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江苏省靖江市滨江新城投资开发有限公司 江苏靖江
摘要：靖江市金融商务区钢结构连廊目前处于拼装阶段根据专家认证通过的方案、相关规范以及现场实际情况，从力学原理出发结合施工工艺对连廊钢结构拼装进行了一点技术总结。
关键词：钢结构连廊；焊接技术；吊装；预起拱；系杆位置的偏差；健康监测
一、钢结构连廊结构概况
钢连体走廊跨度约42m、宽度约20.5m，高度为18m（4层高）。其中，第17、18层为钢桁架层，第19、20层为钢结构框架层，支承于钢桁架之上。钢桁架层由三道纵向平面钢桁架及一道横向钢桁架组成再由桁架间的H型钢梁连成整体。连接体与主体双塔之间采用刚性连接，纵向桁架两端刚接于剪力墙、柱，并向内延伸一跨，相接部分剪力墙端柱、混凝土柱、梁内均设有钢骨柱。
二、钢结构拼装过程中重点、难点解决措施
（一）路基箱和胎架的铺设
1、本工程钢结构部分施工时其他建筑及结构工程已基本完成，因此，钢构件的进场倒运、拼装可利用场地有限。且本工程结构的特殊性，拼装无法在地面进行，需位于裙房6层屋顶，钢构件的堆放及吊装均在地下室顶板上进行，且考虑单个构件重量以及吊装高度及吊装半径，需要160吨和130吨汽车吊。考虑汽车吊在地下室顶板吊装和钢连廊构件的堆放对主体结构的影响，因此需要设置路基箱和胎架等传力构件。路基箱和胎架的定位和有效传力尤其重要，路基箱铺设前，经过设计院的同意地下室顶板框架梁可以作为路基箱的支座，因此先在地下室顶板上把框架梁的轴线定位准确，为了使汽车吊和钢构件重量有效传递给框架梁，在地下室顶板框架梁部位设置枕木，最后铺设路基箱。
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2、四层的钢连廊的拼装在裙房屋面上进行，连廊的重量必须传递给裙房框架柱上，因此拼装胎架的定位、强度、刚度、整体稳定性尤其重要。首先检查胎架构件的截面尺寸是否符合施工方案，其次在裙房屋面复测框架柱的轴线位置定位是否准确，最后，连廊中间一榀的桁架与裙房轴线不在同一位置，因此胎架是偏心受力，整个胎架空间稳定性尤其重要，为了加强胎架的空间稳定性施工方案有两个措施：1、裙房屋面框架柱顶预埋铁板与胎架焊接2、连廊下弦杆吊装完成后用铁板与胎架焊接。本项目采用了后一个措施，因此胎架吊装完成后，重点检查了下弦杆与胎架焊接情况。
（二）钢构件的吊装和拼接
1、按常规两个节点之间单根构件宜一处焊接，因此单根构件的重量较大，按照这个原理拆分，单根构件最重有将近9吨，考虑到汽车吊的站位以及整体的吊装高度和吊装半径选择了160吨和130吨的汽车吊。考虑主体结构的悬挑长度以及连廊中间一榀桁架的吊装使用了160吨的汽车吊。
2、桁架下弦杆整体安装完成后，吊装立柱（竖向腹杆），首先立柱用耳板临时固定，通过千斤顶和反力架调节立柱的垂直度和标高，然后在立柱四个角打底焊固定，四周主梁固定后立柱进行满焊。气温较低时，焊接前连接接头应预先火焰加热，焊接完成后应用岩棉保温。
