实例分析：重型钢结构厂房制作与施工

 一、结构介绍

重型钢结构厂房多为框架或排架结构，设有一台或多台有重型吊车，在厂房内一般布置一层或多层钢结构平台，钢结构材料大多数为宽翼缘H型钢，安装方式多为高强螺栓连接，因此焊接H型钢的构件制作工艺与高强螺栓安装的质量控制是厂房结构质量的关键，下面以某汽轮机厂房为例，对上述两要点进行阐明。
该汽轮机厂房屋面为单坡网架结构，网架坡底底层标高为26.20 m，坡底球支座标高为28.54m，坡顶球支座标高为32.04m；跨度为39m，柱距为10m，地下室底板顶标高为-10.50m运转层标高为+8.3m，除氧层标高为+13.30m；在+8.25 米层，+13.25米层+29.4米层等均布置有H型钢，材质为Q235B，分别为HE700B、HE600A、HE500A等作为平台梁，上铺格栅板或花纹钢板。工程量约为888吨。
汽机房内设两台85吨和20吨桥式起重机。其轨道顶标高21.60 m。汽机房外墙面为灰白色压型钢板，配灰蓝色压型钢板色带。

二、焊接H型钢的制作工艺

本工程设计采用轧制H型钢，型号为HE600A、HE700B、HE700A、HE500A。但因市场上采购不到设计要求的轧制H型钢，通过设计变更认可，采用焊接H型钢。
1、 制作工艺方案确定
焊接H型钢制作采用H型钢生产自动流水线，焊接方式采用埋弧焊。
焊接工程师根据施工图中所有焊接接头型式，母材材质、厚度、焊接位置，结合所采用焊接方法，进行综合考虑，按相关焊接工艺评定标准规定，在焊接前进行严格周密的焊接工艺评定试验，将评定报告中的焊接参数作为施焊的指导性文件。
焊工须参加相应资格的焊工考试，合格后方可进行相应资格的焊接作业。所有参加焊接的焊工必须按照相应的焊接工艺规程的规定进行操作。
2、原材料矫正
钢材在存放、运输、吊装等过程中不当会引起变形，影响到号料的准确性，所以号料前应将变形材料进行矫正。主要采用机械矫正的方法，如型钢调直机、压力机等设备进行矫正。
3、下料
根据图纸尺寸进行钢板排版，排版时预留焊接收缩余量和加工余量，余量为25～30mm；采用数控多头直条切割机进行切割，切割前，检查气源是否充足，割嘴是否畅通；切割过程中，观察火焰是否正常；切割完毕，清除构件表面的毛刺、飞溅、熔渣，并打磨光滑，构件按编码整齐摆放。
对于不够长度的板料，横向拼焊完毕后，再进行纵向切割。
4、切割后的矫正
对于翼缘板和腹板经过数控下料后产生的变形，采用火焰矫正的方法进行矫正。其主要变形为侧弯，采用直线和三角形法进行火焰矫正。
5、组装
采用H型钢自动组对机进行组装，组装前，采用磨光机将焊接区进行除锈打磨；再将下翼缘吊入组装机平台，然后将腹板吊入组装机平台，操纵自动夹紧装置，使腹板与翼缘中线同步前进，自动点焊，最后，将构件翻身，把上翼缘吊装就位，自动组装。
组装完毕经检验合格后，才能进行焊接。
6、焊接
焊接前检查埋弧焊设备是否正常；焊剂、焊丝是否充足；焊接过程中及时观察焊接运行情况；焊缝焊接完毕后，及时清理焊缝表面缺陷，自检合格后在指定位置用钢印标识焊工号,交专职检验人员,进行目视检查。
7、焊后矫正
检查钢梁表面状况，清除一切杂物。采用型钢矫直机进行矫正时，观察矫正变形是否正常，每次矫正完毕，测量变形量，确定下次矫正量，直至矫正合格。
8、连接板和加劲板的焊接
焊接前进行焊接区的清理，检查组对间隙是否符合标准；焊接加劲板时，由2名焊工从构件中间向两端进行对称施焊。
焊接时先进行腹板焊缝的打底焊，后进行翼缘板焊缝的打底焊；在一侧焊缝的打底焊结束后翻身，进行另一侧加劲板焊缝的打底、盖面；再次翻身进行焊缝的盖面，以减少焊缝收缩和弯曲。
端头板和加劲板、连接板的打底、填充和盖面穿插进行，以减少构件的翻身次数。
9、焊后矫正
平台梁的端头板和加劲板、连接板的焊接变形主要是弯曲和角变形，焊接过程中主要通过合理的焊接顺序和焊接参数来减少焊接变形。但因端头板焊缝为单侧，存在角变形。
对于超差的弯曲变形，采用500t压力机进行矫正；对于超差的角变形，采用氧乙炔火焰进行矫正。
10、涂装
按设计要求钢结构件表面底漆为：底漆：X06-1磷化底漆，两道178环氧底漆；中间漆：两道CH201高防腐涂料；面漆：两道有色醇酸面漆。
采用喷砂除锈方法，在喷砂后4小时之内必须涂装，环境温度宜在5?38℃之间，相对湿度不大于85%，并符合涂料产品说明书的要求。
对于现场安装焊缝处留出30?50mm暂不涂装，螺栓孔周围50mm不涂装，高强螺栓连接的摩擦面不涂装；不涂装部位用胶带覆盖，胶带覆盖须牢固
每道油漆涂装后，构件表面涂层应均匀、附着良好，并达到设计及规范的要求。采用漆膜测厚仪，检测漆膜厚度。
油漆涂装合格后，采用记号笔进行标识移植。
施工环境要求：施工过程中，环境温度宜高于3℃以上，雨天、构件表面有结露或空气湿度超过85%时不宜在室外施工。对未成膜的涂层，雨天进行遮盖保护。

