周中吉

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

钢结构因为具有质量轻、材料均匀性好、韧性强、周期短，抗震性能好、制作简单、密闭性能耗、有效空间大、拼装过程简单便捷等一系列优点，深受建筑行业青睐，特别是高层大跨度建筑更可以凸显钢结构的应用优势。随着近年来钢结构应用实践越来越多，人们对于钢结构的应用从设计到外形都越来越多样化。在整个钢结构施工中，拼装和焊接是最为关键的两个环节。

1 施工案例

A综合服务楼工程，建筑面积2万余平方米，由主楼和副楼两个部分组成，主楼和副楼之间的连接为钢结构天桥，天桥结构的外侧为玻璃幕墙，主要结构形式是钢骨柱和钢筋混凝土组合而成。经过计算和分析，得出制作钢结构的钢材料的消耗量预计为1446t，钢结构主要包含三个部分人字斜柱、钢骨柱和天桥。施工流程如图1所示。

图1 钢结构施工流程

2 钢结构现场拼装流程和方案

2.1 拼装准备工作

（1）在钢结构拼装前一周，将已经在工厂完成加工预制的钢结构运输到施工现场，并做好施工现场的“三通一平”：水通（给水）、电通（施工用电接到施工现场，具备施工用电条件）、路通（场外道路铺到施工现场周围入口处，满足车辆出入条件）、场地平整（拟建建筑现场基本平整，不需要机械平整，人工简单平整即可进入施工的状态）。

（2）一般钢结构会和配套胎架同时运送到施工现场，除了“三通一平”，还要做好配套胎架的划线、定位、复验，并对胎架进行焊接和固定。

2.2 钢构件现场验收

钢构件运输到施工现场后，施工企业应立即组织构建质量检查，准备好设计图纸和钢构件检验规范，首先检查钢构件数量、外观、随车携带的质量证明，做好检查验收记录。如果构件质量检查结果不合格，严禁将其投入施工使用，立即和构件生产厂家联系退货。对于质量检查合格的钢构件，暂时将其堆放在高度较高的场地，并在最下面设置垫木，避免钢构件因为存放高度不同，发生结构变形。钢构件的存放环境务必干燥，且分类堆放，便于查找和应用，如果施工过程中涉及钢构件的二次倒运，为了防止钢构件的损坏，则应该选择合适的吊点。

2.3 安装工艺方案

（1）安装钢构件前，需认真检查钢构件的相关标记，核对钢构件的几何尺寸和安装孔距，各项检查工作确保无误后方可开展安装工作。

（2）测量预埋件埋设深度，和设计图纸进行比对，确保两者之间保持一致。

（3）以吊装的方式将配套胎架和临时吊装支架吊装到位。

（4）利用汽车吊将桅杆分段及其他散件吊装到指定位置。

（5）安装桅杆上的膜张紧装置。

（6）安装与桅杆相连的临时吊装支架，再将横向桁架送到指定位置和临时做吊装支架拼装成型，用临时支架加以固定。

（7）安装纵向架，从中间向两边进行电焊定位。检查纵向架位置、相对距离等各项参数，确保所有参数无误方可进行定位焊接。

（8）以上工作结束后24小时可以对整个构架进行测量，将测量结果报送到监理人员处。

3 钢结构焊接施工流程和方案

3.1 焊接准备

焊接施工前，将CO2气保焊、手工电弧焊等设备在施工现场准备好，按照后续钢结构的尺寸等参数搭建符合应用要求的操作平台，务必保证操作平台以及焊接技术条件等都符合国家标准要求。焊接前，先阅读焊接作业指导书，掌握各项工艺参数，焊接施工前检查焊口并做好预热，这里应注意的是，预热温度的确定和碳当量之间有着一定的关系，所以与预热前应该对碳当量进行计算，如果碳当量处于0.45～0.6之间，那么预热温度应该处于100～150℃，如果碳当量超过0.6，预热温度应该超过200℃，如果碳当量不足0.45的钢材，也需要根据实际情况做适当的预热，特别是如果厚度超过25mm则必须预热。焊接前，检查坡口钝边、间隙、角度等，处理坡口两侧的锈斑，均匀加热木材。为了保证预热温度达到相关标准和要求，测量预热温度，如果预热温度达标可以直接焊接，如果预热温度不达标则再次预热。

