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【摘 要】 阐述了悬挑钢结构桁架制作与安装过程中影响工程质量的关键技术难点，针对此难点制定切实可行的质量控制措施，为悬挑结构的功能性、稳定性和安全性提供保障。
【关键词】 钢桁架；悬挑安装；质量控制
1、引言
天然石材幕墙是新型的高级外装饰形式，具有美观大方、耐久性好的特点，国内已经逐渐地在高层建筑中使用。由于天然装饰石材有一定厚度和重量，如果从高层建筑上脱落，将会危及地面人员的安全，所以使用时一般采用支撑结构悬挂于高层建筑的外墙。若出于造型的需要，幕墙离外墙的间距较大时，则需要从建筑外墙伸出悬挑结构来支撑幕墙，某单位的办公大楼的外装饰效果的实现就是一个典型的案例。外装效果图（见图1）与结构主体图（见图2）的比对可以看出，要做出图1的效果，必须从图3的位置悬挑装饰石材的支撑桁架。
2、工程特点
该工程南裙房入口上方的造型端庄大方（见图1），造型上部分外悬挑5.25米，下部分外悬挑3.5米，底部标高11.6m，桁架布置见图4。整个外装造型部分基本上是外悬挂于外墙上，保证结构安全是重中之重，而安装精度高是外观效果的保障，钢桁架固定与主体结构混凝土梁柱的外侧，安装精度受混凝土浇注质量的影响较大，构件吊装就位难度增加，节点形式多样，安装精度要求高，高空焊接难度较大。同时，安装过程中形成的临时性瞬态结构体系的安全也是高空作业不可忽落的部分。
图4 桁架平面布置图
图5 桁架剖面图
3、施工关健技术要素分析
石材幕墙安装在桁架的外面，所以，幕墙安装与桁架安装之间的制作与安装精度必须协调一致，按照经过论证通过后的施工方案进行逐步施工，精细测量是整体施工不可忽视的关键环节，误差分步控制是外观质量保障的重要步骤，严密监测和控制，尽可能避免累计误差的形成，发现异常情况及时进行调整。
悬挑支撑架搭设高度高，承受荷载大，在未形成整体结构之前宜变形错位，做好测量定位工作，将各个细部节点处理好，确保结构安全。
高空作业，危险性大，焊接质量不宜保证，要做好安全防护措施，确保每个焊点的质量到位。
4、钢桁架制作安装顺序安排
钢构件加工→钢构件、构配件等进场检查→放线及验线（轴线、标高）→桁架现场制作→桁架柱、梁、支撑等安装→焊接预定位→整体校验→焊接固定→检查验收
5、构建悬挑钢结构安装过程质量控制体系
5.1构件加工是质量保证的前提
由于悬挑桁架底部标高11.6米，顶部标高29.4米，最大外挑5.25米，具有高度高、悬挑大、高空作业的特点，桁架下部分依附于结构梁和柱，桁架上部分处于悬臂状态，施工难度较大、安装精度不宜保证。通过三维立体建模进行深化设计，所有竖向桁架、水平横杆及支座节点处理，均采用计算机1：1实体放样，精确加工，确保构件相贯及长度的精确。构件应在铺设的作业平台上进行划线、号料。放样及号料时应预留制作和安装时的焊接收缩余量及切割加工余量。构件下料采用氧气乙炔焰切割的方法进行施工，允许的偏差为±3mm。各构件由于长度、壁厚各不相同，在放样切割中应严格控制。切割后砂轮打磨去除毛刺，并按顺序做好标示，以便于后期组对。组成各构件的单件应先进行矫正，矫正方法采用火焰矫正法，矫正完毕经质检员检查完毕后方可进行组装。桁架在单面焊接完后，用8吨吊车进行翻身，翻身时采用6米脚手架进行加固，防止桁架在翻身时变形，然后焊接另一面，以此类推。
5.2测量定位是质量保证体系的基础
