钢结构工程要点

钢结构工程要点

管福骞

中建二局第三建筑工程有限公司北京100070

摘要：钢结构工程因其具有跨度大、利用空间大、施工速度快、经济且实用等特点被广泛利用于企业厂房及跨度较大的建筑上。

关键词:钢结构技术质量控制

钢结构工程质量直接影响着建筑结构及使用安全。为确保钢结构工程施工质量，保障人民生命财产安全，作为工程管理者，特别是工程质量的主要管理者的监理人员对钢结构工程的施工质量的控制就显得及其重要。

一、钢结构的特点

钢结构施工时间短、用于施工的钢结构构件可以是工厂化生产、现场安装，可以大大缩短施工的时间，节约时间；

空间大：由于钢材的抗压、抗侧弯强度均为混凝土的1.5倍，因此在等同强度的条件下可以缩小截面从而增大了有效的空间；

可循环利用：钢结构建筑的施工材料可以实现再生利用，这样就减少了大量的建筑垃圾。

抗震性能好：由于钢结构属于柔性结构、自重轻，能有效地降低地震响应及灾害的影响程度，有利于抗震。

耐火性差：钢材的导热系数远远大于钢筋混凝土的导热系数，其耐火性能也远远差于混凝土结构，当温度达到600℃的时侯，钢结构就会基本丧失其全部的强度和刚度。因此在钢结构建筑中抗火被看做重要一环；

耐腐蚀性差：由于钢材表面的铁原子与空气中的氧化合会生成氧化铁锈，锈蚀能够引起应力集中，从而危害钢结构建筑的使用安全，使钢结构建筑寿命减短，因此对钢结构建筑进行有效的防腐措施才能确保其使用时间。

二、材料选择要点

目前，我国建筑钢材一般只用两种，即碳素结构钢和低合金高强度结构钢，其相应的国家标准为《碳素结构钢》(GB700—88)和《低合金高强度结构钢》(GB/T1591—94)。以前常说的三号钢和16Mn钢就分别属于碳素结构钢和低合金高强度结构钢。

钢材订货时，其品种、规格、性能等均应以设计文件及现行国家钢材标准或行业标准为依据，常用钢材产品标准如表2.1所列。

表2.1常见钢材产品标准

所选材料一般应满足以下要求：

①钢材应有抗拉，屈服强度和硫、磷含量和碳含量的合格保证。

②所使用的钢材应具有钢材的质量保证书，其品种、规格、性能要符合国家产品标准要求，化学成分也要符合相关要求。

③钢材表面质量在符合国家现行有关标准规定的基础上，还应符合以下规定:当钢材表面有锈蚀、麻点等缺陷时，缺陷深度不能大于该钢材厚度负偏差值的1/2；连接材料中的焊条焊剂要有产品质量证书，并符合国家要求，药皮不能脱落，焊芯不能生锈，焊剂不能受潮。

④保护气体的纯度要满足施工工艺要求，在使用二氧化碳做保护气体时，二氧化碳纯度不能低于99.5%，其含水量要小于0.05%。

⑤涂装材料要有出厂证明书和说明书，并符合国家标准和设计要求，涂料色彩按照设计要求正确使用，必要时可以作样板。

⑥防火涂料技术性能要满足施工需求，并通过国家正规检测机构的检测符合相关标准的规定。

⑦防火涂料在使用时要检验粘结强度和抗压强度，并符合国家标准的规定。

⑧压型金属板板材的规格，品种，材质要符合设计和国家现行有关标准规定。

三、钢结构工程的焊接技术

焊接技术是钢结构安装中的一道重要工序，对于焊接技工艺同样有着诸多要求。

3.1焊接方式

3.1.1施工单位首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、接头形式、焊接位置、焊后热处理等各种参数及参数的组合，应在钢结构制作及安装之前进行焊接工艺评定试验。焊接工艺评定试验方法和要求，以及免予工艺评定的限制条件应符合《钢结构焊接规范》GB50661的有关规定要求。

3.1.2焊接施工前，施工单位应以合格的焊接工艺评定结果或采用符合免除工艺评定条件为依据，编制焊接工艺文件，其中包含下列内容：

1焊接方法或焊接方法的组合；

2母材的规格、牌号、厚度及覆盖范围；

3填充金属的规格、类别和型号；

4焊接接头形式、坡口形式、尺寸及其允许偏差；

5焊接位置；

6焊接电源的种类和极性；

7清根处理；

8焊接工艺参数（焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊层和焊道分布）；

9预热温度及道间温度范围；

10焊后消除应力处理工艺；

11其他必要的规定。

（Ⅱ）焊接作业条件

3.1.3焊接时，作业区环境温度、相对湿度和风速等应符合相关要求，当超出相关规定且必须进行焊接时，应编制专项方案。

3.1.4现场高空焊接作业应搭设稳固的操作平台和防护棚。

3.1.5焊接前，应采用钢丝刷、砂轮等工具清除待焊处表面的氧化皮、铁锈、油污等杂物，焊接坡口宜按现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661进行检查。

