高层钢结构的质量管理要点

2016-12-15周均来

工程技术研究 2016年11期

关键词：扳手高强高强度

周均来

高层钢结构的质量管理要点

周均来

文章根据高层钢结构施工特点分析，从材料的预制、预检、吊装、主要的焊接工艺、螺栓连接等方面阐述一下高层钢结构的质量量管理要点。

钢结构；预检；吊装；焊接；高强螺栓

钢结构因为拥有一系列优势，在高层钢结构在住宅以及公用建筑上的应用越来越广。高层钢结构主要分为纯框架、框架-支撑（剪力墙）、错层桁架、外筒式、筒体等结构体系。现代高层钢结构广泛选取低碳钢（普通碳素钢）、普通低合金钢、热处理低合金钢（淬火回火合金钢）等钢材作为高层钢结构的母材，按构件类型分采用最多有H型钢、压型钢板、厚度方向性能钢板、薄壁钢管等。

1 钢结构材料的预检

高层钢结构的钢材都需要在工厂预制做，材料出厂前应该组织相关单位全数检查钢材的品种、数量、规格、尺寸等是否与设计图符合。同时检验钢材的表面质量，表面不得存在结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷，其最大深度不得大于该钢材厚度负允许偏差值的二分之一。此外还需要全数检查质量合格证明文件、检验报告、运输记录等资料是否齐全。如遇到国外进口的钢材、钢材混批、钢材质量保证书上的项目少于设计所要求的项目、板厚大于40mm同时设计有几项性能要求的厚钢板、设计有要求复验或者对钢材质量有疑义等情况的都需要进行抽样复验，复验结果应该符合现行国家标准以及设计要求。此外，也要检查钢结构临时堆放场地是否平整，以免生产出来的构件因为堆放过高而导致变形，若发现变形必须矫正后方可使用。

2 高层钢结构安装

2.1 钢结构的吊装

高层钢结构的安装采用塔式起重机进行吊装。附着式的塔式起重机要注意锚固点的选择，内爬式塔式起重机要确定好爬升的位置。吊装方法一般分为平吊和立吊两种方法，吊装过程当中应该按照构件的大小、形状等计算构件重心以确定吊点。难以计算重心的，可加设倒链协助确定重心，构件平衡后方可起吊，同时构件安装所需的零件附件等应与构件一起起吊，保证“一件一吊”安装完毕。

2.2 安装流水段的划分

安装施工前应该按照工程的实际情况进行平面流水段或立面流水段的划分。平面流水段的划分原则是保证钢结构在安装过程中的对称性、整体稳定性以及施工的便捷性，施工应该从中央向四周扩展，以此减少焊接造成的结构误差；立面流水段的划分以一节钢柱（因设计问题，各节所含层数可能不一）为单位，每单位的安装应先安装主梁或钢支撑，其次把带状的桁架安装成框架，最后安装次梁、楼板及非结构构件，同时塔式起重机的提升、顶升、锚固等都应满足组成框架的施工需要。无论是平面流水段或者立面流水段的划分，施工过程中为免产生混乱，需要编制详细的钢结构构件安装顺序表，清楚注明每一个构件节点的型号大小。连接的方法以及相应构件螺栓的数量，焊接量，焊接形式，有条件的应附上构件图片，合理的进行施工规划的编排。

3 高层钢结构的连接施工

建筑钢结构是一种由钢材制作，通过预制工厂加工成型，施工现场拼装而形成的结构，所以构件之间的连接点是形成钢结构并保证结构安全正常工作的重要组成部分。钢结构的最常见的连接方式有焊接连接和高强螺栓连接两种方式。

3.1 焊接连接

焊接的工艺按照不同的焊接方法确定。焊接工艺的确定主要是根据设计图纸以及现场施工条件的要求，按照被焊构件的品牌、材料特性、化学成分，结构类型，焊接性能要求来选定。而高层钢结构柱与柱、柱与梁之间的焊接的一般采用坡口焊的形式。

