多因素，制定拼、焊、部件组装、部件焊接、整体组装，最后焊接的工艺流程。

7、成品检验

构件的各项技术数据经检验合格后，对加工过程中造成的焊疤、凹坑应予以补焊并磨平整，对临时支撑、夹具应予以割除。

五、安装阶段过程控制：

1、优化施工流程

根据现场实际情况、施工进展、场地要求等，合理安排施工工艺流程，避免工序颠倒现象出现。合理的施工流程不但可以加快进度，还可以优化施工质量。

2.施工预埋阶段。

主体结构与基础连接方式主要有：预埋螺栓连接和插入式杯口连接。钢结构的基础采用钢筋混凝土独立基础，同一基础内部各螺栓之间的相对位置及各基础之间螺栓的预埋位置的准确性直接影响上部钢结构能否顺利安装。插入式杯口基础的深度、尺寸大小应进行严格控制，否则影响施工安装。

杯口基础施工时，柱脚插入杯口后，使柱脚悬离杯底50mm左右，用楔子放入杯口，用撬杠或千斤顶使柱子中心线对准杯口中心线，并使柱子基本垂直，即可下落，使柱脚落实到杯底，杯底标高在吊装之前已进行处理，偏差在-2～0mm以内。再复查对线，随后打紧楔子，即可松吊钩。

每根钢柱打入6组楔子固定，楔子应对称设置。

校正好的柱子，应及时在杯口内浇灌细石混凝土，以防止刮风、气温变化或楔子被碰，使柱子产生偏斜。浇灌混凝土时应将杯口内的木块、土块等杂物清除干净，在震捣时不得碰动楔子。混凝土的浇筑分两次进行，第一次浇到楔子下端，当混凝土强度达到设计强度的70%以后，可进行相关的结构安装；第二次浇筑到设计要求标高水平。

钢柱柱脚中心线对定位轴线的偏差调整：采用楔子调整，通过调整楔子打入的深度调整柱脚中心线的偏差；或用5T～15T螺旋千斤顶用反力架进行调整。

钢柱轴线垂直度调整：钢柱两个方向的垂直度均使用缆风绳调整。钢柱进场时，要求钢柱上需标识钢柱的轴线及H型钢的中心线等，以便于现场工作。测量仪器使用经纬仪。

柱子校正（互垂90°设置两台经纬仪）柱子基准点标高调整：柱子基准点标高必须从柱肩梁处测量返下，并在标高+1.00m位置标识，做为测量标高。其调整主要通过安装之前柱脚的砼垫块标高进行控制。

3.结构安装阶段

3.1结构吊装

由于钢结构主厂房主体梁、柱为拼装后形成的结构单元，重量较大，吊装前须对吊点进行验算，合理选择起吊位置及吊点，防止在吊装中发生变形或意外，确保吊装安全。对于多层及高层大跨距钢结构安装施工时，对于柱子、柱间支撑和吊车梁一般采用分件流水法进行吊装，如采用汽车式起重机时，可以以２—３个轴线为一个单元进行节间构件安装。

3.2结构找正

钢柱吊装回直后，插进地脚锚固螺栓找正平面位置并校正，地脚锚固螺栓临时固定后，起重机方可脱钩，再对钢柱轴线、标高垂直度等进行复核，用缆风绳校正（也可采用调杆撑或千斤顶校正），方可对螺栓、连接件等进行紧固。

杯口基础施工时，柱脚插入杯口后，使柱脚悬离杯底50mm左右，用楔子放入杯口，用撬杠或千斤顶使柱子中心线对准杯口中心线，并使柱子基本垂直，即可下落，使柱脚落实到杯底，杯底标高在吊装之前已进行处理，偏差在-2～0mm以内。再复查对线，随后打紧楔子，即可松吊钩。

每根钢柱打入6组楔子固定，楔子应对称设置。钢柱柱脚中心线对定位轴线的偏差调整：采用楔子调整，通过调整楔子打入的深度调整柱脚中心线的偏差；或用5T～15T螺旋千斤顶用反力架进行调整。

