装配式钢结构构件生产-《装配式建筑概论》

钢结构构件是由钢板、角钢、槽钢和工字钢等零件或部件通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的钢结构基本单元，如钢梁、钢柱、支撑等，如图3.21—图3.24 所示。

图3.21　钢梁

图3.22　格构柱

图3.23　十字柱

图3.24　钢管桁架

1）钢材的储存

钢材应选择合适的场地储存，可露天堆放，也可堆放在有顶棚的仓库里（图3.25）。露天堆放时，保管钢材的场地表面应平整，并高于周围地面，保持清洁干净、排水通畅，不应靠近会产生有害气体或粉尘的厂矿区。堆放时要尽量使钢材截面的背面向上或向外，以免积雪、积水，两端应有高差，以利排水。堆放在有顶棚的仓库内时，钢材可直接堆放在地坪上，下垫楞木。

图3.25　钢材堆放仓库

钢材的堆放要尽量减少钢材的变形和锈蚀。在仓库堆放时，不得与酸、碱、盐、水泥等对钢材有侵蚀性的材料堆放在一起，防止接触腐蚀。不同品种的钢材应分别堆放，防止混淆。钢材堆码时，要确保码垛稳固，人工作业时的堆码高度不超过1.2 m，机械作业时的堆码高度不超过1.5 m，垛宽不超过2.5 m。堆码时每隔5 ～6 层放置楞木，其间距以不引起钢材明显的弯曲变形为宜，楞木要上下对齐，在同一垂直面内；钢材码垛之间应留有一定宽度的通道以便运输。检查通道一般为0.5 m；出入通道视材料大小和运输机械而定，一般为1.5 ～2.0 m。钢材堆放现场如图3.26 所示。

图3.26　钢材堆放现场

钢材端部应树立标牌，标牌要标明钢材的规格、钢号、数量和材质验收证明书编号，标牌应定期检查；钢材端部根据其钢号涂以不同颜色的油漆。

钢材在正式入库前必须严格执行检验制度，经检验合格的钢材方可办理入库手续。钢材检验的主要内容有：钢材的数量、品种与订货合同相符；钢材的质量保证书与钢材上打印的记号相符；核对钢材的规格尺寸；钢材表面的质量检验。

对属于下列情况之一的钢材，应进行抽样复验：

①国外进口钢材；

②钢材混批；

③板厚≥40 mm，且设计有Z 向性能要求的厚板；

④建筑结构安全等级为一级，大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材；

⑤设计有复验要求的钢材；

⑥怀疑质量有问题的钢材。

2）生产前准备

（1）详图设计

一般设计院提供的设计图，不能直接用来加工制作钢结构，而要在考虑加工工艺，如公差配合、加工余量、焊接控制等因素后，在原设计图的基础上绘制加工制作图（又称施工详图）。详图设计一般由加工单位负责，在钢结构施工图设计之后进行，设计人员根据施工图提供的构件布置、构件截面与内力、主要节点构造及各种有关数据和技术要求、相关图纸和规范的规定，对构件的构造予以完善。根据制造厂的生产条件和现场施工条件，考虑运输要求、吊装能力和安装条件，确定构件的分段。最后将构件的整体形式、梁柱的布置、构件中各零件的尺寸和要求、焊接工艺要求以及零件间的连接方法等，详细地体现到图纸上，以便制作和安装人员通过图纸能够清楚地领会设计意图和要求，能够准确地制作和安装构件。

钢结构详图设计可通过计算机辅助实现，目前可用于钢结构详图设计的软件有CAD、PKPM 以及Tekla Structures 等。其中，Tekla Structures 因具备交互式建模、自动出图和自动生成各种报表等功能，逐渐成为主流软件。使用该软件设计的钢结构模型如图3.27 所示。通过计算机辅助可实现详图设计与加工制作一体化，其发展方向是达到设计、生产的无纸化。随着设计软件的不断发展，以及生产线中数控设备的增多，可将设计产生的电子格式的图纸转换成数控加工设备所需的文件，从而实现钢结构设计与加工自动化。

（2）图纸审核

图3.27　Tekla Structures 钢结构模型

甲方委托或本单位设计的施工图下达生产车间以后，必须经专业人员认真审核。尽管生产厂家技术管理部门有工艺等相应技术文件下达，但与直接生产要求仍有些差距或不尽如人意之处，这些都需要在放大样前期通过审图加以解决，以避免实际投产后再发现问题，造成不必要的损失。审图期间发现施工图标注不清的问题及时向设计部门反映，以免模糊不清的标注给生产带来困难。如有的施工图只注明涂防锈漆两遍，没有注明何种防锈漆、何种颜色及漆膜厚度等，便可能因为这种不明确的标注导致返工。

