浅谈钢结构在工业厂房中的施工技术

摘要:文章介绍了钢结构工业厂房工程中钢结构的制作、包装运输、施工测量、安装方案和技术措施,并阐述了钢结构的制作工艺和施工要点。

关键词:钢结构;构件制作工艺;工业厂房工程;施工技术

中图分类号:TU328文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0067-03

钢结构工程因其结构跨度大、自重轻、安装便捷等优点被广泛应用于工业厂房、大型公共建筑,本文根据钢结构施工规范要求结合淮安达方电子一期厂房工程钢结构工程施工经验对钢结构工程施工作简要阐述。本工程为单层工业厂房,建筑面积56144m2,采用Q345主钢结构(钢梁、钢柱)、Q235次钢结构(钢梁、钢柱)、Q345屋、墙檩条、Q235屋、墙次构件等加工制造组立。T=0.5mm外墙外层彩色钢板(LC-950)AZ150 PVDF烤漆、墙面50mm保温棉(24K)单面夹筋铝箔贴面+PVC布防潮层。屋面:彩钢板屋面,T=0.55mm屋面外层彩色钢板SPW-450型AZ150 PVDF烤漆;屋面下层板LC1130T=0.45mmZ18PE烤漆;屋面50mm保温棉(24K)/PVC单面夹筋铝箔。建筑物类别为丙类,建筑物安全等级为二级,场地类别为三类,结构抗震等级为三级。

一、钢结构构件主要制作工艺

本工程的钢柱,制作工艺流程为:放样下料电脑编程拼板CNC切割组立埋弧焊接钻孔组装矫正成型磨擦面处理铆工零配件下料构件表面处理制作组装焊接和焊接检验防锈处理、涂装、编号构件验收出厂。

1.放样。放样是钢结构制作工艺中的第一道工序,只有放样尺寸精确,方可避免以后各加工工序的累积误差,才能保证整个工程的质量,因此对放样工作,必须注意以下几个环节:

放样前必须熟悉图纸,并核对图纸各部尺寸有无不符之处,与土建和其他安装工程有无矛盾,核对无误后方可按施工图纸上的几何尺寸、技术要求,按照1:1的比例画出构件相互之间的尺寸及真实图形。

样板制出后“必须在上面注上图号、零件名称、件数、位置、材料牌号、规格及加工符号等内容”使下料工作不致发生混乱,同时必须妥善保管样板防止折叠和锈蚀,以便进行校核。

为了保证产品质量防止由于下料不当造成废品,样板应注意适当增加余量。如钢板下料切割,H型钢组合,各部件和零件的组装,构件预拼件组装都需有专业放样工在加工面上和组装大样板上进行精确放样。放样后须经检验员检验,以确保零件、部件、构件加工的几何尺寸、形位公差、角度、安装接触面等的准确无误。

2.拼板。拼板时应考虑下料切割焊缝的收缩量,适当放出余量,自动切割缝为2mm,手工切割缝为3mm,焊缝收缩量视构件长度一般应放20～30mm。

拼板焊应按图纸对焊缝等级的质量要求进行,焊接前应清除焊缝口锈蚀、油迹、毛刺等,按要求开好坡口单面坡口55±5,纯边高度1.5～2mm采用焊缝清根,焊剂烘潮,焊丝清洁等措施,以保焊缝质量。

C切割。按下料图要求制作角度样板,经检查无误后方可使用。

切割时应考虑割切、焊接的收缩余量及组装误差,长度一般应放20～30 mm,切割宽度误差±1 mm。

编程后,切割机应空机运行,记录运行轨迹是否与下料尺寸相符,无误后即可切割。

割切时,根据板厚随时调节火焰大小、氧气压力、切割速度,确保切口光顺平滑。

下料切割(含剖口):包括气割、剪切和剖口,本公司下料切割的主要设备有多头自动切割机,小车式火焰切割机、剖口机、剪板机等。切割前应用矫正机对钢板或型材进行矫正。对接焊接钢板或型材还必须进行检验和探伤,确认合格后才准切割。切割的材料经检验合格后进行合理堆放,做上合格标识和零件编号。

4.组立。组立主要是指H型钢埋弧焊前的点焊定位固定及其他零部件的定位固定,组立是在组立机上或胎架上进行,组立前应对翼板、腹板及其他零部件去除毛刺、割渣,并应进行矫直,由放样人员划出中心线、定位线,待检验合格后才准上组立机进行组立点焊固定。

