大體量鋼結(jié)構(gòu)工程跨冬季施工技術(shù)要點探析

郭思岐　邢剛　楊隆慶　樊錕　陳恩

【摘要】本文主要針對新疆地區(qū)溫差較大，冬季來臨時氣候寒冷的施工條件，對進行大體量鋼結(jié)構(gòu)工程施工的結(jié)構(gòu)形式、工期流水等問題做分析，同時明確相應(yīng)的集中施工原則，以便在跨冬季嚴寒環(huán)境下進行跨冬季的順利施工建設(shè)，從而有效地對施工風(fēng)險以及施工質(zhì)量進行把控，并為同行提供一定的理論參考。

【關(guān)鍵詞】大體量鋼結(jié)構(gòu);跨冬季施工;技術(shù)要點

在進行大體量鋼結(jié)構(gòu)施工建設(shè)的過程中，需要嚴格依據(jù)施工原則來進行施工建設(shè)，從而保障整體項目不會由于惡劣的施工條件而影響到整體的質(zhì)量。同時在施工的過程中，也需要明確具體的施工流程，保障其施工方案具有合理性和科學(xué)性，最后在安全施工方面，也需要符合施工的相關(guān)要求。

1. 工程概況

本文研究的工程項目，地理位置位于新疆維吾爾族自治區(qū)烏魯木齊市，其建設(shè)區(qū)域在山區(qū)當(dāng)中。當(dāng)?shù)氐臍鉁叵啾容^周邊市區(qū)有一定的溫差，一般來說平均低5攝氏度左右。該工程項目一共有6層，其中分為地上的5層和地下的1層，總建筑面積達61333.36 m2。該建筑的高度在27.23m，并且在建筑的地上部分采用了鋼結(jié)構(gòu)，還有部分位置使用了鋼框架結(jié)構(gòu)類型。該工程建成后將作為圖書館，為此屬于一類高層公共建筑類型，需要保障建筑擁有著諸多的使用功能。例如在建筑建設(shè)的地下一層需要擁有人防、檔案、庫房以及設(shè)備電氣用房等功能等。而作為圖書館，還需要承擔(dān)起書籍的存儲以及閱覽等功能。同時該建筑的結(jié)構(gòu)單向長度為133.34m，其中單根鋼梁的實際長度為32.3m，而在鋼梁的腹板內(nèi)部，有著密集的設(shè)備空洞。

2. 施工原則

由于該工程項目地處新疆烏魯木齊，屬于內(nèi)陸深處，在地區(qū)四周擁有著諸多的高山，從而形成氣流的阻隔，讓海洋方向來的氣流無法有效地進入其中，進而形成了典型的溫帶大陸性氣候。在項目的建設(shè)過程中，當(dāng)?shù)囟镜臅r間段，平均的氣溫僅為零下20攝氏度以下。同時，該項目建設(shè)的規(guī)模較大，因此需要長時間施工建設(shè)，從而計劃跨越一年當(dāng)中的四個不同季節(jié)。施工期間的夏季同冬季相比，具有70多攝氏度的溫度差。特別是在工程項目的冬季施工過程中，由于采用鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)方式，鋼構(gòu)件都會直接暴露在寒冷的空氣當(dāng)中。外部的溫度能夠使得鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件發(fā)生一定程度的收縮以及膨脹，進而會讓焊接的應(yīng)力產(chǎn)生，讓結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，這種情況的發(fā)生都是施工建設(shè)團隊需要應(yīng)對的重要問題，因此需要在施工建設(shè)的過程中嚴格依據(jù)以下的施工原則，從而保障施工的順利進行。

2.1 變形協(xié)調(diào)

在施工建設(shè)過程中經(jīng)常會發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)的變形問題，對于這種無法完全避免的問題就需要采取有效的應(yīng)對措施，進行變形情況的合理規(guī)劃，使得盡可能地讓結(jié)構(gòu)擁有著合理的受力情況，建筑的整體結(jié)構(gòu)能夠處于平衡的狀態(tài)，因此需要施工建設(shè)團隊使用科學(xué)合理的技術(shù)措施，從而滿足各種各樣的工況需求。

2.2 分區(qū)、分階段控制

在建設(shè)的過程中，需要保障避免在一定的區(qū)域內(nèi)或者特定的節(jié)點上產(chǎn)生應(yīng)力的集中，同時還需要保障建設(shè)的過程中結(jié)合其結(jié)構(gòu)的實際特點，從而對建筑的施工過程進行合理性的分區(qū)和規(guī)劃。對于劃分階段之后的機構(gòu)來說，還需要進行及時的連接，從而保障施工建設(shè)的全過程不會出現(xiàn)斷檔或者割裂，進而讓施工建設(shè)具有良好的穩(wěn)定性，能夠在設(shè)定的施工周期內(nèi)完成施工建設(shè)。