3.1.6焊接作业应按工艺评定的焊接工艺参数进行。

3.1.7当焊接作业环境温度低于0℃但不低于－10℃时，应将焊接接头和焊接表面各方向大于或等于2倍钢板厚度且不小于100mm范围内，加热到不低于20℃以上和规定的最低预热温度后方可施焊，且在焊接过程中均不应低于此温度。

（Ⅲ）定位焊

3.1.8定位焊焊缝的厚度不应小于3mm，不宜超过设计焊缝厚度的2/3且不超过8mm；长度宜不小于40mm和接头中较薄部件厚度的4倍；其间距宜为300mm~600mm。

3.1.9定位焊缝与正式焊缝应具有相同的焊接工艺和焊接质量要求。多道定位焊焊缝的端部应为阶梯状。采用钢衬垫的焊接接头，定位焊宜在接头坡口内进行；定位焊焊接时预热温度宜高于正式施焊预热温度20℃~50℃；

（Ⅳ）引弧板、引出板和衬垫

3.1.10当引弧板、引出板和衬垫板为钢材时，应选用屈服强度不大于被焊钢材标称强度的钢材，且焊接性相近。

3.1.11焊接接头的端部宜设置焊缝引弧板、引出板。焊条电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引出长度应大于25mm，埋弧焊缝引出长度应大于80mm。焊接完成并完全冷却后，可采用火焰切割、碳弧气刨或机械等方法除去引弧板、引出板，并修磨平整，严禁用锤击落。

3.1.12钢衬垫应与接头母材密贴连接，其间隙不应大于1.5mm，并与焊缝充分熔合。手工电弧焊和气体保护电弧焊时钢衬垫板厚度不应小于4mm；埋弧焊接时钢衬垫板厚度不应小于6mm；电渣焊时衬垫板厚度不应小于25mm。

（Ⅴ）预热和道间温度控制

3.1.13预热和道间温度控制宜采用电加热、火焰加热和红外线加热等加热方法，并采用专用的测温仪器测量。预热的加热区域应在焊接坡口两侧，宽度为焊件施焊处厚度的1.5倍以上，且不小于100mm。温度测量点，当为非封闭空间构件时宜在焊件受热面的背面离焊接坡口两侧不小于75mm处，当为封闭空间构件时宜在正面离焊接坡口两侧不小于100mm处。

3.1.14焊接接头的预热温度和道间温度应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661的规定；当工艺选用的预热温度低于上述最低要求时，应通过工艺评定试验确定。

（Ⅵ）焊接变形的控制

3.1.15采用的焊接工艺和焊接顺序应使构件的变形和收缩最小。根据构件焊缝的布置，可采用下列控制变形的焊接顺序：

1.对接接头、T形接头和十字接头，在构件放置条件允许或易于翻转的情况下，宜双面对称焊接；有对称截面的构件，宜对称于构件中性轴焊接；有对称连接杆件的节点，宜对称于节点轴线同时对称焊接；

2.非对称双面坡口焊缝，宜先焊深坡口侧、然后焊满浅坡口侧、最后完成深坡口侧焊缝。特厚板宜增加轮流对称焊接的循环次数；

3.长焊缝宜采用分段退焊法或多人对称焊接法；

4.宜采用跳焊法，避免构件局部热量集中。

3.1.16构件焊接时宜采用预留焊接收缩余量或预置反变形方法控制收缩和变形，收缩余量和反变形值宜通过预估计算或试验确定。

3.1.17构件装配焊接时应先焊收缩量较大的接头、后焊收缩量较小的接头，接头应在拘束较小的状态下焊接。

（Ⅶ）焊后消应力处理

3.1.18设计文件或合同文件对焊后消除应力有要求时，需经疲劳验算的结构中承受拉应力的对接接头或焊缝密集的节点或构件，宜采用电加热器局部退火和加热炉整体退火等方法进行消除应力处理；若仅为稳定结构尺寸，可采用振动法消除应力。

3.1.19焊后热处理应符合国家现行标准《碳钢、低合金钢焊接构件焊后热处理方法》JB/T6046的规定。当采用电加热器对焊接构件进行局部消除应力热处理时，应符合下列规定：

