结合工程实例谈多层轻钢结构施工技术

结合工程实例谈多层轻钢结构施工技术
刘贵安
摘要:轻钢结构商品住宅在我国还处在发展阶段，设计和施工中还有许多问题需要进一步研究和完善。本文以某工程为例主要介绍了多层轻钢结构施工技术，并提出了轻钢结构技术在我国住宅的发展前景。
关键词:建筑住宅施工质量控制钢结构安装轻型钢结构
1 工程概况
轻钢结构住宅具有独特的优点，在国外变得越来越普及了。它也是我国目前重点推广的建设项目，
是我国住宅工业化的发展方向。促进轻钢结构发展的主要手段，就是商品化供应。重庆某商品住宅楼就是为促进轻钢结构住宅形成系列化开发、集约化生产和商品化供应而设计开发的。该小区小区总用地110亩，该楼长35.4 m，宽12.6m，占地面积446㎡，建筑层数为4 层，另加半层阁楼，层高为3.0m，总建筑面积2059㎡，顶层阁楼采用双坡屋顶，屋脊标高为15m。该工程从开工，到主体轻钢结构工程完工并交付使用，钢结构主体实际施工天数仅有36d。钢构件总数730件，其中，钢柱116件，钢梁614件，另有装饰柱、垂直支撑等，总重量120t。按建筑面积计，主体结构用钢量为46kg / m2。高强度螺栓3100套，焊钉12700套。
2 多层轻钢结构的安装与施工质量控制
为了加强施工管理，制定了以下基本原则：一是设计追踪，充分消化理解设计意图，配合设计单位完善图纸。采用传统的设计、施工分别承包的合同形式，对于施工承包商来说，与设计单位的充分配合是工程成功的必要前提。二是强化钢构件制作阶段管理。钢构件制作根据其工艺特点，委托加工制作基地实行工厂化生产。制作过程中重点落实了图纸会审、技术交底、加工生产顺序安排、一比一放样、加工厂预拼装等关键环节的控制工作。三是各项施工严格执行相关施工技术规程与规范。
2.1 钢结构安装前施工准备工作
在施工前对所用到的钢构件都重新进行检查，包括钢材材质的检验证明书、焊条、焊接材料的质量证明书，以及构件焊接的检验证书等。现场检查的重点是根据设计图纸和构件放样图对每个钢构件的编号、安装位置进行确定，并分别按类堆放，以便对号安装。同时核查钢构件的几何尺寸、连接板零件的位置和角度，螺栓孔直径和位置，焊缝的坡口质量，节点的摩擦面，附件的数量和规格等，避免在高空作业时因尺寸不符进行修改。
施工质量重点控制：一是构件的摩擦面要采用喷砂方法进行加工，并抽取试件进行抗滑移系数试验。二是螺栓进场时检查出厂合格证及有关材质证明其规格型号是否与设计相符，并按一定比例将螺栓连接副进行预拉力试验。
安装前再次对现场柱基进行复查，包括定位轴线的检查、柱中心线的检查、预埋螺栓标高基准面的检，
并对不合要求的及时进行纠偏处理。
轻钢结构施工工艺流程图如图1 所示。

