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摘要：文章主要探讨了多层钢结构在设计与施工中出现的问题，提出相关改进措施及建议，为类似工程提供借鉴。
关键词：多层钢；结构设计；混凝土楼板；施工控制
一、工程简介
某钢结构办公楼为多层建筑，结构形式为钢框架结构，建筑平面呈“L”形，开间为8.4m，进深为7.2m，走廊为2.1m，层高为3.9m，共两层。为了突出建筑立面效果，在办公楼的南北立面均有外挑错层，错层为直接从柱悬挑钢梁来实现。主梁与柱连接为刚接，现场使焊，次梁沿开间方向布置，次梁与主梁的连接为铰接，次梁考虑组合梁的作用。所有框架构件均为热轧型钢。
此工程开间进深大，为典型的钢框架结构，在施工以及设计中出现了一些容易忽视的问题，如次梁挠度过大、悬挑构件变形过大、因施工顺序没考虑好造成返工、地脚螺栓跑位等，本文针对这些问题进行了分析并建议如下。
二、设计以及施工中存在的问题
（一）简支组合梁实际挠度大于设计值
图1组合梁示意图
组合梁是由钢梁、钢筋混凝土板和两者间的抗剪连接件组合而成共同工作的一种构件。由于组合梁充分利用了混凝土的抗压性能和钢梁的抗拉性能，能有效提高粱的抗弯刚度和承载力，从而节省钢材、降低造价，因此组合梁在当前的钢结构设计中被大量应用。就目前的一些工程来看，组合梁的强度多数都能满足要求，但是其挠度往往较设计值偏大。现场影响组合梁强度的因素主要是楼板混凝土振捣不密实，楼板混凝土内存在空隙，同时这也是漏雨渗水的隐患；挠度偏大的原因主要有以下几点：（1）设计人员没有弄清楚组合梁各阶段的工作原理；（2）设计时施工荷载考虑偏小；（3）施工时临时支撑设置不到位；（4）施工现场材料堆放管理不当，局部堆放过多。
（二）悬挑梁施工不当
悬挑结构（如图2）在工程中属于重点部位，但是部分施工人员对于其重要性还没有足够的认识。因此，施工中常常出现的情况是：悬挑梁在完成吊装和安装螺栓的初拧后，在未调整框架垂直度及平直度之前，梁翼缘未进行焊接螺栓未终拧之前，没有在梁端设置施工临时支撑，导致梁端挠度过大。
图2悬挑梁示意图
（三）钢结构柱脚设计时，应注意相关尺寸协调
钢结构柱脚设计时，一般柱脚做法如图3示，施工人员若考虑不周，在未吊装钢构件之前，柱脚的箍筋已经绑扎好，容易造成施工返工情况，在钢框架柱端部设置一柱脚垫板，柱脚垫板的尺寸大于帮扎好箍筋的钢筋笼内的净尺寸，钢结构柱无法就位，造成拆除箍箭返工浪费。
图3柱脚平面囤
（四）锚拴施工精度控制
钢结构框架柱与基础的连接一般采用锚栓如图4示，锚栓的藏工质量直接影响到上部结构的拖工。由于钢结构构件都是在加工厂加工运到施工现场安装的。因此对于精度的要求相对较高。一般对于锚栓的误差要控制在5mm范围之内，由于钢框架主粱与柱连接一般是刚性连接，虽后形成多次超静定结构。若锚栓误差过太，即使能够将钢框架调整到满足平顺度以及垂直度的要求，也相当于对多次超静定的钢框架结构有初位移，钢框架结构将产生相应的内力。锚栓一般在独立基础受力钢筋绑扎好未浇混凝土之前施工，当浇注混凝土时由于振动棒的影响。锚栓容易跑位，部分施工单位将锚栓固定在模板上或者柱的受力钢筋上，这些方法都难以控制锚辁定位精确。
图4地脚螺栓与柱脚连接示意图
2.5钢结构节点施工
