文/黃紅霞 上海風(fēng)語筑展示股份有限公司 上海 200000

近幾年來, 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展, 鋼結(jié)構(gòu)由于較混凝土結(jié)構(gòu)具有自重輕、施工周期短、整體剛度好、強(qiáng)度高等良好的性能, 在工業(yè)及民用建筑中的實(shí)際應(yīng)用越來越廣泛。然而鋼結(jié)構(gòu)帶來的許多實(shí)際問題也隨之產(chǎn)生，同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工單位技術(shù)人員也是一種挑戰(zhàn)。

1、工程概況

浙江省杭州市桐廬縣流云項(xiàng)目---青龍塢展演大廳為鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，屋面分為多塊區(qū)域且高度不一，斜屋面與平屋面交替連接，柱頂平均高度為6m，柱距寬度平均為10m，跨度為20m。設(shè)計(jì)時(shí)鋼屋架均采用普通焊接工字鋼梁與鋼柱剛接，局部按照平面井字型排布，工字鋼梁之間均剛性連接。設(shè)計(jì)中按最不利受力工況計(jì)算，最長鋼梁長度為15米，跨中擾度為27m（包含上人屋面荷載）。而設(shè)計(jì)人員在考察施工現(xiàn)場時(shí)發(fā)現(xiàn)，施工單位人員僅在安裝完工字鋼梁和次梁之后，跨中擾度變形就已經(jīng)達(dá)到30mm，如果再加載上人屋面荷載，鋼梁變形將大大超過設(shè)計(jì)要求，所以設(shè)計(jì)人員，馬上對(duì)其變形過大問題進(jìn)行原因分析和矯正控制，使其達(dá)到安裝范圍誤差內(nèi)，方可進(jìn)行下一部工序。

2、原因分析

鋼結(jié)構(gòu)施工中造成大跨度鋼梁擾度過大的原因很多，設(shè)計(jì)人員通過對(duì)施工現(xiàn)場的實(shí)際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致鋼梁變形異常原因如下：

2.1 施工過程中未做好設(shè)置臨時(shí)支撐等設(shè)施的搭建

臨時(shí)支柱不僅僅是大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的有效應(yīng)用的主要設(shè)施，也是實(shí)現(xiàn)基于結(jié)構(gòu)承載力為主的相應(yīng)的受力性能的有效分析，進(jìn)而將結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及相應(yīng)的臨時(shí)支承點(diǎn)問題進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)基于構(gòu)件完整性與安全性的有效分析。在鋼結(jié)構(gòu)未形成空間整體受力體系時(shí)，結(jié)構(gòu)在其平面外的穩(wěn)定性很差，若沒有設(shè)置臨時(shí)支撐設(shè)施，將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)平面外的整體傾覆和變形；或者平面內(nèi)由于鋼梁跨度過大，平面內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)過大變形?；谏鲜龇治?再結(jié)合本工程，可以發(fā)現(xiàn)：為了滿足建筑美觀和使用要求，對(duì)中間的主鋼梁梁高控制很嚴(yán)，但由于屋面結(jié)構(gòu)是花紋鋼板體系，按照規(guī)范要求，依舊不考慮其剛度對(duì)結(jié)構(gòu)梁的貢獻(xiàn)，選用焊接工字鋼HN350＊200＊10＊16可以通過結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算。鋼結(jié)構(gòu)主體施工時(shí)，應(yīng)設(shè)置可靠支撐來保證梁柱施工中的側(cè)向穩(wěn)定和安全性。待次結(jié)構(gòu)（槽鋼）焊接完畢后，屋面即可鋪設(shè)花紋鋼板，所有變形完成后，方可拆除臨時(shí)支撐。而施工單位項(xiàng)目人員對(duì)臨時(shí)支撐的重要性認(rèn)識(shí)不足，再加上趕工期及節(jié)約施工造價(jià)成本，現(xiàn)場未設(shè)置臨時(shí)支撐，直接吊裝主梁和鋼柱焊接連接而導(dǎo)致鋼梁變形過大。

2.2 施工工藝與施工順序錯(cuò)誤

本工程采用次梁（槽鋼）與主梁鉸接連接。由于次梁間距平均間隔400mm，圖紙上明確顯示：將次梁剛接的腹板與主鋼梁的側(cè)面加勁板采用螺栓連接，再焊接連接。但是現(xiàn)場施工單位隨意改變圖紙上的節(jié)點(diǎn)，將槽鋼在側(cè)面直接與主梁對(duì)焊，取消加勁板，這樣的做法會(huì)導(dǎo)致一根主鋼梁的焊接點(diǎn)太多太密，焊接應(yīng)力過大，肯定會(huì)導(dǎo)致鋼梁的焊接變形過大；再加上焊接時(shí)未考慮焊接施工順序，從主鋼梁的一端開始施焊，未按照規(guī)范要求應(yīng)該從中部向兩端對(duì)稱焊接以減少焊接溫度應(yīng)力的影響，也未等焊接自然冷卻之后再焊接下一根次梁等等施工工序，導(dǎo)致了主鋼梁的變形過大。