图纸审核的主要内容包括以下项目：

①设计文件是否齐全（设计文件包括设计图、施工图、图纸说明和设计变更通知单等）；

②构件的几何尺寸是否标注齐全；

③相关构件的尺寸是否正确；

④结点是否清楚，是否符合国家标准；

⑤标题栏内构件的数量是否符合工程数量要求；

⑥构件之间的连接形式是否合理；

⑦加工符号、焊接符号是否齐全；

⑧结合本单位的设备和技术条件考虑，能否满足图纸上的技术要求；

⑨图纸的标准化是否符合国家规定等。

图纸审查后要作技术交底准备，其内容主要有：

①根据构件尺寸考虑原材料对接方案和接头在构件中的位置；

②考虑总体的加工工艺方案及重要的工装方案；

③对构件结构的不合理处或施工有困难的地方，要与需方或者设计单位办好变更签证的手续；

④列出图纸中的关键部位或者有特殊要求的地方，加以重点说明。

（3）备料和核对

根据图纸材料表计算出各种材质、规格的材料净用量，再加一定数量的损耗，提出材料预算计划。工程预算一般可按实际用量再增加10%进行提料和备料。核对来料的规格、尺寸和质量，仔细核对材质；材料代用，必须经过设计部门同意并进行相应修改。

（4）编制工艺流程

编制工艺流程的原则：以最快的速度、最少的劳动量和最低的费用进行操作，并能可靠地加工出符合图纸设计要求的产品。工艺流程的内容：

①成品技术要求。

②具体措施：关键零件的加工方法、精度要求、检查方法和检查工具；主要构件的工艺流程、工序质量标准、工艺措施（如组装次序、焊接方法等）；采用的加工设备和工艺设备。编制工艺流程表（或工艺过程卡）的基本内容包括零件名称、件号、材料牌号、规格、件数、工序名称和内容、所用设备和工艺装备名称及编号、工时定额等。关键零件还要标注加工尺寸和公差，重要工序要画出工序图。

（5）组织技术交底

上岗操作人员应进行培训和考核，特殊工种应进行资格确认，充分做好各项工序的技术交底工作。技术交底按工程的实施阶段可分为两个层次。

第一个层次是开工前的技术交底会，参加的人员主要有图纸设计单位、工程建设单位、工程监理单位及制作单位的有关部门和有关人员。技术交底的主要内容：

①工程概况；

②工程结构件的类型和数量；

③图纸中关键部位的说明和要求；

④设计图纸的结点情况介绍；

⑤对钢材、辅料的要求和原材料对接的质量要求；

⑥工程验收的技术标准说明；

⑦对交货期限、交货方式的说明；

⑧构件包装和运输要求；

⑨涂层质量要求；

⑩其他需要说明的技术要求。

第二个层次是在投料加工前进行的本工厂施工人员交底会。参加人员主要包括制作单位的技术、质量负责人，技术部门和质检部门的技术人员、质检人员，生产部门的负责人、施工员及相关工序的代表人员等。此类技术交底主要内容除上述10 条外，还应增加工艺方案、工艺规程、施工要点、主要工序的控制方法、检查方法等与实际施工相关的内容。

（6）钢结构制作的安全工作

钢结构生产效率很高，工件在空间大量、频繁地移动，各个工序中大量采用的机械设备都须进行必要的防护。因此，生产过程中的安全措施极为重要，特别是在制作大型、超大型钢结构时，更要十分重视安全事故的防范工作。进入施工现场的操作者和生产管理人员均应穿戴好劳动防护用品，按规程要求操作。对操作人员进行安全教育，特殊工种必须持证上岗。为了便于钢结构的制作和操作者的操作活动，构件宜在一定高度上测量。装配组装胎架、焊接胎架及各种搁置架等，均应与地面离开0.4 ～1.2 m。构件的堆放、搁置应十分稳固，必要时应设置支撑或定位。构件堆垛不得超过两层。索具、吊具要定时检查，不得超过额定荷载。正常磨损的钢丝绳应按规定更换。所有钢结构制作中各种胎具的制造和安装均应进行强度计算，不能仅凭经验估算。生产过程中使用的氧气、乙炔、丙烷、电源等必须有安全防护措施，并定期检测密封性和接地情况。对施工现场的危险源应做出相应的标志、信号、警戒等，操作人员必须严格遵守各岗位的安全操作规程，以避免意外伤害。构件起吊应听从一个人的指挥。构件移动时，移动区域内不得有人滞留或通过。所有制作场地的安全通道必须畅通。