1.使用配有温度自动控制仪的加热设备，其加热、测温、控温性能应符合使用要求；

2.构件焊缝每侧面加热板（带）的宽度至少为钢板厚度的3倍，且不小于200mm；

3.加热板（带）以外构件两侧宜用保温材料覆盖。

3.1.20用锤击法消除中间焊层应力时，应使用圆头手锤或小型振动工具进行，不应对根部焊缝、盖面焊缝或焊缝坡口边缘的母材进行锤击。

3.1.21采用振动法消除应力时，振动时效工艺参数选择及技术要求应符合《焊接构件振动时效工艺参数选择及技术要求》JB/T10375的规定。

3.2焊接接头

（Ⅰ）全熔透和部分熔透焊接

3.2.1T型接头、十字接头、角接接头等要求全熔透的对接和角接组合焊缝，其加强角焊缝的焊脚尺寸不应小于t/4（图6.4.1a,b,c），设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似构件的腹板与上翼缘连接焊缝的焊脚尺寸为t/2，且不应大于10mm（图6.4.1d）。焊脚尺寸的允许偏差为0~4mm。

图6.4.1焊脚尺寸

3.2.2全熔透坡口焊缝对接接头的焊缝余高应符合下列规定：

注：设计要求焊缝表面打磨时，打磨方向应沿纹路和拉应力方向。

3.2.3全熔透双面坡口焊缝可采用不等厚的坡口深度，较浅坡口深度不应小于接头厚度的1/4。

3.2.4部分熔透焊接应保证设计文件要求的有效焊缝厚度。T形接头和角接接头中部分熔透坡口焊缝与角焊缝构成的组合焊缝，其加强角焊缝的焊脚尺寸为t/4（t为接头中最薄板厚），且不超过10mm。

（Ⅱ）角焊缝接头

3.2.5由角焊缝连接的部件应尽量密贴，根部间隙不宜超过2mm；当接头的根部间隙超过2mm时，角焊缝的焊脚尺寸应根据根部间隙值而增加，但最大不应超过5mm。

3.2.6当角焊缝的端部在构件上时，转角处宜连续包角焊，起弧和熄弧点距焊缝端部宜大于10.0mm；当角焊缝端部不设置引弧和引出板的连续焊缝，起落弧点距焊缝端部宜大于10.0mm，弧坑应填满，如图6.4.6。

图6.4.6起落弧点位置

3.2.7间断角焊缝每焊段的最小长度应不小于40mm，焊段之间的最大间距不应超过较薄焊件厚度的24倍，且不大于300mm。

（Ⅲ）塞焊与槽焊

3.2.8塞焊和槽焊可采用手工电弧焊、气体保护电弧焊及自保护电弧焊等焊接方法。平焊时，应分层熔敷焊接，每层熔渣冷却凝固并清除后方可重新焊接；立焊和仰焊时，每道焊缝焊完后，应待熔渣冷却并清除后方可施焊后续焊道。

3.2.9塞焊和槽焊的两块钢板接触面的装配间隙不得超过1.5mm。塞焊和槽焊焊接时禁止使用填充板材。

（Ⅳ）电渣焊

3.2.10电渣焊应采用专用的焊接设备，并采用熔化嘴和非熔化嘴方式进行焊接，电渣焊采用的衬垫可使用钢衬垫和水冷铜衬垫。

3.2.11箱型构件内隔板与面板T型接头的电渣焊焊接宜采取对称方式进行焊接。

3.2.12电渣焊衬垫板与母材的定位焊宜采用连续焊。

（Ⅴ）栓钉焊

3.2.13栓钉应采用专用焊接设备进行施焊。首次栓钉焊接时，应进行焊接工艺评定试验，确定焊接工艺参数。

3.2.14每班焊接作业前，宜至少试焊3个栓钉，检查合格后方可正式施焊。

3.2.15栓钉焊接宜考虑钢板厚度和磁偏吹对焊接质量的影响。

3.2.16当受条件限制而不能采用专用设备焊接时，栓钉可采用焊条电弧焊和气体保护电弧焊焊接，并按相应的工艺参数施焊，其焊缝尺寸应通过计算确定。

3.3焊接质量检验

3.3.1焊缝的尺寸偏差、外观质量和内部质量应按现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205和《钢结构焊接规范》GB50661的规定要求进行检验。

