钢结构以其自重轻、强度高、环境污染较小,被人们冠以“绿色建筑”的美名;又因其材料回收效率高、循环使用便捷,又被人们称为“可持续发展建筑”。
在国内,钢结构的发展也越来越迅速。以往建筑结构,如钢筋混凝土结构,暴露出资源消耗多、空气和水污染重、废弃物较多等严重问题,促使行业的眼光投向钢结构这一新型建筑材料;我国产钢能力的强大有目共睹,加上这两年政策的大力倡导也极大的推动了钢结构建筑业的兴起。轻型钢结构别墅、高层钢结构建筑、以及大跨度钢结构已经越来越多的进入人们的视野。
然而,我们应该更加注重因钢结构建筑业发展过快所带来的安全控制不足、质量把握不当等问题。“万丈高楼平地起”告诉我们首先得从基础做好。地脚螺栓的预埋作为钢结构项目的起点,也是整个结构工程的基础,它的安装与预埋精度直接承载着整个工程的安全和质量问题,所以应该给予高度的重视。本文通过工程实例中是如何控制好高层钢结构地脚螺栓埋设精度,来突出和强调“安全第一,质量至上”这一前提准则。
1 工程概况
东湖春树里普提金国际金融中心钢结构项目,地下2层,地上56层,总高246米。此项目包括24根直径1500mm、壁厚30mm的圆钢管柱以及横向连接钢梁,其地脚螺栓是由16根直径50mm,长度1500mm的锚栓经钢环板固定焊接而成的螺栓套件。
2 施工要点
2.1 螺栓套件的加工与制作
1. 钢环板和螺栓的制作:
A. 选用10mm厚度普通Q235低碳素钢板,按施工图上面的尺寸,制作出外径为1850mm,内径为1550mm的圆管板。制作方法如下:首先作一个四分之一的扇形板模板,内外径同圆管板保持一致;再利用此模板将碳素钢板切出四个大小相同的部分;最后将这四个部分焊接在一起,形成一个整体。
B. 对照图纸,在做好的钢环板上定位出需要的孔径、孔距,进行校核,无误后刻画出十字线,用以确定螺栓的位置。再用台钻钻出螺栓孔,孔径要求比螺栓的直径大出2mm。为了保证孔的质量,应预先在零件上钻成小孔,待装配时再扩大至需要的尺寸,以此来确保孔壁不受损伤,并达到孔壁光滑的要求;为了确保群孔钻孔的精度,制作前可以预先作出钻模,制作时将钻模覆在零件上钻孔,以此来严格控制群孔的位置。
C. 螺栓及套板的加工与制作按施工图上的几何尺寸,依比例作出样杆,作为下料、弯制、铣、刨、制孔等加工的依据。钢材需进行偏差校正,满足规范要求后方可下料制作。
2. 胎具的加工与制作:本次工程在实践中设计了一种活动、简易、可循环使用的胎具。设计尺寸如下图1所示:
3. 螺栓套件的组装:
A. 首先将螺栓依次穿入两块钢环板;
B. 利用钢环板上面孔洞的间隙,先将图1里面的三个同样胎具顶在两层钢环板下部(此时是运用了三角形的稳定性原理来形成一个稳定的平台,来支撑上下两块钢环板);
C. 从下至上一次将螺栓与钢环板的预留孔焊接焊紧,经过上述步骤螺栓套件就加工成型了,如图2所示。
2.2 螺栓套件的就位与加固
1. 螺栓套件的就位:在地板钢筋绑扎完成之后,地板梁钢筋绑扎的过程中,螺栓套件的埋设工作即可进行。根据测量工所测放出的轴线,将螺栓套件整体就位。首先找准螺栓套件上纵横向中心线(预先量定并刻画好),并使其与测量定位的基准线吻合;然后用水准仪测出螺栓套件上16个螺栓顶面的标高,在高度不够时,可以在穿孔底板下面垫垫板或其他加高方式;最后将标高对齐之后的螺栓套件下边钢环板与地板梁钢筋绑扎之间用直径20mm螺纹钢筋焊牢,焊接过程中最好采用对称施焊。
2. 螺栓套件的加固:为了防止在浇灌砼时埋件产生位移和变形,除了保证该套件整体框架有一定的强度以外,还采取了相应的加固措施:在下钢环板与地板梁钢筋绑扎焊牢之后,在上钢环板与地板梁钢筋绑扎之间用型号为L40*25的角钢连接,前后左右四个方向各有一个同型号的角钢。在加固过程中,始终利用水准仪监测螺栓顶部标高,并及时作出调整。加固完毕之后的示意图3如下:
3 施工过程中的质量控制
1. 施工前应作出充足的准备:根据图纸的要求,对材料作出选择,包括型号、规格;现场焊接人员的就位,持证上岗,保证焊接质量;用于测量控制仪器的送检、校正等。
2. 焊接时,要求焊缝均匀、饱满、无焊瘤和气孔,焊缝尺寸必须满足相应设计规范要求。
3. 成品的保护。安装定位好螺栓套件,并且经过验收合格之后,应及时对所有螺栓上部的丝杆采取保护措施,以此来避免在混凝土施工时或二次灌浆时损坏丝口。具体做法是:先给丝杆部位涂上一层黄油,用塑料进行包裹,然后用薄壁钢管套在螺栓的丝杆上面。这样既可以防止丝杆生锈,又可以防止在进行二次灌浆时外力对丝口的撞击。
4. 从螺栓套件定位、加固支撑到灌浆,在此过程中应随时检查螺栓套件的安装位置以及螺栓顶面的标高和垂直度,若发现其中项有偏差,立即停止后续工作,及时作出调整。
4 失败工程的启发
1. 工程概况:某单层门式刚架工业厂房(钢结构),跨度为24m,长度为75m,檐口高度为8.5m,地面采用钢筋混凝土梁板结构,在经过一场大风将其吹垮。
2. 根据检测鉴定单位的现场调研分析,结果表明:部分抽检的螺栓是因为原先预埋的时候轴线出现了偏差,但没有作出正确的处理,只是简单的将钢柱柱底钢板螺栓孔偏移之后,强行与预埋螺栓接上,导致实际受力模型与设计时所建立模型不符,这一部分的螺栓承担不了实际的外荷载;部分抽检螺栓的丝扣在钢柱吊装之前就已经损坏,导致螺栓不能够正常工作;厂房部分地梁侧面和二次灌浆带接口处存在混凝土蜂窝,导致钢筋外露锈蚀承载力不足。
3. 经验教训:在实际的施工过程中,我们应该时时刻刻警惕地脚螺栓安装过程中出现的各种偏差,给予高度的重视;对于各种原因造成了诸如地脚螺栓弯曲、丝扣损坏或偏差过大等问题,必须进行及时的处理之后才能进行后续的安装工作。
5 结束语
在钢结构项目的施工中预埋地脚螺栓位置的准确性至关重要。通过不断的采取必要的措施,对地脚螺栓的预埋过程进行全程监控,不但能够做到保证埋设的质量和进度要求,而且能够为下一步钢结构主体的安装创造良好的条件,以此来保证整个钢结构项目安全、高效、快速的完成。
参考文献
[1] 《钢结构设计规范》,国家标准,GB50017-2003
[2] 《钢结构工程施工质量验收规范》,国家标准,GB50205-2001