3、构件的连接设计要求全融透焊接，该焊接接头受力可靠，但在施工过程中存在了一些问题，该图为全融透的焊接节点，打底焊必须焊透，因此构件下料时必须留一点空隙，但根据现场拼接有个别横梁没有考虑该尺寸，下料长度偏长。经过与设计院沟通同意后可以局部气刨，如果遇到焊接宽度超过规范必须进行焊接工艺检测。箱型梁的截面特点焊接衬垫必须在工厂拼接前设置好，但制作和拼装的误差导致衬垫阻碍了构件的对接，现场有较多的衬垫被工人拆除而改用适当宽度的铁条与焊条连接从侧面塞入铁条旋转焊条，铁条定位后点焊固定从而代替衬垫。
4、桁架开口端部位构件在施工过程中是悬挑状态，首层（即16层）的桁架端部的下弦杆在施工过程中有一半的重量搁置在沉降后浇带附近（其余三层的水平横梁和弦杆通过斜腹杆传递给立杆对后浇带没有影响），所以在连廊构件拼装前要求施工单位对后浇带进行加固就能满足重量的传递要求。连廊的其余三层端部开口端的弦杆和横梁现场采用型钢立柱临时固定，重点检查型钢的截面尺寸、长度以及定位。连廊边跨在施工阶段是悬挑端也是提升受力部位，所以该部位吊点的焊接质量和局部临时加固构件的设置很重要，根据方案重点检查该部位水平加固杆和斜向加固杆（H型钢），斜向加固杆按照方案设置存在一定的不足之处，加固斜杆与桁架节点处预留的斜腹杆形成锐角，该处焊接不可靠，经过与设计院的沟通，要求在斜向加固杆在节点处H型钢增加两块钢板形成箱行与节点焊接加强连接。见下图：
5、考虑提升过程和浇筑楼承板时，钢连廊会产生一定的下扰，设计院要求B2-1、B2-10轴桁架层拼装时跨中预起拱40mm，其余几轴桁架层要求整体起拱拼装时跨中预起拱30mm，桁架预起拱一般有两个方案：1、“软起拱”：工厂加工时按要求构件带弧度；2、“硬起拱”：经过跨度和起拱值计算，现场用铁块衬垫在立柱底下水平向坡度通过焊接接头来调整起拱值。该项目是硬起拱，在施工过程中桁架有四个立柱支点，根据设计院要求并按比例计算B2-1轴中间两个节点用32mm厚的铁板衬垫，边上两个立柱衬垫高度15mm，这样就能满足设计要求。但实际过程存在一些问题，次梁的连接是高强螺栓，而高强螺栓的螺杆与孔之间的间隙1-2mm，所以高强螺栓的连接对位置的准确度要求较高，如果预起拱高度过长很有可能导致横梁连接不上准确位置。
6、立柱（竖向腹杆）垂直度与标高的控制，上下立柱之间通过对接焊缝连接，做到垂直度与标高双控有一定难度，有两种控制方法：①、立柱就位后先用四个方向的卡板固定（卡板一边是固定端一边是调节段，调节段的螺栓眼比螺栓较大为了调节垂直度和标高），当标高偏低时，在焊接对接口塞入锥形铁块，用人工敲打铁块直至准确标高（或者千斤顶通过反力架反顶），标高固定后用全站仪复测垂直度；当标高偏高时，减少焊接对接接头的间隙来降低立柱标高②、立柱用汽吊到指定位置后用全站仪测量标高，如果标高偏低，箱型柱两面衬同偏差厚度的铁条然后立柱用马板固定调整垂直度，松汽吊钢丝绳；标高偏高同第一种方法。本工程连廊在六层屋面拼装为了考虑安全采用了第二种方法，经过复测整体情况较好。
7、连廊主体结构的次应力问题，本工程主要有两点：1、合拢温度的控制，钢连廊合拢时设计要求10-15摄氏度这样可以避免整体桁架因为热胀冷缩产生的次应力对混凝土主体结构不利影响2、桁架层封闭变形稳定后然后框架层焊接固定，这样可以避免由桁架层受力变形导致框架层焊接次应力。
（三）焊接
1、连廊弦杆、竖腹杆（立柱）、斜腹杆、主横梁等构件的采用全融透对接焊缝，设计要求单面45度坡口、2mm厚钝边、根部间隙2mm。
