超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝研究

楊金雨 （廈門新長誠鋼構(gòu)工程有限公司，福建 廈門 361000）

在現(xiàn)代城市建筑中，超高層建筑的建設(shè)越來越多，其中絕大部分超高層建筑采用“外框內(nèi)筒”的混合結(jié)構(gòu)，而鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)正是其中的典型，該結(jié)構(gòu)體系的外框架鋼結(jié)構(gòu)主要分別承受橫和豎向力的荷載，側(cè)向力的荷載則主要由內(nèi)筒框架承擔(dān)。外圍的鋼框架在自身平面內(nèi)一般為剛接框架，有時從經(jīng)濟性和易施工性考慮也可為較接，但柱子必須是貫通的，本文將著重介紹此結(jié)構(gòu)體系外框架鋼結(jié)構(gòu)的安裝工藝。

1 鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝的特點

鋼材本身具有堅固耐用的特性，在鋼結(jié)構(gòu)施工過程當中，它的特點主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且體量大，鋼材是一體成型的，它不同于混凝土澆筑，可以在施工現(xiàn)場直接成型，這樣的特點給安裝提出了更嚴的要求，尤其是在超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝上，一定要采取合適的安裝工藝才能滿足設(shè)計的相關(guān)標準和要求。由于鋼材的特性，它受溫度的影響比較大，隨著溫差的改變，鋼材的整體密度也會隨之改變，故鋼結(jié)構(gòu)施工對安裝的精度要求比較高，相應(yīng)的要有符合結(jié)構(gòu)特點的施工方法，同時影響安裝精度的還有其他許多因素，如測量的準確性，特別是高空測量，誤差的大小影響著鋼結(jié)構(gòu)施工的精度。焊接的影響同樣不可小視，超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)的鋼柱和鋼梁連接往往采用栓焊連接方式，在焊接過程中，如果焊接技術(shù)不過關(guān)，或者說焊接不專業(yè)，就會直接導(dǎo)致接頭連接的質(zhì)量不過關(guān)，甚至?xí)绊戜摿航Y(jié)構(gòu)變形的發(fā)生。就鋼結(jié)構(gòu)施工本身而言，工程施工的作業(yè)程序多、質(zhì)量要求高，需要協(xié)調(diào)的不確定性因素較多，既有客觀因素，也有人為因素。因此，以上特點都要求高度重視安裝工藝的制定和實施，才能圓滿完成超高層建筑的建設(shè)任務(wù)。如圖1所示，展示了超高建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)的整體效果圖。

圖1 超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)整體效果圖

2 超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝主要問題

2.1 測量問題

超高層建筑的平面和高程控制網(wǎng)垂直傳遞距離長，測站轉(zhuǎn)換多，易形成測量累積誤差，當測量累積誤差大時會影響建筑功能的正常發(fā)揮，測量的精度也受測量儀器精度、測量人員技術(shù)水平、建筑特征和施工環(huán)境的綜合影響，作業(yè)過程中都應(yīng)嚴格管控。

2.2 錨栓問題

柱腳錨栓的預(yù)埋質(zhì)量將直接影響整個鋼結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量，因此，應(yīng)先嚴格按照設(shè)計軸線及標高進行施工定位，澆筑混凝土前，應(yīng)再次復(fù)核確認錨栓位置的正確性，并在螺紋上涂上黃油和包上油紙，外面套上鋼管，以防止在澆筑混凝土過程中損傷錨栓。

2.3 螺栓問題

高強度螺栓施工工序多，質(zhì)量要求較高，作業(yè)前應(yīng)保證摩擦面和螺栓不得有水及其他污染，摩擦面處的毛刺、飛邊、氧化鐵皮等都應(yīng)用電動角磨機刷除，安裝過程中也應(yīng)嚴格按照初擰、終擰工序來做，保證安裝質(zhì)量，否則將造成接頭松動，影響可靠性。

2.4 焊接問題

超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中一般采用厚板材料，構(gòu)件和節(jié)點設(shè)計比較復(fù)雜，甚至經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造復(fù)雜的格構(gòu)組合異形截面，因此對焊接工藝提出了一系列挑戰(zhàn)，如無法有效管控作業(yè)過程，可能發(fā)生以下焊接問題：①厚板焊后冷裂紋傾向大；②焊后母材易發(fā)生層狀撕裂；③構(gòu)件構(gòu)造復(fù)雜，焊接難度大。

3 超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝

超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝要考慮各種因素，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，詳細的分析和研究建筑工程的結(jié)構(gòu)特點，考慮各種不利因素，如技術(shù)的原因、工程造價的限制以及周圍環(huán)境的影響等，都是施工時所要考慮的問題。具體的超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝有以下幾個方面。

3.1 測量

超高層的測量主要有兩個特點，一是技術(shù)難度大，精度要求高；二是影響因素多。目前國內(nèi)外通用的測量方法一般都是采用GPS定位技術(shù)，相比傳統(tǒng)的測量技術(shù)，它的優(yōu)勢在于觀測點之間不要求相互通視，并且測量網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)比較簡單靈活，測點選擇工作更加簡單，極大地突破了傳統(tǒng)測量技術(shù)的局限性，從而保證超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)的測量數(shù)據(jù)更加精準。

