钢框架偏心支撑结构安装工艺研究

庞根想

框架结构在工业和民用建筑领域应用十分广泛。中心支撑框架是最常用的框架结构形式，但是此结构属于单一抗侧力体系，梁柱的抗侧力刚度较小，一旦发生地震可能会使其产生较大的侧向位移，导致结构损坏。而偏心支撑框架具有良好的抗震性能，其利用支撑与梁间的耗能梁段进行耗能，能够有效避免支撑位置过早发生屈曲[1-3]。由于其结构较为复杂，安装难度较大，导致安装过程中的注意事项较多。因此，为了确保结构的正确安装和有效应用，需要深入分析其安装工艺。

1 工程概况

某建筑产业现代化园区4#楼总建筑面积为16000 m2，包括A、B 和C 栋楼。其中，A 栋楼采用钢筋混凝土装配整体式框架钢支撑结构体系；B 栋楼采用钢框架偏心支撑结构体系；C 栋楼采用钢框架结构体系。这3 栋楼除了电梯井道周边的墙体，其他内墙均采用蒸压轻质混凝土（Autoclaved Lightweight Concrete，ALC）板。

ALC 板的厚度为150 ～300 mm，强度等级为A5.0，密度级别为B06，抗冲击性应不少于5 次，单点吊挂力应不小于1000 N，导热系数不大于0.14 W/（m·K），含水率为25%。

B 栋楼地上9 层、地下1 层，主体结构标高为38.88 m，机房层结构标高为42.18 m，东西方向跨距为29.4 m，南北方向的跨距为42.0 m。主体框架由30 根箱型柱和钢梁组成，钢梁的最大跨度为8.4 m，最大安装高度为42.18 m。楼面采用钢管桁架+PK预应力混凝土叠合板（以下简称PK板），抗震等级为三级，混凝土等级为C30。钢结构材质均为Q355B。

2 钢框架偏心支撑结构的安装流程

框架偏心支撑结构安装流程，如图1 所示。施工准备阶段的工作内容包括技术交底、准备施工机具与材料以及明确施工程序、施工方法和质量标准等。

图1 框架偏心支撑结构安装流程（来源：网络）

在材料和基础验收阶段，要严格把控钢材料和焊接材料的质量，仔细复核基础和预埋件的位置。钢柱、钢梁等构件的预制包括原材料验收、存放、放样、下料、制孔、焊接、组装、焊接与再矫正以及防锈涂漆等诸多工序。钢结构安装阶段的工作内容主要包括安装箱型柱、安装钢梁以及对应的焊接工作。

PK 板及其附件安装包括运输、存放和吊装墙板、清理工作面、放线、安装固定件、检查校正、安装及固定条板、防锈处理以及修补缺损等工序。在安装过程中，影响安装质量的关键因素为钢柱和钢梁等钢构件的预制生产、钢结构和钢梁的安装以及PK 板的安装[4]。

3 钢框架安装工艺

3.1 钢构件预制生产

钢构件预制生产流程：生产准备—材料进场及试验—原材料矫正—放样—下料—拼接组件—检验—制孔—除锈和刷漆，如图2所示。在钢构件制作过程中，最重要的环节是组件拼接，此环节包括焊接、组立组装和焊接与矫正3 个步骤。

图2 钢构件预制生产流程（来源：作者自绘）

3.1.1 焊接

在焊接过程中，要注意焊接部位的焊缝类型。钢柱、钢梁和支撑对接接头部位的焊缝应为全焊透一类焊缝，翼缘与腹板之间的焊缝应为全焊透二类焊缝。悬挑梁根部和翼缘、腹板与支座或预埋件的焊缝均为全焊透对接与角接组合焊缝。

钢梁加劲肋与翼缘和腹板的焊缝应为部分焊透的对接与角接组合焊缝或角焊缝，箱型柱壁板之间的焊缝应为部分焊透焊缝。角焊缝采用磁粉探伤检测，检测比例为10%。其他焊缝采用超声波检测，全焊透一类焊缝的检测比例为100%，全焊透二类焊缝、部分焊透焊缝和交接组合焊缝的检测比例均为20%。

在进行板材定位焊接时，焊接电流应比正常电流高10%～15%，以便减少夹渣量。当钢板厚度超过12 mm时，焊缝长度应控制在1.5 ～3.0 cm，间距应控制在20 ～30 cm，高度应约为6 mm。定位焊完成后，需要核对焊缝长度和位置等，核对无误后使用自动埋弧焊机进行正式焊接。

为了防止焊接位置变形，应按照“先主焊缝、后次焊缝，先对称焊缝、后非对称焊缝”的顺序进行焊接。当构件尺寸较大时，应采取分层、分段或间断焊的焊接方式，并保持焊接的电流、速度和方向一致。对于变形较大的构件，可以采用火焰法进行矫正，对于局部变形的构件，可以用火焰加热其外鼓部位加以矫正。

3.1.2 组立组装

钢构件的组装定位采用断续焊的方式，焊接长度应控制在3 ～5 cm，且不应大于设计焊缝的2/3。焊缝间距保持一致，确保焊接部位的强度和刚度。组装定位完成后，检查间隙错位、垂直度、角度及平行度等指标，确认指标合格后可进行正式组装和焊接。

3.1.3 焊接与再矫正

组立组装完成后，应使用门式埋弧焊机来焊接H 型钢，焊条应选择低氢钾型焊条，严禁使用药皮脱落、污损、变质、吸湿、结块和生锈的焊条。焊接时应根据钢板的规格、尺寸和工艺要求，确定焊丝、电流、电压和焊接速度。焊接完成后，应对因受热不均匀导致的变形部位进行矫正。