焊接前的准备工作：①、检查焊接母材表面是否清洁、干燥以及坡口表面粗糙度②、检查母材错边是否超出规范要求，如果超出规范要求，分析原因（定位偏差和构件制作等原因），针对具体原因进行调整；焊接过程的检查工作：①、焊接前的母材预热，使用专用测温计测量②、焊接时防风棚、接火盆等是否有效③、连廊钢板母材最大厚度35mm需要多层焊，因此需要检查每一道焊缝的表观质量以及清理清理焊渣及表面飞溅物等情况④、该项目的焊接采用的CO2气体保护焊因此风速超过规范要求应要求停止焊接；焊接后的检查工作：①、检查焊缝的表观质量以及余高等是否超出规范允许范围，②、焊缝的保温措施③、检查构件是否因焊接的温度应力产生的局部变形，如果有较大的变形可以采用加热等方法消应力处理等方法。
2、焊接清根，本项目连廊构件板厚不需要K型连接焊缝，大都情况下单边坡口全融透焊接（带衬垫），一般情况不需要焊接清根，但也有个别情况，例如横梁（H型截面）与主节点的连接，设计要求横梁腹板与主节点为角焊缝，但工厂制作时横梁腹板的长度偏差导致现场根部有间隙，而现场工人误以为对接焊缝而未设置衬垫，因此必须要求施工单位对此焊缝进行清根。
3、焊后消氢处理（消应力处理），焊缝金属中的扩散氢是延迟裂纹形成的主要影响因素，焊接接头的含氢量越高，裂纹的敏感性越强。焊后消氢热处理的目的就是加速焊接接头中扩散氢的逸出，防止由于扩散氢的积聚而导致延迟裂纹的产生。规范要求消氢热处理的加热温度应为250?—350?，保温时间应根据工件板厚度按每25mm板厚不小于0.5h，且总保温时间不得小于1h；焊后消应力和消氢处理原理不同但是处理方法相同，因此重点检查焊后加热温度及保温时间。
（四）防火涂料的喷涂
连廊的楼面结构是钢梁支撑混凝土楼板，设计及规范要求钢梁上翼缘设置剪力栓钉，而按照《钢结构防火涂料应用技术规程》（CECS24:90）的要求钢构件被防火涂料全包裹，那么喷涂防火涂料有两个施工方案，方案一：钢梁在加工厂栓钉焊接好然后喷涂防火涂料，优点是构件能符合规程要求防火涂料全包裹，但缺点就是在现场带来工人行走及拼装的不便；方案二：钢梁安装完成后，在钢梁上翼缘放出楼层板压型钢板搁置长度的位置，然后喷涂防火涂料铺设压型钢板，焊接剪力栓钉喷涂防火涂料，优点是既能满足规程要求的构件防火涂料全包裹的要求，工人行走及拼装方便，缺点是施工繁琐。
（五）水电预埋、幕墙及擦窗机龙骨的安装
1、在编制方案前，经过多次讨论一致认为钢连廊提升前幕墙和擦窗机的龙骨应提前安装好，这样既能避免搭设大型脚手架以及大量的高空作业，也能改善龙骨焊接作业条件。连廊的底部在高空悬挂，因此下一步的重点工作就是全数检查幕墙和擦窗机龙骨的焊接质量。
2、考虑到桁架固定后有一定的变形，因此必须考虑排水管的坡度要保存排水顺畅，建议排水管直能临时固定，待钢连廊整体变形稳定后固定水管。其次在楼层混凝土浇筑完成前不建议风井、管道井等在压型钢板上预留孔洞，这样会导致压型钢板的局部削弱。
（六）连廊对接杆位置的调整
根据《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）8.2.2要求对接焊缝错边△<0.1t且≦2.0mm，因此对接口位置的精确度要求较高，因此对接杆和预留牛腿需要调整，其中对接杆要二次调整（重点是桁架弦杆和腹杆等主要受力杆件），提升前需要用全站仪初调，如果有较大偏差，把箱型构件割开用千斤顶和反力架调整到准确位置（因为箱型构件刚度较大较难调整大的偏差），待桁架提升至设计标高后用千斤顶和手拉葫芦等进行精确调整