在钢结构桁架施工中，判断和衡量安装质量的指标包括垂直度、轴线和标高的偏差，所以说测量是工程质量控制的重要手段，同时为工程施工检查提供数据支持。该工程的悬挑安装，要求的测量精度较高，工作难度和工作量大，结构节点复杂，测量人员按底层轴线控制点和标高，使用经检验合格的经纬仪、水平仪、全站仪，分别作出各轴线和各点标高以及钢柱的中心线和标高尺寸；层高轴线控制，先由施测人员用经纬仪翻投控制线，安装时根据控制线放出轴线，经检验后办理预检资料，合格后转入下道工序，并对施工中构件的拼装和提升、支撑架变形、钢结构变形等要实施即时测量来监控结构的安装质量，保证工程结构的安全性和稳定性。
5.3吊装过程的安全是质量保证体系的保障
钢结构桁架吊装时，整个现场由一个总指挥调配，各岗位应正确迅速执行总指挥的命令，做到传递信号迅速正确，并对自己负责区域内负有责任。
吊装前的准备工作就绪后，指挥者发出试吊信号，由汽车式起重机进行桁架的试起吊，吊起高度为200mm～300mm时，发出停止信号，再对构件和各部位环节进行检查，特别是各吊具的安全性和牢固性是否安全可靠，无问题后再继续进行。按此法吊装其余所有桁架。桁架吊装就位后，均须设置缆风钢丝绳进行临时固定，缆风绳的数量原则上每边不少于2道。桁架吊装时采用全站仪全程跟踪测量，精确定位。
5.4焊接是质量保证和工程安全的核心
本工程悬挑钢结构焊接工程量较大，节点构造复杂，易出现累计偏差，且构件大部分要求高空散装焊接，焊接难度较大。焊接质量关系到整个悬挑结构的安全。
针对工程特点，选定合适的焊接材料、焊接參数，并进行现场焊接试验。做好工程现场管理，控制好焊接质量。凡参加钢结构焊接的焊工必须是经技术监督部门考试合格的焊工，并取得当地技术监督部门办法的焊工合格证件，且焊工合格证在有效期内。要求焊接人员严格遵照焊接工艺流程和相关焊接规范或标准要求施焊，当遇到工况条件与焊接工艺不符时，应停止施焊。焊条应有质量合格证书，焊材入库前一定要核对合格证件，并对其外观进行检查，检查合格后方可入库。焊条使用前必须烘干，烘干温度150-180°恒温保持1小时，烘干员要做好焊条烘干记录，焊工必须携带焊条保温桶领取焊条，无保温桶，烘干员应拒发焊条。焊条放在保温桶内随取随用，当天剩余焊条应退回焊条烘干室，待烘干后再次使用。焊接设备应完好，功率满足焊接要求，焊机要有灵活的电流调节功能，使用时电弧燃烧稳定，不忽大忽小正常施焊时不断弧。焊接前钢桁架必须垫平，必要时用线拉直进行检查，低的地方进行加垫。组对点焊时使用的焊条与正式焊接焊接时使用同种焊条，焊缝长度30～50mm，点焊时焊肉不易过厚，点固牢靠不易开裂。桁架焊接时先焊短缝，后焊长缝。焊接时多名电焊工应均匀布置，能有效防止变形及电弧灼伤眼睛。起弧时应在焊缝上引弧，防止在母材上起弧。焊接时焊接角度要正确，防止咬边，偏肉现象。焊接时保证打磨的区域一定要打磨干净，预热的区域一定要预热，控制好层间温度，做好焊后保温，控制好焊接过程中各环节质量，从而保证整个钢结构工程的焊接质量。
5.5计算机全过程模拟是指导安装的先进技术手段
为保证结构安装过程的安全，根据吊装、就位、临时固定等环节的实际情况，采用分析软件将钢结构桁架安装过程各阶段形成的临时瞬态结构体系进行分阶段模拟计算，模拟各阶段的力学计算，以及最不利工况条件下各阶段结构的变形和受力，确定出临时支撑措施的工作性能，从而判定安装步骤和安装的安全性、可靠性，用以指导施工，以确保整个安装过程的安全可靠。
5.6施工完成情况
经过各个环节的质量控制，钢结构桁架完成质量均达到要求（见图5），石材幕墙装饰效果也达到预期效果（见图6）。
图6 钢结构桁架完成效果 图7 石材幕墙完成效果
6、结语
施工过程中对各环节质量进行合理控制，不断累积质量控制的做法，为积累提升工程质量的有效措施奠定基础，本工程在悬挑钢结构桁架安装施工中充分运用了控制、管理、协调的内容对工程进行了合理项目管理，针对工程特点制定了相应的组织措施和技术措施，保证了钢构件的材料质量，精确测量保证了钢结构桁架的安装精度，过程模拟保证了安装过程的安全，制定有效措施确保了钢结构的焊接质量，各环节的质量得到了保证，也就保证了整个工程的质量。
