高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的研究分析

李少君 陜西建工集團(tuán)有限公司建筑設(shè)計(jì)院

1 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，對(duì)衣食住行等方面提出更高要求。建筑工程作為人們賴以生存的必要物質(zhì)條件，其施工質(zhì)量受到社會(huì)群眾高度關(guān)注。相關(guān)資料研究表明，人們處于良好的生活環(huán)境或工作環(huán)境中時(shí)，心理會(huì)得到極大滿足，有利于更好的投入生活模式和工作狀態(tài)中。

近年來，我國城市化進(jìn)程不斷深入，促進(jìn)建筑工程建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，為了有效節(jié)約土地資源，建筑工程逐漸向高層化、大型化趨勢發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)作為高層建筑施工中的重要環(huán)節(jié)，其施工效果直接影響工程安全性和穩(wěn)定性。所以，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，既是保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的必要需求，也是推動(dòng)建筑行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵途徑。

2 我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)

2.1 鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國結(jié)構(gòu)施工技術(shù)相對(duì)于發(fā)達(dá)國家而言起步較晚，加上鋼結(jié)構(gòu)施工成本高于混凝土結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)前這種施工技術(shù)主要應(yīng)用到高層建筑工程或大型建筑工程中。隨著科技不斷進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)也得到了一定優(yōu)化和完善，并在一定程度上擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。尤其經(jīng)濟(jì)全球一體化背景下，國內(nèi)外交流日益頻繁，為鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。具體可以從兩個(gè)方面分析。

第一，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)逐漸由中外合作向國產(chǎn)化趨勢發(fā)展。改革開放后，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，在對(duì)外交流過程中，逐漸積累了各種先進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)和施工經(jīng)驗(yàn)，使我國高層鋼結(jié)構(gòu)建筑取得飛躍式進(jìn)步。近年來，越來越多國內(nèi)專家和學(xué)者開展鋼結(jié)構(gòu)建筑研究工作，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立完成高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工這一目標(biāo)[1]。

第二，逐漸向輕型鋼結(jié)構(gòu)趨勢發(fā)展。新形勢下，建筑行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)性能提出更高要求，加上可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入貫徹落實(shí)，使得建筑行業(yè)逐漸向節(jié)約化趨勢發(fā)展。在這一背景下，輕鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，將其應(yīng)用到高層建筑施工中，不僅安全可靠，而且節(jié)約大量鋼材，因此受到行業(yè)高度青睞和廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為建筑行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。

2.2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工普遍具備高、重、斜、扭、懸等特點(diǎn)。

第一，高：建筑工程高度越高，其存在的施工風(fēng)險(xiǎn)也就越大。

第二，重：鋼結(jié)構(gòu)施工用鋼量大，所以構(gòu)件重量較重，并且施工中對(duì)機(jī)械設(shè)備要求較高。

第三，斜：新形勢下，城市地區(qū)各種形態(tài)的建筑結(jié)構(gòu)拔地而起，其中包括人造斜塔等，由于傾斜角度較大，所以施工難度也較大。

第四，扭：如廣州新電視塔，其鋼結(jié)構(gòu)外筒自上而下扭轉(zhuǎn)45°，呈三椎傾斜狀，在實(shí)際施工中不僅定位復(fù)雜，而且容易受外界因素影響降低工程質(zhì)量。

第五，懸：例如中央廣播電視臺(tái)新臺(tái)址，在高空中挑出巨大懸臂，在一定程度上增加了鋼結(jié)構(gòu)吊裝難度和施工質(zhì)量控制難度。

3 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程需要注意的各項(xiàng)問題

在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，可以將施工過程歸納為兩個(gè)步驟：其一，加工和制作鋼結(jié)構(gòu)配件；其二，施工現(xiàn)場對(duì)鋼結(jié)構(gòu)配件進(jìn)行安裝，并做好防腐、防火處理工作。為了確保鋼結(jié)構(gòu)施工順利進(jìn)行，有效提高施工安全性和穩(wěn)定性，需要在施工中注意以下問題。

3.1 保證鋼結(jié)構(gòu)配件尺寸合理，做好現(xiàn)場測量、放線工作

在鋼結(jié)構(gòu)配件加工制作過程中，需要將尺寸控制在誤差允許范圍內(nèi)，同時(shí)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，做好工程現(xiàn)場測量和放線工作，這對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)后期安裝而言意義重大[2]。

