武汉市汉阳市政建设集团公司 湖北 武汉 430050
摘要：轻型钢结构是指以预制的钢结构框架为主体结构，以彩色金属压型钢板作围护体系，辅以专用的紧固件、保温棉、采光板、收边泛水等附件所构成的自重较轻的钢结构建筑。其优点是结构轻巧，制作和安装可用较简单的设备，节约钢材，减少基础造价。近年，轻型钢结构发展迅速，钢结构建筑如雨后春笋般的拔地而起，形式也越来越复杂，随之对安装的质量要求也越来越高。本文以汉口北停车场工程运用库为背景，就钢结构安装工艺及如何有效的保证钢结构厂房的安装质量进行探讨，与大家共勉。
关键词：轻型钢结构 安装质量
1.概述
轻型钢结构分为两类，一类是用圆钢和小角钢组成的轻型钢结构；另一类是由薄壁型钢组成的轻型钢结构。目前后一种发展迅速，代表了轻型钢结构发展的方向。冷弯薄壁型钢是指厚度2～6mm的钢板或带钢经冷弯或冷拔等方式弯曲而成的型钢，其截面形状分开口和闭口两类。钢厂生产的闭合的圆形和矩形截面管是用板材经冷弯成型再经高频焊接而成。冷弯薄壁型钢可用来制作檩条、屋架、刚架等轻型钢结构，能有效地节约钢材，制作、运输和安装亦较方便。
轻型钢结构厂房主要由钢柱、屋盖梁、檩条、屋盖和柱间支撑、屋面和墙面的彩钢板等组成，如下图所示：
钢柱一般用H型钢，通过地脚螺栓与混凝土基础连接，通过高强螺栓与屋盖梁连接。屋盖梁为工字形截面，根据内力情况可呈变截面，各段由高强螺栓连接。屋面檩条和墙梁多采用高强镀锌彩色钢板辊压而成的C型或Z型檩条，檩条可由高强螺栓直接与屋盖梁的翼缘连接。屋面和墙面多用彩钢板，是优质高强薄钢卷板经热浸合金、镀层和烘涂彩色涂层经机器辊压而成。
2.工程概况
以某已完工地铁停车场为例，运用库厂房主跨、工程车库、辅助用房为一层，边跨为二层，建筑高度为10.0m（至女儿墙），工程车库、辅助用房、整体道床为钢筋混凝土框架结构，其他为门式钢架结构，钢结构跨度为15m、28m、26.4m、26.8m四连跨组成，总长192.1米，柱距为6米。边柱柱顶标高为8.2米，屋面排水方式为单层脊双坡排水，排水坡度为1：5，属双坡多跨式轻钢结构。钢柱、钢梁均采用等截面或变截面实腹式焊接H型钢。梁与柱的连接方式为螺栓连接。厂房屋面设置水平支撑和刚性系杆，柱间局部设柱支撑。总建筑面积为19538.5㎡，建筑基底面积为18976.1㎡。
3.钢结构构件制作质量控制措施
3.1材料检验
该工程所需钢板进车间后，应逐块检查钢板上的标记，是否与材料相吻合，并检查钢材表面是否有裂纹，端面是否有夹渣，如有疑问应作理化实验。钢材应按规格堆放并挂牌以防混料。
3.2下料、切割
采用德国进口、光电跟踪全自动多头切割，下成的板条宽度一致，误差控制在1mm内且没有变形，割缝光滑。下料时，如需拼板则拼缝位置宜放在构件长度1/3（弯矩最小）-1/2（剪力最小）的范围内，对同一梁，只允许翼缘或腹板一次拼接。板板毛刺应清理干净。所有拼接焊缝为一级焊缝。
3.3制孔
根据设计图纸对构件孔位置进行放样定位、制孔。薄板用吸力钻制孔，厚板用钻床制孔。
3.4 H型钢组合
利用日本进口全自动H型钢门式组合机组对，定位要准确，垂直度、平整度均要按规定控制。组立前，板边毛刺、割渣必须清理干净，按设计图纸要求切割坡口。
3.5焊接
利用日本进口全自动H型钢双极龙门式埋弧焊机焊接。双极反馈，参数稳定、自适应控制、熔深大、焊缝均匀、构件变形小，而且速度快。在门焊机上进行船形位置埋弧自动焊。