3）放样

放样是指按照施工图上的几何尺寸，以1∶1比例在样板台上放出实样以求出真实形状和尺寸，然后根据实样的形状和尺寸制成样板、样杆，作为下料、弯制、铣、刨、制孔等加工的依据。放样是整个钢结构制作工艺中的第一道工序，也是非常关键的一道工序，对于一些较复杂的钢结构，这道工序是钢结构工程成败的关键。

进行一般钢结构的放样操作时，作业人员应对项目的施工图非常熟悉，如果发现有不妥之处要及时通知设计部研究解决。确认施工图纸无误后，可以采用小扁钢或者铁皮做样板和样杆，并应在样板和样杆上用油漆写明加工号、构件编号、规格，同时标注好孔直径、工作线、弯曲线等各种加工标识。此外，需要注意的是，放样要计算出现场焊接收缩量和切割、铣端等需要的加工余量。自动切割的预留余量是3 mm，手动切割为4 mm。铣端余量，剪切后加工的一般每边加3 ～4 mm，气割则为4 ～5 mm。焊接的收缩量则要根据构件的结构特点由加工工艺来决定。

放样时以1∶1的比例在样板台上弹出大样。当大样尺寸过大时，可分段弹出。对一些三角形构件，如果只对其节点有要求，则可以缩小比例弹出样子，但应注意其精度。放样弹出的十字基准线，两线必须垂直。然后根据十字线逐一画出其他各个点及线，并在节点旁注上尺寸，以备复查和检查。

4）号料

号料就是根据样板在钢材上画出构件的实样，在材料上画出切割、铣、刨、弯曲、钻孔等加工位置，打冲孔，为钢材的切割下料作准备，如图3.28 所示。号料前必须了解原材料的材质及规格，检查原材料的质量。不同规格、不同材质的零件应分别号料，并根据先大后小的原则依次号料。钢材如有较大的弯曲、凹凸不平时，应先进行矫正。尽量使宽度和长度相等的零件一起号料，需要拼接的同一种构件必须一起号料。钢板长度不够需要焊接拼接时，在接缝处必须注意焊缝的大小及形状，在焊接和矫正后再画线。当次号料的剩余材料应进行余料标识，包括余料编号、规格、材质等，以便再次使用。

图3.28　钢材号料

号料的注意事项和要求如下：

①根据料单检查清点样板和样杆，点清号料数量。号料应使用经过检查合格的样板与样杆，不得直接使用钢尺。

②准备号料的工具，包括石笔、样冲、圆规、画针、凿子等。

③检查号料的钢材规格和质量。

④不同规格、不同钢号的零件应分别号料，并依据先大后小的原则依次号料。对于需要拼接的同一构件，必须同时号料，以便拼接。

⑤号料时，同时画出检查线、中心线、弯曲线，并注明接头处的字母、焊缝代号。

⑥号孔应使用与孔径相等的圆形规孔，并打上样冲，做出标记，便于钻孔后检查孔位是否正确。

⑦弯曲构件号料时，应标出检查线，用于检查构件在加工、装焊后的曲率是否正确。

⑧号料过程中，应随时在样板、样杆上记录下已号料的数量；号料完毕，应在样板、样杆上注明并记下实际数量。

号料时，为充分利用钢材，减少余料，可以使用套料技术。将材料等级和厚度相同的零件置于同一张钢板的边框内进行合理排列的过程称为套料。传统的手工套料，就是将零件的图形按一定比例缩小，剪成纸样，然后在同样比例的钢板边框内进行合理排列，最后据此在实际钢板上进行号料。随着计算机技术的发展，逐渐开发出以自动套料软件为载体的数控套料方法，此类软件集图纸转化、自动排版、材料预算和余料管理等功能于一体，能从材料利用率、切割效率、产品成本等多个方面提高生产效益，符合可持续发展需求，日趋成为行业主流。

5）切割

钢板切割方法有剪切、冲裁锯切、气割等。施工中采用哪种方法切割应根据具体要求和实际条件来定。切割后的钢板不得有分层，断面上不得有裂纹，应清除切口处的毛刺、熔渣和飞溅物。目前，常用的切割方法有机械切割、气割、等离子切割三种，其使用设备、特点及适用范围见表3.1。

