高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和措施

李同星

摘要：在當(dāng)今建筑領(lǐng)域，高層建筑比比皆是，按照規(guī)范的定義，建筑高度超過(guò)100m的建筑物就屬于高層建筑。高層建筑除了高度高以外，在施工過(guò)程中還有以下特點(diǎn)。本文闡述高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑 鋼結(jié)構(gòu)施工 技術(shù)和措施

中圖分類號(hào)：[TU393.2]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

高層基礎(chǔ)采用深基礎(chǔ)。由于建筑高，體量大，支撐高層的地基必須達(dá)到足夠的強(qiáng)度，所以多采用深基礎(chǔ)，持力層嵌入微風(fēng)化巖層。高層地下室深、層數(shù)多、面積大。要滿足建筑功能方面的要求，比如人防面積、停車位數(shù)量等。要解決在施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)抗浮問(wèn)題。能夠根據(jù)土方條件正確選擇降水方法，能夠正確選擇深基坑工程的土方開(kāi)挖方式，能夠具有初步的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算的能力，能進(jìn)行大體積混凝土溫度裂縫控制措施方案的制定和應(yīng)用，能夠正確選擇高層建筑的施工運(yùn)輸機(jī)械，能夠正確針對(duì)工程選用合適的腳手架，能夠針對(duì)工程進(jìn)行簡(jiǎn)單的腳手架方案設(shè)計(jì)，能夠正確根據(jù)不同的工程選擇合適的模板類型，能夠正確選用合適的粗鋼筋連接方法，能根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況制定高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工方案。

一、我國(guó)高層型鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)業(yè)近年發(fā)展極為迅速，已涌現(xiàn)出一批具有相當(dāng)規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)加工企業(yè)。鋼構(gòu)企業(yè)總數(shù)已發(fā)展到上千家。其中年產(chǎn)能力在 5～15 萬(wàn)t之間的有10多家；裝備水平、生產(chǎn)技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理能力接近國(guó)際水平的也有10多家。這些企業(yè)設(shè)計(jì)、制圖、放樣基本上是由計(jì)算機(jī)用各種專門軟件完成，能承擔(dān)我國(guó)國(guó)家級(jí)工程的鋼結(jié)構(gòu)制造。如大跨度橋梁、巨型水壩閘門、高層和大跨度房屋結(jié)構(gòu)等。

在市場(chǎng)機(jī)制下，一大批中小規(guī)模的加工企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，雖然年產(chǎn)能力不足1萬(wàn)t，但這些企業(yè)有著自己的優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)，可彌補(bǔ)大企業(yè)的不足。此外，隨著國(guó)外資本和技術(shù)設(shè)備進(jìn)入中國(guó)，出現(xiàn)了許多中外合資企業(yè)、獨(dú)資企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)、股份制企業(yè)等，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展在體制、規(guī)模、加工方向等方面形成了多樣化。2005 年我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量已達(dá)1500萬(wàn)t，產(chǎn)值約1200億元。但當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)面臨著：鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)能遠(yuǎn)大于實(shí)際產(chǎn)量，很多企業(yè)任務(wù)不足，生產(chǎn)能力不能發(fā)揮，造成較大的供需差距，導(dǎo)致惡性競(jìng)爭(zhēng)，相互壓價(jià)等混亂局面。

二、鋼結(jié)構(gòu)的施工優(yōu)勢(shì)

1、鋼結(jié)構(gòu)的自重輕，有效空間大

自重輕的特點(diǎn)能夠使鋼結(jié)構(gòu)建筑反應(yīng)快，具有很好的抗震效果。有效空間大是由于鋼結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度大，在同等條件下，相比于其他建筑，能夠縮小截面，進(jìn)而獲得更多的利用空間。

2、鋼結(jié)構(gòu)綠色、節(jié)能又環(huán)保

鋼結(jié)構(gòu)的施工材料是可以再次利用的，其產(chǎn)生的建筑廢料比其他建筑結(jié)構(gòu)要少很多。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)不斷加強(qiáng)，對(duì)生活環(huán)境和辦公環(huán)境的要求也會(huì)越來(lái)越高。未來(lái)的建筑會(huì)向著綠色建筑的方向發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)建筑正是符合這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，又能夠保證人們對(duì)高品質(zhì)的建筑居住條件的要求。

3、利用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行高層建筑施工可以大大縮短施工周期

高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工和其他建筑結(jié)構(gòu)不同，它無(wú)需搭設(shè)太多的腳手架，一般在廠制作后可以直接用于現(xiàn)場(chǎng)安裝，無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行再加工；高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的模板可采用壓型鋼板，無(wú)需再另外支設(shè)。這些都為高層建筑施工節(jié)省了大量時(shí)間，大大縮短了整個(gè)施工周期。