钢结构设计施工过程中，节点的处理占有绝对的重要的位置，节点一般在现场连接，如图2示悬挑粱的节点，构件加工好以后将在现场连接。在施工时首先施工安装螺栓，构件在自重以及施工荷载作用下将发生变形导致粱的上翼缘焊缝变大，下翼缘将变小。如果焊缝太小将不能把两个连接件焊透，焊接的质量将不好保证。如果焊缝太宽将浪费更多的焊条且容易造成温度应力质量也不易控制。由于在钢结构吊装过程中，现场的实际焊缝尺寸有时会因加工及施工原因与设计的焊缝尺寸有误差。另焊接处焊渣未清理干净，焊接处容易生锈。一般情况下，主粱与柱的连接采用刚接，而次粱与主粱的连接采用铰接如图5示，有的施工单位不清楚主次粱的受力关系，将主次粱的上翼缘也焊接。
图5主次粱铰接示意图
2.6钢结构中混凝土楼板标高不一致的处理
因为建筑功能使用的需要，卫生间及厨房的楼板标高较其他楼面要低，但是钢结构中，因为钢粱与混凝土楼板的连接方式，使得板块难以处理，现在设计中一般采用，在H型钢上焊接角钢的做法（如图6示）。这种方法，可以解决降低楼扳的问题，但是在实际加工及施工中，还存在一些问题。在构件加工中．在H型钢上焊接角钢的焊接质量难以控制，对H型钢的腹板产生焊接应力，此部分的防腐防锈以及防火容易忽视，另外在实际施工中，板中受力钢筋锚固长度不够。
图6解决标高不一致做法示意图
2．7钢结构构件安装施工顺序合理
由于钢结构构件均在加工厂加工，按照设计加工好的构件，要求安装精度较高，部分施工单位经验不足，在施工过程中没有统筹考虑构件安装顺序到最后误差积累超出规范限值，这样必须采取其他补救措施，对施工单位造成浪费，对工程质量也有影响。
3．改进措施
3.1针对组合梁问题的改进与建议
①设计人员认真研究组合梁的工作原理；
②设计时，按照相关规范合理取用施工荷载，尤其施工活荷载，并且做挠度验算，同时，可在图纸说明中明确提出设计人对施工活荷载的要求；
③施工时，严格按照相关规范或者设计要求及时的设置施工临时支撑；
④做好施工组织设计，严格施工现场的管理，尤其是施工秩序和材料的堆放；
⑤施工管理人员加强现场监管的时间和力度。
3.2悬挑梁问题改进与建议
①加强施工人员的理论培训，强化其结构概念，必要时图纸明确架设临时支撑；
②悬挑结构在螺栓终拧焊接之前对悬挑构件的垂直度及平直度再进行一次校正，施工单位合理的组织施工。结构的垂直度及平顺度调整以后，应尽快对悬挑梁施工，施工完成后方可撤掉临时支撑，以保证悬挑构件的安装质量。
3.3钢框架外包柱脚问题改进与建议
设计柱脚垫板有利于柱的轴力均匀的传递到基础上，柱脚垫板的尺寸有相应的规定，一般要求宽于柱翼缘50mm以上，柱脚垫板一般在钢结构制作厂加工并焊接到柱脚。而钢柱外包柱钢筋的绑扎必须符合钢筋的验收规范，按照混凝土施工验收规范箍筋要弯135度角，箍筋要求有相应的长度且箍筋弯钩要错落在柱的四个角上（如图3示），因此箍筋的弯角直接影响钢结构柱的就位。
①设计时要考虑箍筋的影响，使得钢框架柱能够就位且具有一定的操作空间；
②从施工角度考虑，组织合理的施工顺序，钢框架外包柱箍筋等钢结构柱就位以后再施工。
3.4锚栓施工精度控制问题的改进措施及建议
①结合实际经验建议锚栓焊接到基础梁的受力钢筋上，并且焊接到同一根钢筋上，由于受力钢筋直径较大，锚栓在沿钢筋方向将不会再有大的跑位，在另一个方向锚栓采用同样的方法焊接到受力钢筋上，在焊接锚栓的受力钢筋交接处将其点焊，这样在两个方向锚栓就都得到了很好的控制。
②没有基础梁的情况，锚栓在浇注完混凝土以后切记要复核一遍，及时调整到满足误差要求范围之内，在混凝土凝固前再做一次校核。
