绪论

建筑行业的迅猛发展，为钢结构的研究与应用提供了一个契机。在进行建筑工程的设计工作时，由于钢结构施工快速，并且结构的稳定性、整体性较高，因而越来越多的设计人员更加注重钢结构的应用。具体施工过程中，要根据结构的实际情况选择合理科学的工艺与技术，确保钢结构施工质量要求，同时加快施工效率。本文主要阐述了钢结构施工中BIM技术的应用、法兰盘加内八字套筒连接、高强螺栓的应用、钢筋连接器等技术的应用，对提高钢结构施效率有指导意义。

一、工程概况

首都师范大学附属中学通州校区建设项目，总建筑面积85439.63平米，由教学楼、学生宿舍、艺术中心、风雨操场四个单体工程组成，结构类型为装配式钢结构，造价约7.42亿元。本工程总用钢量约12000吨，其中操场用钢量约4000吨，主要结构形式为大跨度平面桁架结构，桁架最大跨度约41米；教学楼约5700吨，钢框架-支撑结构；学生宿舍楼约1800吨，艺术中心约565吨，均为钢框架结构。

二、施工中新技术的应用

1、BIM技术的应用

BIM技术作为建筑模型，通过信息化平台的设计，可以将信息化的技术管理作为重点，通过信息以及周期等参数的分析，稳步提高工程项目的施工质量。一般情况下，BIM技术特点体现在以下方面：第一，可视化。结合钢结构工程项目的施工特点，在BIM技术施工中，可以结合钢结构工程项目的特点，将工程项目通过3D效果进行展示，可以帮助施工人员按照各个构件的施工标准进行施工，稳步提升工程项目的质量，避免钢结构施工隐患的出现；第二，项目的可协调性。BIM技术施工中，通过3D视图的应用，可以帮助施工人员了解施工工序，减少施工时间，逐步降低钢结构的施工难度；第三，模拟性。通过对钢结构施工工序的分析，在BIM技术使用中，可以结合钢结构的模拟实验进行项目检测，这种施工工艺可以逐步提高钢结构的施工效果，之后按照项目需求设定应急处理方案，避免施工隐患及施工偏差问题的出现。

BIM技术贯穿了施工整个过程，包括基础建模、图纸核查、专项深化、装修深化、工程量计算等。在建设工程中，综合运用BIM 技术，可以有效提升信息管理程度，并且可以有效提升从设计环节到施工环节的质量，从而达到控制施工成本的目的。

项目部建立了BIM管理团队，并建立了各项深化工作标准及流程。针对钢结构、现场土方及施工节点利用BIM技术真正解决施工中的实际问题，实现混凝土模拟施工、复杂节点深化、钢结构预拼装及模拟施工等工作。

设计图纸纷繁复杂而施工作业是由不同的专业队伍进行，各个专业之间彼此不了解其他专业的工程内容和情况，在传统安装施工中，往往会出现不同专业之间的工作内容冲突，构件碰撞，工序颠倒而需拆除返工，甚至专业内的构件碰撞却事先未能及时发现而导致返工浪费等。针对这些问题，在施工开始前利用BIM运行碰撞检测，排查各个专业之间以及各专业内部发生碰撞的构件，将其逐一修改，从而保证施工过程和工序的正确性和优异性。在本项目的研究过程中，我们总共选取了千余个碰撞点进行了研究。除了检查碰撞之外，还对结构相关部位净高进行了检查。对钢结构施工有很好的帮助，提高了钢结构施工效率。

2、钢结构内八字套筒加法兰盘连接技术应用

该项目采用装配式钢框架结构，为了提高装配率，钢柱对接首次大量使用了法兰盘对接加内八字套筒连接施工工艺，钢柱牛腿与钢梁及主梁与次梁均采用全螺栓刚接节点的连接方式。其具有承载性能好、安装方便、外形简捷美观等诸多优点，但也是本项目最大的难点，给钢构件的加工制作精度带来极高的要求，构件加工精度控制不好，直接影响现场安装精度。

上、下柱采用法兰盘全栓接加内八字套筒节点，对八字形内套筒外形尺寸要求较高，为确保现场安装在车间制作时需上、下两节柱同时制作，需对上、下柱进行预拼对接处理，上、下节柱2块法兰盘板同时下料打孔，下节柱加工完成，上节柱箱体加工完成后，进行法兰盘节点的预拼装，预拼装前做好胎架，控制好标高，预拼装校正好后，进行上节柱法兰盘与上节柱柱底的点焊固定，并将自锁螺栓的开孔位置进行确定标记，然后将上、下节柱进行分开，完成上节柱法兰盘与上节柱柱底的焊接，注意控制焊接变形，焊接完成后进行自锁螺栓孔的开设。