三、鋼結(jié)構(gòu)施工前的準(zhǔn)備

鋼結(jié)構(gòu)施工具有其特有的復(fù)雜性，更由于高層建筑的重要級(jí)別，可以說(shuō)高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)施工是不可逆的，因此，在施工前要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備工作，主要包括兩方面內(nèi)容，一是吊裝準(zhǔn)備，二是施工現(xiàn)場(chǎng)和技術(shù)的準(zhǔn)備。

吊裝準(zhǔn)備主要涉及的問(wèn)題就是吊裝設(shè)備的選擇，要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的最大起重量和材料種類等進(jìn)行選擇。目前，高層建筑常采用的是塔式起重機(jī)，需要合理設(shè)計(jì)吊機(jī)的起重量、起重力矩以及半徑值。另外現(xiàn)場(chǎng)條件，材料的布置等對(duì)塔吊的影響也需綜合考慮。

施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備，主要包括鋼構(gòu)件及其配套零部件和連接件的驗(yàn)收、張亮器具以及測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)備、構(gòu)件的運(yùn)輸、基礎(chǔ)的復(fù)測(cè)、構(gòu)件的堆放、設(shè)備工具材料的安裝和施工力量的組織等。為了確保鋼結(jié)構(gòu)工程的順利進(jìn)行和施工質(zhì)量，要編制嚴(yán)密的鋼結(jié)構(gòu)施工組織設(shè)計(jì)方案，以及施工圖紙的繪制。在施工圖的繪制過(guò)程中，要進(jìn)行多次會(huì)審，盡量避免開(kāi)工后因圖紙問(wèn)題引發(fā)停工或是工程質(zhì)量、進(jìn)度受影響的現(xiàn)象。施工組織設(shè)計(jì)的完善程度是影響工程質(zhì)量的重要部分，尤其對(duì)于構(gòu)件和設(shè)備較多的鋼結(jié)構(gòu)工程，要明確質(zhì)量保證體系和技術(shù)管理體系的權(quán)責(zé)，對(duì)于特殊工種要有培訓(xùn)合格證和上崗證；應(yīng)積極采用新工藝新技術(shù)；對(duì)于工程的質(zhì)量和進(jìn)度要有相應(yīng)的控制措施和方法；要進(jìn)行合理的工期安排。

四、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件種類較多，其主要的施工技術(shù)表現(xiàn)在構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接，以及連接處強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性的保證。因此如何解決構(gòu)件間的連接問(wèn)題是鋼結(jié)構(gòu)工程主要任務(wù)。

地腳螺栓的預(yù)埋技術(shù)。地腳螺栓的預(yù)埋位置和預(yù)埋強(qiáng)度是鋼結(jié)構(gòu)工程整體質(zhì)量的基本內(nèi)容保證。一般常采用 6～10 cm 厚的鋼板作為定位鋼板，再進(jìn)行地腳螺栓的定位。還應(yīng)注意定位鋼板的尺寸與鋼柱底墊板的尺寸要相互吻合，并在鋼板底部螺栓上設(shè)置止退調(diào)節(jié)螺栓，與其對(duì)應(yīng)的上部駱?biāo)軌蚬潭ㄕ{(diào)節(jié)螺母，并在鋼板上預(yù)留 150 mm 直徑的澆搗孔，以便其下部梁內(nèi)鋼筋的綁扎工作。為了使二者合為一體，可將地腳螺栓焊接在柱子的鋼筋上，以確保整體剛度。在混凝土澆筑工程結(jié)束后，還應(yīng)將地面裸露的地腳螺栓用塑料布等包裹起來(lái)，以避免生銹。

鋼柱的安置技術(shù)。柱子的設(shè)置要點(diǎn)是對(duì)于每一節(jié)柱的標(biāo)高、垂直度與定位軸線的偏差如何形成。對(duì)于不同位置的柱節(jié)其控制關(guān)鍵點(diǎn)也有所區(qū)別。如首節(jié)柱要控制的主要是標(biāo)高和定位軸線，次節(jié)柱則要加上垂直度的測(cè)試。另外，不同柱節(jié)的調(diào)節(jié)方式也不盡相同，首節(jié)柱是通過(guò)定位鋼板與螺母的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，次節(jié)柱則是通過(guò)調(diào)節(jié)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)焊縫的寬度來(lái)確保樓層的標(biāo)高是較高的技術(shù)水平要求，是指通過(guò)四個(gè)方位的調(diào)節(jié)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼柱垂直度的調(diào)整。鋼柱對(duì)接完成后，要進(jìn)行嚴(yán)密的驗(yàn)收工作，合格后，可將耳板徹底拆除。另外，為了確保鋼梁的安裝以及二者的連接強(qiáng)度，應(yīng)在安裝鋼梁前，在鋼柱預(yù)埋連接件以及混凝土核心筒壁上的預(yù)埋件。

