高层建筑钢结构施工技术

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摘　要：概括了钢结构同混凝土结构相比的优缺点，再从钢结构施工过程中主要施工环节为切入点对施工技术进行论述，得出只有严格按照施工工艺要求施工才能得到预期质量效果的结语。
关键词：钢结构；施工；技术；
中图分类号：TU391
0引言
钢结构在我国虽然起步较晚，但发展迅猛，今年来出现了上海金茂大厦、深圳赛格大厦、大连世贸中心等有名的钢结构工程。钢结构的使用尤其是在高层建筑中的使用为推动我国建筑行业的向前发展起到了强有力的推动作用。
1钢结构的优缺点
钢结构之所以在建筑中得到广泛应用，主要是由于钢结构具有施工周期短、自重轻、抗震性能好、环境污染少等综合优势；但同时具有耐火性差、耐腐蚀性差等致命缺点，综述如下：
1.1主要优点
1.1.1施工周期短　用于施工的钢结构构件可以是行工厂化生产、现场安装，因此可以大大缩短施工周期。
1.1.2空间大　由于钢材的抗压、抗侧弯强度均为混凝土的1.5倍，因此在相同强度的条件下可以缩小截面从而增大了有效空间；根据钢材的高强度的特点，设计可以采用大开间布置，从而使建筑平面内更加合理的布置，增加有效空间，资料统计，钢结构建筑比钢筋混凝土建筑可以增加5％～8％的使用面积率。
1.1.3可循环利用　钢结构建筑物的施工材料可以实现钢材再生利用，同其它结构建筑物相比减少了大量的建筑垃圾。
1.2主要缺点
1.2.1耐火性差　钢材的导热系数远大于钢筋混凝土的导热系数，其耐火性能远差于混凝土结构，在温度达到600℃时，钢结构基本丧失了其全部的刚度和强度。因此在钢结构建筑设计中结构抗火被视为重要一环。
1.2.2耐腐蚀性差　由于钢材表面的铁原子与空气中的氧化合生成氧化铁锈，锈蚀能够引起应力集中，危害钢结构的使用安全，使钢结构提前破坏，因此对钢结构进行有效的防腐才能确保其使用年限。【1】　
2钢结构施工技术分析
2.1螺栓预埋
预埋柱脚螺栓的位置必须非常准确，否则会导致钢柱安装上的困难，且对安装质量有较大的影响。【2】因此预埋螺栓位置应给予严格控制，施工中应严格控制基础轴线和标高基准点，埋设后进行两次复测，第一次在埋设定位后测量，第二次在基础混凝土浇筑并代其坚固后进行复测，如果在复测过程中发现位移超出范围则必须进行重新埋设。其标高偏差控制在±5mm以内，定位轴线的偏差控制在±2mm以内。
2.2钢柱吊装
钢柱是决定高层建筑层高和总高度的主要竖向构件，在加工制造中必须满足现行规范的标准。钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形，所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度，即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换，同时要求对每节钢柱应编号予以区别，正确安装就位。【3】
