门式钢架关键施工技术

门式刚架关键施工技术

马钢建设公司钢结构分公司工程技术部 杨启荣

【摘要】：本文结合门式刚架施工过程中出现的一些常见质量通

病进行分析研究，给出正确解决办法。

【关键词】：门式刚架、予拼装、断面吻合性、联结点处理、施

工精确度、整体吊装法。

【前言】：从99年施工马钢第一个轻钢门式刚架以来，先后施工

过单跨轻型门式刚架、多跨轻型门式刚架、单跨超重型门

式框架、多跨中型门式刚架等，从设计发展趋势来看，普通工业厂房的排架结构必然被门式钢架结构代替。

对钢结构施工单位来说，纠正和予防门式刚架的常见质量通病，根据设计特点编制不同施工方案是必要的。

1、 门式刚架常见质量通病：

① 99年施工的马钢室内网球馆工程中，如图一所示，当时轻型单跨门架现场地面组装，整体吊装，出现问题为：A：两柱不平行（或不垂直）。B：法兰式高强螺栓联结板变形严重，且张口。C：高强螺栓不能自由穿入。 图 一 马钢网球馆门架图节点2002年初施工的马钢钢构新基地工程中，当时中型多跨门架先安装柱，后屋面梁单跨地面组装，整体吊装，出现问题如图二所示为：A：梁柱联结高强螺栓节点法兰板张口。B：高强螺栓不能自由穿入。C：穿孔率低。

18涂装跨轻钢跨重钢跨图 二 马钢钢构门架图梁柱节点

② 2003年初施工的江苏永钢炼钢主厂房工程中，当时中型多跨门架先安装 D、F、G、H列柱，后安装DF、FG、GH跨屋面梁，再安装A、B、C列柱，最后安装AB、BC、CD跨屋面梁，其中梁柱联结均为法兰式螺栓联结。出现的问题如图三所示：A：联结节点张口。B：高强螺栓无法自由穿入。C：穿孔率低。D：上下柱对接断面不吻合。

钢水跨炉子跨 加料跨约30图 三 江苏永钢炼钢门架图连铸跨连铸跨调运跨

③ 2003年底施工的三钢4＃转炉工程中，当时重型门式框架先安装柱，如图四所示，出现问题为：A：梁断面不吻合，下翼缘错边最大达15mm。B：梁头一上翘一下挠。 断面不吻合图 四 三钢门式框架图2003年底施工彩涂工程中型门架（类似于马钢新基地门架），梁柱联结为现场高空对接焊。2004年6月份施工的一机修重型门架类似于马钢网球馆门架，但柱顶标高为24.5m，柱刚度大，柱脚为插入式。2004年下半年即将施工的马钢冷板2＃镀锌线主厂房工程为超重型门架，类似于马钢新基地门架，不同之处，柱顶标高64m，柱重量达100吨，且下柱为4管箱形桁架式，梁柱联结为腹板高强螺栓联结，上、下翼缘为焊接。2004年下半年即将施工的马钢钢构二期工程为中型多跨门架，联结形式同2＃镀锌工程。

上述工程都易出现问题为：①上下柱对接断面不吻合。②梁整体吊装易出现高强螺栓不能自由穿入，焊接不能保证焊透及存在内应力大。

针对上述现象我们给予逐一分析，给正确的施工方法和设计应改正之处。 2、 原因分析：

① 如下图五所示：

正常设计为图五（a），联结板与梁垂直，实际制作过程中如图五（b），即联结板与梁不垂直，按验收规范标准，Δδ≤1mm时，ΔHmax=L/h。假设H=500mm,L=6000mm，则ΔHmax=12mm。显然∑Δδ为最大时，∑ΔHmax为最大，有时∑ΔHmax最不利时可达十几米。对轻型门型在制作过程如不采取技术处理措施，就不会符合设计状态图五（c），而会先出现图五（d）现象。这就是门架结构。节点张口，整体吊装柱不平行的根本原因。

图 五通常法兰式联结板与工字型钢为开坡口焊接，由于联结板相对较薄，焊接变形会出现图一中1-1剖面的角度变形和A节点中波浪式变形。

② 高强螺栓不能自由穿入原因是：A：人工钻孔存在误差。B：装配存在定位误差。C：套钻孔后不能保证用于同一节点。D：如图六所示，柱存在垂直度误差（重型柱垂直是很难控制的），一般要控制在2mm以内才能保证顺利联结。E：如图四所示门形框架，对于平台梁与柱上甩牛腿联结，腹板用高强螺栓联结，翼缘采用焊接。对甩牛腿如果采用零件组装到柱上，再焊接制孔，由于存在装配误差，特别是焊接顺序不当会造成牛腿上翘、或下翘，主要原因焊接变形。别由于柱存在安装标高误差，制造误差，会造成截面高，长度小的大梁无法安装，如图七所示，假设标高相对误差为6mm，梁高为4.5m。长度为9m，则Δδ≈H.ΔH/L=3mm。显然：为保证梁翼缘对接焊，对短高梁来说相对标高也是造成无法安装的主要原因之一。