由于鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型較為直觀，所以在高層建筑施工中，對(duì)配件的尺寸和位置要求較高。在配件加工過程中，一旦尺寸控制不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致配件與設(shè)計(jì)需求產(chǎn)生差異，從而影響安裝作業(yè)順利進(jìn)行，即便能夠安裝，也會(huì)影響工程承重效果和安全性能。

另外，高層建筑工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體型較大，需要應(yīng)用到大量鋼結(jié)構(gòu)配件，在施工中容易形成面型誤差積累。其中任何一個(gè)配件存在微小誤差，都會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，甚至?xí)茐慕ㄖこ淌芰π阅?，從而引發(fā)安全事故。

3.2 容易受氣候條件等外界因素影響產(chǎn)生質(zhì)量問題

建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工大多在露天環(huán)境下進(jìn)行，容易受氣候環(huán)境等外界因素影響，產(chǎn)生各種質(zhì)量問題。具體來說，鋼材本身防腐性能較差，在雨季如果沒有做好防范工作，容易導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)腐蝕、損壞等問題，從而對(duì)安裝質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。并且在鋼構(gòu)建連接過程中，無論施工人員選擇焊接工藝還是拴接工藝，都與天氣條件有密切聯(lián)系，需要施工單位合理安排施工時(shí)間，避免在雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣下作業(yè)。

隨著建筑工程建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，我國相關(guān)部門也針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工出臺(tái)了一系列規(guī)章制度和技術(shù)規(guī)范，要求施工人員在作業(yè)中嚴(yán)格落實(shí)制度、遵循規(guī)范，如果自然條件與規(guī)范不符，則不能開展施工活動(dòng)。在條件允許的情況下，施工單位可以采取措施改善施工條件，確保施工安全。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)施工對(duì)機(jī)械設(shè)備有較高要求

鋼結(jié)構(gòu)施工就是對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行合理裝配，由于構(gòu)件重量較大、體積較大，所以需要采用運(yùn)輸、吊裝等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行操作。并且高層建筑涉及諸多高空作業(yè)，在吊裝過程中對(duì)起重機(jī)操作人員專業(yè)水平要求較高[3]。同時(shí)，吊裝施工時(shí)，機(jī)械設(shè)備荷載需要嚴(yán)格控制在承重范圍內(nèi)。

在鋼構(gòu)件運(yùn)輸、起吊、就位過程中，需要嚴(yán)格按照施工組織計(jì)劃和專項(xiàng)吊裝方案進(jìn)行。針對(duì)施工中存在的一些特殊工藝技術(shù)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求會(huì)更加嚴(yán)格，包括同步頂升施工技術(shù)、高空滑移施工技術(shù)等。

3.4 鋼構(gòu)件防火、防腐處理

由于鋼材本身防火、防腐性能較差，所以應(yīng)用到建筑工程中使，為了確保其安全性，需要做好防火、防腐處理工作，并且在實(shí)際施工中，避免將鋼構(gòu)件堆放在火源或水源附近。

4 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 預(yù)埋地腳螺栓施工要點(diǎn)

預(yù)埋地腳螺栓是提高鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要前提，能夠確保鋼柱安全、穩(wěn)定。在實(shí)際施工過程中，施工人員需要結(jié)合軸線位置，選擇合理的定位點(diǎn)，通常情況下，被選擇的軸線誤差范圍需要控制在2mm以內(nèi)，同時(shí)需要準(zhǔn)確選擇標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)，其誤差范圍需要控制在5mm以內(nèi)。施工單位在制定好螺栓預(yù)埋方案后，可以組織施工人員進(jìn)行預(yù)埋作業(yè)，確保預(yù)埋深度達(dá)標(biāo)。

在實(shí)際施工中，施工單位需要結(jié)合工程具體情況和施工面積等要素，確定螺栓預(yù)埋參數(shù)。只有嚴(yán)格按照需求做好螺栓預(yù)埋工作，才能夠?yàn)殇撝惭b奠定良好基礎(chǔ)。