3.2 焊接施工

焊接施工前装好引弧板和焊垫板，务必保证两者之间焊接足够牢固，检查表面清洁程度，确保表面清洁程度和坡口相一致，紧贴垫板和母材，并将其紧紧连接。焊接第一层焊道的时候，封堵坡口内垫板、母材之间的连接位置，然后逐层累焊，直到坡口填满，每一层焊道完成焊接后都要及时清理杂物和焊渣，检查焊接位置的完整性，如果存在缺陷应该及时修补。焊接施工中，如果受外界因素的影响不得不暂停焊接，那么进行保温缓冷处理，继续焊接前必须重新预热，预热温度达标后方可继续焊接。

在本工程中，钢结构基本单元完成安装后可以从中心位置开展焊接，并将中心位置作为基础位置，完成基准位置焊接后逐渐向两边焊接。如果焊缝程度较长，那么一般采用分段焊接的方法，从中间向两边开展焊接，焊接过程中，对于焊接设备、焊接人员都应该对称布置，避免不对称导致的焊接变形问题。如果构件属于形状不对称类型，先做好小部件的组焊和矫正，抵消焊接过程中发生的变形。

4 钢结构拼装质量控制

（1）钢结构在加工厂家出发前，采购部门和厂家相关部门一起检验构件的质量，同时出具钢构件的质量检查报告，检查钢构件的完整性，并附构件的发货清单及组装的顺序代码。安装钢构件的过程中严禁应用短料拼接主要构件（施工图纸特殊规定的除外），严禁在墩顶位置和面板位置设置横向接缝，对于腹板的应用务必采用整块钢结构。钢结构运输到施工现场后，实际拼装前必须对其二次检验，避免钢构件发生变形等问题，如果有必要、有条件可以对钢构件展直矫正。对于像本工程中复杂的钢结构，一般先进行预拼装，预拼装成品运输到施工现场后，再组织开展后续的现场拼装。

（2）综合考虑施工现场实际情况以及具体的吊装要求，选择拼装钢结构吊装机械，吊装前，为了保证地基承载能力满足吊装设备的相关要求，应用压实机械对施工现场的场地进行压实，施工场地四周设置排水沟渠，为了避免聚水，场地需有一定的坡度。

（3）选择其中设备的时候，计算每一段构件的机械重量，然后以最大值乘以2为标准，选择起重设备，如果构件体积或者重量较大，需2台起重设备吊装，那么首先计算吊装重量，然后根据计算结果综合考虑选择合适的吊装机械设备。如果在吊装钢构件的过程中现场条件有限，进一步分段和切割构件，为了避免影响整个工程的质量，尽量减少切割段数、提高吊装设备的能力。

（4）拼装钢构件的过程中，及时检查钢构件的平面尺寸和预拱度，一旦发生异常立即调整和纠正，务必保证整个结构不会发生任何变形。如果在运输、吊装或者拼装过程中钢构件发生了油漆脱落问题，完成焊接拼装后应该及时喷涂面漆，喷涂面漆不仅是为了外观，还可以避免钢构件在后续应用过程中被锈蚀。

（5）钢构件在对接拼接的时候需要应用到精密仪器，务必保证精密仪器的规格和测量精度符合要求。

（6）在拼装钢结构的过程中，为了提高拼装质量可以分段拼接，拼接单位为节，拼装过程中注意设置好预拱度。预拼装前检查钢结构的尺寸、孔眼位置等，一旦发现误差立即纠正排除。比如如果孔眼误差不超过3mm，可以先应用铰刀铣孔，完成铣孔后确保孔眼直径不超过原来直径的1.2倍；完成预装后重点检查钢构件的中心线位置、交线中心等位置，并且在构件上标记出相应的标记，方便后续查找应用。如果条件允许，可以安装临时支撑和定位器等，缩短后续查找时间。如果在拼接的过程中应用的是假隔舱方法，精心设计接头、节段的位置，并且对其编号，确保构件整体的拼装流畅进行。