【关键词】 钢桁架；悬挑安装；质量控制
1、引言
天然石材幕墙是新型的高级外装饰形式，具有美观大方、耐久性好的特点，国内已经逐渐地在高层建筑中使用。由于天然装饰石材有一定厚度和重量，如果从高层建筑上脱落，将会危及地面人员的安全，所以使用时一般采用支撑结构悬挂于高层建筑的外墙。若出于造型的需要，幕墙离外墙的间距较大时，则需要从建筑外墙伸出悬挑结构来支撑幕墙，某单位的办公大楼的外装饰效果的实现就是一个典型的案例。外装效果图（见图1）与结构主体图（见图2）的比对可以看出，要做出图1的效果，必须从图3的位置悬挑装饰石材的支撑桁架。
2、工程特点
该工程南裙房入口上方的造型端庄大方（见图1），造型上部分外悬挑5.25米，下部分外悬挑3.5米，底部标高11.6m，桁架布置见图4。整个外装造型部分基本上是外悬挂于外墙上，保证结构安全是重中之重，而安装精度高是外观效果的保障，钢桁架固定与主体结构混凝土梁柱的外侧，安装精度受混凝土浇注质量的影响较大，构件吊装就位难度增加，节点形式多样，安装精度要求高，高空焊接难度较大。同时，安装过程中形成的临时性瞬态结构体系的安全也是高空作业不可忽落的部分。
图4 桁架平面布置图
图5 桁架剖面图
3、施工关健技术要素分析
石材幕墙安装在桁架的外面，所以，幕墙安装与桁架安装之间的制作与安装精度必须协调一致，按照经过论证通过后的施工方案进行逐步施工，精细测量是整体施工不可忽视的关键环节，误差分步控制是外观质量保障的重要步骤，严密监测和控制，尽可能避免累计误差的形成，发现异常情况及时进行调整。
悬挑支撑架搭设高度高，承受荷载大，在未形成整体结构之前宜变形错位，做好测量定位工作，将各个细部节点处理好，确保结构安全。
高空作业，危险性大，焊接质量不宜保证，要做好安全防护措施，确保每个焊点的质量到位。
4、钢桁架制作安装顺序安排
钢构件加工→钢构件、构配件等进场检查→放线及验线（轴线、标高）→桁架现场制作→桁架柱、梁、支撑等安装→焊接预定位→整体校验→焊接固定→检查验收
5、构建悬挑钢结构安装过程质量控制体系
5.1构件加工是质量保证的前提
由于悬挑桁架底部标高11.6米，顶部标高29.4米，最大外挑5.25米，具有高度高、悬挑大、高空作业的特点，桁架下部分依附于结构梁和柱，桁架上部分处于悬臂状态，施工难度较大、安装精度不宜保证。通过三维立体建模进行深化设计，所有竖向桁架、水平横杆及支座节点处理，均采用计算机1：1实体放样，精确加工，确保构件相贯及长度的精确。构件应在铺设的作业平台上进行划线、号料。放样及号料时应预留制作和安装时的焊接收缩余量及切割加工余量。构件下料采用氧气乙炔焰切割的方法进行施工，允许的偏差为±3mm。各构件由于长度、壁厚各不相同，在放样切割中应严格控制。切割后砂轮打磨去除毛刺，并按顺序做好标示，以便于后期组对。组成各构件的单件应先进行矫正，矫正方法采用火焰矫正法，矫正完毕经质检员检查完毕后方可进行组装。桁架在单面焊接完后，用8吨吊车进行翻身，翻身时采用6米脚手架进行加固，防止桁架在翻身时变形，然后焊接另一面，以此类推。
5.2测量定位是质量保证体系的基础
在钢结构桁架施工中，判断和衡量安装质量的指标包括垂直度、轴线和标高的偏差，所以说测量是工程质量控制的重要手段，同时为工程施工检查提供数据支持。该工程的悬挑安装，要求的测量精度较高，工作难度和工作量大，结构节点复杂，测量人员按底层轴线控制点和标高，使用经检验合格的经纬仪、水平仪、全站仪，分别作出各轴线和各点标高以及钢柱的中心线和标高尺寸；层高轴线控制，先由施测人员用经纬仪翻投控制线，安装时根据控制线放出轴线，经检验后办理预检资料，合格后转入下道工序，并对施工中构件的拼装和提升、支撑架变形、钢结构变形等要实施即时测量来监控结构的安装质量，保证工程结构的安全性和稳定性。
