高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用探討

莊緒永

（臨沂市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院，山東 臨沂276000）

1 引言

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的深入，高層建筑已成為城市改建、擴(kuò)建的主要建筑物類型，其在建筑高度、建筑外形、建筑標(biāo)志性等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。特別是國(guó)家提出“五位一體”發(fā)展戰(zhàn)略后，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部也提出了應(yīng)當(dāng)推廣綠色建筑。在住宅建筑中，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)有利于保護(hù)環(huán)境與節(jié)約資源，推動(dòng)建筑行業(yè)逐漸從粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展型[1]。因此，在高層建筑的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)積極選用鋼結(jié)構(gòu)及其施工技術(shù)，綜合考慮構(gòu)配件標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化，提高工程整體質(zhì)量。

2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)是指建筑主體結(jié)構(gòu)采用鋼構(gòu)件，通過(guò)合理加工鋼材，制作為可承載壓力的結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

1）空間利用率高。鋼材的抗彎、抗壓強(qiáng)度較高，性能優(yōu)于混凝土，高層建筑工程中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)，可減少結(jié)構(gòu)橫截面積，進(jìn)而提高工程空間利用率。

2）施工工期短。高層建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)，能夠減少施工中腳手架搭設(shè)這部分工程量，并且安裝鋼結(jié)構(gòu)可使用壓型鋼板作為混凝土樓板的模板。并且在施工過(guò)程中，還能采取交叉方式開(kāi)展混凝土與鋼結(jié)構(gòu)施工，提高了整體工程強(qiáng)度，縮減了高層建筑的整體工期。

3）可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)以鋼材為主要材料，而鋼材具有可重復(fù)利用的特點(diǎn)，不會(huì)造成材料浪費(fèi)，避免了施工中產(chǎn)生過(guò)多的建筑垃圾，符合我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求[2]。

3 工程概述

某高層建筑采用鋼結(jié)構(gòu)形式，由地上31層與地下1層構(gòu)成，高度為92.2 m，標(biāo)準(zhǔn)層高為2.9 m，采取鋼柱+剪力墻版的結(jié)構(gòu)形式?？蚣苤灿?6根，鋼柱截面尺寸為B300 mm×300 mm×12 mm×12 mm，B700 mm×300 mm×14 mm×14 mm，應(yīng)用Q345B鋼材材質(zhì)。工程重難點(diǎn)如下：

1）本工程鋼板剪力墻的鋼板厚度為7 mm，為較薄鋼板，不當(dāng)焊接會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形，且焊接點(diǎn)空間定位復(fù)雜，為保證剪力墻板焊接的有效性，部分板件可選用單邊坡口焊接方式，其對(duì)于制作反變形與精度方面要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

2）施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法容納鋼構(gòu)件的大規(guī)模拼裝，工廠應(yīng)盡量制作整體構(gòu)件，減少現(xiàn)場(chǎng)拼裝。另外，存在超寬、超長(zhǎng)運(yùn)輸構(gòu)件情況，運(yùn)輸工程量約為7 100 t，存在超限構(gòu)件運(yùn)輸難題。

3）鋼結(jié)構(gòu)施工中，存在大量高空焊接與焊裝操作，如鋼柱與鋼梁對(duì)接焊接、鋼柱對(duì)接焊接、剪力墻與鋼梁焊接等，需把控焊接質(zhì)量。

4 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用措施

4.1 深化構(gòu)件設(shè)計(jì)

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中，構(gòu)件加工前需深化設(shè)計(jì)，綜合考慮施工方案、加工能力、設(shè)計(jì)圖紙及施工條件，對(duì)加工構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)施工具有重要影響。本工程主要從2方面出發(fā)：

1）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。合理設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，使其傳力、構(gòu)造簡(jiǎn)單化，以減小施工難度、制作難度，組織多個(gè)部門(mén)共同確定節(jié)點(diǎn)形式，通過(guò)修改、驗(yàn)算后，上報(bào)至管理部門(mén)審核方能確定節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。以X節(jié)點(diǎn)為例，原本設(shè)計(jì)為拼接2個(gè)V形構(gòu)件，焊接難度高，制作復(fù)雜，建立三維模型后，按照施工工藝，改造組合結(jié)構(gòu)為平面整體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了加工過(guò)程，且添加耳板進(jìn)行臨時(shí)連接，便于施工矯正。