2.3 施工單位經(jīng)驗(yàn)不足

在現(xiàn)場施工過程中，設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)施工單位未將兩柱之間的主鋼梁未按照結(jié)構(gòu)圖紙的施工說明在鋼材加工廠進(jìn)行預(yù)先起拱。因?yàn)閷?duì)于較長的鋼梁往往會(huì)由于鋼材本身的自重就產(chǎn)生較大的變形；為了不影響結(jié)構(gòu)的正常使用和改善外觀使用條件，或者減少焊后彎曲的反變形，可將受力鋼梁預(yù)先起拱。所以，對(duì)于跨度較大而高度控制很嚴(yán)的主鋼梁，預(yù)先起拱是很有必要的。而本工程的施工技術(shù)人員施工管理經(jīng)驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)不足，再加上工廠預(yù)先起拱工藝麻煩，費(fèi)用很高，報(bào)價(jià)中未包含這一項(xiàng)費(fèi)用，所以私自取消此工藝，歸根到底就是他們意識(shí)不到這些設(shè)計(jì)意圖和這些措施的重要性，現(xiàn)場隨意性太大，也不跟設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通就自行取消很多重要措施，最終導(dǎo)致了主鋼梁的過大變形。

3、現(xiàn)場解決方案

設(shè)計(jì)人員分析出大跨度主鋼梁的過大變形之后，馬上對(duì)施工現(xiàn)場提出焊接補(bǔ)救措施，首先對(duì)焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)，經(jīng)過超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢測，以滿足設(shè)計(jì)和((鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范))的要求。但是鋼梁的過大擾度變形依然存在。即使將變形過大的鋼梁用千斤頂將其現(xiàn)場頂起來，待撤掉千斤頂后擾度變形依舊存在。無數(shù)案例已經(jīng)表明，鋼材的預(yù)先起拱，只有在工廠制作加工，效果才能達(dá)到?，F(xiàn)場其實(shí)很難實(shí)現(xiàn)預(yù)先起拱的預(yù)期效果。為了滿足后續(xù)屋面荷載加載后的規(guī)范要求，且考慮工期及施工費(fèi)用，增加鋼梁的剛度是解決現(xiàn)存問題最直接有效的方法?；诓黄茐脑Y(jié)構(gòu)的情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員與建筑師進(jìn)行溝通，建筑需要做出適當(dāng)?shù)淖尣剑瑢?duì)主鋼梁的截面進(jìn)行加高處理。加固方案出好后，現(xiàn)場施工一定要做好臨時(shí)支撐，等屋面鋼板鋪設(shè)焊接完畢后，所有變形都完成后，再拆除臨時(shí)支撐體系。這樣，能很好地控制跨中擾度，且減小鋼梁的受力，增加其穩(wěn)定性。

本工程鋼梁加固方案如下：采用梁下增加支撐變成鋼桁架，即將鋼梁當(dāng)作桁架的上弦桿件，增加下弦桿和腹桿，下弦桿和腹桿均選用熱軋無縫方管，選規(guī)格通過計(jì)算方可確定。且豎向桿件應(yīng)該布置在縱向鋼梁與該梁相交處的下端，在剪力較大的地方，在腹板兩端對(duì)稱設(shè)置加勁板。

具體現(xiàn)場施工方法如下：先將兩個(gè)鋼柱之間的變形過大的主鋼梁用千斤頂頂起來，頂平之后，再將腹桿和下弦桿焊接在主鋼梁上，焊接質(zhì)量必須滿足規(guī)范要求。此方法已經(jīng)成功運(yùn)用在此實(shí)際項(xiàng)目上，不但對(duì)整體建筑結(jié)構(gòu)的美觀沒有產(chǎn)生大的影響，而且變形過大的問題得到了很好的解決。

結(jié)論：

通過本工程可以看出：在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的過程中，構(gòu)件擾度變形過大的問題不可忽視,對(duì)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生很大影響。而影響鋼梁構(gòu)件擾度的因素很多，所以總結(jié)如下：設(shè)計(jì)中，對(duì)大跨度的鋼梁，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照規(guī)范對(duì)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)先起拱，以減少由恒活荷載帶來的擾度變形；在施工中，施工人員要注意除正常施工采取的一系列保證施工質(zhì)量的施工措施之外，應(yīng)對(duì)圖紙說明加強(qiáng)重視，未按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求施工，結(jié)構(gòu)整體受力將會(huì)發(fā)生根本性改變，后果極其嚴(yán)重；在鋼材加工中，盡量避免焊接缺陷，從材料，設(shè)備，工藝，結(jié)構(gòu)等方面采取有效措施避免在源頭發(fā)生質(zhì)量問題。

該加固方法針對(duì)本工程，采取了桁架加固的方法，該方法不僅造價(jià)低，效果極其顯著，是經(jīng)濟(jì)理想的加固方法。