2.3 對稱釋放焊接應(yīng)力

在施工建設(shè)的過程中，需要堅持對稱釋放原則，以此保障施工建設(shè)的方案能夠按照合理的焊接順序進行鋼結(jié)構(gòu)的焊接，進而擁有著足夠的預(yù)留空間以及施工的時間，從而對工程項目的整體結(jié)構(gòu)有著較高的精度把控，提升工程項目的整體質(zhì)量性。

2.4 嚴控焊接質(zhì)量

由于該工程項目的地上部分，進行鋼結(jié)構(gòu)施工建設(shè)的時候，施工期處于冬季嚴寒環(huán)境下，因此外界氣溫遠遠低于適宜鋼結(jié)構(gòu)施工的最低5攝氏度條件。需要遵從強節(jié)點、弱主體的原則，其節(jié)點的實際強度能夠直接影響整體的結(jié)構(gòu)強度。為此，需要在冬季施工建設(shè)過程中對其進行焊接質(zhì)量的嚴格控制，從而保障節(jié)電連接過程中的穩(wěn)定性和合理性。

2.5 嚴格監(jiān)控

在該工程項目的建設(shè)過程中，其結(jié)構(gòu)在空間上具有連續(xù)性，同時單向長度值較大，因此需要依據(jù)嚴格監(jiān)控的原則，從時間、空間等各種角度進行實時嚴格的監(jiān)控管理，從而保障結(jié)構(gòu)在施工建設(shè)過程中發(fā)生的形變程度在合理的范圍之內(nèi)。

3. 施工方案

3.1 鋼結(jié)構(gòu)制作以及涂裝控制

在進行項目工程的鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，需要在低溫的施工現(xiàn)場當(dāng)中進行放樣，因此會造成銑刨的實際尺寸以及需要切割的尺寸，都需要在設(shè)計的過程中考慮到其溫度的影響而造成的收縮，因此在進行鋼結(jié)構(gòu)焊接的過程中，其焊接的結(jié)構(gòu)需要在構(gòu)件下料的過程中預(yù)先留出焊縫。

3.1.1設(shè)備準備

由于進行項目工程施工建設(shè)過程中，在冬季的時候施工現(xiàn)場以及制作廠當(dāng)中的氣溫較低，因此需要在進行加工制作之前準備取暖以及保溫的材料，從而保障該項目能夠在極寒的條件下順利地進行施工建設(shè)，保障需要使用的構(gòu)件質(zhì)量不會受到嚴重的影響。一般來說，需要準備的保暖材料主要有毛氈被、保溫棉、暖氣片以及焊接電加熱設(shè)備等，以此來應(yīng)對極寒的天氣。

3.1.2負溫加工過程

在該過程中，鋼結(jié)構(gòu)需要在零下的環(huán)境中進行放樣，需要相關(guān)設(shè)計人員結(jié)合其溫度對于切割以及銑刨的尺寸影響。同時，對于一些擁有著較為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者建設(shè)要求的鋼結(jié)構(gòu)部件，進行零下溫度的彎曲加工過程中，需要嚴格依據(jù)制作工藝的規(guī)定方向來進行取料。而對于彎曲構(gòu)件來說，其外側(cè)避免出現(xiàn)高于1mm的缺口，或者出現(xiàn)傷痕。在焊接接頭進行構(gòu)件下料的過程中，首先需要保障符合施工建設(shè)的實際工藝，以此來預(yù)先留出焊縫可能產(chǎn)生的收縮量。

3.2 現(xiàn)場安裝的具體控制

由于受到溫度的影響，使得建筑的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件會有著長度的伸縮，并且，在零下溫度的環(huán)境下，其構(gòu)件的尺寸務(wù)必會出現(xiàn)較為明顯的收縮變化。因此，在項目工程進行實際的構(gòu)件驗收、安裝以及校正的過程中，需要結(jié)合其溫度能夠帶來的影響，避免對其安裝造成嚴重的不良影響。在零下的環(huán)境當(dāng)中，對于構(gòu)件的吊裝需要嚴格依據(jù)設(shè)定的順序以及方向進行，而在鋼結(jié)構(gòu)的安裝過程中，都需要保障柱子以及梁等支撐構(gòu)件都安裝完畢之后，才能夠進行合理的校正工作。在完成了校正處理之后，需要及時進行永久性的固定處理。在每一天構(gòu)件的安裝過程中，需要形成一個具有良好穩(wěn)定性的空間體系，從而保障工程項目在安裝以及日后使用過程中具有良好的質(zhì)量性。