3.6 H型钢矫正
整根构件焊完后，如有局部弯曲的，转入矫正机上，对翼板角变形进行矫正，达到规范要求，本工程采用日本进口全自动H型钢专用矫直机及专用H型钢翼缘矫正机矫正，矫直精度高、速度快。
对H型钢的弯曲变形进行矫正，火焰矫正温度为750~9000C，低合金钢（如Q345）矫正后，不得用水激冷，采用自然冷却法。
3.7抛丸除锈、喷漆
用专业钢结构八抛头抛丸除锈机除锈。除锈后，不能残留氧化皮、油污，其表面露出金属光泽。抛丸除锈后，在4个小时之内采用无气喷涂防锈漆，质检员须利用测厚仪对构件油漆进行抽测，须达到设计要求和涂装规范后，才能验收。
4.钢结构安装质量控制措施
4.1钢柱安装质量控制
4.1.1吊点设置
钢柱吊装吊点的设置考虑原则是吊装简便、稳定可靠，本工程钢柱吊装拟采用单绳两点吊装，利用钢柱与梁的连接节点板上的螺栓孔作为吊点。制作专用的吊耳，吊耳使用两块200*200*20mm的钢板对应于钢柱最上一排方螺栓孔布置钻孔。吊装时，吊耳与钢柱直接用M20螺栓连接，吊耳上开孔作为卡环销轴孔。
4.1.2钢柱吊装
钢柱吊装之前，在钢柱地脚螺栓群的每一个螺栓上拧一个螺母和一个垫板，用于调节钢柱的安装标高。在钢柱吊装之前，通过调节螺母的标高，将所有垫板板的标高误差控制在1.0mm以内。起吊时钢柱的根部要垫实，保证在根部不离地的情况下，通过吊钩的起升与变幅及吊臂的回转，逐步将钢柱扶直，起钩、落位。为了使吊装平稳，在钢柱柱脚拴两根棕绳牵引。钢柱吊装就位以后，先对准钢柱中心线与基础中心线，确定钢柱的平面位置。
4.1.3钢柱吊装机械确定分析
（1）本工程组合钢柱的构件单件重量约为2.4吨，钢柱安装拟采用20吨汽车吊进行吊装。
QK≥Q1+Q2
取柱自重2.4吨，即Q1=2.4吨，考虑索具重量Q2＝0.2吨，K为起重机降低系数，取0.8。即：Q≥3.25吨。
起重高度计算：
H≥H1+H2+H3+H4
式中 H——起重机的起重高度(m)，停机面至吊钩的距离；
H1——安装支座表面高度(m)，停机面至安装支座表面的距离；
H2——安装间隙，视具体情况而定，一般取0.2~0.3m；
H3——连接点至构件起吊后底面的距离(m)；
H4——索具高度(m)，绑扎点至吊钩的距离，视具体情况而定。
取H1＝6.9米，H2＝0.3米，H3＝0.95米，H4取2.5米。选用起重机的起重高度H≥10.65米，起重高度取11m。
起重臂长度计算：
l≥(H+h0-h)/sinα
式中 l——起重臂长度（m）；
H——起重高度（m）；
h0——起重臂顶至吊钩底面的距离（m）；
h——起重臂底铰至停机面距离（m），本工程取1m；
α——起重臂仰角，一般取70°~77°，本工程取70°。
l≥(11-1)/sin(70°)=9.4米。
（2）钢柱吊装阶段，吊机工况选择如下：
QY20型20吨汽车吊，主吊臂最长24.5m，在吊装半径为12m时，吊装能力为3.4吨，而本工程钢柱的单件重量约为2.4吨，安装高度约为9.6m，钢柱间距为6米，为了提高工作效率，可采用一点多吊（根据实际工况现场采用一点三吊）。
（3）钢丝绳受力计算：
吊车吊装时，采用1根2米长φ22钢丝绳两点起吊。
钢丝绳强度验算：
A、钢丝绳按下式计算其所受拉力：
T=（G/2*sinα）*2
