广东省台山市建筑设计院有限公司 5292000
摘要：本文主要论述某汽车销售4S店的结构设计，该4S店采用钢结构框架设计，通过合理的结构设计措施，解决了设计中存在的错层、跨度较大，不规则等问题，使结构满足抗震设防要求，选用合适的材料，降低了工程造价。探讨钢结构框架设计要求，从整体节点的装配工艺、焊接工艺和施工管理等方面，研究钢桁架整体节点杆件钢结构焊接及加工变形的控制措施。确保完成桁架式整体节点钢结构现场拼装，满足工程质量的整体要求。
关键词：钢结构节点控制；施工质量控制；监理措施
随着我国经济建设的高速发展，特别是近几年来我国的汽车行业发展迅猛，汽车销售行业也随着汽车行业的发展进入了旺季，汽车销售4S店之类建筑也随之也日益增加。
1 钢结构的组成特点及难点
一般钢结构安装前，首先要确定是采用设计标高，还是采用相对标高。采用相对标高安装的情况，一般不考虑荷载对柱的压缩变形、焊缝收缩变形；而采用设计标高控制安装的情况下，每节柱的调整都要以地面第一节柱的柱底标高基准点进行柱标高的调整。要预先留出荷载对柱的压缩量、焊缝收缩量，这是监理人员需重点关注的地方。
（1）检查设计书中对焊接钢结构材质的要求。钢材有无注明钢材型号，如Q345、Q235 等，有无提出质量等级要求。设计对于焊缝质量等级，有无不恰当之处。相对于4S店钢构而言，钢材焊接质量，能否满足要求。
（2）检查设计构件长度，有无结合施工现场具体情况。有些构件过长，交通运输条件不能满足，无法送到现场。有的构件过重，现场吊装能力不能承受等。4S店一般空间够大，但是作业空间却有限。
（3）检查摩擦型高强螺栓连接的设计中，一个连接节点上高强螺栓的数量与规格，是否通过节点内力计算得出的。有的设计是符合要求的，但有些所选高强螺栓的数量、直径与节点板的截面大小不相吻合，在设计极限负载力达到时，会出现螺栓还未达到设计强度而连接扳已变形，丧失承载能力的问题。另外施工人员要严格按照施工的步骤和设计要求进行安装。
（4）检查是否有钢结构的防腐、隔热与防水设计。一般4S店的要求对防热、防腐蚀性能较高。另外还要查看设计中，对涂料及涂层厚度、钢材除锈等级的要求。有无根据不同部位构件的不同耐火参数，采取相应的隔热保护设计等。
（5）检查设计中梁柱与抗侧力支撑构件连接。当节点板采用螺栓连接时，是否为螺栓扳手工具等的操作预留空间。
（6）检查整体节点被插入的连接部位，既要保证杆件顺利插入节点，又不能使其间隙过大。钢结构节点控制，主要来自两个方面：节点控制过程中产生的应力变形；装配焊接过程中产生的残余变形。如焊接产生的纵横向收缩，结构复杂产生的应力集中产生的变形；矫正施工引起的变形等。
2 某汽车销售4S店的结构设计
一层包括大空间的展厅及仓库；二层包括员工办公室及车间。总建筑面积为9 226.53m2，总高度为﹕10.55m，如下图1 所示。平面部分展厅柱网不规则，立面部分层高错落较大，属于平面及竖向不规则。
图①
3 地基土层评价及基础选用
本工程基础埋深1.5 m，经计算采用天然地基即可满足地基承载力要求，以第三层粉土为基础持力层，局部以第二层粉质黏土为持力层，钢柱下做外露式独立基础。
4 材料选用
从经济及承载力要求，主要的框架柱梁材质为Q345B，楼面板采用组合楼板，混凝土强度等级采用C30，混凝土采用C30 的目的在于控制水泥用量，减少水化热，防止楼面开裂，同时加入适量的纤维以加强楼板。另外，根据《混凝土结构设计规范》的规定，混凝土现浇板最小配筋率不仅与钢筋强度有关，还与混凝土强度等级有关。在钢筋强度不变的情况下，混凝土强度等级越高，现浇板的最小配筋率反而越大。
钢筋选用﹕热轧钢筋HPB235 级主要用于板分布筋，电梯机房吊钩；热轧钢筋HRB400 级主要用于基础钢筋，钢柱下柱墩纵筋。采用高强度钢筋用于基础钢筋，可以避免钢筋过密，并在力学及经济性能方面有一定的优势。
5 上部结构优化设计及计算分析
本工程抗震设防烈度为7 度，设计地震基本加速度0.15g，设计地震分组为第一组。建筑场地类别﹕该建筑为丙类建筑，基本风压值为0.45kN/m2。本工程为框架结构，框架抗震设防烈度为﹕丙类。
柱截面以H400×300×12×16 为主。展厅处跨度为36 m 处柱子，因考虑到建筑对柱断面大小有限制，所以此处柱子采用箱型柱400×700×20×20，经过计算，这样可以使结构刚度中心和质量中心尽量接近，结构整体有较好的抗侧移能力和抗扭转能力。
