高層建筑鋼框架結(jié)構(gòu)施工吊裝與連接技術(shù)研究

摘 要：本文通過工程實例，針對工程難點，詳細地闡述了高層建筑鋼框架結(jié)構(gòu)的吊裝與安裝、焊接技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼框架結(jié)構(gòu)；吊裝；連接

1 工程概況

某超高層辦公建筑由主樓和裙房組成。地上49層，地下3層，地面高度為183.75m，邊長41.16m。外框為箱形鋼柱，框架梁為H型鋼，結(jié)構(gòu)還采用了懸挑的巨大的對角斜支撐結(jié)構(gòu)體系，斜支撐采用寬翼緣H型鋼。結(jié)構(gòu)體系所受的水平力主要由鋼筋混凝土核心筒及斜撐承擔(dān)。核心筒各層樓板均為鋼筋混凝上現(xiàn)澆而成，核心筒與外框筒間梁為鋼梁，剪力釘將焊于鋼梁翼緣上，以形成組合樓板，樓層是由51mm深的壓型鋼板上澆筑74mm厚的混凝土而形成125mm厚的復(fù)合樓板。三層裙房承重體系為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓蓋為鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，屋頂為鋼結(jié)構(gòu)支承的玻璃頂。

2 工程難度特點

結(jié)構(gòu)的大截面鋼斜撐是主要受力構(gòu)件，承受上部分9層結(jié)構(gòu)的豎向力及整個建筑的水平力。斜撐跨越9個結(jié)構(gòu)層，每根斜撐長約58.lm，其高空吊裝、定位、測量校正是本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝的最大難題。鋼杜壁厚130mm，130mm厚鋼板全熔透現(xiàn)場對接焊接在當(dāng)時國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中比較罕見，現(xiàn)場施焊困難，焊接質(zhì)量控制難度較大。這是本工程鋼結(jié)構(gòu)施工的又一個難題。C4鋼柱位于建筑邊角部位，且此構(gòu)件重量最大，給塔吊的選型、布置，結(jié)構(gòu)層分段施工及鋼柱、鋼斜撐的分節(jié)吊裝造成困難。

3 鋼框架結(jié)構(gòu)吊裝施工

3.1 塔吊的計算與平面布置

本工程在塔樓的芯筒中央布設(shè)一臺M440D內(nèi)爬式塔吊，塔吊最大起重量32t，最大臂長55m。主體結(jié)構(gòu)外側(cè)布置一臺500HC-S吊車，施工現(xiàn)場的臨建、構(gòu)件拼裝場地、堆場、輔助建筑、工具房和機房的布設(shè)均需根據(jù)這兩臺塔吊的起重量布設(shè)。

兩臺塔吊間距L=410+5000+1217=4×5880+5000+1217=29.737m。式中：10為柱軸線間距。

塔吊升出核心筒的最大高度H =H0-nH1=45.1-6×3.75=22.6m。H0為內(nèi)爬安裝凈高，n為標準層數(shù)，H1為標準層高度。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)的吊裝

地下室鋼結(jié)構(gòu)吊裝。地下室鋼結(jié)構(gòu)主要包括核心筒勁性鋼柱(4根)、外圍鋼柱(23根)及柱間鋼斜撐。由于受現(xiàn)場施工條件的限制，開設(shè)坡道至地下室的難度較大，而且如果汽車吊開至地下室進行鋼結(jié)構(gòu)吊裝，與土建施工相互影響較大，施工進度難以提高。因此，考慮在地下室底板施工初期就安裝一臺500HC-S外爬塔吊，既可以完成地下、地上所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝，又可以進行M440D內(nèi)爬塔吊的安裝，有利于加快總體施工進度。

地上部分鋼結(jié)構(gòu)吊裝。鋼柱和鋼斜撐均采取分節(jié)吊裝時主要考慮的因素是：以滿足M440D塔吊的起重能力和構(gòu)件的運輸能力為前提；盡可能地減少節(jié)點數(shù)；盡可能地保證鋼柱節(jié)點數(shù)。鋼柱的節(jié)點設(shè)置在樓層以上1.2m位置，以便于安裝施工。

鋼柱和鋼梁的吊裝吊裝的原則：先裝主梁后裝次梁，為加快施工進度，對于較輕的鋼梁宜采取一機多吊的方法，對于多樓層單元，先吊裝頂層梁，后吊裝下層梁，這樣有利于框架的穩(wěn)定性。

型鋼斜撐的吊裝是該工程中型鋼斜撐的吊裝是難點，由于型鋼斜撐的長度達38m，整根吊裝的難度較大，所以采取分節(jié)吊裝，為了保證型鋼斜撐的整體剛度和安裝的穩(wěn)定性，將型鋼斜撐與樓層梁在地面拼裝后整體吊裝，鋼梁起到臨時支撐作用。

每根懸挑鋼斜撐分為三節(jié)吊裝，每節(jié)分別與鋼梁在地面組裝后整體吊裝。鏈4、5用來調(diào)整鋼斜撐的傾斜度，由于鋼梁的剛度小，加上鋼梁與鋼斜撐只是臨時連接，不宜承受重載，所以采用 鏈1、2、3來加強該組裝件。在起吊前， 鏈1、2、 3一定要拉緊，以防止鋼梁在吊裝過程中變形。柱間型鋼斜撐與懸挑鋼斜撐相比尺寸重量較小，可以直接吊裝。