表3.1　常用切割方法的特点及其适用范围

在我国的钢结构制造企业中，一般情况下，厚度在12 ～16 mm 以下钢板的直线型切割常采用剪切的方式；气割多用于带曲线的零件及厚板的切割；各类型钢以及钢管等的下料通常采用锯割，但是对于一些中小型角钢和圆钢等也常采用剪切或气割的方法；等离子切割主要用于熔点较高的不锈钢材料及有色金属，如铜、铝等材料的切割。

剪切下料大多采用剪板机。剪板机分为脚踏式人力剪板机、机械剪板机、液压摆式剪板机等。目前我国的钢结构制作企业普遍采用的是液压摆式剪板机（图3.29）。它能剪切各种厚度的钢板材料。

图3.29　液压摆式剪板机

气割下料原则上采用自动气割机。目前，我国普遍采用的是数控多头火焰直条气割机（图3.30），这种气割机能切割各种厚度的钢材，并能切割带有曲线的零件，目前使用最为广泛；在气割时，也可以使用半自动气割机和手工气割。半自动气割机是能够移动的小车式气割机（图3.31），气割表面比较光洁，在一般情况下可不再进行切割表面的精加工。手工气割的设备主要是割炬。这三种气割方法互相配合使用，是我国钢结构制造企业比较常用的气割方法。

图3.30　数控多头火焰直条气割机

图3.31　小车式气割机

在用传统方式进行切割下料时，切割工人已经习惯于简单地按照矩形零件的尺寸和数目顺序切割，对于切割剩下的边角余料，经常暂时堆放在一旁，日积月累就会导致剩余钢材堆积如山，锈蚀损失不计其数。由于下料的数目多，矩形件的优化排料可能性太多，优化套排计算非常复杂，再加上目前切割效率高，切割工人来不及考虑和计算优化套排，为了赶生产进度，只好放弃钢材利用率，从而导致钢材浪费更加严重。还有对无穷长卷材的切割下料，也是按照传统的顺序下料方法，进行简单的横切纵剪，很难考虑或是根本就没有考虑优化套排的问题，造成极大的钢材浪费。

在信息化时代，数控切割以其自动化、高效率、高质量和高利用率的优点，受到了中大型钢结构生产企业的青睐。所谓数控切割，是指用于控制机床或设备的工件指令（或程序），是以数字形式给定的一种新的控制方式。将这种指令提供给数控自动切割机的控制装置时，切割机就能按照给定的程序自动地进行切割。数控切割由数控系统和机械构架两大部分组成。与传统手动和半自动切割相比，数控切割通过数控系统即控制器提供的切割技术、切割工艺和自动控制技术，能有效控制和提高切割质量及切割效率。数控套料软件通过计算机绘图、零件优化套料和数控编程，有效地提高了钢材利用率，提高了切割生产准备的工作效率。但数控切割由于切割效率更高，套料编程更加复杂，如果没有使用或没有使用好优化套料编程软件（图3.32），钢材浪费就会更加严重，导致切得越快、切得越多，浪费越多。数控系统是数控切割机的心脏，如果没有使用好数控系统，或数控系统不具备应有的切割工艺和切割经验，导致切割质量问题，从而也会降低切割效率，造成钢材的浪费。新时代的钢结构生产从业人员，应有针对性地接受套料编程系统的培训，以顺应时代发展的需求。

图3.32　优化套料编程软件

6）矫正

钢板和型材，由于受轧制时压延不均，轧制后冷却收缩不均以及运输、贮存过程中各种因素影响，常常产生波浪形、局部凹凸和各种扭曲变形。钢材变形会影响号料、切割及其他加工工序的正常进行，降低加工精度，在焊接时还会产生附加应力或因构件失稳而影响构件的强度。这就需要通过钢材矫正消除材料的这类缺陷。钢材矫正一般用多轴辊矫平机矫正钢板的变形，用型材矫直机矫正型材的变形。对于钢板指的是矫平，对于型材指的是矫直。

（1）钢板的矫正（矫平）

常用的多轴辊矫平机由上下两列工作轴辊组成，一般有5 ～11个工作辊。下列是主动轴辊，由轴承固定在机体上，不能作任何调节，由电动机通过减速器带动它们旋转；上列为从动轴辊，可通过手动螺杆或电动调节装置来调节上下辊列间的垂直间隙，以适应各种不同厚度钢板的矫平作业。钢板随轴辊的转动而啮入，并在上下辊列间承受方向相反的多次交变的小曲率弯曲，因弯曲应力超过材料的屈服极限而产生塑性变形，使那些较短的纤维伸长，使整张钢板矫平，如图3.33 和图3.34 所示。增加矫平机的轴辊数目，可以提高钢板的矫平质量。