（1）坡口焊的焊接流程详见图1。

图1 焊接流程图

（2）坡口焊的工艺：正常情况下，钢板厚度大于5cm的碳素结构钢和厚度大于3.6cm的低合金结构钢，在构件焊接前后要进行预热和后热两道工序。预热的作用是用来减缓焊接区域的激热和速冷效应，避免因为温度骤变而导致钢材产生裂纹。此外对于约束力大的接头，预热后可以减小因温度变化大而产生的收缩应力同时排除焊接区的水分和湿气，以免产生氢气。预热温度按规范要求一般控制在摄氏100到150度之间，后热温度应按照构件类型通过试验确定。构件的预热区一般设在焊道两侧，焊道两侧预热的宽度应是焊件厚度的2倍以上，同时不得小于10cm。环境温度低于摄氏0度时，预热和后热温度应根据构件的类型以及工艺试验确定。柱子与柱子之间对接焊的时候应同时由两名持证焊工在构件的两个对角等温、等速对称焊接，避免两头变形量不一导致柱子安装出现倾斜或位移，影响施工质量。柱与梁接头的焊缝一般先进行钢梁的下翼缘板的焊接，然后焊上翼缘板，梁的两端“先焊一端冷却一端”到常温状态再焊另一端，以免两端温度不一导致施工误差。焊缝收缩值受周围已安装构约束影响程度的不同，收缩值也不同，在焊接的过程中应根据工艺试验测出收缩值，反馈到加工厂，作为以后构件加工的参考。

（3）钢结构焊缝质量检验分三级。①一级焊缝检验的要求：所有焊缝都需要进行外观检查和超声波检查，焊缝长度的百分之二以上进行X射线放射检查，同时至少留有一张X光底片作为施工资料归档；②二级检验的要求：所有构件的焊缝都需要进行外观检查，其中50%的焊缝长度进行超声波检查，而且检查合格；③三级检验的要求：所有构件焊缝进行外观检查。一般情况下，钢结构高层建筑的焊缝质量检验属于二级检验。检查时如发现有焊缝质量不合格的情况，应将不合格部分进行返修，

返修部位按同种施工工艺补焊，补焊完成后再进行检查。同部位的同一条焊缝，补焊不得超过2次，否则要更换母材。

3.2 高强螺栓连接

高强螺栓连接副包括螺栓、螺母、垫圈三个构件，高强螺栓分为摩擦型连接和承压型连接。在设计值范围下，摩擦型连接以连接件之间产生相对滑移作为承载能力极限状态；承压型连接以螺栓或连接件达到最大承载能力作为承载能力极限状态。承受动力荷载、反复荷载以及冷弯薄壁型钢构件的连接不宜使用承压型连接，摩擦性连接是高层钢结构中最常见的连接方式，但是摩擦型连接的环境温度达到摄氏100～150度时，设计承载力会相应降低10%。

（1）高强度螺栓连接副的安装和紧固，各层钢板之间如发生错孔的情况，可以使用铰刀扩孔调正。安装高强螺栓时，应将螺栓自由投入，同一组高强螺栓宜按同一方向穿入螺孔。安装高强度螺栓时，构件的摩擦面应保持干净，不得在雨中安装。梁与柱之间接头为腹板栓接或者翼缘焊接时，应先进行腹板栓接后进行焊接的方式施工。高强螺栓的拧紧应从构件螺栓群中间部位开始向四周拧进，逐个拧紧。大六角头高强度螺栓施工使用的扭矩扳手，施工前必须进行校正，扳手扭矩误差在±5%内，校正用的扳手，扭矩误差在±3%内。高强螺栓宜通过初拧、复拧和终拧达到拧紧。大六角头高强螺栓的初拧扭矩为施工扭矩的百分之五十左右，复拧扭矩和初拧扭矩的数值应该相等，终拧扭矩的数值等于施工扭矩。扭剪型高强螺栓的初拧扭矩为0.065Pc·d，复拧扭矩等于初拧扭矩。用专用扳手进行终拧，直至拧掉螺栓尾部梅花头为止，高强螺栓的初拧、复拧、终拧一般要在24小时内完成。

（2）高强度螺栓的紧固方法一般有扭矩法、转角法，扭剪型高强度螺栓三种。最常见的大六角头高强度螺栓一般采用扭矩法和转角法紧固。转角法，就是根据各层钢板之间紧密接触之后，螺母的旋转角度和高强度螺栓的预拉力成正比关系确定的一种方法。紧固螺栓施工的时候，先是使用短扳手把螺帽拧至不转动的位置，然后换用长扳手把该螺帽拧到规定的位置，这样就能实现把螺栓与螺帽拧紧起到固定的作用以达到预拉力，这种方法是使用最多的一种方法。扭矩法，根据扭矩M与预拉力成正比的关系，施工时先使用普通的扳手把螺帽初步拧紧，然后采用可显示扭矩值的专用扳手拧至设计的扭矩值。扭剪型高强度螺栓有一特制尾部，采用带有两个套筒的专用扳手紧固。高强度螺栓连接应在完成1h后，48h内检查终拧数值是否符合设计要求。抽查数量不少于节点总数量的10%，同时不得少于10个节点，抽查的每个节点按螺栓数为节点总螺栓数的10%，同时不得少于2个。