翼腹板有对接焊缝时,组立应注意翼腹板焊缝错开200mm以上。

组立时确保腹板对翼板的中心线垂直度偏差为b/100且≤2mm,中心线偏移≤1mm。翼腹板间隙应≤0.8mm,以满足埋弧焊的需要。

定位焊间距一般为300～400mm,焊缝高度不超过设计缝厚度的2/3,焊条型号应与构件材质相匹配。

5.埋弧焊。埋弧焊主要是对钢梁类的H型钢的焊接,对本工程的钢梁、柱均埋弧焊采用:自动门式埋弧焊机和半自动埋弧焊机电焊。埋弧焊时必须根据钢板的厚度和品种按工艺文件采用相应的焊丝、电流、电压以及焊接速度,同时必须注意焊剂质量,特别是焊剂干燥度,H型钢焊接后应进行矫正。

焊接所采用的焊丝、焊剂应与构件的材质相匹配。

焊前应对焊丝、焊缝进行清洁,除去油渍、锈迹,焊剂等。

焊接时应加引弧板和收弧板,引弧和引出的焊缝长度应大于50mm,焊后应切割。

选择合适的焊接电流、电压、焊接速度及合理的焊接程序,确保焊接质量,减小焊接变形。

6.制孔。钢结构的零件钻孔采用钻孔机床进行钻孔,部件、构件采用移动式钻床和模板进行钻孔,为了确保钻孔精度和质量,采用模钻的均须有放样工放样划线划出基准轴线和孔中心,采用数控钻的其首次加工品均应为检验员首检合格后才准批量钻孔,零件、部件、构件钻孔后均需经检验员检验合格后做上合格标识才准转序。

钢结构安装时所留A、B级螺栓孔应具有H12的精度,孔壁表面的粗糙度Ra不应大于12.5um,螺栓孔的允许偏差超过上述标准,不得用钢块填塞,可采用与母材料性质匹配的焊条补焊,再重新制孔。

7.矫正。矫正工作贯穿钢结构制作的整个过程,从下料前到下料、埋弧焊、组装手工焊等均应矫正,确保构件的尺寸、质量、形状满足规范要求。对钢构矫正的方法主要有自动矫正、火焰矫正、拉模等。

钢材切割或焊接成型后,均应按实际情况进行平直矫正:

好的零件在加热矫正时, 加热温度应根据Q345性能选定,不得超过900℃。

钢结构在加热矫正后应缓慢冷却,不能用水冷却。

矫正的钢材表面,不应有明显的裂缝或损伤。

8.磨擦面处理。构件的连接磨擦面端头应用铣床铣平,磨擦面应经矫正后经抛丸处理并加以保护,磨擦面应按规定要求制作并应达到规定要求,磨擦面加工同时应用相同的材料和加工方法制作试件进行磨擦系数试验,以确保磨系数达到规定要求。

9.构件表面处理。加工后的零件、部件、构件均应按规定进行边缘加工,去除毛刺、焊渣、焊接飞溅物、污垢等,并进行表面检查,待构件成品并去净表面后,按照设计要求进行表面除锈处理。

10.檩条加工。本工程采用高强热镀锌钢板压制檩条,檩条必须进行端部磨平处理,钻孔,表面除锈,油漆,檩条的外观不允许存在肉眼可见的损伤。

11.验收。构件成品数量达到一跨试拼装要求时,应由在技术、质量工程师的指导下在厂内进行一次试拼装,以检查构件的整体质量及安装情况,确保能现场顺利安装,同时由专职检验员对构件的检验、试验结果进行检查,待以上检查均合格后在构件上贴上合格证,以供包装和出厂。

二、现场施工方案及技术措施

1.安装方案简述。本工程钢结构内容包括:钢柱、钢梁安装、檩条和其他构件安装。由于该工程跨度大、面积大,经多种方案比较,钢柱用1台60t汽车式起重机整体吊装,两支钢梁在地面上拼装后采用2台50t汽车式起重机同时起吊,辅以2台曲臂车进行就位安装。

2.设备选择。综合考虑工程特点、现场的实际情况、工期等因素,经过反复比较各种方案,从吊装设备、与土建交叉配合要求及本企业的施工实践,钢结构吊装选择2台50t汽车式起重机,作为钢结构安装的主要设备。

3.地脚螺栓埋设。地脚螺栓的精度关系到钢结构定位,地脚螺栓的埋设须严格保证其精度,地脚螺栓的埋设精度:轴线位移:±2.0 mm,标高:±5.0 mm。在柱地脚螺栓安装前,将平面控制网的每一条轴线投测到柱基础面上,全部闭合,以保证螺栓的安装精度,然后根据轴线放出柱子外边线,待安装钢柱地脚螺栓的承台架子搭设好以后,将所需标高抄测到钢管架子上。

4.钢架安装顺序。按照现场实际情况,结合业主方的施工进度要求,采用合理的安装顺序。安装顺序按内容分为:钢柱-钢梁-吊车梁-连系梁-水平支撑-檩条-拉杆-隅撑。

5.钢柱吊装。钢柱安装前应测出钢柱牛腿面的标高,以此标高反算到柱脚及基础支承面标高,并予以调整支承面。

钢柱安装时,应将柱吊于基础上方轻轻落下,防止重落冲击和碰撞地脚螺栓。到位后将地脚螺栓套入柱底板螺孔内,调整柱脚,使柱中心线对准基础十字线,并用仪器测量柱身的垂直度,校正后拧紧螺栓焊接固定。