图3.33　钢材的矫平原理

图3.34　矫平机

在钢板矫平时需要注意以下几点：

①钢板越厚，矫正越容易；薄板易产生变形，矫正比较困难。

②钢板越薄，要求矫平机的轴辊数越多。矫平机的轴辊数一般为奇数。厚度在3 mm 以上的钢板通常在五辊或七辊矫平机上矫正；厚度在3 mm 以下的钢板，必须在九辊、十一辊或更多轴辊的矫平机上矫正。

③钢板在矫平机上往往不是一次就能矫平，而需要重复数次，直至符合要求。

④钢板切割成构件后，由于构件边缘在气割时受高温或机械剪切时受挤压而产生变形，需要进行二次矫平。

（2）型钢的矫正（矫直）

型钢主要用型材矫直机（撑床）进行矫正。机床的工作部分是由两个支撑和一个推撑组成。支撑没有动力传动，两个支撑间的间距可以根据需要进行调节。推撑安装在一个能作水平往复运动的滑块上，由电动机通过减速器带动其作水平往复运动。矫正型材时，将型材的变形段靠在两个支撑之间，使其受推撑作用力后产生反方向变形，从而将变形段矫直。型钢的矫直原理如图3.35 所示。(www.xing528.com)

（3）火焰矫正

在建筑钢构件的制造过程中，焊接是其主要的加工方法。由于这类钢构件的焊缝数量多、焊接填充量大，焊接变形问题难以避免。因此，在大多数建筑钢构件制造厂，火焰矫正是一道必不可少的工序。钢构件的火焰矫正是使用火焰对构件进行局部加热，使其产生压缩塑性变形，通过塑性变形部分的冷却收缩来消除变形。

火焰矫正的常见方法有三角形加热、点状加热、线状加热三种。但是需要共同注意的一点是温度的控制，因此针对不同的变形也有不同的火焰矫正方式（表3.2）。

图3.35　型钢的矫直原理

表3.2　不同变形类别的火焰矫正方式

7）边缘加工

在钢结构构件制造过程中，为消除切割造成的边缘硬化而刨边，为保证焊缝质量而刨或铣坡口，为保证装配的准确及局部承压的完善而将钢板刨直或铣平，均称为边缘加工。边缘加工分铲边、刨边、铣边、碳弧气刨和坡口机加工等多种方法。

（1）铲边

对加工质量要求不高、工作量不大的边缘进行加工，可以采用铲边的方式。铲边有手工铲边和机械铲边两种。手工铲边的工具有手锤和手铲等；机械铲边的工具有风动铲锤和铲头等。一般铲边的构件，其铲线尺寸与施工图样尺寸要求不得相差1 mm。铲边后的棱角垂直误差不得超过弦长的1/3000，且不得大于2 mm。

（2）刨边

刨边是通过安装于带钢两侧的两组刨刀，对通过其间的带钢边缘进行刨削加工。其优点是设备结构简单，运行可靠，可加工直口和坡口；缺点是对于不同板厚、加工余量和坡口形状需配置多把刨刀，形成刨刀组，刨刀调整烦琐，使用寿命较短。

用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床称为刨床。使用刨床加工，刀具较简单，但生产率较低（加工长而窄的平面除外），因而主要用于单件、小批量生产及机修车间。根据结构和性能，刨床主要分为牛头刨床、龙门刨床、单臂刨床及专门化刨床（如刨削大钢板边缘部分的刨边机、刨削冲头和复杂形状工件的刨模机）等。

牛头刨床（图3.36）因滑枕和刀架形似牛头而得名，刨刀装在滑枕的刀架上作纵向往复运动，多用于切削各种平面和沟槽。

龙门刨床（图3.37）因有一个由顶梁和立柱组成的龙门式框架结构而得名，工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动，多用于加工大平面（尤其是长而窄的平面），也用来加工沟槽或同时加工数个中小零件的平面。大型龙门刨床往往附有铣头和磨头等部件，这样就可以使工件在一次安装后完成刨、铣及磨平等工作。

图3.36　牛头刨床

图3.37　龙门刨床

单臂刨床具有单立柱和悬臂，工作台沿床身导轨作纵向往复运动，多用于加工宽度较大而又不需要在整个宽度上加工的工件。

（3）铣边

铣边最主要的作用是能够使拼板时的对接缝密闭。因埋弧焊焊接电流较大，为避免烧穿，一般要求拼出的板缝要小于或等于0.5 mm。但气割出来的板边或钢厂轧出的板边直接拼出来的对接缝往往无法满足埋弧焊对板缝间隙的要求，这时就需要再通过铣边来达到要求。另外，也可通过铣边来加工某些需开坡口厚板的角度。