图1 轻钢结构施工工艺流程图
2.2 钢柱和钢梁的安装
主构件钢柱和钢梁安装时要求施工中做到，根据构件的设计参数、现场条件、施工周期，选配相应的吊运机具和人力。构件吊装前要再次验收基础和地脚螺栓,构件外观质量、几何尺寸和安装方位。
（1）钢柱安装施工步骤及质量控制。一是吊运机具。本安装工程钢构件自重较轻，要求的精度较高，
并受场地的限制，采用了25t 轮胎式起重机进行安装。二是吊装前的检验。柱子吊装前要再次验收基础
和地脚螺栓，柱子外观质量、几何尺寸和安装方位。在起吊时钢柱根部垫好木板，以防止钢柱底端与地
面发生拖拉现象。三是柱子吊装时要确定合适吊点。无论构件大小都要试吊一次，使构件离地200mm左右，检查各部位有无问题，在确保安全可靠的情况下正式吊装。四是柱子就位时回钩要缓慢，穿引螺栓要准确，柱子地脚螺栓紧固，柱子顶端用4根缆绳封固；横梁就位后两端各用2根缆绳封固，缆绳方向与横梁垂直。主构件完全稳定，找正精平后，临时缆绳拆除。
（2）钢柱校正质量控制。工程中钢柱安装校正采用单构件安装校正法，以每节柱的柱顶中心线相重
合为原则进行安装校正。校正方法用2台经纬仪从两个不同方向进行测控，如两条基线不在同一条直线上，就说明柱子不垂直，需要进行调整，最终将柱顶偏差控制在±2mm 范围内。对标高的测量控制，保证在同一节高度柱顶标高偏差在±5mm 范围之内。
（3）钢梁安装质量控制。钢梁安装是在钢柱安装到位后，以每两根柱为一安装组，将梁起吊，进行
对正。先调整好构件的准确位置，当连接板螺栓孔对正后即用螺铨将其穿入固定。安装时以每两层为一安装单元，先固定下层梁，再固定上层梁，主梁安装后再安装次梁，次梁的安装方法与主梁相同。
（4）整体校正质量控制。待1~4 层钢柱及梁全部就位后，再用2台经纬仪从不同方向进行跟踪测控，全方位校核梁、柱的标高和柱垂直度，直至达到规定的范围后，方进行高强螺栓的终拧，再加焊梁柱连接板和焊钉。
（5）钢结构构件安装质量的检测监督是必不可少的，是确保工程质量的必要手段。该工程钢结构安
装质量检测结果为：底层柱垂直度偏差在5mm左右，顶层柱垂直度偏差在10mm以内；100%的构件连接做到了原孔装配，很好地达到了设计和规范中相应的施工要求。
2.3 高强螺栓安装
高强螺栓是钢结构中重要的连接设备，安装与检测是施工过程中必不可少的2个重要环节。该工程中所用的连接点均采用10.9S级扭剪型高强度螺栓，规格为M20×55，共计3100套，经华中科技大学复测检验，质量指标符合GB/ T16939的标准要求。高强度螺栓的终拧工具为YJ-A24电动扳手。
高强螺栓安装工艺流程图如图2所示。

图2 高强螺栓安装工艺流程图
高强度螺栓的连接和固定的质量控制：扭剪型高强度螺栓在供货、装运、保管过程中应轻装轻放,防止螺栓损伤与沾污。安装时要确保穿孔的自由通过，严禁锤击穿孔，穿孔方向要保持一致，垫圈位于螺母一侧，确保高强度螺栓连接板接触面的平整。在梁柱连接板安装时，采用在两端面4颗螺栓一起穿入，进行初拧。同一节柱上梁的高强度螺栓的拧紧顺序为先拧上层梁，再拧下层梁，最后拧中间层梁；同一层梁的高强螺栓拧紧顺序为先拧主梁高强度螺栓，后拧次梁高强度螺栓；同一节点的高强度螺栓初、终拧的顺序为从中心向四周扩散，见图3。高强度螺栓初拧值为230Nm，终拧值为487Nm，终拧采用电动扳手将尾部梅花头拧掉。对有些因构造原因无法使用电动扳手的部位，如楼梯柱、方管支撑等，采用长柄测力扳手，按规定终拧扭矩进行紧固。工序的最后对各层梁柱的连接处进行检查，逐一将未终拧的螺栓分别进行处理。