柱校正应先校正标高,再校正柱脚中心线,最后校正垂直度。

钢柱吊装包括如下几方面:钢柱就位轴线调整:钢柱就位采用专用角尺检查,调整时需3人操作,一人移动钢柱;一人协助稳定;另一人进行检测。就位误差应控制在3mm以内。

6.钢梁安装。由于本工程结构厂房的跨度较大,钢架梁吊装采用“双机抬吊法”吊装钢梁的主要方法如下:

钢梁首先在地面胎架上拼接成整体,同时在钢梁上架设好生命线,安装檩条时可以在钢梁上来回走动,吊装就位后在钢梁的两侧用缆风绳将钢梁固定,保证钢梁的平面外的稳定,然后吊装下一跨间钢梁,待下一跨间钢梁安装完成后,在此跨间安装檩条,固定钢梁,保证钢梁不会倾斜扭曲。

安装人员以曲臂车为安装平台,对高强螺栓进行紧固。

本工程主体钢结构是采用的10.9级扭剪型高强螺栓,在安装时需用特制机动板手对螺母进行施拧,通过特制机动板手内、外套的相对旋转,对螺母施加扭矩,最后将螺杆尾部的梅花卡头被剪断扭掉,这时高强螺栓即达到规定的预拉力值,螺栓已紧固。

7.檩条安装。整平:安装前对檩条支承进行检测和整平,对檩条逐根复查其平整度,安装的檩条间高差控制在±5mm范围内。

弹线:檩条支承点应按设计要求的支承点位置固定,为此支承点应用线划出,经檩条安装定位,按檩条布置图验收。

固定:按设计要求进行焊接或螺栓固定,固定前再次调整位置,偏差≤±5mm。

验收:檩条安装后由项目技术责任人通知质量员或监理工程师验收,确认合格且转入下道工序。

8.钢结构涂装。除锈:除镀锌构件外,制作前钢构件表面进行喷吵(抛丸)除锈处理,不得手工除锈,除锈质量等级应达到国际规定。

涂装:厂房主构件制作完毕进行表面抛丸除锈处理,除锈等级为Sa2 1/2级,表面涂装红丹除锈底漆两度,干膜厚度不少于60μm,醇酸调和面漆,干膜厚度不少于60μm,涂防火涂料的构件不用涂装醇酸调合面漆。次构件,采用手工除锈,除锈等级Sa2 1/2级,表面涂装红丹除锈底漆两度,醇酸调和面漆两度,漆膜总厚度不少于120μm。本工程防火等级为丙类一级,柱耐火极限为3h,梁耐火极限为2h。高强螺栓连接处摩擦面不行涂漆。

三、施工测量

1.轴线方格网测设。全面复核土建施工测量控制网、轴线、标高。根据前期施工单位提供的控制点及主轴线,在±0.00处分别测设多个控制点组成矩形,在这些点上架设仪器观测边长和水平角,经平差计算和改正,得到4个控制点的精确坐标。根据测量规范要求,量边精度为1/30 000,测角中的误差为±3.5"。距离采用往返观测,角度观察3测回,在矩形方格网的四边,按钢柱间距设置距离指标桩加密方格网,便于钢柱轴线的测设。

2.水准基点组建立。根据土建用水准点,选3～4个水准点均匀地布置在施工现场四周,建立水准基点组。水准点采用(&16mm,L=1m)的钢筋打入地下作为标志,其顶部周围用水泥砂浆围护。将水准点和水准基点组成附合或闭合路线, 两已知点间的高程必须往返观测,往返观测高差较差,附合或闭合路线的闭合差应满足规范要求。

3.轴线控制。做好竖向与平面测量控制是保证钢结构吊装顺利进行的首要环节,也是确保钢结构工程质量的重要工序。平面轴线位置控制采用内控法。

4.测量精度控制保证措施。测量精度控制保证措施如下:根据本工程施工质量要求高的特点,特制定高于规范要求的内部质量控制目标,允许偏差的减少对测量精度提出了更高的要求,因此预配置整体流动式三维测量系统TOPCON-221D全站仪,该仪器测角精度为±2,测距精度为±(2 mm 2*10)用于钢结构安装过程的监控。

标高和轴线基准点的向上投测,一定要从起始基准点开始量测并组成几何图形,多点间相互闭合,满足精度要求并将误差调正。

参考文献

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作者简介:闫成标(1964-),男,供职于江苏盐城二建集团有限公司,研究方向:工业与民用建筑。