式中 T—钢丝绳所受拉力（N）；
G—钢柱重；
α—钢丝绳与钢柱的夹角；取α=75；Sinα=0.966则：
T=【2.4*9.8/(2*0.966)】*2=24.35kN
B、钢丝绳容许拉力计算
吊装钢柱采用6x19、直径22.0mm,钢丝强度1670N/mm,钢丝破断拉力总和为Fg=267,取不均衡系数α=0.85,安全系数8，
钢丝绳容许拉力：
[Fg]=αFg/K=0.85*267/8=28.369KN＞24.35kN
钢丝绳强度满足吊装要求
C、卸扣选择。采用标准D型卸扣据研究，GD4.1型满足使用要求。卡环销直径：33mm。
D、吊耳的强度验算：
根据GB50017—2003《钢结构设计规范》，Q345B钢材的剪切许用应力为170N／mm2。
吊耳的荷载Q=钢丝绳的最大静拉力=24.35KN
吊耳的受剪面积A=20×33=660mm2。
吊装时，吊耳的计算剪切应力
σ=24.35KN／660mm2=36.89N／mm2
计算结果：吊装时，吊耳受力处截面的剪切应力小于Q345B钢材的剪切许用应力170N／mm2，故吊耳尺寸满足吊装要求。
（4）抗倾覆验算
为保证汽车吊在吊装过程中的稳定，需进行抗倾覆验算，即需使稳定力矩大于倾覆力矩。以2.4T柱为验算对象，查《起重机设计规范》可知：
KGMG+KQMQ+KWMW≥0
式中：KG——自重加权系数，取1
KQ——起升荷载加权系数，取1.15
KW——风动载加权系数，取1
MG、MQ、MW为汽车吊自重、起升荷载、风动荷载对倾覆边的力矩，N·m；
覆边的力矩，N·m；
G——汽车吊自重，取28t；
Q——钢构件自重，取最重梁2.4t；
W——风动载，按起升物重量的20%考虑；
a——汽车吊重心至支脚倾覆支点的距离，支腿全伸6.6m，故a取3.3m；
R——汽车吊工作半径，最大取6m；
h——风动载合力点高度。
KGMG+KQMQ+KWMW
=1×G×a-1.15×Q×（R-a）-1×W×h
=280000×3.3-1.15×24000×(6-3.3)-0.2×10600×（2+0.2+0.95/2）＞0
故稳定性满足要求。
4.1.4钢柱标高、垂直度调整
钢柱标高、垂直度可以通过柱脚钢板下设置的调节螺母进行调整。如下图：
钢柱垂直度调整时，两台经纬仪视线呈90度架设在钢柱轴线上，两名测量员仔细观察钢柱的垂直度变化。钢柱标高、垂直度调整达到规范要求后，将柱脚上下的螺母顶紧、压实。
钢柱安装的允许偏差表
序号项目允许偏差（mm）
1柱脚底座中心线对定位轴线的偏移5.0
2柱子基准点标高（以柱肩梁顶面标高为主）+3.0~-5.0
3单层柱轴线垂直度H/1000且不大于25.0
4.1.5偏移预控措施
（1）预埋螺栓位置用定型卡盘卡住，然后浇筑砼。
（2）钢柱底部预留孔应放大样，确定孔位后再作预留孔。
4.2钢梁安装质量控制
4.2.1钢梁现场预拼装
钢梁安装前，需在地面就近预拼装。钢梁拼装时，先在地面按一比一投影放样。根据放样投影位置放置枕木，将枕木垫实调平，然后将同轴同跨的钢梁吊运至枕木上，用高强螺栓连接成整体，吊装前，必须完成高强螺栓的初、终拧。
4.2.2吊点的设置
钢梁采用两点吊装，在钢梁上翼缘板上焊接吊耳，吊耳间距为13米，吊耳板厚20mm，材质应与钢梁母材相同，吊耳与钢梁上翼缘板坡口熔透焊接。两侧加强板采用厚度为12mm，材质为Q345B的钢板。
