钢结构“连接”建造施工技术应用

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摘 要：本文重点分析钢结构建造“连接”施工技术在实际建造工程中的应用，供同行借鉴。

关键词：钢结构；连接；施工技术；制作工艺

1.钢结构的优势

钢结构的优势有：自重轻，便于运输和安装，可跨越度大，用钢结构建造的承载结构重量相对较轻，钢材的塑性和韧性好，对动力荷载的适应性较强；钢结构现场连接方式多样，安装施工周期短；对土地资源破坏小，产生的固体垃圾总量小，废钢资源回收价值高；综合造价低；钢结构易于工厂制作，便于机械制造，集约化生产，精度高，安装特性好，在更换和维修方面有更多便利。

2.钢结构一般性连接建造技术

2.1 预埋螺栓处理

一般轻钢厂房结构柱脚与钢筋混凝上基础连接采用埋入式刚性柱脚螺栓，即俗称的预埋螺栓。预埋螺栓是基础与钢结构的连接关键点，由于土建施工控制精度与钢结构制造精度的差异，是比较容易出现安装问题的。土建施工的控制精度是公分级（10毫米级），而钢结构建造施工精度是毫米级，其中的矛盾是显而易见。

2.2 类似预装处理－预装配钻

在大型港机设备结构建造中，箱形梁的连接有两种连接方式，一种是法兰连接，另外一种是高强度摩擦副螺栓连接板连接形式；对于法兰连接，其连接面的接触面积和高强度抗拉螺栓的要求较高，需要对连接面在焊接完成后进行机加工，成本较高，制作控制难度大；对于连接板连接形式，由于摩擦副螺栓的发展，使用越来越广泛，其制作难点就在于螺栓孔位精度的控制，预装配钻是工厂比较容易实现的加工方式。

2.3 端头连接专用加工装备

在轻钢结构和型钢结构建造中，另一个建造技术也是主要依靠设备的精度加工技术就是作为型钢的端部连接螺栓加工机床技术。

3.钢结构先进连接建造技术

3.1 类似预装处理－虚拟预装

另外一种类似的预装，可以称为虚拟预装，是随着电脑技术的发展而在结构建造中的应用，主要是使用电脑软件对结构进行相关的建模处理，经过处理后形成电脑三维结构虚拟实体的空间结构动态图像，可以从各个方向和角度进行结构的尺寸和配合连接等部分的检查，这对结构建造的空间连接设计可以作细致和便利的核查与检视。

在目前流行的钢结构软件，如AutoCAD、X-Steel等都能够做到一定程度的三维实体检查，这主要是从设计角度出发进行的检查思路；而从建造实体的尺寸测量检查的角度出发并与设计建模进行电脑处理的吻合性检查，则目前只有日本在桥梁结构方面有工厂化成功的应用，也是目前日本钢结构桥梁工厂

日本横河桥梁工厂的CATS系统可以确保上述的第一和第二项。第三和第四项则需要在没有实际的预装构件时对制作图的核查所确保。

三维测量系统主要用来测量桥梁结构的构造和结构件尺寸。该系统是基于立体透视方法采用CCD摄像头来开发的。对于长大构件该系统利用4个CCD摄像头应用图象测量理论如图36所示来进行测量的。类似于主梁的长大构件和弦杆件通过载荷台车直线传送到CCD摄像头的摄像范围并同时进行测量。然后行进距离探测器测量出每个构件的直线行进距离。

依赖于台车轨道的垂直和水平位移的测量是通过激光光学系统进行的。

最后，通过联接各个CCD摄像头和其他测量仪器的数据得到构件的整体构造数据。

测点是上下盖板翼缘的联接螺栓孔，图一显示有关的测标设置情况。测标的圆形中心是CCD摄像头的测量目标。

这种电子摄像CCD检测技术在重要的地形监测和建筑物检查控制上也有良好的应用实例，可以对大范围的通过一般性测量手段难以做到的测量提供了更加便利的自动化测量手段和适用于满足超长时间检测的要求。

3.2 大规模螺栓连接的建造工艺－原材料连接孔加工

对于杆件连接的建造处理，可以通过电脑建模虚拟预装处理来进行连接部分的检查，在实际建造施工中通过实物预装来保证设计要求的实现，但是超过了实际设备加工精度及范围能力的大规模螺栓连接如全尺寸箱型梁的钢结构桥梁等的连接建造则不是单一技术手段能够做到的。