3.2 鋼柱吊裝

鋼柱吊裝主要有四步，一是復(fù)核鋼柱的軸線間距、基面標高、地腳螺栓的位置等信息，調(diào)整錨栓桿下螺帽位置，并備好墊鐵塊；二是吊裝鋼柱之前，在鋼柱上安裝登高梯并加以固定，然后緩慢吊起鋼柱，至鋼柱處于垂直狀態(tài)后緩慢下落，使錨栓孔對準錨栓桿，并確保鋼柱軸線對準十字線，再繼續(xù)下落到設(shè)計標高位置上；三是通過纜風(fēng)繩上的倒鏈對鋼柱垂直度進行調(diào)節(jié)，鋼柱校正完畢后擰緊錨栓，收緊纜風(fēng)繩；四是將柱腳墊鐵塊與柱底板點焊固定，然后移交下道工序施工。

3.3 鋼梁吊裝

鋼梁吊裝主要有四步，一是吊裝前的檢查，對鋼梁定位軸線、標高、長度、截面尺寸、螺栓孔數(shù)量及大小等進行全面復(fù)核后才能開始吊裝；二是當鋼梁到達安裝位置時，要利用鋼梁兩端的溜繩，將其慢慢對準鋼柱的牛腿腹板，穿入沖釘與安裝螺栓進行臨時固定，同時將梁兩端打緊校正，確保每個節(jié)點上安裝的螺栓不少于安裝總數(shù)孔的1∕3；三是調(diào)節(jié)梁兩端的焊接坡口間隙，達到設(shè)計和規(guī)范規(guī)定后，擰緊安裝螺栓，并將安全繩連通到兩邊的鋼柱上；四是鋼梁安裝后與鋼柱形成穩(wěn)定的空間單元時，同時對鋼柱與鋼梁的安裝精度進行復(fù)核，復(fù)核合格后，終擰各節(jié)點上的安裝螺栓。

3.4 螺栓安裝

當鋼柱、鋼梁“吊裝就位”形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)單元后，才能開始安裝高強螺栓，螺栓穿入方向以施工方便為準，每個節(jié)點應(yīng)整齊一致。高強螺栓的緊固必須分兩次進行，第一次為初擰，初擰緊固到螺栓標準軸力（即設(shè)計預(yù)拉力）的60%～80%，第二次為終擰，扭剪型高強度螺栓終擰以梅花卡頭擰掉為準，不準遺漏。初擰完畢的螺栓，應(yīng)做好標記以供確認，為防止漏擰，當天安裝的螺栓應(yīng)當天完成終擰，初擰和終擰時都應(yīng)從螺栓群的中間向四周對稱擴散。

3.5 焊接

在超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)場焊接的節(jié)點一般都是厚板材料(25mm～100mm，甚至更大)，而厚板焊接存在較多的不確定因素，對焊接技術(shù)也提出了更高的要求。一是要做好焊接節(jié)點的焊前準備工作，做好防風(fēng)防雨措施，做好焊接保溫和加熱準備；二是控制焊接溫度，較大焊縫的焊接極易造成較大的焊接變形和焊接應(yīng)力，因此，必須嚴格按照焊接工藝評定的焊接順序和方法進行焊接作業(yè)，其中焊前預(yù)熱、焊接過程層間溫度控制、焊縫后熱與保溫是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，為保證溫度控制的精度，一般采用電腦控制的電加熱系統(tǒng)；三是焊接方法的選擇，焊縫應(yīng)采取薄層、多道的方式進行焊接，每層、每道焊縫的焊道接頭錯開50mm，避免焊縫缺陷集中。

4 結(jié)語

在超高層建筑施工中，鋼結(jié)構(gòu)安裝是常見的施工方式，它在便捷性與安全性方面都有不錯的表現(xiàn)，同時也要秉承鋼結(jié)構(gòu)的特點并在施工難點上下功夫，如鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜化、構(gòu)件異型化等都是對安裝工藝的一種考驗。超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝一般采用鋼結(jié)構(gòu)測量、鋼構(gòu)件吊裝、高強螺栓安裝和現(xiàn)場焊接等安裝工藝。因此，在施工過程當中要重點關(guān)注這些安裝工藝存在的疑難問題，對這些疑難問題進行提前判斷和預(yù)防，這對工程的整體進展肯定是一種有力的保障，同時也消除了超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)施工過程中存在的安全隱患。本文是對超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝的一些經(jīng)驗總結(jié)，希望能夠借此拋磚引玉，激發(fā)鋼結(jié)構(gòu)的同行們思考，提高超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)安裝的工藝水平，使得超高層建筑外框架鋼結(jié)構(gòu)的安裝更加安全與可靠，質(zhì)量也能得到更好的保證。