4 鋼板柱的連接施工技術(shù)

4.1 測量校正

根據(jù)地面控制點，在建筑物外圍作平面軸線、標高控制網(wǎng)。將地面控制點投測到地下3層混凝土墊層，埋設(shè)地腳螺栓，每組地腳螺栓由標準樣板固定相對尺寸。在地下3層混凝土底板面投測軸線、標高。

第一節(jié)鋼柱就位時底板中心應(yīng)對準定位線，用墊鐵調(diào)整鋼柱標高。用兩臺經(jīng)緯儀在兩個正交方向校正鋼柱垂直度?？紤]上部樓層平面幾何形狀，在地下3層地面確定4個激光點，并在以上各層樓板相應(yīng)位置預(yù)留150mm ×150mm孔洞作平面軸線控制的激光投遞。高程用鋼尺垂直向上量距傳遞。

第二節(jié)鋼柱、梁安裝校正垂直度后，在投遞的激光控制點上架設(shè)全站儀分片或整體觀測柱頂軸線偏差，偏差值決定鋼柱焊接順序與方向。整個吊裝結(jié)構(gòu)層柱梁全部焊接完成后作軸線偏差復(fù)測，檢驗焊接時垂直度的影響。焊接后的柱頂軸線偏差又作為上節(jié)鋼柱垂直度校正的依據(jù)，依次循環(huán)直到最后節(jié)。

對于斜立柱部分的安裝校正，首先是將整個大樓設(shè)一平面獨立坐標系，用全站儀觀測柱頂邊角坐標，與設(shè)計理論坐標比較，兩者的差數(shù)即為軸線偏差值。通過校正來調(diào)整偏差值的大小。

4.2 特厚鋼板柱連接

本工程采用焊接和高強度螺栓連接，外圍結(jié)構(gòu)由18根鋼柱、跨9個結(jié)構(gòu)層斜撐及鋼框架梁構(gòu)成，鋼柱均為厚板與超厚板，箱形截面，其中C2、C4柱鋼板厚達105-130mm，連接節(jié)點設(shè)計，有抗震設(shè)計和非抗震設(shè)計之分，本工程按抗震設(shè)計，須進行節(jié)點連接的承載力驗算，采用等強度設(shè)計法進行計算，翼緣和腹板采用摩擦型高強度螺栓連接。

4.3 特厚鋼板箱形柱施焊

該工程特厚板箱形柱的焊接，采用自根部深熔、縫中填充、面層焊縫全斷面CO2氣體保護半自動焊接方式：由兩名工作習(xí)慣、運焊技法、焊接速度基本相同的熟練技工做對稱施焊，首尾相合，全部作業(yè)要求除收弧段采用收弧電流作右向回焊外基本采用左向焊法。

根部施焊時，一名技工自柱偏移方向的反方向先行作根部深熔，根部的深熔采用一層幾道的方法，層厚約等于6.5mm，道寬約等于6mm；施焊首道時，至少將始焊點移往面向直線段右方向柱角一直邊的100mm處，禁止在角部始焊；收弧處，也必須繞過左方向柱角向前延長至少100mm，禁止在角部熄弧。全部焊段盡可能保持連續(xù)施焊，避免多次熄弧起弧。穿越安裝連接板處時必須盡?？赡軐⒔宇^送過連接板中心至少30mm。作業(yè)要點如下：

同一層道焊縫出現(xiàn)一次或數(shù)次停頓需續(xù)焊時，始焊接頭須在原熄弧處后至少15mm處燃弧，禁止在原熄弧處直接燃弧。

熄弧時，應(yīng)待保護氣體完全停止供給，焊縫完全冷凝后方能移走焊槍。禁止電弧剛停止燃燒即移走焊槍，使紅熱熔池暴露在大氣中失去CO2氣體保護。

第一層第一道，焊絲均勻保持20-25°的向下傾角，運焊采用劃斜圓圈手法，斜圓指向襯板時稍加停頓，注意充分熔合直邊母材和襯板的夾角部分。

第一層第二道是根部焊接相當(dāng)重要的焊接部位。施焊時，焊絲與坡口直邊側(cè)僅能保持平行。電弧直接作用在首層首道的上部1/3處襯板未熔化部分和坡邊角部，運焊仍采用劃斜圓圈手法。

幾層與除面層的各層首道。隨坡口深度的減少，焊絲與直邊的夾角逐漸從約等于20-25°改變成約等于40°，運焊手法仍采用劃斜圓圈的方法

二層與除面層的各層堆壘道、焊絲與焊肉層面相對方向保持約90°± 5°，與運焊方向保持約等于65°夾角。運焊時，電弧熔焊至少要將上道焊縫的凸點處熔融，使冷凝后的焊道下沿均勻迭壓在上道焊縫的凸點部，電弧在熔池后斜上部作向后推動動作。

二層與以后各填充層的最末一道，隨坡口深度的減少焊絲與前層焊縫的夾角逐漸從約等于90°-100°加大向下傾角，但焊絲與運焊方向須始終保持約90°。電弧始終保持劃斜長圓的方法使熔池形成長圓形。電弧始終兼顧上方坡邊的熔化和下方前道焊縫的拱部熔融，并保持均勻向前巨不脫環(huán)鏈。

參考文獻

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[2] 李和華.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992.

作者簡介：廖祖榮（1980-），男，?？疲砉こ處?，從事，建筑施工管理工作。