图 六图 七断面吻合性：A：对热轧H型钢来说，由于翼缘厚度允许误差－0.8mm~+不规定。断面高度为±3mm和±4mm。显然对高强螺栓联结或对接焊接都是超规范的。B：对焊接H型钢来说，由于划线、切割、下料、焊接收缩等原因，其断面尺寸一般在±3mm以内，也不符合联结要求。C：对组合断面来说；更易出现无法联结，例2＃镀锌线下柱对接和转炉柱对接。见图八。

四管柱三管柱转炉框架柱图 八 组合断面图门式刚架一般施工方法：

③ 予拼装：

予拼装要点：在标准制作钢平台上进行，按1：1大样组装，1：1大样必须严格按图尺寸复合。高强螺栓法兰板套钻孔，同时成对装配节点，用普通螺栓代替高强螺栓，节点板焊接前一侧刚性固定，焊接后另一侧刚性固定，每条焊缝分二道，第一道焊缝高度为设计高度的1/2，每道焊缝冷却后再焊第二道。予拼装完后，必须详细编号及注明方向，必须配套出厂，现场安装完按编号和方向机械式组装。

予拼装优点：可以消除角变形和装配定位误差。

轻型单跨门架：要求整体予拼装，必须在同一个大样上进行，现场可以整体吊装。

轻型多跨门架：要求分片整体予拼装，共用梁、柱、必须放在下一个大样上进行再次组装。

中重型单跨门架：要求上柱和梁进行予拼装，必须在同一个大样上进行，下柱安装时，严格控制定位和垂直度，否则上、下柱对接处易出现拐点，用水平仪、经纬仪测量误差较大，速度慢，用全站仪测量速度快，误差可以控制在2mm以内。一般下柱为杯口插入式，下柱仅在临时固定，不得立即灌浆，必须在屋面梁安装完毕后灌浆。对高度非常高的柱要用缆风绳临时固定。

中重型多跨门架：要求上柱和梁分片整体予拼装，共用梁、柱必须放在下一个大样上进行再次组装。相同门架必须在同一个样上进行，下柱安装要求同中、重型单跨门架。

④ 整体制作分段出厂：

对热轧H型钢对接处必须进行予组装，反复进行核实方可保证断面吻合性。

焊接工字形梁和组合截面必须整体制作分段出厂，方可确保现场联结断面吻合性。

⑤ 安装精确度标准：

对不同门架、框架必须由技术人员根据工程特点、施工方案、图纸尺寸提出具体的允许误差标准。例对转炉框架甩牛腿的标高、孔距、孔到轴线的距离等一一规定。

⑥ 安装可操作性：

门架结构用高强螺栓特别多，用人工扭矩扳手在高空中操作是很不合理，特别是H20以螺栓，因为扭矩力太大。要用电动扭矩扳手，故节点设计必须考虑足够的操作空间，这是设计人员经常忽略的。通常电动扭矩扳手操作空间为直径160mm，长度为400mm。对斜梁要计算坡度影响的空间。

⑦ 上、下柱对接合理联结方式：

由于起重能力和运输方面原因，对大型柱分段出厂，现场高空对接，一般有三种联结方式：对接焊、高强螺栓联结、等强原则备板焊。这三种联结方我认为应尽量采用后两种，首先高强螺栓联结，因为施工速度快，质量易保证。等强原则备板焊，速度慢一点，质量易保证。对接焊不宜采用，因为速度慢，质量不易保证，焊后内应力很大。

⑧ 屋面梁合理联结方式：

三种联结方式：法兰式高强螺栓联结、栓焊联结、全焊联结。

这三种联结方式我认为应尽量采用第一种，其次栓焊联结，不宜用全焊联结。

法兰式高强螺栓联结施工速度快，质量易保证。栓焊联结施工速度稍慢，质量可保证。全焊联结施工速度慢，浪费台班，质量不易保证，焊后内应力很大（特别是多跨门架）。

⑨ 栓焊联结方式改进：

这种联结方式在高层框架结构中，是标准联结方式，门架结构也较多，但高强螺栓很难保证自由穿入，即使自由穿入拧紧后，上下翼缘焊接收缩应力很大，通常美国处理方法是：螺栓孔改为椭圆孔，但必须采用双夹板形成，夹板螺栓孔不变，梁腹板螺栓孔为椭圆孔，可消除制作，安装误差，保证螺栓自由穿入，也保证局部受压稳定性，减少焊接内应力。

3、 结论：

本文所述均在工程中实践过，用于指导施工，但出现过反复，故撰写此文，以便广大同仁共同探讨和领会，减少工程质量的发生。

二00四年七月十日