2）分段設(shè)計(jì)。由于高層建筑現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模拼裝，因此，應(yīng)盡量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)吊裝、運(yùn)輸長(zhǎng)度、焊接工藝等情況進(jìn)行分段設(shè)計(jì)。以斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)為例，分段設(shè)計(jì)外框柱時(shí)，按照車(chē)輛拖掛車(chē)廂最大尺寸為17 m的要求，分段在20 m以內(nèi)，梁與柱體的連接應(yīng)用大面積焊縫連接至柱上，工廠完成梁、柱、節(jié)點(diǎn)的焊接，以保證焊接質(zhì)量。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

工廠完成構(gòu)件制作后，為保證將大量構(gòu)件順利運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，巨型柱均設(shè)置枕木，圓形柱中設(shè)置枕木與砌塊，避免其發(fā)生滾動(dòng)，且以鋼絲繩固定，運(yùn)輸路線以公路為主，避開(kāi)老舊橋梁，按照規(guī)定進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)停車(chē)，保證安全運(yùn)輸。現(xiàn)場(chǎng)檢查構(gòu)件合格后，即可開(kāi)展吊裝施工。吊裝施工應(yīng)注意以下幾個(gè)方面事項(xiàng)：

1）吊裝檢查處理。吊裝前，詳細(xì)檢查存儲(chǔ)與進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件，根據(jù)GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，檢查鋼構(gòu)件界面規(guī)格、孔距、尺寸、外觀，明確是否標(biāo)注中心線、長(zhǎng)度、重量、標(biāo)高、軸線方向等。構(gòu)件如果出現(xiàn)超規(guī)范誤差，應(yīng)立即修正構(gòu)件。完成驗(yàn)收后，綁好構(gòu)件必要的操作平臺(tái)與鋼樓梯，并處理接口瑕疵，打磨毛邊、鐵銹[3]。

2）確定吊裝方案。根據(jù)施工條件與構(gòu)件情況確定吊裝方案，選擇地面預(yù)拼裝與構(gòu)件分散吊裝再進(jìn)行整體吊裝的方式，由于高空臨邊作業(yè)存在較大危險(xiǎn)，且吊裝設(shè)備為固定位置，無(wú)法應(yīng)用其他設(shè)備協(xié)助，因此，需分散吊裝部件，低空選擇整體吊裝。

3）柱體吊裝。起吊中柱體反身傾角側(cè)面應(yīng)墊上輪胎，避免坡口和地面擠壓造成柱體破損，緩慢起鉤后，構(gòu)件重心和起重力處于相同水平線時(shí)，停止塔吊起鉤，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)大臂，繼續(xù)帶動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，松鉤至落實(shí)構(gòu)件。傾斜結(jié)構(gòu)則翻身立正，將鋼絲繩與吊環(huán)連接扣緊，起吊前進(jìn)行手拉葫蘆設(shè)置，起吊后地面用葫蘆預(yù)調(diào)傾斜角度[4]。

4）鋼梁吊裝。起吊鋼梁時(shí)，工人需明確安裝鋼梁部位，吊裝鋼梁至部位后對(duì)準(zhǔn)，保持穩(wěn)定，應(yīng)用全站儀進(jìn)行精準(zhǔn)定位，兩端打入沖釘，訂正梁位。在節(jié)點(diǎn)兩端分別采用1/3普通螺栓初步固定梁，利用尺子量取柱與梁的垂直度與水平度，符合規(guī)范則擰緊螺栓。完成獨(dú)立梁安裝后，可安裝次梁與小梁。鋼梁與核心筒連接時(shí)，應(yīng)將鋼梁一端利用螺栓連接鋼柱牛腿，另一端靠在埋件就位板上，安裝完高強(qiáng)度螺栓與埋件焊接后，割除就位板。