所谓大规模是指螺栓连接的宽度超过板材原材料的生产长度，单一连接处的螺栓数量以成百上千计算，这样的螺栓孔位的加工以传统的钻孔方式不仅功效低下，而且由于钻孔导致的板材变形引致的结构平面精度处理更加困难。

4. 制作现场机加工处理工艺与装备

4.1 高层建筑端口机加工处理

在重型结构建造，特别是钢结构摩天大楼建造中，已经不单纯使用螺栓连接和铆接，越来越多的应用焊接结构，由于重型结构，其板厚和结构尺寸也日益加大，工厂单件加工后运到安装现场进行装配的要求也非常之严格，结构的连接的偏差必须通过工厂的机加工处理来保证整体建筑结构的尺寸精度以达致整栋建筑的尺寸控制要求。

4.2 连接轴孔的机加工处理

钢结构设备类会有较多的运动部件，而这些运动是通过结构上的运动销轴和销轴耳板或者其他旋转机构实现的，这些连接结构的建造精度与设备的功能实现有密切的关系。

相比较而言，这样类似的一维方向和通常较大间距的加工，以设备加工的角度一般是可以实现的，相对难度比较低，所不同的是选择设备的类型或测量控制的巧妙与检测计划的完备性。

在岸边式集装箱装卸桥的建造中，借鉴造船行业中的镗排技术，使用现场焊接固定的可调芯镗排结构与专业设计的开式传动系统组合，对变幅机构的连接销轴孔位的加工以较低的设备成本取得较好的加工效果。在世界最大的渤海二期的固定式轭式系泊系统上部结构的建造中，对变幅连接销轴耳支撑结构的加工都取得了成功。

5. 焊接连接及相关焊接装备及工艺

5.1 建筑预装及安装现场连接焊接

对于桥梁箱型结构来说，较长的平面焊缝居多，因此大规模使用1G的SAW埋弧自动焊是比较好的选择，在焊接工艺和辅助措施如陶瓷垫板等使用、根据坡口型式留出合适的焊接收缩量是重点控制措施；对于侧面的焊缝如3G或4G的位置，则可以采用带有齿条齿轮轨道的半自动小车来实现气体保护药芯焊，其工效和变形控制效果不错。

在较宽幅的工作面上减少人工焊接工作量，对质量控制和现场管理都有益处；但是埋弧自动焊在板厚方面的焊接收缩影响应予以考虑。

5.2 长细比过大的材料控制

对于板接长的焊接收缩变形，工厂建造必须考虑适当的二次切割余量，包括端部及宽度方向，而这必须在工艺之初就必须予以确定；

对于管件接长结构，一般只有长度方向的材料余量建议，而横向尺寸则必须依靠变形控制保证轴线的加工与设计要求的一致性。

箱型结构的横向变形控制需要在连接的焊接位置预留一定的待焊焊缝长度，以保证接口过渡和尺寸调节，并符合国际有关标准规范的要求和专业制造规格书的要求。

5.3 相关焊接工艺装备

在焊接工效提高上，自动焊是普遍有效的手段，包括埋弧单丝自动焊、埋弧双丝自动焊装备的应用；对于打底焊接，除了争议比较大的气体保护焊打底之外，STT的气体保护自动打底焊接也在有应用，但是试验的争议始终存在；工效不高但可靠的手把焊接打底这是普遍认同和接受的，试验也证明。

以现场建造的需求看，半自动小车的焊接方式使用和类似于陶瓷背垫板的应用，对建造质量和工效提高，甚至对工艺的规范化，提高整个建造控制水平都是极有帮助的，需要予以重视。

6. 结束语

对比国内外的钢结构建造，国内企业应侧重于某一点的工艺或某一关键装备的改善，单一工序的关注较多，制造流程的整体改善考虑不足；对于钢结构建造的项目管理而言，各个部分（不论是结构还是建造工艺）的连接与完善则是非常重要的控制节点，尤其是跨结构、跨部门甚至跨行业的连接部分更为重要，整个建造可能就会因为这些连接问题而成功或失败，因此对“连接”的结构建造控制概念必须树立。