③施工管理人员对此应该加以重视，对于检查复核的工作制度化。
3.5钢结构节点施工问题改进与建议
①悬挑梁或者大跨度的构件做好临时支撑，减少施工荷载及自重作用下的变形，保证节点施工质量；
②焊点处焊渣及时清理干净，并且做好防腐防锈处理；
③做好探伤检测，以保证现场钢结构节点的施工质量；
④引弧板一定要重视，以此保证节点焊接质量；
⑤主次梁的连接在设计时一般按照铰接考虑进行设计，如施工时对主次梁的上下翼缘进行焊接，次梁在荷载作用下必将发生下挠变形，次梁传递的不仅是剪力，还传递给主梁弯距，主梁将受扭，这样对于主梁受力不利，存在安全隐患，对于此类问题施工单位的技术人员应该技术交底彻底到位以保证工程质量，且避免不必要的浪费。
3.6钢结构中混凝土楼板标高不一致处理方式的改进与建议
①对于降低尺寸较小的板如卫生间、厨房等，可以采用如图5所示板中钢筋的布置方式；如降低的尺寸较大，可以在腹板上调节角钢来满足降低标高的要求，此时角钢尺寸要合适，使得楼板要有足够的支撑长度，楼板作为简支板考虑；
②角钢的焊接尽量在钢构件加工厂焊接且做好防腐防锈。
3.7对于吊装顺序的改进与建议
施工单位应综合考虑建筑结构形式及场地的施工条件，一般对于“一”“L”“+”“0”型建筑，施工顺序适合先中间后两边四周扩展，这样做积累的误差小，结构的垂直度和平面度容易控制。吊装时首先要形成框架且架好臨时支撑，防止大风等自然条件的侵袭，最后形成整体框架。
4 结束语
随着科研人员不断深入研究，及设计人员水平的提高，并通过相关会议和学术交流，钢结构设计及施工问题正得到有效的解决，通过不断的积累，钢结构建筑理论和体系将日益完善。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：多层钢；结构设计；混凝土楼板；施工控制
一、工程简介
某钢结构办公楼为多层建筑，结构形式为钢框架结构，建筑平面呈“L”形，开间为8.4m，进深为7.2m，走廊为2.1m，层高为3.9m，共两层。为了突出建筑立面效果，在办公楼的南北立面均有外挑错层，错层为直接从柱悬挑钢梁来实现。主梁与柱连接为刚接，现场使焊，次梁沿开间方向布置，次梁与主梁的连接为铰接，次梁考虑组合梁的作用。所有框架构件均为热轧型钢。
此工程开间进深大，为典型的钢框架结构，在施工以及设计中出现了一些容易忽视的问题，如次梁挠度过大、悬挑构件变形过大、因施工顺序没考虑好造成返工、地脚螺栓跑位等，本文针对这些问题进行了分析并建议如下。
二、设计以及施工中存在的问题
（一）简支组合梁实际挠度大于设计值
图1组合梁示意图
组合梁是由钢梁、钢筋混凝土板和两者间的抗剪连接件组合而成共同工作的一种构件。由于组合梁充分利用了混凝土的抗压性能和钢梁的抗拉性能，能有效提高粱的抗弯刚度和承载力，从而节省钢材、降低造价，因此组合梁在当前的钢结构设计中被大量应用。就目前的一些工程来看，组合梁的强度多数都能满足要求，但是其挠度往往较设计值偏大。现场影响组合梁强度的因素主要是楼板混凝土振捣不密实，楼板混凝土内存在空隙，同时这也是漏雨渗水的隐患；挠度偏大的原因主要有以下几点：（1）设计人员没有弄清楚组合梁各阶段的工作原理；（2）设计时施工荷载考虑偏小；（3）施工时临时支撑设置不到位；（4）施工现场材料堆放管理不当，局部堆放过多。
（二）悬挑梁施工不当