5.3吊装过程的安全是质量保证体系的保障
钢结构桁架吊装时，整个现场由一个总指挥调配，各岗位应正确迅速执行总指挥的命令，做到传递信号迅速正确，并对自己负责区域内负有责任。
吊装前的准备工作就绪后，指挥者发出试吊信号，由汽车式起重机进行桁架的试起吊，吊起高度为200mm～300mm时，发出停止信号，再对构件和各部位环节进行检查，特别是各吊具的安全性和牢固性是否安全可靠，无问题后再继续进行。按此法吊装其余所有桁架。桁架吊装就位后，均须设置缆风钢丝绳进行临时固定，缆风绳的数量原则上每边不少于2道。桁架吊装时采用全站仪全程跟踪测量，精确定位。
5.4焊接是质量保证和工程安全的核心
本工程悬挑钢结构焊接工程量较大，节点构造复杂，易出现累计偏差，且构件大部分要求高空散装焊接，焊接难度较大。焊接质量关系到整个悬挑结构的安全。
针对工程特点，选定合适的焊接材料、焊接參数，并进行现场焊接试验。做好工程现场管理，控制好焊接质量。凡参加钢结构焊接的焊工必须是经技术监督部门考试合格的焊工，并取得当地技术监督部门办法的焊工合格证件，且焊工合格证在有效期内。要求焊接人员严格遵照焊接工艺流程和相关焊接规范或标准要求施焊，当遇到工况条件与焊接工艺不符时，应停止施焊。焊条应有质量合格证书，焊材入库前一定要核对合格证件，并对其外观进行检查，检查合格后方可入库。焊条使用前必须烘干，烘干温度150-180°恒温保持1小时，烘干员要做好焊条烘干记录，焊工必须携带焊条保温桶领取焊条，无保温桶，烘干员应拒发焊条。焊条放在保温桶内随取随用，当天剩余焊条应退回焊条烘干室，待烘干后再次使用。焊接设备应完好，功率满足焊接要求，焊机要有灵活的电流调节功能，使用时电弧燃烧稳定，不忽大忽小正常施焊时不断弧。焊接前钢桁架必须垫平，必要时用线拉直进行检查，低的地方进行加垫。组对点焊时使用的焊条与正式焊接焊接时使用同种焊条，焊缝长度30～50mm，点焊时焊肉不易过厚，点固牢靠不易开裂。桁架焊接时先焊短缝，后焊长缝。焊接时多名电焊工应均匀布置，能有效防止变形及电弧灼伤眼睛。起弧时应在焊缝上引弧，防止在母材上起弧。焊接时焊接角度要正确，防止咬边，偏肉现象。焊接时保证打磨的区域一定要打磨干净，预热的区域一定要预热，控制好层间温度，做好焊后保温，控制好焊接过程中各环节质量，从而保证整个钢结构工程的焊接质量。
5.5计算机全过程模拟是指导安装的先进技术手段
为保证结构安装过程的安全，根据吊装、就位、临时固定等环节的实际情况，采用分析软件将钢结构桁架安装过程各阶段形成的临时瞬态结构体系进行分阶段模拟计算，模拟各阶段的力学计算，以及最不利工况条件下各阶段结构的变形和受力，确定出临时支撑措施的工作性能，从而判定安装步骤和安装的安全性、可靠性，用以指导施工，以确保整个安装过程的安全可靠。
5.6施工完成情况
经过各个环节的质量控制，钢结构桁架完成质量均达到要求（见图5），石材幕墙装饰效果也达到预期效果（见图6）。
图6 钢结构桁架完成效果 图7 石材幕墙完成效果
6、结语
施工过程中对各环节质量进行合理控制，不断累积质量控制的做法，为积累提升工程质量的有效措施奠定基础，本工程在悬挑钢结构桁架安装施工中充分运用了控制、管理、协调的内容对工程进行了合理项目管理，针对工程特点制定了相应的组织措施和技术措施，保证了钢构件的材料质量，精确测量保证了钢结构桁架的安装精度，过程模拟保证了安装过程的安全，制定有效措施确保了钢结构的焊接质量，各环节的质量得到了保证，也就保证了整个工程的质量。