另外，根据屋面实际用途，展厅处屋面采用檩条轻钢屋面，车间屋面采用组合楼板屋面，以保证车间屋面兼停车场的使用功能。该工程采用中国建筑学会建筑科学研究院PKPMCAD 工程部开发编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》SATWE（2008 年网络版）进行上部结构计算。
6 控制钢结构节点设计措施
（1）由于节点宽度往往超过钢厂轧制能力，需要焊接对接。因此，在材料订货阶段就提出平整度特殊的质量要求。
（2）整体节点腹板有对接要求时，采取两次切割下料并矫正的办法，解决加工变形问题。
（3）为保证杆件的端口尺寸精度，在箱体组拼时，在端口附近加设工艺隔板。
（4）为保证杆件的截面尺寸要求，横隔板下料时，严格控制质量要求。杆件组装，以横隔板作为定位内模板。
（5）整体节点采取先组装成箱体，焊完并矫正，克服了大量的焊接变形，再重新上施工平台，画出杆件的系统线，确定出杆件的实际位置长度。用孔群样板钻出杆件腹板上的桥纵向的孔群，即后孔法。上下盖板上的孔群，利用系统线和腹板的关系线及小孔群样板钻出”。
（6）腹杆和斜腹杆的非杆件腹板面的孔群，采用先钻孔后安装定位（先孔法）的方法。定位时，利用专制的模具和腹板面孔群定位。
（7）在工程材料许可情况下，尽量减少焊缝的数量、尺寸，减少焊接变形的机会。因此，在设计钢结构节点构造时，力求减少焊缝数量和尺寸。
（8）合理选用焊缝的坡口形状和方法。整体节点钢结构焊接工艺试验，应在满足设计的条件下，尽量采用变形小的的坡口形状和尺寸，以减少焊缝截面积。选择线能量低的焊接方法。例如，打底填充用气体保护焊，盖面用埋弧焊等。
（9）避免焊缝集中和双向、三向相交，可减少焊缝交叉点处或焊缝集中处的热量及应力。如避免不了，则采取减少层间温度的方法，减少焊接变形和应力。焊缝位置应避开高应力区，焊缝区的应力越大，则钢结构越容易产生焊接变形及焊接裂纹。如插入式整体节点腹板焊缝处，焊缝高度集中、拘束度特别大。因此，不仅从焊接工艺上采取相应的办法，还可以在焊后对焊缝趾部，采取超声波消除应力的办法。
7 控制钢结构节点焊接变形的工艺措施
（1）采用合理的装配焊接顺序。将结构尽可能的先装配成整体再施焊。以箱型杆件为例，先整体装配再焊接横隔板的焊缝，再盖盖板，随后对称焊接四周棱角焊缝。其焊后的变形，要比边装边焊顺序所产生的变形小得多。
（2）采用不同的焊接顺序，抑制焊接形变。在安装过程中保证钢结构整体与局部协调性、稳定性是最为稳妥的安装原则。为了保证强度和刚度的足够程度，要进行验算，不足的处采取加固焊接与整合措施，削弱在结构安装中的形变值，达到钢结构的安装精度要求。立面安装程序，按照单元单位进行。一节钢柱一个单元（各节所含层数可不同），由钢柱主梁安装成框架，形成稳定不变几何体为原则。而平面安装顺序，应该以结构约束较大的中间区为圆心，逐步向四周安装，让积累误差化解、分散。
（3）采用反变形方法。焊前将钢构件装配成具有与焊接变形方向相反、大小相等的预先反变形，以抵消结构焊后形成的变形。例如，厚腹板对接。还可以采取刚性固定、合理地选择焊接方法和焊接工艺参数等方法，减少焊接变形。
（4）提高钢结构节点板材平整度和构件精密程度，控制整体较长钢结构节点的扭曲变形。例如，横隔板四周，采取加工铣边，让坡口间隙与角度准确，以使焊缝角变形和盖板及腹板纵向变形值，与钢结构长度方向一致，减少钢结构的扭曲变形。
8 结语
作为设计者，应该尽量做到结构布局合理，传力路径清晰明确，扭转效应减到最小；基础沉降均匀，混凝土强度等级、钢材等级及钢筋等级选用合理，提高了承载力的同时降低了用钢量；充分结合建筑功能，结合实际，减轻了结构自重，面对4S 店钢结构建筑的广泛应用，应多学习有关钢结构专业知识，特别是对钢结构工程设计方案、材料制造应用方面的内容，以及对设计问题加以详细研究，负责任地完成设计工作。总之，设计全局较好的了：“安全第一，经济合理”的思想，从而严格控制了工程造价。随着汽车产业的发展，钢结构以其独特的优越忧，在4S店建筑中被越来越多的采用。为建造高质量的4S 店钢结构厂房做出贡献。
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论文作者:刘卓文
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/7
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