11、防火涂料施工

对构件所需保护部位采用防火涂料涂刷方式，钢结构表面防火涂料施工应严格遵守GB14907-94《钢结构防火涂料通用技术条件》及其它相关的技术规范、标准。
施工前必须对已进行过喷砂除锈处理并涂刷过防锈底漆的钢结构表面进行除尘、去污等处理。方法可采用手工清理和钢刷清理的方式。除尘处理合格后进行防火涂料的涂刷工作。
正式施工前，对各种涂料需进行小样制作，严格按照GB14907-94《钢结构防火涂料通用技术条件》要求检测，小样合格，制定出防火涂料施工工艺。
为使防火涂料施工达到良好的附着力，第一遍应薄薄涂刷，以覆盖基材的70%以上，间隔24小时涂刷第二遍，涂刷厚度不超过300μm，以后每24小时涂刷一遍，最后防火涂料干膜厚度应达到钢梁耐火极限1h。
施工后涂层要求：施工后的涂层应符合GB14907-94《钢结构防火涂料通用技术条件》的要求。防火涂料施工后涂层厚度80%及以上面积应符合有关耐火极限的设计要求，且最薄处厚度不应低于设计要求的85%。薄涂型防火涂料涂层表面裂纹宽度不应大于0.5mm，厚涂型防火涂料涂层表面裂纹宽度不应大于1mm。防火涂料不应有误涂、漏涂，涂层应闭合无脱层、空鼓、明显凹陷、粉化散和浮浆等外观缺陷。