图3.38　铣边机

铣边使用的设备是铣边机（图3.38）。作为刨边机的替代产品，铣边机具有功效高、精度高、能耗低等优点。铣边机尤其适用于钢板各种形状坡口的加工，可加工的钢板厚度一般为5 ～40 mm，坡口角度可在15° ～50°任意调节。

（4）碳弧气刨

碳弧气刨是利用碳极电弧的高温，把金属的局部加热到液体状态，同时用压缩空气的气流把液体金属吹掉，从而达到对金属进行切割的一种加工方法。

碳弧气刨的主要应用范围：

①焊缝挑焊根工作中；

②利用碳弧气刨开坡口，尤其是U 形坡口；

③返修焊件时，可使用碳弧气刨消除焊接缺陷；

④清除铸件表面的毛边、飞刺、冒口和铸件中的缺陷；

⑤切割不锈钢中、薄板；

⑥刨削焊缝表面的余高。

（5）坡口加工

坡口一般可用气割加工或机械加工，在特殊情况下采用手动气割的方法，但必须进行事后处理（如打磨等）。目前坡口加工专用机已经普及，有H 型钢坡口及弧形坡口的专用机械，其效率高、精度高。焊接质量与坡口加工的精度有直接关系，如果坡口表面粗糙，有尖锐且深的缺口，就容易在焊接时产生不熔部位，会产生焊接缝隙。又如，坡口表面黏附油污，焊接时就会产生气孔和裂缝，因此要重视坡口质量。钢结构坡口如图3.39 所示。

图3.39　钢结构坡口

8）制孔

钢结构构件制孔优先采用钻孔，当确认某些材料质量、厚度和孔径在冲孔后不会引起脆性时，允许采用冲孔。钻孔是在钻床等机械上进行，可以钻任何厚度的钢结构构件。钻孔的优点是螺栓孔孔壁损伤较小，质量较好。高强度螺栓孔应采用钻孔的方式制孔。

钻孔时一般使用平钻头，若平钻头钻不透孔，可用尖钻头。当板叠较厚、材料强度较高或直径较大时，则应使用可以降低切削力的群钻钻头，以便于排屑和减少钻头的磨损。长孔可用两端钻孔中间气割的办法加工，但孔的长度必须大于孔直径的2 倍。

钢结构构件加工制造中，冲孔一般只用于冲制非圆孔及薄板孔，冲孔的孔径必须大于板厚，厚度在5 mm 以下的所有普通钢结构构件允许冲孔，次要结构厚度小于12 mm 的允许冲孔。在所冲孔上，不得随后施焊（槽形），除非确认材料在冲切后仍保留有相当大的韧性，才可焊接施工。一般情况下，需要在所冲的孔上再扩孔时，则冲孔必须比指定的直径小3 mm。

钢结构构件加工要求精度较高、板叠层数较多、同类孔较多时，可采用钻模制孔或预钻较小孔径、在组装时扩孔的方法。当板叠小于5 层时，预钻小孔的直径小于公称直径一级（3 mm）；当板叠大于5 层时，小于公称直径二级（6 mm）。

制孔质量检验：

A、B 级螺栓孔（Ⅰ类孔）应具有H12 的精度，孔壁表面粗糙度Ra 不应大于12.5 μm。其孔径的允许偏差应符合表3.3 的规定。

表3.3　A、B 级螺栓孔径的允许偏差

C 级螺栓孔（Ⅱ类孔），孔壁表面粗糙度Ra 不应大于25 μm，其孔径的允许偏差应符合表3.4 的规定。

表3.4　C 级螺栓孔径的允许偏差

注：t 为较薄钢板的厚度。

9）钢结构的组装

钢结构构件的组装是遵照施工图的要求，把已加工完成的各类零件或半成品构件，用装配的手段组合成为独立的成品，这种装配方法通常称为组装。钢构件的组装方法较多，有地样法、仿形复制装配法、立装、卧装及胎膜组装法等。

①地样法：用1∶1的比例在装配平台上放出构件实样，然后根据零件在实样上的位置，分别组装起来成为构件。此装配方法适用于桁架、构架等小批量结构组装，对大批量的零部件组装不适用。

②仿形复制装配法：先用地样法组装成单面（片）的结构，然后点焊牢固，将其翻身，作为复制胎模，在其上面装配另一单面的结构，往返两次组装。此装配方法适用于横断面互为对称的桁架结构组装。

