成道建设（中国）有限公司
摘要：本文以大跨度建筑钢结构施工的质量控制为探讨主题，针对单层钢结构厂房建设工程的建设过程，指出深基坑施工影响钢结构吊装、现场材料管理问题与钢结构施工存在安全隐患的技术难题，介绍对杯口形状的钢柱基础进行精确定位安装与管理现场材料的具体方法，分析全面检查起重机等保障现场作业安全的有效措施，并提出加固大跨度建筑钢结构杆件的创新工法。研究成果可为相关应用与研究提供参考。
关键词：大跨度钢结构；结构施工技术；质量控制
引言
为了加强对大跨度建筑钢结构施工的质量控制，对单层钢结构厂房钢构件吊装、材料管理与安全施工等技术难点进行分析，得出精确定位安装钢构件、现场材料堆放管理的控制要点与提高现场施工安全的有效措施，由此创新大跨度建筑钢结构的杆件加固工法。
1、某汽车工厂发动机工厂新建工程概况
表1 工程项目概况
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1.1大跨度钢机构基本概述
在建筑工程的现行规范中，大跨度建筑结构随着使用材料的不同，定义概念也有所不同。若钢筋混凝土结构的基本跨度超过18m，便认定其为大跨度结构，而跨度超过60m的钢结构才会被纳入大跨度的范围，被认定为大跨度结构。以力学特点划分，平面结构体系与空间结构体系是大跨度钢结构的主要类型。在计算结构时，平面结构体系可以被简化为平面受力分析体系。梁氏结构、拱式结构与钢架结构是大跨度钢结构平面体系的主要组成部分[1]。
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图1 厂区布置图
1.2单层钢结构厂房建设工程简介
某汽车工厂发动机工厂新建工程为单层钢结构厂房，局部有夹层平台和钢梯。主体结构由格构柱、H型钢柱、箱型柱支撑屋架体系:其中主体结构主要由238根钢柱，最长为10米，最大重量为3.7吨；托架110个，长度为20米，最大重量为5.7吨；屋架520榀，长度为20米，最大重量为3.2吨。
2、大跨度建筑钢结构施工的技术难点
2.1深基坑周边钢构件吊装
钢结构的结构跨度较大，工期紧，吨位大，前后工期短，钢柱和托架均为高强度螺栓连接，安装调整量小，对安装精度有较高的要求，且作业难度大，做好钢结构的空间坐标定位控制工作是大跨度建筑钢结构施工的难点所在，尤其是科学控制安装施工过程中的焊接变形、结构变形、钢柱沉降与支撑架定位等。做好深基坑周边钢构件的吊装作业是提高工程项目建设施工质量与优化结构安装精度的关键所在。热轧无缝钢管与焊接箱型钢管是厂房钢结构作业的主要应用方法。整体提升法、高空散装法与分条分块吊装法是钢结构的主要吊装方式。对于高空散装法来说，其需要应用大量的拼装支架，且涉及到较多的高空作业，使得作业质量难以得到保证。在整体提升法中，会应用到高度较大的钢拱结构，使得结构的拼装作业较为繁杂。要使得厂房钢结构的作业质量得到保障，且使得作业方便易行，可以采用分段分块吊装高空对接法,实现综合的大跨度建筑钢结构吊装作业。钢柱的吊装也是本工程的主要难点之一。因正值雨季，回填土含水率大，无法及时回填。导致吊装工人无法吊装钢柱。
2.2钢结构构件的质量管理
对于大跨度建筑钢结构安装施工而言，钢结构构件的制作是保障作业质量的基本前提，对于建筑建设的后续环节具有直接影响。因此，管理人员应对构件的制作过程严格把关，切实遵循设计图纸规范要求，按标准下料，不能将钢结构的结构设计或其他数据擅自更改，对构件划线与尺寸定位予以检测，避免构件出现变形或其他问题。做竭力好钢结构的切割作业，若钢材切割不均，可能会使得构件出现变形与收缩问题，无法满足施工质量标准，由此构件便只能做报废处理。钢结构构件的制作需要结合模具的使用，以此控制构件，防止其产生形变。作为建筑的抗力侧结构，钢结构对于整个工程建设具有重要意义，因此需结合实际作业情况增加钢材的用量，提高建筑结构的稳定性。