三、高强螺栓施工安装

1、安装前准备
提供土建验收报告，对预埋件进行验收、复查，合格后办理交接验收。
进入安装现场的钢结构构件应是合格的产品。构件进场后应进行验收，对构件进行复查，钢构件复查的项目主要是与安装施工质量有直接关系的数据，如外形几何尺寸、螺栓孔大小和间距、节点摩擦面、构件数量规格等，复查时对关键构件进行100%的检查，其它构件进行20～30%的抽检，复查时应做好全部的复检记录。对于由于倒运造成的构件变形，在施工现场要加以矫正。
安装施工现场的钢结构构件堆放场地必须便于安装、按施工平面布置图堆放。钢结构构件堆放场地必须预留出构件运输通道、地面起重机行走路线等。构件摆放必须整齐，构件标识必须外露，便于核对、检查和施工。
2、构件吊装
在钢梁安装施工前认真检查钢梁安装的连接尺寸，在所有安装连接尺寸符合安装要求后，利用汽车吊进行钢平台的吊装就位工作。
钢梁就位时，为便于控制方向，起吊前应在钢梁两端系两根揽风绳，钢梁在起吊后就位前靠近就位点时，速度应缓慢，以免钢梁撞击到柱子上。在第一榀钢梁吊装就位后用φ12钢丝绳作缆风绳作校正临时固定，开始第二榀钢梁吊装就位。
在钢梁安装调整、固定完毕、整体结构尺寸稳定后，进行总体一次性校正。
3、高强螺栓的存放
高强螺栓进场后，对制造厂提交的产品按紧固件验收规则、包装与标记的规定进行验收。高强螺栓应存放在防潮、防雨、防尘的库房里，并按型号、规格分类存放。安装现场领取时，要按当天使用部位领取相应规格和数量的螺栓，严禁现场随意堆放，以防扭矩系数发生变化。
4、高强螺栓复验
在高强螺栓安装前必须对高强螺栓的扭矩系数进行复验，其平均值和变动系数应符合《钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程》的要求。
高强螺栓连接的摩擦面处理必须满足设计及《钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程》的要求。处理好的摩擦面必须保持干燥、整洁。在安装前需进行做加工厂提供的摩擦系数试件的复试工作。
5、高强螺栓安装作业顺序
高强螺栓安装严格按照以下流程进行：
摩擦面处理→摩擦面抗滑移系数试验→部件组装→检查螺栓孔的同心度→确定施拧顺序→装入螺栓→初拧螺栓→终拧螺栓→扭矩检查→防腐保护
5.1摩擦面处理
用喷丸除锈法对磨擦表面进行喷丸处理，或者喷丸后生赤锈。连接板采用喷丸处理，使其表面粗糙度达到设计要求。
5.2摩擦面抗滑移系数试验
安装之前应依照相关标准按批做抗滑移系数试验，最小值应符合设计要求。
5.3部件组装
在组装之前，待连接表面必须进行清理，除去浮锈、油渍、油漆或其它污染物。高强螺栓连接的板接触面应平整，并应保持摩擦面干燥、整洁。如部件比较潮湿，应先进行干燥，并用柔软的钢丝刷除掉表面浮锈。
高强螺栓安装前先用临时普通螺栓和手动扳手将两连接板摩擦面贴合，临时螺栓数量不得少于高强螺栓总数量的1/3，但最少不得少于2个。施工时严禁用高强螺栓代替临时螺栓，以防损伤螺纹，引起扭矩系数的变化。
在节点全部处理好后进行高强螺栓的安装，高强螺栓穿入方向要求一致。安装时严禁强行穿入螺栓，如螺栓不能穿入螺孔时应用绞刀对螺孔进行修整，在用绞刀进行修整螺孔前应将其四周的螺栓全部拧紧，并在连接板紧密贴合后进行。
先用手动板手进行初拧，初拧轴力一般为标准轴力的60％～80％但不得小于标准轴力的30％。初拧结束后用扭矩扳手进行终拧。并应在当天终拧完毕。
5.4初拧螺栓
所用的扭力扳手必须经过标定且合格，才能用于高强螺栓的紧固。通过拧紧螺母进行紧固。
为了使紧固工作毫无干扰地有序进行，且使螺栓的应力正确均匀地分布，施拧必按一定的顺序进行。宜由螺栓群中央顺序向外拧紧，并应在当天终拧完毕。
调整扳手扭矩值至终拧扭矩的70%。（当采用液压扭力扳手时为相应的压力值）
紧固螺栓至初始扭矩值。初拧后的高强度螺栓应作上标记。
5.5 终拧螺栓
将扭力扳手调至规定的扭矩值（当采用液压扭力扳手时为相应的压力值），紧固螺母至最终扭矩。
终拧后的高强度螺栓应清除初拧标记,并在螺母上作上终拧标记。
5.6扭矩检查
在待检查的螺母和螺栓头上做好标记，然后将扭力扳手调至平均检查扭矩。在螺帽最终拧紧状态下，以平均检查扭矩继续拧紧螺母。
检查结果的评定标准：在施加了平均检查扭矩后，螺母被继续旋转的角度应大于50，对于10.9级螺栓不超过+12°。
如果螺母在检查时超过+12°，应调整扭力扳手至最终扭矩继续拧紧达到最终扭矩值。如果螺母在检查时小于5°，则螺栓应更换。在“螺栓检查表”中填写检查记录。
5.7 防腐保护：在高强度螺栓拧紧检查验收合格后，连接处板缝应及时用中性密封材料封闭。在包括螺栓头、垫圈和螺帽在内的整个接头上要涂刷和构件防腐一样的油漆。

四、结束语

焊后对焊接H型钢的全熔透焊缝经100%超声波检查，未发现焊接裂纹、三维缺陷（气孔、夹渣），一次合格率达95%以上，修补后合格率100%，外形几何尺寸也达到图纸设计要求。
连接节点的高强螺栓一次验收合格，吊车梁及钢平台在试运行中稳定可靠，该工程顺利通过监理、业主验收，表明所采用的焊接工艺及高强螺栓安装的质量控制是合适的。