3.3.2栓钉焊焊后应进行弯曲试验抽查，栓钉弯曲30°后焊缝和热影响区不得有肉眼可见裂纹。

3.4焊接缺陷返修

3.4.1焊缝金属或母材的缺欠超过相应的质量验收标准时，可采用砂轮打磨、碳弧气刨、铲凿或机械等方法彻底清除。采用焊接修复前，应清洁修复区域的表面。

3.4.2焊缝缺陷返修应符合下列规定：

1.焊缝焊瘤、凸起或余高过大应采用砂轮或碳弧气刨清除过量的焊缝金属；

2.焊缝凹陷、弧坑、咬边或焊缝尺寸不足等缺陷应进行补焊；

3.焊缝未熔合、焊缝气孔或夹渣等应在完全清除缺陷后进行补焊；

4.焊缝或母材上裂纹应采用磁粉、渗透或其他无损检测方法确定裂纹的范围及深度，用砂轮打磨或碳弧气刨清除裂纹及其两端各50mm长的完好焊缝或母材，并用渗透或磁粉探伤方法确定裂纹完全清除后，再重新进行补焊。对于拘束度较大的焊接接头上裂纹的返修，碳弧气刨清除裂纹前，宜在裂纹两端钻止裂孔后再清除裂纹缺陷。焊接裂纹的返修，应通知专业焊接工程师对裂纹产生的原因进行调查和分析，制定专门的返修工艺方案后按工艺要求进行；

5.焊缝缺陷返修的预热温度应比相同条件下正常焊接的预热温度提高30~50℃，并采用低氢焊接方法和焊接材料进行焊接；

6.焊缝返修部位应连续焊成，若中断焊接时应采取后热、保温措施，防止产生裂纹；

7.焊缝同一部位的缺陷返修次数不宜超过二次。当超过两次时，返修前应先对焊接工艺进行工艺评定，评定合格后方可进行后续的返修焊接。返修后的焊接接头区域应增加磁粉或着色检查。

四、钢结构施工的质量控制

4.1钢结构建筑的基础通常都采用混凝土立柱，基础的混凝土丑钢筋、模板的施工与其他工程的施工方法相同而基础立柱中预埋的螺栓是更是质量控制的重中之重，每个螺栓及每组螺栓之间的高度间距的偏差，直接影响着工程的整体质量。具体如下：取钢柱底板大小的钢板三块(其中两块厚20mm，一块8～20mm均可)，2mm厚的两块铜板按照钢柱底板螺栓孔位置、大小开孔，将三块钢板组装在一起，把一组螺栓插入螺孔，用Φ14～Φ16的钢筋将螺栓焊接为一体，上下各一道并可以重复多次使用。螺栓间间距及高低必须在规定的偏差范围之内。在混凝土浇筑前，用经纬仪将螺栓组进行精确的定位.再用Φ14～Φ16的钢筋焊接在柱子的主筋上，固定螺栓钢筋端头顶正模板上，上下各一道，这样每组螺栓之间的间距、高低可以控制并不被损坏。做好施工交接。土建工程结束后.将螺栓组间的(轴线间距)、高低，每一个柱身浇筑的高度用经纬仪进行测量，验收后，组织相关安装人员进行验收，验收后要求钢结构安装人员进行复测。

4.2钢构件的加工现已实现工厂化的生产，钢构件的进场质量验收就显得至关重要，构件进场除了核查数量，并进行表面检查外，还需要检查以下资料：①钢材材质的检验单，②钢材的材质证明(复印件须盖生产单位公章，并且说明原件存放地)；③无损检测报告和探伤检测报告。在安装柱，梁时，主要检查柱底版下的垫铁是否稳定，柱是否垂直和位移，粱的垂直、平直、侧自弯曲、螺栓的拧紧程度以及摩擦面清理验收合格后，方可起吊施工。当钢结构安装完，并进行验收合格之后，要求施工单位将柱底板和基础顶面的空间用膨胀混凝土进行二次浇筑。

4.3钢结构工程螺栓的连接通常使用高强螺栓和普通螺栓这两种，普通螺栓连接，每个螺栓一端不能垫2个以上垫片，螺栓拧紧后外露螺纹不能少于2个螺距；高强螺栓使用前需要检查螺栓的合格证和复试单，安装过程中板叠接触面要平整，接触面必须大于75％边缘缝隙不能大干0.8mm，高强螺栓要自由穿入，不能用工具敲打和扩孔，不能强制穿入。高强螺栓不能作为临时螺栓，螺栓拧紧要注意按一个方向施拧，当天安装的要终拧完毕，并逐个严格检查，对欠拧、超拧的要及时补拧或更换。不合格的焊缝不得擅自处理，同一部位的焊缝返修次数不能超过2次。

4.4钢结构涂刷前，构件表面不能有异物，涂刷遍数和厚度应符合相关规定。在监理施工过程中，要求施工人员先固定钢窗一边的柱子，待钒窗完全固定并就位之后，再焊接另一边的立柱这样便可以保证钢窗与立柱之间不会有缝隙。压抑彩板进场后，要对其进行检查，并复核施工安装有关钢构件的安装精确度；清除檩条安装时的焊缝药皮和飞溅物，并涂刷防锈漆对钢构件进行防腐处理。安装彩板时，要按墙面的顺序进行排版，从墙面的一侧开始进行，再用螺钉固定，墙板接缝处要做好防水处理。

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