③立装：根据构件的特点和零件的稳定位置，选择自上而下或自下而上的装配。此法适用于放置平稳、高度不大的结构或者大直径的圆筒。

④卧装：将构件卧置进行装配。此装配方法适用于断面不大但长度较长的细长构件。

⑤胎模组装法：将构件的零件用胎模定位在其装配位置上的组装方法。此装配方法适用于批量大、精度高的产品。它的特点是装配质量高、工作效率高。

钢结构组装的方法有很多，但在实际生产中，我国钢结构制造企业较常采用地样法和胎膜组装法。对于焊接H 型钢和箱形梁，目前国内普遍采用组立机进行组装，如图3.40 和图3.41 所示。

图3.40　H 型钢组立机

图3.41　箱形梁组立机

在钢结构构件的组装过程中，拼装必须按工艺要求的次序进行，当有隐蔽焊缝时，必须先予施焊，经检验合格方可覆盖。为减少变形，尽量采用小件组焊，经矫正后再大件组装。钢结构组装的零件、部件必须是检验合格的产品， 零件、部件连接接触面和沿焊缝边缘30 ～50 mm 范围内的铁锈、毛刺、污垢、冰雪、油迹等应清除干净。板材、型材的拼接应在组装前进行，构件的组装应在部件组装、焊接、矫正后进行，以便减少构件的残余应力，保证产品的制作质量。

10）钢结构除锈

《钢结构工程施工质量验收标准》（GB 50205—2020）规定，钢结构构件的表面应平直、无损伤，表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状老锈。为严格施工及确保建筑寿命与质量，钢结构除锈工作至关重要。钢材除锈的方法有多种，常用的有机械除锈、抛丸喷砂除锈和化学法除锈等。

①机械除锈：主要是利用电动刷、电动砂轮等电动工具来清理钢结构表面的锈。采用工具可以提高除锈的效率，除锈效果也比较好，使用方便，一些较深的锈斑也能除去，但是在操作过程中要注意不要用力过猛以致打磨过度。

②抛丸喷砂除锈：利用机械设备的高速运转把一定粒度的钢丸靠抛头的离心力抛出，被抛出的钢丸与构件猛烈碰撞打击，从而去除钢材表面锈蚀的一种方法。该法采用抛丸除锈机（图3.42）来完成。它使用的钢丸品种有铸铁丸和钢丝切丸两种。铸铁丸（图3.43）是利用熔化的铁水在喷射并急速冷却的情况下形成的粒度为0.8 ～5 mm 的铁丸，表面很圆整，成本相对便宜但耐用性稍差。在抛丸过程中，经反复撞击的铁丸会被粉碎而当作粉尘排出。钢丝切丸（图3.44）是用废旧钢丝绳的钢丝切成2 mm 的小段而成，其表面带有尖角，除锈效果相对高且不易破碎，使用寿命较长，但价格相对较高。后者的抛丸表面更粗糙一些。

图3.42　抛丸除锈机

图3.43　铸铁丸

图3.44　钢丝切丸

喷砂除锈是利用高压空气带出喷料（石榴石砂、铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂）喷射到构件表面，从而除锈的一种方法。这种方法效率高、除锈彻底，是比较先进的除锈工艺。除锈过程完全靠人工操作（图3.45），除锈后的构件表面粗糙度小，不易达到摩擦系数的要求。需要注意的是，海砂在使用前应去除其盐分。

图3.45　人工喷砂除锈

③化学法除锈：利用酸与金属氧化物发生化学反应，从而除掉金属表面的锈蚀产物的一种除锈方法，即通常所说的酸洗除锈。除锈过程：将特制的钢铁除锈剂通过浸泡、涂刷、喷雾等方法渗入锈层内，溶解顽固的氧化物、沉积物、渣垢等，除锈完成后将处理过的钢材用清水冲洗干净即可。

11）钢结构的涂装

为了克服钢结构容易腐蚀、防火性能差的缺点，需在钢结构构件表面进行涂装保护，以延长钢结构的使用寿命、增加安全性能。钢结构的涂装分为防腐涂装和防火涂装。钢结构的涂装应在钢结构构件制作安装验收合格后进行，涂刷前应采取适当的方法将需要涂装部位的铁锈、焊缝药皮、焊接飞溅物、油污、尘土等杂物清除干净。

（1）防腐涂装

钢结构防腐漆宜选用醇酸树脂、氯化橡胶、环氧树脂、有机硅等品种。一般钢结构施工图中有明确规定，应严格按照施工图要求选购防腐漆。防腐漆应配套使用，涂膜应由底漆、中间漆和面漆构成。底漆应具有较好的防锈性能和较强的附着力；中间漆除具有一定的底漆性能外，还兼有一定的面漆性能；面漆直接与腐蚀环境接触，应具有较强的防腐蚀能力和耐候、抗老化能力。常用防腐漆见表3.5。