钢梁吊装锁具选用与验算：
(1)钢丝绳选用
本工程钢梁最重为6.1吨，吊装吊点间距13米，钢丝绳长选用10米，直径为Φ26的钢芯钢丝绳。
该工程选用安全系数n取8。钢丝绳与构件夹角为约50度，按照吊装工况，钢丝绳的最大静拉力为：
Smax=G/2*sin50°=(6.1*9.8/2)*sin50°=39.019KN
A、钢丝绳容许拉力计算:
直径26mm钢芯钢丝绳,钢丝强度1670N/mm,钢丝破断拉力总和为Fg=402取不均衡系数α=0.85,
钢丝绳容许拉力：
[Fg]=αFg/K=0.85*402/8=42.713KN>39.019KN
钢丝绳强度满足吊装要求
B、卸扣的选用
根据已选定钢丝绳的直径Φ26mm,选择配套的标准D型卸扣。依据（JB8112-1999）《一般起重机用锻造卸扣D形卸扣和弓形卸扣》，选用型号为S-DW4.9卸扣，横销的直径为36mm。横销与扣顶的间距为130mm。
C、吊耳验算
吊耳的荷载Q=钢丝绳的最大静拉力=39.019KN
吊耳的受剪面积A=20×36=720mm2。
吊装时，吊耳的计算剪切应力为：
σ=39.019KN／720mm2=54.19N／mm2
计算结果：吊装时，吊耳受力处截面的剪切应力小于Q345B钢材的剪切许用应力170N／mm2，故吊耳尺寸满足吊装要求。
4.2.4钢梁吊装
（1）为了使吊装平稳，应在钢梁两端拴两根15米麻绳牵引。
（2）钢梁起吊后，通过晃动麻绳，汽车吊旋转，将钢梁调整至安装位置正上方300~400mm，然后汽车吊缓慢落钩，直至钢梁螺栓孔与钢柱大致能对孔，施工人员用撬杠，贯穿钢柱、钢梁高强螺栓孔后，开始穿高强螺栓，高强螺栓安装完成后，立即开始初拧。初拧后吊车方可松钩。
(3)钢梁吊装后，应马上安装相邻钢梁之间的联系杆件，以保证安装过程中的结构稳定，第一榀钢梁安装后需拉缆风绳临时固定。缆风绳用Φ14的钢丝绳，在钢梁两侧各设置2根缆风绳，缆风绳用手动葫芦拉紧。
(4)钢梁安装必须是相邻轴线依次连续安装，相邻钢梁必须至少保证安装2件联系杆件。
4.3高强度螺栓安装质量控制
4.3.1高强螺栓及附件的存放
高强螺栓及附件均应按批号分别存放，并应在同批间配套使用，在储存、运输和施工过程中不得混放、混用，并应轻装、轻卸、防止受潮、生锈、沾污和碰伤。
4.3.2连接板的检测及处理
(1)连接板不能有挠曲变形，否则必须矫正后方可使用。
(2)当连接板间间隙小于1.0mm时，可不处理；间隙1.0~3.0mm时，应将高出的一侧磨成1：10的斜面，其打磨方向应与受力方向垂直间隙大于3.0mm时，应加垫板，垫板两面的处理方法应与两连接板的处理方法相同。
(3)连接板表面不能有油污、铁屑、浮锈，必须保持干净。
4.3.3高强螺栓的安装
(1)安装前准备
a.安装前，要对高强螺栓的规格、数量、质量进行核查，对不符合要求的要求调换。
b.检查螺栓孔的位置，孔位质量是否符合设计要求及有关规定。
(2)高强螺栓的安装
a.螺栓要自由穿入孔内,不得强行打，穿入方向应一致。
b.安装时，若安装困难，可以利用冲钉引出，然后再穿入螺栓，其他螺栓均穿上拧紧后，取出冲钉，再穿入螺栓。
c.安装时，使冲钉，均不能穿入时，要利用铣刀铣孔，而绝不能所割扩孔。