悬挑结构（如图2）在工程中属于重点部位，但是部分施工人员对于其重要性还没有足够的认识。因此，施工中常常出现的情况是：悬挑梁在完成吊装和安装螺栓的初拧后，在未调整框架垂直度及平直度之前，梁翼缘未进行焊接螺栓未终拧之前，没有在梁端设置施工临时支撑，导致梁端挠度过大。
图2悬挑梁示意图
（三）钢结构柱脚设计时，应注意相关尺寸协调
钢结构柱脚设计时，一般柱脚做法如图3示，施工人员若考虑不周，在未吊装钢构件之前，柱脚的箍筋已经绑扎好，容易造成施工返工情况，在钢框架柱端部设置一柱脚垫板，柱脚垫板的尺寸大于帮扎好箍筋的钢筋笼内的净尺寸，钢结构柱无法就位，造成拆除箍箭返工浪费。
图3柱脚平面囤
（四）锚拴施工精度控制
钢结构框架柱与基础的连接一般采用锚栓如图4示，锚栓的藏工质量直接影响到上部结构的拖工。由于钢结构构件都是在加工厂加工运到施工现场安装的。因此对于精度的要求相对较高。一般对于锚栓的误差要控制在5mm范围之内，由于钢框架主粱与柱连接一般是刚性连接，虽后形成多次超静定结构。若锚栓误差过太，即使能够将钢框架调整到满足平顺度以及垂直度的要求，也相当于对多次超静定的钢框架结构有初位移，钢框架结构将产生相应的内力。锚栓一般在独立基础受力钢筋绑扎好未浇混凝土之前施工，当浇注混凝土时由于振动棒的影响。锚栓容易跑位，部分施工单位将锚栓固定在模板上或者柱的受力钢筋上，这些方法都难以控制锚辁定位精确。
图4地脚螺栓与柱脚连接示意图
2.5钢结构节点施工
钢结构设计施工过程中，节点的处理占有绝对的重要的位置，节点一般在现场连接，如图2示悬挑粱的节点，构件加工好以后将在现场连接。在施工时首先施工安装螺栓，构件在自重以及施工荷载作用下将发生变形导致粱的上翼缘焊缝变大，下翼缘将变小。如果焊缝太小将不能把两个连接件焊透，焊接的质量将不好保证。如果焊缝太宽将浪费更多的焊条且容易造成温度应力质量也不易控制。由于在钢结构吊装过程中，现场的实际焊缝尺寸有时会因加工及施工原因与设计的焊缝尺寸有误差。另焊接处焊渣未清理干净，焊接处容易生锈。一般情况下，主粱与柱的连接采用刚接，而次粱与主粱的连接采用铰接如图5示，有的施工单位不清楚主次粱的受力关系，将主次粱的上翼缘也焊接。
图5主次粱铰接示意图
2.6钢结构中混凝土楼板标高不一致的处理
因为建筑功能使用的需要，卫生间及厨房的楼板标高较其他楼面要低，但是钢结构中，因为钢粱与混凝土楼板的连接方式，使得板块难以处理，现在设计中一般采用，在H型钢上焊接角钢的做法（如图6示）。这种方法，可以解决降低楼扳的问题，但是在实际加工及施工中，还存在一些问题。在构件加工中．在H型钢上焊接角钢的焊接质量难以控制，对H型钢的腹板产生焊接应力，此部分的防腐防锈以及防火容易忽视，另外在实际施工中，板中受力钢筋锚固长度不够。
图6解决标高不一致做法示意图
2．7钢结构构件安装施工顺序合理
由于钢结构构件均在加工厂加工，按照设计加工好的构件，要求安装精度较高，部分施工单位经验不足，在施工过程中没有统筹考虑构件安装顺序到最后误差积累超出规范限值，这样必须采取其他补救措施，对施工单位造成浪费，对工程质量也有影响。
3．改进措施
3.1针对组合梁问题的改进与建议
①设计人员认真研究组合梁的工作原理；
②设计时，按照相关规范合理取用施工荷载，尤其施工活荷载，并且做挠度验算，同时，可在图纸说明中明确提出设计人对施工活荷载的要求；
③施工时，严格按照相关规范或者设计要求及时的设置施工临时支撑；