图3 螺栓的拧紧顺序图
2.4 钢结构的焊接
该工程主要焊接内容有：柱—柱接头焊接、柱—梁连接板焊接和栓钉焊接。所有这些焊接采用手工电弧焊，焊条选用J502 钛钙型焊条，适合于Q345B 钢材的焊接要求，焊接形式为全熔透焊接。所有焊工都要取得平焊、立焊、横焊的技术资格，并且熟悉本工程的焊接要求。
施工时制定的焊接顺序为：对整体来说，由平面中心向四周扩展，采用结构对称、节点对称焊，先焊钢梁、后焊钢柱；在同一节点处，采用双人对称焊接方法；同一节钢柱的二层梁结构先焊上层，后焊下层；同一层梁先焊一行或列中间接头，然后向外扩展；同一根梁先焊一端焊缝，等其冷却后再焊另一端焊缝，严禁两端同时焊接，以减少应力集中；对同一梁节点，安装垫板后采用先焊下翼缘焊缝，再焊上翼缘焊缝。
在整个钢结构施工焊接过程中质量控制，严格遵循以下要求：雨天不安排焊工作业；焊接过程中每一条焊缝的焊渣都要清理干净，并认真检查焊缝质量；焊接完毕后用角向打磨机将焊缝两侧各100mm范围内打磨干净，以便探伤。对关键部位如挑梁、屋顶梁、钢柱对接焊缝100%探伤检查，其他部位按20%以上探伤检查，检测结果必须全部符合国家标准GB11345-1989《钢焊接手工超声波探伤和探伤结果分级》规定的Ⅱ级上质量要求，尤其是钢柱对接缝、挑梁的焊接的99%以上焊缝焊接质量必须达到Ⅰ级标准。
2.5 钢结构的除锈与涂装
除绣和涂装是保证钢结构达到预期耐久性要求的重要保证，项目施工中制定了严格的施工步骤和质
量控制措施。
（1）除锈与涂装质量控制。一是构件加工及安装完成后，进行全面除锈，及时进行涂装。二是运输、
吊装过程中，安排专人随时检查涂装层，及时修补损坏处。三是安装节点的螺栓和焊缝，经检查安装质量符合要求后，在限定时间内完成除锈和涂层工作。
（2）防绣漆质量控制。钢结构在工厂涂装二底防绣漆，现场只需对高强螺栓接头、焊接接缝、运输装碰撞损伤部位进行补涂。
（3）防火涂料质量控制。现场涂装防火涂料，涂装前对涂装部位表面进行清理，按二级防火标准设计要求的涂层厚度和遍数涂装施工。
2.6 钢梁、柱与砌体之间连接处的抗裂处理
为防止钢梁、柱与砌体之间连接不牢，出现开裂、渗水现象，采用在钢柱上每隔400 mm 焊接2 Ф 6 拉结筋的处理方法，拉结钢筋伸入墙内1000mm。钢梁、柱“H”形凹槽内均用非规格加气混凝土砌块体填砌，外设置Ф4@150mm的钢筋网片每边伸出柱子翼缘350mm，外部粉刷保温砂浆，如图4所示。钢梁与砌体的连接构造与钢柱相似，详见图5。

图4 柱与砌体之间连接

图5 梁与砌体之间连接
3 结束语
钢结构住宅相对于传统砖混或现浇混凝土住宅的先进性，以及对住宅产业和国民经济增长的推动作用，在理论上已被充分论证，目前国内试点项目也不断涌现，但基本上都属于企业自建或展示性项目，真正能够投入市场的成型系列化的钢结构住宅还不多见。造成这种现状的原因，主要是钢结构住宅价位较高，开发商因经济效益方面的原因有所顾虑。
该工程为多层高频焊接轻型H 型钢结构商品住宅楼，为了开发商和业主双方的利益，在设计和施工中造价控制的问题受到较高的重视。尤其在施工中，加强施工管理，搞好施工组织设计对缩短工期、确保工程质量、降低返工率作用明显，从而节约投资，降低了成本。轻钢结构商品住宅在我国还处在发展阶段，设计和施工中还有许多问题需要进一步研究和完善，但是，住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路，与国外先进水平相比，我国轻钢结构在设计、施工技术上还存在着相当大的差距，随着对轻钢结构研究的深入和经验的积累，轻钢结构住宅在我国必将具有更为广阔的发展和应用前景。