另外，施工單位在完成螺栓預(yù)埋工作后，需要做好系統(tǒng)檢查工作，一般檢查要分兩次進(jìn)行，首次重點(diǎn)檢查螺栓位置、標(biāo)高；第二次需要在混凝土澆筑完畢后進(jìn)行，重點(diǎn)檢查螺栓是否存在位移情況。確保兩次檢查均在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范范圍內(nèi)，從而提高鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

4.2 鋼柱安裝要點(diǎn)

鋼柱安裝是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工總的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有在確保螺栓預(yù)埋滿足需求的情況下，才能夠展開鋼柱安裝作業(yè)。由于鋼柱重量較大、體積較大，所以需要采用吊裝法施工。在吊裝作業(yè)前，施工人員應(yīng)將施工過程中涉及的所有部位進(jìn)行分離，使各部位成為獨(dú)立區(qū)域，而后采用平行吊裝法施工[4]。

為了保證施工安全，需要在吊裝過程中做好預(yù)埋螺栓保護(hù)工作，可以在螺栓上加設(shè)保護(hù)套，避免其在作用力下受到損害。同時(shí)，施工人員在作業(yè)過程中，還要時(shí)刻關(guān)注鋼柱位置、垂直度以及標(biāo)高等各項(xiàng)指標(biāo)，嚴(yán)格按照施工流程和技術(shù)規(guī)范操作，將誤差控制在允許范圍內(nèi)。

除此之外，還要仔細(xì)檢查鋼柱質(zhì)量，并采取合理措施對(duì)鋼柱進(jìn)行臨時(shí)固定，避免其出現(xiàn)失穩(wěn)問題，從而引發(fā)質(zhì)量事故或安全事故。

4.3 鋼梁搭建和鏈接要點(diǎn)

確保鋼框架梁穩(wěn)定性良好，能夠?yàn)殇撝溄犹峁┌踩Ｕ?。因此，在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，需要施工人員做好鋼框架梁搭建作業(yè)?，F(xiàn)階段，在施工過程中，大部分施工單位都會(huì)采用“工”字框架梁結(jié)構(gòu)或“H”型框架梁結(jié)構(gòu)，并且連接過程中主要應(yīng)用性能較高的剛性材料。

另外，框架梁的鋼材有上翼和下翼，在鋼結(jié)構(gòu)施工中可以發(fā)揮橫加肋力的功能，可以通過這一功能區(qū)分框架梁和鋼柱的連接位置[5]。

在二者連接過程中，需要施工人員準(zhǔn)確區(qū)分鋼梁編號(hào)，并明確連接點(diǎn)。框架梁吊裝時(shí)，需要嚴(yán)格按照施工工序進(jìn)行，盡可能將吊裝作業(yè)、校正作業(yè)和固定作業(yè)連續(xù)完成，避免產(chǎn)生累積偏差。

4.4 螺栓安裝要點(diǎn)

螺栓安裝和焊接，是提高高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工安全性和穩(wěn)定性的重要保障。在實(shí)際施工中，需要施工人員按照由內(nèi)及外順序，完成螺栓穿孔作業(yè)，避免更換順序。另外，如果穿孔過程中遇到不符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸的孔洞或螺栓，導(dǎo)致穿入困難，需要施工人員及時(shí)使用工具校正螺栓，確保其順利入孔，避免強(qiáng)制穿入[6]。

完成穿孔作業(yè)后，需要對(duì)螺栓進(jìn)行固定。施工人員應(yīng)結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行分步安裝，通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)都存在一定差異，對(duì)于大型節(jié)點(diǎn)，需要先完成螺栓穿孔工作，而后檢查鋼板是否存在變形問題，最后擰緊、固定。

5 結(jié)束語

綜上所述，雖然我國在高層建筑工程鋼結(jié)構(gòu)施工方面與發(fā)達(dá)國家相比起步較晚，但是發(fā)展速度較快，當(dāng)前已經(jīng)能夠獨(dú)立完成施工作業(yè)，并且逐漸與國際先進(jìn)水平接軌。隨著社會(huì)不斷發(fā)展，科技不斷進(jìn)步，我國也要進(jìn)一步加大鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究方面的投入，并優(yōu)化和完善施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一方面有效提高建筑工程質(zhì)量，為人們生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障，另一方面推動(dòng)建筑行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。