大跨度钢结构具有质量大、规模大与操作难等特点，含有极高的专业技术难度。在建设施工初期，管理人员应重视对各类构件的严格管理，防止堆放杂乱对项目作业带来影响，为钢结构建筑基础工程建设提供基本保障。
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图2 钢结构厂家考察
2.3安全施工
大跨度钢结构的使用虽在一定程度上提高了建筑的建设质量，但也使得施工过程存在较多的安全问题。钢结构的耐火性能较差，与钢筋混凝土建筑结构相比，钢材具有导热强的特点，较高的导热系数使得钢结构易燃，若温度超过600℃，钢材材料便会被环境所影响，失去原有的刚度与强度。这为大跨度钢结构的施工作业带来一定的安全隐患。
2.4吊车选用
在安装大跨度空间钢结构或构件时，需要进行吊装验算工作，并以此为依据选用适宜的吊车设备与吊车梁系统的安装，并制定吊装方案。以吊装方案为基础，将有限元模型以构建吊装为基础建立出来。在吊装验算过程中，需要对钢构件的变形与所受内力进行计算，建模计算可以采用常规的结构力学方法来进行，以此在设计规范内，将钢构件的承载力、变形程度与稳定度加以验算。在将厂房结构分段调至作业平台后，在高空进行拼接作业，并质量最大的中间段为标准，开展钢结构的吊装验算工作。利用计算机软件自动计算空间桁架的自重，要确保整个吊装过程的作业安全，应对各种不确定因素进行全面考虑。将放大系数设定为1.2，将结构自重乘以1.2，并在吊装装置单元的上弦部分均匀布置吊点，并设置四根绳索，使得厂房屋顶与吊钩的平面位置重心处于一致状态，同时使得水平面与吊索之间具有一定角度，超过45°即可[2]。与此同时，要确保钢结构在平稳提升的过程中，桁架也会平稳上移，且不会受钢索的影响而产生晃动，可以将缆风绳安置在屋盖的两端，在吊装提升的过程中对缆风绳的长度与角度做出适当调整。
3、大跨度建筑钢结构施工的质量控制要点
3.1钢结构的精确定位安装
进行钢结构吊装之前要根据施工进度、场地环境和工程特点对吊装设备进行合理选择。排山楼压滤车间因为存在跨度大、作业面小以及工期紧张等特点，所以钢柱一般采用50t汽车式起重机帮助钢柱对其进行起吊安装，所以钢结构一般的吊装方案应根据施工现场的实际情况进行安装，常用的安装顺序为：安装钢柱→柱间支撑→安装连系杆→安装钢吊车梁→支撑屋面梁、屋面→车梁钢吊等固定设施→结构维护安装[4]。在进行吊装程序上时，第一、对柱脚的下的十字线以及地脚螺栓的中心线进行弹出，把柱脚的剪刀孔进行清理，等到钢柱安装到位后，将其标高，用螺母将其紧固；第二，完成一个区域的钢柱吊装后，对连系杆进行吊装，才能对整个钢柱的稳定性固定，有效的防止钢柱因变形或者受风而倒塌。最后，进行吊装钢梁工作时，在空中让两根钢梁完成对接，运用高强度螺栓简单拧牢，用四根缆风绳将一根钢梁拉紧，保障钢梁不向一边倾斜。
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图3 钢构件安装与质量检查过程
3.2钢结构构件在现场的堆放管理