表3.5　常用防腐漆

续表

（2）防火涂装

防火涂料是以无机黏合剂与膨胀珍珠岩、耐高温硅酸盐材料等吸热、隔热及增强材料合成的一种防火材料，喷涂于钢结构构件表面，形成可靠的耐火隔热保护层，以提高钢结构构件的耐火性能。现行规范《钢结构防火涂料》（GB14907—2018）对防火涂料进行了如下分类。

·按火灾防护对象分类：

①普通钢结构防火涂料：用于普通工业与民用建（构）筑物钢结构表面的防火涂料。

②特种钢结构防火涂料：用于特殊建（构）筑物（如石油化工设施、变配电站等）钢结构表面的防火涂料。

·按使用场所分类：

①室内钢结构防火涂料：用于建筑物室内或隐蔽工程的钢结构表面的防火涂料。

②室外钢结构防火涂料：用于建筑物室外或露天工程的钢结构表面的防火涂料。

·按分散介质分类：

①水基性钢结构防火涂料：以水作为分散介质的钢结构防火涂料。

②溶剂性钢结构防火涂料：以有机溶剂作为分散介质的钢结构防火涂料。

·按防火机理分类：

膨胀型钢结构防火涂料：涂层在高温时膨胀发泡，形成耐火隔热保护层的钢结构防火涂料；非膨胀型钢结构防火涂料：涂层在高温时不膨胀发泡，其自身成为耐火隔热保护层的钢结构防火涂料。

12）钢结构构件的预拼装

由于受运输、安装设备能力的限制，或者为了保证安装的顺利进行，在工厂里将多个成品构件按设计要求的空间设置试装成整体，以检验各部分之间的连接状况，称为预拼装。

图3.46　钢结构构件的预拼装

预拼装一般分平面预拼装和立体预拼装两种形式，如图3.46 所示。拼装的构件应处于自由状态，不得强行固定。预拼装检验合格后，应在构件上标注上下定位中心线、标高基准线、交线中心点等必要标记，必要时焊上临时撑件和定位器等。其允许偏差应符合相应的规定。

预拼装方法分为平装法、立拼拼装法和模具拼装法。

（1）平装法

平装法操作方便，不需要稳定加固措施，不需要搭设脚手架，由于焊缝焊接大多为平焊缝，焊接操作简易，对焊工的技术要求不高，焊缝质量易于保证，且校正及起拱方便、准确。平装法适用于拼装跨度较小、构件相对刚度较大的钢结构，如长度18 m 以内钢柱、跨度6 m以内天窗架及跨度21 m 以内的钢屋架的拼装。

（2）立拼拼装法

立拼拼装法可一次拼装多个构件，块体占地面积小，不用铺设或搭设专用拼装操作平台或枕木墩，节省材料和工时；由于拼装过程无须翻身工序，质量易于保证，不用增设专供块体翻身、倒运、就位、堆放的起重设备，也缩短了工期；块体拼装连接件或节点的拼接焊缝可两边对称施焊，可防止预制构件连接件或钢构件因节点焊接变形而使整个块体产生侧弯。但立拼拼装时需搭设一定数量的稳定支架，块体校正、起拱较难，钢构件的连接节点及预制构件的连接件的焊接立缝较多，也增加了焊接操作的难度。

（3）模具拼装法

模具是指符合工件几何形状或轮廓的模型（内模或外模）。用模具来拼装组焊钢结构，具有产品质量好、生产效率高等许多优点。对成批的板材结构、型钢结构，应当考虑采用模具进行组装。桁架结构的装配模往往是以两点连直线的方法制成，其结构简单、使用效果好。

近年来，计算机应用蓬勃发展，尤其是BIM 应用以来，计算机模拟预拼装技术（图3.47）应运而生，为解决预拼装问题提供了新的途径。自动化预拼装工序一般如下：

①由全站仪测量或3D 扫描仪测量等测量技术得到构件孔位的三维坐标；

②将此三维坐标进行编号整理，建立局部坐标系下构件实测模型；

③由设计图纸建立结构整体坐标系下理论位置模型（孔位理论坐标）；

④将构件实测模型导入计算机程序，由程序自动进行试拼装计算，得到实测构件模型与结构理论模型的孔位偏差，即试拼装偏差；

⑤对结果进行分析整理，根据工程实际情况进行位置调整或构件加工。

图3.47　钢结构的模拟预拼装