钢梁与次梁全栓接节点，对钢梁制孔精度要求较高，必须采用连接板套模打孔。

3、高强螺栓应用

用高强度钢制造的，或者需要施以较大预紧力的螺栓，皆可称为高强度螺栓。高强度螺栓多用于桥梁、钢轨、高压及超高压设备的连接。这种螺栓的断裂多为脆性断裂。应用于超高压设备上的高强度螺栓，为了保证容器的密封，需要施以较大的预应力。

该项目主要使用扭剪型高强螺栓、自锁式高强度螺栓，高强螺栓规格主要有M24、M22、M20、M16，螺栓强度等级为10.9S级，个别柱柱法兰盘对接节点首次采用12.9S级。螺栓、螺母、垫圈均符合现行国家标准《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》(JGJ82-91)的规定。高强度螺栓连接钢材的摩擦面应进行抛丸处理，本项目摩擦面抗滑移系数 µ=0.45。

高强螺栓安装时应清除摩擦面上的铁屑、浮锈等污物，摩擦面上不允许存在钢材卷曲变形及凹陷等现象。安装时应注意连接板是否紧密贴合，对因钢板厚度偏差或制作误差造成的接触面间隙按施工要求严格处理。

螺栓安装顺序：钢柱吊装后，法兰盘节点先用8颗大六角高强安装螺栓连接，钢梁安装也使用大六角高强安装螺栓连接，待钢柱校正完成，钢梁与钢柱牛腿间扭剪型高强螺栓穿完、并进行终拧，再进行法兰盘区，用扭剪型高强度螺栓替换大六角安装高强度螺栓后进行终拧，最后进行法兰盘区，钢柱四个面自锁式高强螺栓的施工。

装配和紧固接头时，应从安装好的一端或刚性端向自由端进行；高强螺栓的初拧和终拧，都要按照紧固顺序进行，从螺栓群中央开始，依次由里向外、由中间向两边对称进行，逐个拧紧。

高强螺栓的施工对孔位的精准度要求极高，目前建筑领域的制孔通常会采用模板制孔方式和多轴钻孔的方法。但由于多轴钻孔的精准度更高，因此被广泛使用。在对铰孔进行修剪时，应保障四周围的螺栓都要拧紧，并板叠紧密度达标后再进行修整。同时，在修整前要避免铁屑进入缝隙中，铰孔完毕要清除周围的毛刺，并及时清理铁屑。高强度螺栓应在节点处理完毕之后进行，按照同一方向进行插入，并将箱形截面的结合部分，选择由内而外的插入螺栓，在外侧进行固定。如果操作起来十分不便，可以考虑从外部向内部的方向插入，但要保障连接安装的安全性，确保房建工作的平稳运行。

高强度螺栓连接具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳，几乎可以永久的使用。以及在动力荷载作用下不致松动等优点，是很有发展前途的连接方法，同时也是目前最为流行的建筑连接方法。高强螺栓的应用可以减少钢结构施工的焊接作业，提高施工效率，对促进工期有很显著的提高。

4、钢结构与钢筋的连接技术的应用

钢筋连接器的构成，是由钢结构连接套、连接螺杆、锁紧螺母、钢筋连接套和钢筋丝头组成。该工程地下室部分为钢柱为劲性柱、劲性钢柱与土建钢筋的连接是本工程的难点。根据设计要求本工程采用钢筋连接器进行钢筋与钢骨柱的连接，钢筋排布是深化设计的重点。

施工现场工艺流程，钢结构连接套应按设计连接的位置要求在钢结构上预先焊好,焊接时按城口大小选择好焊条直径、焊接速度和电弧长度焊满、焊正确保焊接牢固。钢结构连接套为低合金结构钢,钢结构母材多为优质碳素结构钢或低合金结构钢建议采用ES015(J507)型电焊条或其他适合低合金结构钢焊接的焊条按焊角要求焊接。

安装组合型、可调型钢筋连接器时,先将两锁紧螺母旋入连接螺杆在适当位置锁紧,旋转锁紧螺母或使用专用螺杆板手将连接螺杆旋入钢结构连接套并拧紧,再旋入钢筋连接套且与钢筋丝头对齐后反转钢筋连接套与钢筋丝头完成连接,最后将两锁紧螺母分别与钢结构连接套、钢筋连接套锁紧。