④做好施工组织设计，严格施工现场的管理，尤其是施工秩序和材料的堆放；
⑤施工管理人员加强现场监管的时间和力度。
3.2悬挑梁问题改进与建议
①加强施工人员的理论培训，强化其结构概念，必要时图纸明确架设临时支撑；
②悬挑结构在螺栓终拧焊接之前对悬挑构件的垂直度及平直度再进行一次校正，施工单位合理的组织施工。结构的垂直度及平顺度调整以后，应尽快对悬挑梁施工，施工完成后方可撤掉临时支撑，以保证悬挑构件的安装质量。
3.3钢框架外包柱脚问题改进与建议
设计柱脚垫板有利于柱的轴力均匀的传递到基础上，柱脚垫板的尺寸有相应的规定，一般要求宽于柱翼缘50mm以上，柱脚垫板一般在钢结构制作厂加工并焊接到柱脚。而钢柱外包柱钢筋的绑扎必须符合钢筋的验收规范，按照混凝土施工验收规范箍筋要弯135度角，箍筋要求有相应的长度且箍筋弯钩要错落在柱的四个角上（如图3示），因此箍筋的弯角直接影响钢结构柱的就位。
①设计时要考虑箍筋的影响，使得钢框架柱能够就位且具有一定的操作空间；
②从施工角度考虑，组织合理的施工顺序，钢框架外包柱箍筋等钢结构柱就位以后再施工。
3.4锚栓施工精度控制问题的改进措施及建议
①结合实际经验建议锚栓焊接到基础梁的受力钢筋上，并且焊接到同一根钢筋上，由于受力钢筋直径较大，锚栓在沿钢筋方向将不会再有大的跑位，在另一个方向锚栓采用同样的方法焊接到受力钢筋上，在焊接锚栓的受力钢筋交接处将其点焊，这样在两个方向锚栓就都得到了很好的控制。
②没有基础梁的情况，锚栓在浇注完混凝土以后切记要复核一遍，及时调整到满足误差要求范围之内，在混凝土凝固前再做一次校核。
③施工管理人员对此应该加以重视，对于检查复核的工作制度化。
3.5钢结构节点施工问题改进与建议
①悬挑梁或者大跨度的构件做好临时支撑，减少施工荷载及自重作用下的变形，保证节点施工质量；
②焊点处焊渣及时清理干净，并且做好防腐防锈处理；
③做好探伤检测，以保证现场钢结构节点的施工质量；
④引弧板一定要重视，以此保证节点焊接质量；
⑤主次梁的连接在设计时一般按照铰接考虑进行设计，如施工时对主次梁的上下翼缘进行焊接，次梁在荷载作用下必将发生下挠变形，次梁传递的不仅是剪力，还传递给主梁弯距，主梁将受扭，这样对于主梁受力不利，存在安全隐患，对于此类问题施工单位的技术人员应该技术交底彻底到位以保证工程质量，且避免不必要的浪费。
3.6钢结构中混凝土楼板标高不一致处理方式的改进与建议
①对于降低尺寸较小的板如卫生间、厨房等，可以采用如图5所示板中钢筋的布置方式；如降低的尺寸较大，可以在腹板上调节角钢来满足降低标高的要求，此时角钢尺寸要合适，使得楼板要有足够的支撑长度，楼板作为简支板考虑；
②角钢的焊接尽量在钢构件加工厂焊接且做好防腐防锈。
3.7对于吊装顺序的改进与建议
施工单位应综合考虑建筑结构形式及场地的施工条件，一般对于“一”“L”“+”“0”型建筑，施工顺序适合先中间后两边四周扩展，这样做积累的误差小，结构的垂直度和平面度容易控制。吊装时首先要形成框架且架好臨时支撑，防止大风等自然条件的侵袭，最后形成整体框架。
4 结束语
随着科研人员不断深入研究，及设计人员水平的提高，并通过相关会议和学术交流，钢结构设计及施工问题正得到有效的解决，通过不断的积累，钢结构建筑理论和体系将日益完善。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。