（7）钢结构连接中，高强度螺栓连接质量直接决定了整个钢结构的连接质量，为此，在拼装前检查高强度螺栓，务必保证螺栓有正规的出厂证明，另外重点检测螺栓的表面抗滑移系数，定期检查各批次螺栓的轴力。完成高强度螺栓的轴力检查后，检查每一个螺栓的安装质量，确保不存在欠拧、超拧情况，从而将高强度螺栓的功能充分发挥出来。

（8）安装钢构件的时候，钢构件的孔眼直径必须和螺栓直径之间相匹配，严禁随意更改孔径大小。为了保证安装的时候孔径不会发生变化，须应用胎架模具防止预制钢结构发生变形，另外在运输构件的过程中采取必要的固定保护措施。安装构件的时候，采用固定保护措施运输构件。在构件的安装中，必须保证接触面面积超过构件表面积的2/3，并且注意控制接触面边缘之间的距离不能超过0.8mm。

5 钢结构焊接质量控制

焊接介质材料的选择：选择焊接介质材料的时候，必须保证介质的化学成分、力学性能以及强度等都和木材之间具有较高的适应性，综合考虑焊接工艺综合评定结果以及现场试焊结果选择最合适的焊材的品牌，如果焊接的时候应用的焊接方法为手工焊，应采用E50XX型焊条。如果焊接同种材质的钢构件，那么选择焊接介质的时候，遵循焊接介质与焊接接头、母材材质同等的原则。如果在焊接不同材质的钢构件，则迁就强度级别较低的材料，本工程中涉及碳钢和低合金钢的焊接，则考虑低合金钢的强度，选择焊接介质材料。

焊接过程中的质量控制措施：

（1）焊接过程中尽可能降低焊接应力。可以采取的方法有：

①控制焊接长度尽量合适，尽量减少焊缝数量和尺寸。在焊接过程中受高温的影响，局部会产生热膨胀，从而产生焊接应力，为了控制焊接应力，应尽量控制热集中现象，对于角焊缝应采用细长焊缝。

②控制焊接限制。一般来说，在焊接过程中如果约束程度越大，那么产生的焊接应力将会越大，为了控制约束程度处于合理范围内，不能应用刚性固定的方式控制钢构件变形。

③控制好合理的焊接顺序和焊接方向。如果钢构件焊缝较多，那么综合考虑构件的配置和焊缝的布置情况，做好焊缝顺序的安排，比如本文工程中，先焊接收缩程度较大的焊缝，然后焊接收缩程度较小的焊缝。

④降低焊接接头的刚度。在实际焊接施工中如果焊接刚度较大，尽可能减小焊接后的残余应力，一般在实际焊接施工中采用反向变形法。

（2）焊接施工中可能会发生焊接变形，为了更好地控制焊接变形，可以采取以下方法：

①避免多个焊缝在同一个点交叉。

②焊接必须均匀对称，接头位置务必保证足够整洁光滑。

③钢构件搭接的位置，不能存在角焊缝，并且控制搭接焊缝长度不能超过25mm，以避免出现背衬问题。

④焊接中，母材厚度方向往往会产生一定的收缩力，也要采取有效的措施尽量减小母材厚度方向的收缩应力。

6 结语

总而言之，在钢结构施工中，介质材料的选择、拼装工艺和焊接工艺的选择都会对整个施工结构的施工效果产生影响，所以，深入探索拼装工艺和焊接工艺流程和方案，对于提高钢结构施工质量具有一定的现实意义。