钢柱轴线垂直度调整：钢柱两个方向的垂直度均使用缆风绳调整。钢柱进场时，要求钢柱上需标识钢柱的轴线及H型钢的中心线等，以便于现场工作。测量仪器使用经纬仪。

柱子校正（互垂90°设置两台经纬仪）柱子基准点标高调整：柱子基准点标高必须从柱肩梁处测量返下，并在标高+1.00m位置标识，做为测量标高。其调整主要通过安装之前柱脚的砼垫块标高进行控制。

3.3灌浆

校正好的柱子，应及时在杯口内浇灌细石混凝土，以防止刮风、气温变化或楔子被碰，使柱子产生偏斜。浇灌混凝土时应将杯口内的木块、土块等杂物清除干净，在震捣时不得碰动楔子。混凝土的浇筑分两次进行，第一次浇到楔子下端，当混凝土强度达到设计强度的70%以后，可进行相关的结构安装；第二次浇筑到设计要求标高水平。

3.4高强螺栓紧固

高强度螺栓连接是钢结构工程最重要的分项，也是目前施工质量的薄弱环节之一，高强度螺栓的紧固应按规范规定进行。安装前要做好接头摩擦面清理，按规定校正扭矩扳手，通过初拧、复拧、和终拧达到紧固。初拧扭矩值可取终拧扭矩的50%，初拧（复拧）后应对螺母涂刷颜色标记，高强度螺栓的拧紧宜在24h内完成。

4.轻钢安装阶段。

金属板压型、安装，主要为彩色钢板维护结构，是较新兴的建筑维护结构形式。施工中注意以下几点：①准备工作：选定符合设计规范的材料、确认板型及排布图，做好焊接、接点处防腐隐蔽验收，安装前一定要制定周密可靠的彩板工程施工方案、建筑构造作法及质量保证措施；②制作、安装过程中要加强检查，使大部分质量问题消灭在施工前和施工过程中；③严格进行检验及分项工程验收，确保节点构造合理、可靠、无渗漏，观感平整、顺直、严密、颜色均匀一致、板面无划伤、无锈斑、无污染。

4.除锈及涂装。

除锈和涂装质量直接影响钢结构厂房今后使用期间的维护费用，还影响钢结构工程的使用寿命、结构安全及发生火灾时的耐火时间。根据科学计算，一般钢结构物体表面每十年的自然锈蚀程度大约为0.4ｍｍ，所以做好防锈和涂装环节不但可以延长结构使用寿命，在市场激励竞争的今天，掌握高质量的除锈和涂装技术，可以降低业主维护成本，从而可以提高企业在同行业中的竞争地位。除锈和涂装环节上应抓好以下工作：①对钢构件的除锈质量按照设计要求的等级进行严格的验收；②检查涂装原材料的出厂质量证明书，防火涂料还要检查消防部门的认可证明；③涂装前彻底清除构件表面的泥土、油污等杂物；④涂装施工应在无尘、干燥的环境中进行，且温度、湿度符合规范要求；⑤涂刷遍数及涂层厚度要符合设计要求；⑥对涂层损坏处要做细致处理，保证该处涂装质量；⑦严格进行外观检查验收，保证涂装质量符合规范及标准要求。

六、重难点控制

由于本工程的具体特点，重点对以下部位进行重点监督控制：

①本工程量大、工期紧，资源配置要求高。

②行车梁平整度，标高，沉降变形应重点监测。

③多专业施工，涉及不同专业配合，组织难度大、项目管理力度应加强并持之不懈。

④构件数量众多，现场的构件管理和配套要求高。

⑤维护系统防风、防雨是加强管理。

⑥桁架柱及超长大跨度屋面梁吊装难度大，应重点跟踪控制。

六、结束语

随着钢结构的发展和应用，其安装质量的问题成为人们关注的重点，在主厂房安装的整个施工过程中，每道工序必须对其质量进行严格控制。只有通过合理调配“人、材、机”、加强现场管理，牢固树立全面质量管理思想（TQC)，才能从根本上保证钢结构厂房安装的质量。

参考文献

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[6]包玉芳.浅谈钢结构工程焊接安装质量控制技术[J].建筑安全.2011(1).

作者简介

唐怀勇，（1986年1月-）男，安徽濉溪人，本科学历，机电工程师，现在中煤第三建设集团机电安装工程有限责任公司主要从事机电安装技术管理工作。曾发表论文多篇。