（七）健康监测的安装
本工程钢结构连廊健康监测分两个：应变监测和加速度监测，连廊在重力荷载、风荷载、温度作用、地震作用等被事先被安装在结构构件上的各种传感器所捕获并将所采集得原始数据传输到信号处理系统以及诊断系统，进行评估。重点把控的是监测点的安装位置是否在关键构件，桁架的受力特点是:跨中下弦杆受拉力最大，跨中上弦杆压力最大，支座处桁架腹杆受力最大，因此这些部位的构件时重点监测对象。
三、存在问题或不足之处
1、预起拱产生安装偏差
连廊跨度较大，设计要求需要一定的起拱量，但没有充分考连廊的整体起拱导致构件之间接头处由原来的平面转变为扇形，而连廊次梁连接采用的是高强螺栓连接，螺栓孔比螺杆大1-2mm，很有可能次梁因起拱连接不上而产生大量的返工。
2、构件连接板局部规格错误
现场有较多规格的构件，连接方式为上翼缘对接焊缝腹板高强螺栓连接，因此有较多规格的连接板且钢结构安装大都是高空作业较难分类安装连接板，如果管理不善极有可能连接板错用。在现场发现有个别螺栓点焊，工人发现同一规格的连接板数量不足，分析原因为：6mm连接板错用，高强螺栓已经终拧，扭剪型高强螺栓的栓帽为圆头无法固定而松开螺栓，因此工人用点焊圆头栓帽固定后用扭矩扳手松开扭剪型高强螺栓(大六角高强螺栓不存在这个问题)。验收发现这个问题后要求施工单位高强螺栓和连接板均要更换。从技术层面考虑，连廊散拼构件较多因此焊接产生的应力影响不大，构件的拼接尽量避免高强螺栓连接而采用焊缝对接。
3、楼层板局部位置支座的缺失
连廊桁架层处楼层板的支座是下弦杆和次梁，但是设计者未充分考虑腹杆与弦杆节点处楼层板没有支座，现场采用角铁与下弦杆通过角焊缝连接形成支座详见右图：
4、系杆与主节点的连接
连廊开间尺寸是8m×8.4m，系杆的角度不是45°，构件加工厂没有吃透图纸导致了有较多的系杆与连接板错边，而连接采用的是高强螺栓精度较高且现场不允许开孔，因此现场先把系杆用高强螺栓与连接板连接，用点焊的方式与主节点定位用气刨在连接板上开坡口然后全融透焊接。
5、桁架斜腹杆的定位
汽车吊将桁架斜腹杆大致定位，通过两名工人将斜腹杆扶进预留位置，观察斜腹杆两面是否错位，如无没有即可马板固定之后焊接。但这个方法太过粗略，建议用水平尺调平，如果有更高要求则用全站仪定位。
6、桁架下弦杆的下翼缘提前涂刷油漆
连廊钢构件油漆在加工厂提前涂刷，安全上可以避免油漆工的高空作业、质量上可以避免在施工现场拼接周期内构件锈蚀、进度上可以避免铺设楼层压型钢板与涂刷油漆的交叉作业。但没有充分考虑连廊下弦杆下翼缘有幕墙及擦窗机龙骨等的焊接，而焊接前构件是不允许有油漆等影响焊接质量的，现场关于这一方面没有提前做好预控，只能在焊接部位把油漆铲除然后焊接。
四、总结：
综上所述，钢结构连廊的构件在吊装过程中，掌握力学原理、施工工艺、熟悉图纸和规范是至关重要的，下一步连廊轴线、标高、焊接质量、钢绞线、吊点部位、连廊开口端构件与预埋构件相对位置的复核和调整、桁架对接口焊接顺序等进行重点检查，并做好连廊提升前的准备工作，连廊两端对接部位，下弦杆下翼缘的焊接、幕墙及擦窗机龙骨的安装等不可避免的高空作业应提前制定方案保证安全措施。