5）吊裝不規(guī)則構(gòu)件。對(duì)于整體結(jié)構(gòu)或不規(guī)則構(gòu)件，應(yīng)先利用軟件構(gòu)建模型，尋找結(jié)構(gòu)重心，起吊中安裝吊繩，使塔吊吊鉤位于重心垂直線，緩慢起吊后，利用手拉葫蘆進(jìn)行構(gòu)件調(diào)整，維持傾斜或水平角度，固定在吊裝位置。

4.3 構(gòu)件測(cè)量矯正

構(gòu)件吊裝至位置后，通過(guò)全站儀明確構(gòu)件目標(biāo)位置，保持一定傾斜或垂直角度，精準(zhǔn)安裝。以空間網(wǎng)格構(gòu)件為例，由于其較為復(fù)雜，可選用三維模型坐標(biāo)擬合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行糾偏，先將網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分為若干單元進(jìn)行拼裝，下部會(huì)影響上部安裝結(jié)構(gòu)精度，控制X形節(jié)點(diǎn)管口坐標(biāo)精度，即可減少誤差。在軟件中先構(gòu)建網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型，將節(jié)點(diǎn)連接坐標(biāo)記錄下來(lái)，作為安裝坐標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，借助全站儀測(cè)量節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，保證下管口能夠消化誤差，確保節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)精度。測(cè)量過(guò)程中，可利用BIM技術(shù)獲取信息數(shù)據(jù)，獲得網(wǎng)格結(jié)構(gòu)坐標(biāo)。

在構(gòu)件矯正中，施工層頂部開(kāi)展作業(yè)時(shí)，將專業(yè)固定激光反射棱鏡與全站儀固定于鋼柱頂部。如鋼柱矯正，柱頂設(shè)置十字架支撐棱鏡，校準(zhǔn)鋼柱垂直度，整平鋼柱進(jìn)行矯正，可采取夾緊耳板的方式進(jìn)行扭轉(zhuǎn)偏移調(diào)整。

4.4 鋼結(jié)構(gòu)連接技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)連接技術(shù)主要分為焊接與螺栓連接。具體如下：

1）鋼板焊接。由于高層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件較大，工程鋼板較薄，因此，選用氣體保護(hù)焊接方式。工廠生產(chǎn)中，使用焊機(jī)焊接，質(zhì)量穩(wěn)定，但是現(xiàn)場(chǎng)人工操作周?chē)h(huán)境不穩(wěn)定，需做好質(zhì)量控制。焊接構(gòu)件接口前，應(yīng)先打磨切割面，直至露出金屬光澤，清除坡口兩側(cè)距離35 mm范圍內(nèi)的雜質(zhì)，按照材料焊接要求進(jìn)行電流調(diào)整，核對(duì)保護(hù)氣體流量，確保氣路暢通，應(yīng)用焊條時(shí)，應(yīng)保證焊條干燥，風(fēng)力超過(guò)2 m/s時(shí)必須搭設(shè)防風(fēng)棚。在后續(xù)焊接中，如果局部加熱不均勻，會(huì)產(chǎn)生變形與應(yīng)力，因此，應(yīng)加強(qiáng)溫度控制，先預(yù)熱鋼材焊縫兩側(cè)，預(yù)熱范圍超過(guò)1.5倍焊縫厚度，焊接時(shí)控制層間溫度保持在150~200℃，以減少冷卻速度。保持連續(xù)焊接作業(yè)，厚板選用多層多道焊方式，對(duì)稱焊接則遵循先短后長(zhǎng)的順序，層間溫度確保和預(yù)熱溫度相同，邊焊接邊錘擊以消除應(yīng)力。完成焊接后，加熱焊縫至230℃，并嚴(yán)密保溫，時(shí)間控制在0.5~1 h[5]。

