土木工程中钢结构的应用探讨

文/尚国宇 济南轨道交通集团有限公司 山东济南 250031

1、土木工程钢结构的主要施工技术

1.1 施工工艺流程

施工准备→原材料采、验、进厂→下料→制作→检验校正→预拼装→除锈→刷防锈漆一道→成品检验编号→构件运输→预埋件复验→钢柱吊装→钢梁吊装→檩条、支撑系统安装→主体初验→刷面漆→屋面板安装→墙面板安装→验收。

1.2 土木工程钢构件现场吊装

土木工程钢结构施工中的吊装过程中，钢梁和钢柱单间的重量在2-4t 之间，最高为5t，施工中由于受到道路和施工环境的影响，需要使用25t 的吊车进行吊装，针对施工中的次梁吊装以及拉条等工作，可以使用8t 的吊车。要想保证整个吊装工作的顺利开展，则需要制定完善的吊装方案，确定施工设备能够满足施工需求。吊装完毕之后，针对钢管进行质量检测，而在钢梁吊装的过程中，为了避免出现扭曲变形的情况，保证能够对钢梁进行实时调节，需要在施工吊点中设置钢丝，将吊索与水平面的角度控制在45°-60°之间，如果实际吊装的部件较为复杂，则需要使用双机抬吊法进行吊装。

1.3 螺栓连接

在土木工程钢结构施工安装的过程中，最重要的就是保证钢结构安装的准确性，使栓孔相互对称，根据相关施工标准，确定螺栓的连接紧实程度。高强度螺栓安装时应先使用安装螺栓和冲钉，高强度螺栓不得兼做安装螺栓。高强度螺栓长度应以螺栓连接副终拧后外露2～3 扣丝为标准计算。

1.4 钢构件的焊接连接

在《GB50661-2011》钢结构焊接规范中对相关焊接内容予以了明确规范：规范7.5.1 中规定，焊条电弧焊和自保护药芯焊丝电弧焊，其焊接作业区的最大风速不宜超过8m/s，气体保护电弧焊不宜超过2m/s，如果超过了上述房屋，需要采取有效措施来确保焊接电弧区域不受影响。规范7.5.2 规定，当焊接作业处于下列情况之一时严禁焊接：（1）焊接作业区的相对湿度大于90%；焊件表面超市或者暴露于雨、冰和雪中；（2）焊接作业条件不符合现行国家标准《焊接与切割安全》GB 9448 的有关规定。规范7.5.3 规定，焊接环境温度低于0℃但不低于-10℃的时候，需要采取加热或者防护的措施，应确保接头焊接处各个方向不小于2 倍板厚且不小于100mm 范围内的母材温度，不低于20℃或规定的最低预热温度二者的较高值，且在焊接过程中不应低于这一温度。

2、土木工程中钢结构的应用实例

2.1 工程概况

某大型文化综合体建筑，采用下部混凝土框架结构，上部钢结构网壳管析架屋盖的结构形式。下部框架结构为矩形混凝土柱，屋盖下为3层楼面，楼层面标高为13.00m。钢结构由径向梁(54 根)、环梁、斜梁、撑杆、斜撑拉杆组成。径向梁为弧形圆管，杆件间为焊接相贯节点连接。屋面顶标高最大为37.627m，底屋面顶标高为27.413m。径向梁长度38.9-80.2m，通过撑杆支撑于下部混凝土柱上，支座采用抗震型球形铰支座。由于屋面钢结构径向梁跨度大、质量大，从而对现场钢结构吊装施工技术提出了较高挑战。

2.2 施工工艺

该区径向梁在加工场分3-7 段制作，运至现场拼装成整体吊装。其余杆件在加工厂整段制作，运至现场整段吊装。根据结构形式及现场情况进行分析，本工程钢结构径向梁跨距较大且质量大，钢结构部分最高点为37.625m。根据钢结构设计特点，安装顺序为径向梁→环梁→斜撑→斜撑拉杆→斜梁。径向梁采用500 t 汽车吊安装能提高安装效率和安装的安全性。其他杆件利用现场配备的塔吊吊装。在现场建筑物周边设置3 处拼装场地与堆场。现场配置2 台25 t 汽车吊进行径向梁的拼装及卸货。另外配备3 台20t 平板车进行构件的倒运。

2.3 关键施工技术

2.3.1 安装机械设备的选择

径向梁最重为19.50t，吊装最高为37.625m，吊装距离最远为48.00m。径向梁最重9.50t+ 吊钩0.6t+钢丝绳吊具0.4t，合计20.50t。500t 汽车吊主臂36.9m+ 副臂56.00m 的工况可以吊装22t，满足吊装要求。

2.3.2 吊装选型

最不利条件为构件最远48m，构件质量19.5t，高度37.625m。经分析，决定选用“50t汽车吊+165t 配重+36.9m 主臂+56m 塔臂+半径48m+0.6 t 吊钩”，通过模拟验证，该方案可行。

2.3.3 现场地基处理

（1）回填土地耐力加强：回填土临时道路浇筑混凝土后由总包安排专业压密注浆施工单位再对地基回填土进行压密灌浆加固处理。（2）增大承载接触面积：500t 汽车吊机行走区域地基从地面开始基础上部铺设厚230mm、长6m、宽2.4m 的路基箱1 层，路基箱6m 长度方向顺着吊机轮胎行走方向。在吊机吊装站位区域4 个支腿下方均铺设3 层路基箱：每个支腿下路基箱双层双向垂直布置，最上一层为吊机随车配的2.30mX3.50mX0.23m 路基箱。

2.3.4 吊装顺序

（1）拼装PE23 轴的GJL-17、GJL-18，拼装焊接完后用500t 吊车吊装到位，进行安装焊接。（2）拼装焊接GJL-19、GJL-16、GJL-15、GJL-20 并安装到位后，补齐安装两径向桁架间的环桁架。（3）安装GJL-21、GJL-22、GJL-23、GJL-24 径向梁及环梁、撑杆。（4）按以上步骤依次安装GJL-2—GJL-54 径向梁及环梁、撑杆。（5）安装GJL-1—GJL-14 径向梁及环梁、撑杆、斜梁。安装完成所有构件。

2.4 效果评价

目前，项目屋面钢结构已完成吊装施工，整个施工方案可行，完成了业主要求的时间节点，工程质量达标，赢得了业主等各方参建单位的好评，为类似工程施工积累了宝贵经验。

总之，随着钢结构建筑物越来越多，钢结构工程施工质量也日益受到人们的关注。在钢结构工程安装施工中，建筑单位需把握钢结构工程施工特点，结合实际施工环境与要求，全面做好安装工作，推动钢结构安装技术不断发展完善。