高层钢结构吊装一般需划分吊装作业区域，吊装按划分的区域，平行顺序同时进行。在吊装第一节钢柱时，应在预埋的地脚螺栓上加设保护套，以免钢柱就位时碰坏地脚螺栓的丝牙。钢柱吊装前，应预先在地面上把操作挂篮、爬梯等固定在施工需要的柱子部位上。钢柱的吊点在吊耳处，根据钢柱的重量和起重机的起重量，钢柱的吊装可用双机抬吊或单机吊装。双机抬吊时，钢柱吊离地面后在空中进行回直。单机吊装时需在柱子根部垫以垫木，以回转法起吊，严禁柱根拖地。钢柱就位后，先调整标高，再调整位移，最后调整垂直度。柱子要按规范规定的数值进行校正，标准柱子的垂直偏差应校正到零。当上柱与下柱发生扭转错位时，可在连接上下的耳板处加垫板进行调整。为了控制安装误差，对高层钢结构先确定标准柱。正方形框架取4根转角柱，长方形框架当长边与短边之比大于2时取6柱，多边形框架则取转角柱为标准柱。一般取标准的柱基中心线为基准点，用激光经纬仪以基准点为依据对标准柱的垂直度进行观测，于柱子顶部固定有测量目标。在激光仪测量时，为了纠正由于钢结构振动产生的误差和仪器安置误差、机械误差等，激光仪每测一次转动90度，在目标上共测4个激光点，以这4个激光点的相交点为准量测安装误差。为使激光束通过，在激光仪上方的金属或混凝土楼板上皆需固定或埋设一个小钢管。激光仪设在地下室底板上的基准处。除标准柱外，其他柱子的误差量测不用激光经纬仪，通常是用丈量法，即以标准柱为依据，在角柱上沿柱子外侧拉设钢丝绳组成平面封闭状方格，用钢尺丈量距离，超过允许偏差者则进行调整。
钢柱标高的控制，每安装一节钢柱后，对柱顶进行一次标高实测，标高误差超过6mm时，需进行调整。如误差过大（大于20mm）不宜一次调整，可先调整一部分，待下一次再调整，否则一次调整过大会影响支撑的安装和钢梁表面标高。中间框架柱的标高宜稍高些，因为钢框架安装工期长，结构自重不断增大，中间柱承受的结构荷载较大，基础沉降亦大。
钢柱轴线位移校正，以下节钢柱顶部的实际柱中心线为准，安装钢柱的底部对准下节钢柱的中心线即可。校正位移时应注意钢柱的扭转，钢柱扭转对杠架安装很不利。
2.3钢梁吊装
钢梁在吊装前，应于柱子牛腿处检查标高和柱子间距，主梁吊装前，应在梁上装好扶手杆和扶手绳，待主梁吊装就位后，将扶手绳与钢柱系牢，以保证施工人员的安全。一般在钢梁上翼缘处开孔，作为吊点。吊点位置取决于钢梁的跨度。为加快吊装速度，对重量较小的次梁和其他小梁，多利用多头吊索一次吊装数根。有时将梁、柱在地面组装成排架进行整体吊装，减少了高空作业，保证了质量，并加快了吊装速度。
2.4钢结构高强螺栓连接
2.4.1节点处理
高强度螺栓连接应在其结构架设调整完毕后，再对接合件进行矫正，消除接合件的变形、错位和错孔、板束接合摩擦面要贴紧后进行安装高强度螺栓。为了接合部板束间摩擦面贴紧，结合良好，先用临时变通螺栓和手动扳手紧固、达到贴紧为止。在每个节点上穿入临时螺栓的数量应由计算决定，一般不得少于高强度螺栓总数的1/3。最少不得少于二个临时螺栓。冲打穿入螺全的数量不宜多于临时螺栓总数的3%。不允许用高强度螺栓兼临时螺栓，以防止损伤螺纹，引起扭矩系数的变化。
2.4.2螺栓安装
高强度螺栓安装在节点全部处理好后进行，螺栓穿入方向要一致。一般应以施工便利为宜，对于箱形截面部件的接合部，全部从内向外插入螺栓，在外侧进行紧固。如操作不便，可将螺栓从反方向插入。对于大六角高强度螺栓连接副在安装时，根部的垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头，安装尾部的螺母垫圈则应与扭剪型高强度螺栓的螺母和垫圈安装相同。严禁强行穿入螺栓，如不能穿入时，螺孔应用绞刀进行修整，用绞孔修整前应对其四周的螺栓全部拧紧，使板叠密贴后再进行。修整时应防止铁屑落入叠缝中。绞孔完成后用砂轮除去螺栓孔周围的毛刺，同时扫清铁屑。