鋼梁的安置技術(shù)。鋼梁安置的要點(diǎn)是要通過(guò)限位鋼板臨時(shí)固定與數(shù)次校正，來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼梁與鋼柱的連接處的垂直度及軸線位置。在臨時(shí)固定時(shí)，可通過(guò)安放吊裝耳板于鋼梁上，并在耳板的兩端分別焊接一塊安置限位鋼板來(lái)完成鋼梁臨時(shí)固定。吊裝耳板應(yīng)在距鋼梁兩端 1/4 長(zhǎng)度的位置安裝，規(guī)格要與鋼梁的重量相匹配，一般來(lái)說(shuō)，吊裝耳板的厚度在10～16 mm 左右。限位鋼板應(yīng)在鋼梁的上部設(shè)置，厚度同耳板，可將限位鋼板設(shè)定在鋼柱的牛腿上。限位鋼板和吊裝耳板可以提高鋼梁的安裝精度，并能加快施工速度，確保施工的安全進(jìn)行。

焊接和栓接的技術(shù)。鋼材的連接方式主要有兩種，一是螺栓連接，二是焊接。一般來(lái)說(shuō)，在臨時(shí)固定時(shí)常采用螺栓連接的方式，這樣不僅能夠確保安裝時(shí)的強(qiáng)度和安全性，也能夠方便在工程結(jié)束后對(duì)于臨時(shí)固定的拆除。對(duì)于焊接連接方式來(lái)說(shuō)，最主要的問(wèn)題是如何保證焊接質(zhì)量。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接的主要問(wèn)題是減少焊接應(yīng)力和變形。在施工過(guò)程中，應(yīng)從中心框架向四周擴(kuò)展焊接，首先應(yīng)選擇收縮大的焊縫進(jìn)行焊接，并應(yīng)采取對(duì)稱焊接的辦法來(lái)減少應(yīng)力和應(yīng)變。另外，應(yīng)先進(jìn)行梁與柱的連接，再進(jìn)行柱與柱間的連接。

門窗工程的安裝技術(shù)。鋼窗的安裝質(zhì)量主要由鋼窗產(chǎn)品的質(zhì)量和進(jìn)場(chǎng)后外觀的檢查，以及鋼窗與固定鋼窗立柱間的間隙來(lái)控制。施工中，為了避免預(yù)留窗口與鋼窗不匹配，一般常見(jiàn)的做法是將鋼窗一邊的立柱首先固定住，等鋼窗完全安裝后，再將另一邊的立柱焊接。

鋼結(jié)構(gòu)工程中不可避免的會(huì)有特殊鋼結(jié)構(gòu)，一般都是以組合的形式出現(xiàn)，體積較大且重量較大。由于特殊部位的鋼構(gòu)件在各個(gè)工程中各不相同，因此無(wú)法對(duì)其給予統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

此外，高層建筑的施工過(guò)程還有一定的安全保障措施，主要有水平通道和垂直運(yùn)輸設(shè)施的安全保障。水平通道一般為工具式的腳手通道、裝配式的通道板、鋼管腳手通道以及扶手繩等。豎向的通道多采用臨時(shí)固定與鋼柱兩側(cè)的爬梯來(lái)實(shí)現(xiàn)。為確保安全，多采用焊接緊固的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)接柱操作平臺(tái)與鋼柱之間的連接。這些安全保障設(shè)施只有在工程完全結(jié)束后方可拆除。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，文明、安全施工管理與普通建筑的不同。高層文明安全施工管理與普通建筑施工有許多的不同。裝飾工程、安裝工程的立體交叉施工，必須設(shè)立安全分隔區(qū)和防火分隔區(qū)。腳手架的搭設(shè)、拆除方案必須經(jīng)過(guò)審批、落實(shí)和檢查。 另外，大型設(shè)備要有安全保護(hù)措施等等?？傊拿靼踩┕?yīng)該做到橫向到邊，縱向到底，措施到位，責(zé)任到人。高層施工消防工作至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]．馬金彬，高層鋼框架結(jié)構(gòu)施工工藝與焊接變形分析[J].重慶建筑，2012

[2]．王艷梅，超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工要點(diǎn)控制[J]建筑工程，2012

[3]．范明明，鋼結(jié)構(gòu)使用和發(fā)展趨勢(shì)概述[J]土木工程，2013