在本工程的施工建設(shè)過程中，由于建筑的地上鋼結(jié)構(gòu)需要在冬季進行使用建設(shè)，而外界的溫度平均在零下20攝氏度左右，而當(dāng)整體結(jié)構(gòu)都施工完畢之后已經(jīng)進入到了夏季，冬季同夏季的溫差至少在50攝氏度以上。為此，為了避免不會由于較大的溫度差而產(chǎn)生強大的應(yīng)力，進而導(dǎo)致建筑的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定程度的變形問題，甚至一些特殊的節(jié)點或遭受破壞，從而影響到整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和質(zhì)量性，需要在一部分的鋼梁焊接位置進行焊縫的預(yù)留處理，這樣就可以保障在夏季來臨的時候，在氣溫上升到5攝氏度之后再進行焊接處理。

3.3 現(xiàn)場焊接溫度的控制

3.3.1 焊前的防護處理

（1）首先需要進行施工現(xiàn)場防風(fēng)圍護棚的設(shè)置，其在上部需要保持一定的空氣進入量，但是需要避免在雨天有雨水的進入，同時還需要預(yù)防小物體的打擊的作用。

（2）在中部位置，需要具有較強的抗風(fēng)性能，避免有大量的冷空氣進入其中。

（3）對于縫防風(fēng)保溫棚的搭設(shè)來說，最重要的便是需要對其進行穩(wěn)定性的考量，對于焊接過程中必要的設(shè)備或者材料而言，可以進行臨時的堆放，同時在保溫棚的搭設(shè)材料而言，需要進行嚴密的包裹，以免有強風(fēng)從底部進入。

（4）最后在預(yù)熱、焊接以及焊接之后的預(yù)處理過程中，都需要采用高溫的方式進行處理，具體方式是采用內(nèi)置的加熱煤爐，這樣便可以在設(shè)置出的圍護棚當(dāng)中形成溫暖的環(huán)境。

3.3.2 焊鉗預(yù)熱

當(dāng)外界的溫度在5攝氏度以下的時候，在焊接工作的前期就需要利用火焰以及電加熱的形式進行處理，同時也可以采用大功率的烤槍，對其100mm之內(nèi)加熱到76～87攝氏度。其中電加熱的方式是現(xiàn)階段對金屬材料加熱速率最快的方式，同時也是一種綠色環(huán)保式的加熱方式，能有效地將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽鸬郊訜岬墓π?。因此，本工程?dāng)中的加熱方式采用電加熱的方式進行施工。在進行實際的加熱過程中，會有一定量的廢氣和廢棄物的產(chǎn)生，為了保障施工現(xiàn)場的干凈整潔，需要工作人員做好清潔工作。

3.3.3 層溫的控制

由于低溫環(huán)境下的焊接工作，溫度流失的速度較快，為此很容易產(chǎn)生脆硬的組織，焊縫的質(zhì)量受到嚴重影響。為此需要保障每一個焊接的接頭能夠在短時間內(nèi)完整地焊接完畢，并且在工作過程中有專門的技術(shù)人員結(jié)合其當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r，進行焊接工作的安排，充分地保障熱處理的效果以及防護的具體措施。

特別需要注意的是，焊接過程中，其無法避免產(chǎn)生的裂紋等質(zhì)量問題需要進行有針對的研究和分析，找出相應(yīng)問題的規(guī)律，從而明確指出溫度對于施工建設(shè)的具體影響。在施工過程中的材料性質(zhì)、設(shè)備儀器方面，也需要結(jié)合其當(dāng)?shù)氐臏囟茸兓瘜ζ洚a(chǎn)生的影響，并從施工人員的安全角度出發(fā)，進行焊接工作的合理性安排，盡可能地降低非必要的焊接時間，從而提升施工建設(shè)過程中的質(zhì)量性和安全性。并且在進行施工過程中，需要隨時隨地利用紅外測溫儀對層間的溫度進行監(jiān)控，從而保障能夠依據(jù)變化的溫度進行合理的施工建設(shè)。

4.總結(jié)

綜上所述，對大體量鋼結(jié)構(gòu)工程跨冬季施工技術(shù)要點進行探析，首先需要明確在整個施工項目的建設(shè)過程中，溫度對于鋼結(jié)構(gòu)各類部件的實際影響，從而合理進行焊接工作，確保項目工程的質(zhì)量。

參考文獻

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（作者單位：中建科工集團有限公司）

【中圖分類號】TU391

【文獻標(biāo)識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）07-0072-02