d.高强螺栓配有两个垫圈，一端一个，一端不得垫两个及以上垫圈，不得采用大螺母代替垫圈，螺栓拧紧后，外露螺栓不应少于两个螺距。
e.高强螺栓应按一定顺序施拧，宜由螺群中内开始向升发展顺序，并应在当天终拧完毕。
f.高强螺栓不得作临时安装螺栓用。
g.高强螺栓分两次拧紧，初拧和终拧，初拧扭矩值不得小于终拧扭矩值的30%。扭矩的计算公式：M=K×P×D
M：预定扭矩值；K：系数；P；栓预拉力；D：螺栓直径。
h.高强度大六角头螺栓施拧采用扭矩搬手，其检验方法是：在终拧1小时后，24小时内检查，检查时在原位打上记号，然后将螺母退回30°~50°，再用扭矩搬手拧至厚位，测定出扭矩值，该扭矩值与检矩的偏差，应在检查矩的±10%以内。
i.抽查扭矩值时，抽查数量为10%，每个节点不少于1枚，如发现质量问
4.3.4偏移预控措施
（1）在预埋螺栓的定位测量时，厂房若从第一条轴线依次量测到最后一条轴线，往往容易产生累计误差，故宜从中间开始往两边测量；
（2）预埋地脚螺栓尽量不要与硂结构中的钢筋焊接在一起，最好有一套独立的固定系统，如采用井字型钢管固定。在硂浇灌完成后要立即进行复测，发现偏差及时处理；
（3）预埋完成后，要对螺栓及时进行围护标示，作好成品保护；
4.4檩条安装
钢梁安装完成后，即可安装檩条，为便于施工，将每跨间所需要的檩条成捆运至对应梁和柱的位置。檩条安装时，从厂房一端依次顺序安装至另一端，并在结构斜撑安装到规定位置前，所有用于连接檩条、围梁和屋檐支梁的螺栓不要拧紧，便于最后做调整。安装过程中注意设置临时支撑，确保檩条垂直。至少应在柱距一半处设置一排临时撑木，时可以增加安装下一间时，将撑木移至下一间。
4.5屋面板的安装
常用的屋面板有螺钉板、锁缝板和暗扣板等。屋面板的安装应根据施工当地季节性大风主导风向确定铺设方向，并根据设计图纸确定第一张板的起始位置，以方便山墙收边安装。屋脊两边的屋面板宜同时安装，屋面板尽量不要搭接，对单坡比较长的建筑，有条件的应在现场成型屋面板，屋面保温棉的安装：屋面钢丝网拉结适当平直，但不宜过紧，将保温棉固定在一侧边墙上，并卷出保温棉横越檩条，阻气层应面向建筑物内侧，拉伸保温棉使其内表面绷紧并平滑。采光板安装步骤同面板一样。安装前将正反面全部擦拭干净，安装紧固件时，注意避免引起材料开裂。
4.6安装质量预控措施
（1）构件在装车运输过程中要采取有效保护措施，卸车堆放必须垫平整；
（2）对大型构件的起吊位置，要经过计算确认；多台吊机同步作业时，要统一指挥，平稳起吊；
（3）为尽量消除累计误差，构件在拼装时应从中间往两边分，并加强过程量测，发现偏差后，要及时找出原因并调校好；安装过程中如发现偏差过大，千万不能强行校正或随意扩孔，应交设计采取技术补救措施解决。
5.结束语
钢结构的发展势头迅猛，市场前景乐观，随着钢结构的广泛应用，钢结构的技术难度会越来越大，随之而来安装精度要求也越来越高，质量问题也会愈来愈受关注。我们应及时掌握新技术、新工艺、新方法，树立良好的质量意识，从大处着眼，小处入手，切实有效地实施工序管理。既做好质量预控工作，也要重视过程控制和成果校核。只有这样，才能很好地控制质量，防止安装质量事故发生。
论文作者:邢荣斌
论文发表刊物:《防护工程》2017年第9期
论文发表时间:2017/9/6
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