2）螺栓連接。高層鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接主要用于梁柱與主次梁，其材料強(qiáng)度高，可施加螺栓較大預(yù)應(yīng)力，高強(qiáng)螺栓能承受更大的荷載。連接施工前，要處理摩擦面，保證摩擦面清潔干燥，無(wú)其他雜質(zhì)，有鐵銹則用鋼絲除去，打磨范圍不超過(guò)4倍螺栓孔徑面積，確保摩擦系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。并且檢查螺栓孔徑，應(yīng)比螺栓直徑大2.5 mm。吊裝鋼結(jié)構(gòu)就位后，用普通螺栓固定，矯正后用高強(qiáng)螺栓固定，分2次完成擰緊操作，初擰緊為70%預(yù)拉力，終擰緊為100%預(yù)拉力，大六角螺栓以最終控制扭矩合格為主，扭剪型螺栓以擰斷梅花頭為主。按照中間至兩邊螺栓群擰，對(duì)稱擰住兩側(cè)梁的順序擰，完成螺栓連接后，檢查螺栓是否全部擰好，避免漏擰，以保證連接質(zhì)量。

5 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量?jī)?yōu)化措施

5.1 加強(qiáng)質(zhì)量管控

在鋼結(jié)構(gòu)施工中，為控制施工質(zhì)量，應(yīng)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程管控，要求參與人員協(xié)同合作：

1）事前控制。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)深化設(shè)計(jì)圖后進(jìn)行圖紙會(huì)審，明確各種工藝技術(shù)，項(xiàng)目實(shí)施中，對(duì)于項(xiàng)目應(yīng)用的新材料、新技術(shù)、新工藝等方面提前進(jìn)行人員培訓(xùn)。編制施工方案，選擇合適的供應(yīng)商，以保障配件、材料、構(gòu)件的質(zhì)量。施工前，做好用料型號(hào)、規(guī)格核對(duì)工作，設(shè)備機(jī)具也要保養(yǎng)檢測(cè)，降低故障率。

2）事中控制?，F(xiàn)場(chǎng)落實(shí)施工責(zé)任制度，確定現(xiàn)場(chǎng)分工責(zé)任，按照工藝標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展施工，嚴(yán)格落實(shí)檢查制度，面對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、重點(diǎn)位置，負(fù)責(zé)人復(fù)檢校核，以保證工程質(zhì)量。

3）事后控制。竣工后，檢驗(yàn)施工質(zhì)量、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及合同要求等，完成施工管理、工程技術(shù)、質(zhì)保等方面文件的審核、歸檔與整理，保護(hù)成品，確保構(gòu)件完整性。

5.2 強(qiáng)化安全管理

高層鋼結(jié)構(gòu)住宅中，吊裝存在較多高空臨邊作業(yè)，穿插施工也較多，人員上下頻繁，安裝鋼構(gòu)件時(shí)焊接貫穿始終，易發(fā)生高空墜物打擊、高空墜落、火災(zāi)等事故。因此，應(yīng)加強(qiáng)安全管理工作，落實(shí)安全生產(chǎn)要求，做好防范措施：

1）防范高空墜落，工作人員需做好安全培訓(xùn)與技術(shù)交底工作，做到持證上崗，落實(shí)安全防護(hù)網(wǎng)、安全繩、安全帶等安全措施，時(shí)刻關(guān)注人員身體狀況，禁止帶病作業(yè)，如未能落實(shí)安全防護(hù)，則立即停工整改。

2）防范火災(zāi)傷害，布置滅火消防設(shè)施，保證焊接氣瓶罐體完好，移動(dòng)與擺放小心謹(jǐn)慎，電焊操作遵循“十不燒”原則，有動(dòng)火證、操作證方能動(dòng)火，清理施工區(qū)可燃物與易燃雜物，做好隔離措施，關(guān)注用火安全。

3）防范高空墜物打擊，工作人員應(yīng)戴好安全帽，相同區(qū)域內(nèi)避免交叉立體施工，相同垂直面禁止同時(shí)作業(yè)，小件工具設(shè)備要及時(shí)固定，避免掉落，特別是吊裝區(qū)，應(yīng)設(shè)置警戒線、警告牌[6]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)從構(gòu)件設(shè)計(jì)、構(gòu)件安裝、構(gòu)件測(cè)量矯正、構(gòu)件連接這幾方面出發(fā)，把控整體鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)。此外，還應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，做好事前、事中、事后把控與安全管理工作，從而提高整體工程質(zhì)量。