3.2 钢结构安装

3.2.1 箱型柱安装

首先，采用人工抬升辅助就位的方式将钢柱移动至合适位置，并使用单机旋转法将其吊运至拼接短柱上方。其次，将钢柱对准短柱中心线进行安装，在垂直度和标高达到要求后，用高强度螺栓对其进行临时固定，并复核各项参数，参数无误后解除吊装绳索。最后，由2 名焊工以对称焊接的方式，从中心向两端匀速焊接。熔池中铁水与熔渣的距离应保持一致，以2 ～3 mm 为宜。

对于板厚超过20 mm 的碳钢和板厚超过25 mm 的低合金钢，焊接前需要对其进行预热处理，处理范围以焊缝中心为基准，每边不应小于焊件厚度的2 倍，且不应小于10 cm。角焊缝的起落弧点应位于焊缝端部，且不应小于10 mm。对接焊缝和对接与角接组合焊缝，应在焊缝两端设置引弧板和引出板，焊接时必须在引弧板上引弧后，再将电弧移动至焊缝区进行焊接。

若需要中途接头，则应在焊缝接头前15 ～20 mm 处打火引弧，焊件预热后将焊条退回焊缝起始处，把熔池填充至要求厚度后方可施焊。立焊、横焊和仰焊的焊接电流应比平焊低10%～15%。

箱型柱柱脚底座中心线与定位轴线的偏移和同层构件顶部高度的偏差，应控制在5 mm 以内。单层钢构件的垂直度偏差应控制在H/1000 以内，且不应大于10 mm，多层和高层主体结构钢构件的整体垂直度偏差应控制在H/2500 以内，且不应大于30 mm（H为钢构件高度）。钢柱吊装和校正完成3 d 内，应对柱底板和基础进行灌浆处理，灌浆料采用C40 混凝土[5]。

3.2.2 钢梁安装

箱型柱安装完成后，应及时安装钢横梁，以保证结构的稳定性。钢梁扶正采用两点翻身起板法，并由施工人员使用短钢管和方木进行辅助。钢梁吊装前，应进行多次试吊。将钢梁提升并旋转至设计位置后，应该增加4根缆风绳和若干扭剪型高强度螺栓，用于临时固定安装节点。板的螺栓拧紧应从中心向四周依次进行。H 型钢节点的螺栓拧紧顺序为上翼缘—下翼缘—腹板，同一梁柱的拧紧顺序为先上梁柱后下梁柱。由于本工程节点处的高强度螺栓数量较多，在安装时应用螺栓暂时固定钢梁。钢梁安装完成后，依次焊接节点。钢梁安装示意图，如图3 所示。

图3 钢梁安装示意（来源：网络）

3.2.3 钢结构涂装

在钢结构涂装过程中，需注意施工环境，环境温度应处于10 ～30 ℃，相对湿度不应高于80%。涂装前，需要对钢结构表面进行除锈，除锈标准为Sa2.5，并在除锈完成后12 h内喷涂底漆。底漆用二度防锈漆。本工程钢结构的耐火等级为二级，梁、板及柱的耐火极限分别为1.5 、1.0 和2.5 h，因此要在钢结构表面涂刷防火涂料。涂刷防火涂料时，高强度螺栓连接部位的涂料厚度不应小于相邻构件的涂料厚度。

3.3 PK板安装施工

PK 板案安装施工流程如下：

1）叠合板进场与堆放。堆放材料的时候，应该在钢管桁架下方设置20 cm×10 cm×10 cm 的垫木。PK 板的堆放层数不应超过6 层，若堆放场地的地质条件较差，则堆放层数不应超过4 层，并且放置时间不应超过60 d[6-10]。

2）设置底板支撑。在底板的两端0.5 m 处各设置1 道支撑，当PK 板跨度为2.1 ～3.3 m 时，无须在中间设置固定支撑；当跨度为3.3 ～4.8 m 时，需要在中间设置1 道固定支撑；当跨度为4.8 ～6.6 m 时，需要在中间设置2道固定支撑；当跨度为6.6～9.0 m时，需在中间设置3 道固定支撑。固定支撑的间距应保持一致。

3）吊装。吊装时，应以PK 板上标识的吊点为起吊点，并保持吊索与PK 板之间的水平夹角不小于60°。当吊点数量超过4 个时，应该采用专用的吊具进行吊装，以保证吊点受力均匀。

4）设置楼板预留孔洞。PK 板材的预留孔位置应避开桁架和预应力钢筋，直径或边长不应超过12 cm。若必须预留尺寸较大的预留孔，则需要在孔洞周围增设加强筋。

5）板间防漏浆封堵。通过预制底板顶面的横向钢筋连接PK 板，并在板材拼缝处依次施工1 cm厚抹平腻子、1 道耐碱网格布以及1 道2 ～3 cm 厚的腻子。

6）布置钢筋和管线。叠合层浇筑前，应按照要求布置钢筋和管线，待检查合格后方可浇筑混凝土。

7）浇筑叠合层混凝土。浇筑过程中应避免出现材料集中堆载的现象。浇筑时，浇筑层荷载与施工荷载之和不应大于1.5 kN/m2。浇筑完成后，混凝土的养护时间不应低于7 d。

8）拆除板间支撑。在混凝土100%达到设计强度后，方可拆除支撑。PK 板的安装工艺流程，如图4 所示。

图4 PK 板安装工艺流程（来源：作者自绘）

4 结语

钢框架+预应力混凝土钢管桁架叠合板的装配式结构具有质量轻、施工进度快、造价低和抗裂性好的优势，其经济和社会效益明显。本文以框架-偏心支撑结构的施工工艺为研究对象，详细阐述了钢框架安装工艺和PK 板安装工艺，并提出了安装过程中的注意事项，以期为配式建筑的施工提供借鉴。