为了向钢结构安装作业提供方便，在构件进入作业场地后，施工人员应将构件进行合理、规则的摆放。对于一般的施工现场来说，可以将构件就近堆放，确保堆放场地上不存在水坑与冰层等可能损坏构件质量的杂质，保持地面坚实平整，干燥整洁，且附近具有高效的排水设施，使得堆放场地排水通畅。还应预留适宜大小的通路，确保运输车辆可以来回进出，且方便施工人员使用构件。按照型号、种类与安装使用顺序等将现场堆放的钢结构构件划分区域，并将标识牌插竖在其旁侧。构件存放应确保其与地面有200mm的距离，不能将构件直接放置在地面上，应在其下面垫置垫块，并严格管理。
3.3现场安全措施
钢结构在进行吊装前要严格检查，确认钢丝绳和起重机等设备无质量问题，提高操作人员的安全意识，进行安装时，统一采用哨声、手势或者挥舞旗子的方式对其进行远程指挥，操作人员要结合实际情况对暗语进行掌握，并设立安全督导岗，进行安全措施的有效实施。在施工现场中，设置安全栏杆，对于行人、非工作人员等闲散人员进行拦截，而地面工作人员尽量不要在高空作业的上方停留，在特殊时期如雨季或者冬季，要采取相应安全措施。
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图4 钢构件安装过程交底检查
3.4吊车梁系统的安装
在单层钢结构厂房中设备比较大，检修设备难度比较小，在厂房中需要安装吊车，吊车梁的主要安装措施需要从柱间支撑跨进需要严格安装施工规范进行，在柱间支撑系统完成之后会形成一个相对稳定的空间刚度单元，在这个时候进行吊车梁的安装，在保证其进入安全的同时保障柱子的垂直度不会受到影响。安装时，吊车梁的水平以及端部假面应于底部进行机制调整，整个垫板与调车梁焊接完成之后，进行焊接固定。吊车梁经过固定调整之后与制动系统进行连接，当吊车梁与制动板进行高强度连接后，为防止连续施焊对高强度螺栓的影响进行辅桁架连接的影响，可以将制动板和吊车梁的高强度进行连接，并简单拧牢，最后对辅桁架进行调整，把制动板上的点焊固定后最终进行高强度螺栓拧牢，完成制动板和辅桁架的焊接。
4、大跨度建筑钢结构施工的创新工法
本工程技术难点包括深基坑周边钢构安装、结构复杂、单件构件重量重、跨度大、办公楼、辅助车间高低跨等。其中1/M-F交1-1/0轴处雨篷撑梁和车间1轴处钢梁连接处由HW100*100*8*6的型钢焊接吊挂，雨篷梁之间由83*4的系杆连接（见下图）。我方在现场施工过程中对此处杆件受力以及安全稳定性提出质疑，并及时提交加固方案，与甲方以及设计院沟通，最终设计院设计了变更图纸，保证了此处结构的安全稳定[5]。
加固方案：在每一根连接型钢一侧另加一段1.5M HW150*150*8*6，原车间钢梁塞入型钢开口处，满焊连接。
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图5 满焊图纸
5、结论与展望
我国钢结构的发展历程较为漫长，钢结构的使用优势使得其在大跨度公共建筑与重型厂房中逐渐得到广泛应用，以原有的领域为基础，现代的轻钢建筑与高层建筑业增加了对大跨度钢结构的使用。只有不断优化钢结构的技术应用与质量控制工作，才能推动我国钢结构建筑工程的快速发展。
参考文献
[1]牛犇.大跨度空间钢结构施工技术研究与监测[D].天津大学,2014.
[2]黄振邦.大跨度钢结构施工技术及BIM应用研究[D].北京建筑大学,2016.
[3]丁奇.大跨度空间钢结构施工全过程监测平台开发与控制应用[D].青岛理工大学,2018.
[4]严春旭.浅析建筑钢结构行业的发展趋势及发展的战略目标[J].智能城市,2019,503:29-30.
[5]史明祥.大跨度建筑结构的健康评价体系研究[J].建材技术与应用,2019,03:46-48.