2.4.3螺栓紧固
高强度螺栓紧固时，应分初拧、终拧。对于大型节点可分为初拧、复拧和终拧。
初拧是为了尽量缩小螺栓在紧固过程中由于钢板变形等的影响，采取缩小互相影响的措施。高强度螺栓紧固时，至少分二次紧固。第一次紧固称之为初拧。初拧轴力一般宜达到标准轴力的60%-80%，最低不应小于标准轴力的30%。
复拧即对于大型节点高强度螺栓初拧完成后，在初拧的基础上，再重复紧固一次，复拧扭矩值等于初拧扭矩值。
终拧是对高强度螺栓作最后的紧固。终拧的轴力值以标准轴力为目标，并应符合设计要求。考虑高强度螺栓的蠕变，终拧时预拉力的损失、根据试验，一般为设计预拉力的5%-10%。终拧扭矩按下式计算；
M=（P+△P）•k•d
式中：M—终扭矩kN•m(kgf•m)；
P—设计预拉力kN(t)；
ΔP—预拉力损失值，一般为设计预拉力的5-10%；
k—扭矩系数；
d—螺栓公称直径（m m）。
2.5钢结构焊接
钢结构的焊接焊缝分为工厂制作焊缝和现场安装焊缝两大类。设计要求分为I、Ⅱ、Ⅲ级，I级焊缝要求最高，Ⅲ级焊缝要求最低。Ⅲ级焊缝只需要进行外观检查，表面应无气孔、夹渣、弧坑裂纹等缺陷。I、Ⅱ级焊缝应进探伤检验，其检验方法按以下原则确定：①对工厂制作的焊缝，应按每条焊缝计算百分比，且探伤长度应不小于200 mm。②对现场安装焊缝，应按同一类型，同一施焊条件的焊缝条数计算百分比，探伤长度应不小于200 mm，且应不少于1条焊缝。Ⅰ级焊缝的探伤比例为100％ ，Ⅱ级焊缝的探伤比例为20 ％。【4】
施工中钢柱之间的连接常采用坡口电焊连接。主梁与钢柱间的连接，一般上、下翼缘用坡口电焊连接，而腹板用高强螺栓连接。次梁与主梁的连接基本上是在腹板处用高强螺栓连接，少量再在上、下翼缘处用坡口电焊连接，柱与梁的焊接顺序，先焊接顶部柱、梁节点，再焊接底部柱、梁节点，最后焊接中间部分的柱、梁节点。
坡口电焊连接应先做好准备(包括焊条烘焙、坡口检查、设电弧引入、引出板和钢垫板，并点焊固定，清除焊接坡口、周边的防锈漆和杂物，焊接口预热)。柱与柱的对接焊接，采用二人同时对称焊接，柱与梁的焊接亦应在柱的两侧对称同时焊接，以减少焊接变形和残余应力。
对于厚板的坡口焊，打底层焊多用直径4mm焊条焊接，中间层可用5mm或6mm焊条，盖面层多用直径5mm焊条。三层应连续施焊，每一层焊完后及时清渣。焊缝余高不超过对接焊体中较薄钢板厚的1/10，但也不应大于3.2mm。焊后当气温低于0℃时，用石棉布保温使焊缝缓慢冷却。焊缝质量检验均按二级检验标准检验。
3结语
文章从钢结构施工过程中的主要施工工艺为切入点介绍了在实际施工过程中的施工技术及工艺。施工实践证明，施工过程中只有严格按施工图纸及现行规范施工，才能保证施工质量，达到预期控制目标。
参考文献：
[1] 姜立辉，贾力.钢结构优缺点分析[Ｊ].科技信息，2007-36.
[2] 重庆大学等三校．土木工程施工技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003．
[3] 孙海龙，王秀桌.浅谈钢结构建筑的施工工艺[Ｊ].科技咨询导报，2007-09.
[4] GB50205—2001，钢结构工程施工质量验收规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，2001．