连接螺杆上靠近两端处分别涂有标记段和标记线,涂有标记段的端为为与钢结构连接套连接端,连接时一般应将标记段全部旋入钢结构连接套,特殊情况下为微调钢筋连接位置也可将标记段部分旋出但不可全部旋出,然后用锁紧螺母锁紧。涂有标记线的端头为与钢筋连接套连接端,连接时钢筋连接套应旋入到标记线位置。钢筋连接器安装时应用管钳扳手或工作扳手拧紧。

钢筋连接器拧紧后应用力矩扳手按总量的10%抽检,拧紧力矩值均应不小于下表中的规定。当抽检的拧紧力矩值小于下表中的规定时,应对已连接好的钢筋连接器逐个检查并使其满足下表的要求。

表1钢筋连接拧紧力矩值

劲性结构钢筋与钢结构的连接，作为主体结构施工过程中的控制重点，施工过程中必须加强对钢结构的安装精度的控制，提前深化各个节点钢筋排布，钢筋待钢结构安装就位后现场量取尺寸下料。钢筋连接器的应用，提高了现场可操作性，降低施工工艺难度，减少钢筋搭接接头数量，降低成本，节约工期。

三、钢结构安装难点分析与解决措施

1、难点分析：

本工程首次大范围施工法兰盘加内八字套筒连接节点，对构件加工精度要求很高。

操场桁架高空组装，现场要在地面拼装后高空安装就位、焊接，故安装难度很大，且安装精度控制要求高。

钢梁与钢柱牛腿及钢梁与钢梁之间全高强度螺栓刚接连接，对钢梁加工几何尺寸及螺栓孔的加工精度要求很高。

2、解决措施：

在钢柱加工前进行节点工艺试验，检查、摸索工艺经验，汇总试验数据，为大量加工积累经验，加工前做好工艺技术交底和指导书交底。

在钢柱加工过程中控制好法兰盘节点区的焊接顺序和焊接电流，确保法兰盘板的平整度。

钢柱加工过程中控制好焊接变形的，柱身发生扭曲和弯曲需要及时进行火焰校正。

钢梁、牛腿上螺栓孔需要进行套打。

加工工程需要按图纸尺寸严格控制构件的几何尺寸和加工精度。

四、钢结构安装误差消除措施

误差来源及危害分析：钢结构安装误差主要来源于构件在吊装过程中因自重产生的变形、因日照温差造成的缩胀变形、因焊接产生收缩变形。结构由局部至整体形成的安装过程中，若不采取相应措施，对累积误差加以减小、消除，将会给结构带来严重的质量隐患。

安装过程中，构件应采取合理保护措施。由于在安装过程中，细长、超重，构件较多。构件因抵抗变形的刚度较弱，会在自身重力的影响下，发生不同程度的变形。为此，构件在运输、倒运、安装过程中，应采取合理保护措施，如布设合理吊点，局部采取加强抵抗变形措施等，来减小自重变形，防止给安装带来不便。

钢结构安装误差消除：钢构件在安装过程中，因日照温差、焊接会使细长杆件在长度方向会有显著伸缩变形。因此，在上一安装单元安装结束后，通过观测其变形规律，结合具体变形条件，总结其变形量和变形方向，在下一构件定位测控时，对其定位轴线实施反向预偏，即点定位实施反变形，以消除安装误差的累积。

结  论

BIM技术在钢结构工程施工领域的使用，可以有效的帮助施工人员直观的了解施工的实际内容，并不断提升对于施工过程的管控。此外，在实际应用过程中，可以及时发现施工方案中出现的缺陷并进行改正，以保证施工顺利、及时完成，极大地提高了施工效率，提高施工企业的经济效益。

钢结构现场焊接过程中，受环境、施工场地及焊接方法等因素影响，会致使钢结构焊接点出现缺陷，主要包括裂纹、未熔合及未焊透、气孔、固体夹杂、咬边、焊瘤等，且焊接工序时间较长，还需要探伤实验等检测，施工周期较长。采取法兰盘加内八字套筒连接、高强螺栓连接、钢筋连接器等新技术的应用，减少施工现场的焊接作业，对提高钢结构施效率有显著提升。

现阶段建筑钢结构的施工过程还存在很多有待解决的问题，这就要求必须提高钢结构施工技术，加强钢结构施工质量控制，保证钢结构发挥自身优势，使建筑行业更加繁荣地发展。

参考文献

［1］钢结构高强度螺栓连接技术规程 JGJ82-2011

［2］《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

［3］《钢结构设计规范》 GB50017-2017

［4］《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》 GB/T3632-2008

［5］装配式钢结构建筑技术标准 GB/T51232-2016