高層建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工技術(shù)

張帥，王姍姍

（1.山東光磊鋼結(jié)構(gòu)工程股份有限公司，山東 濟寧 272000；2.東營筑城建筑設(shè)計有限公司，山東 東營 257000）

0 引言

目前我國在鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工上，已經(jīng)獲得了一系列的研究成果。在周陽[1]的研究中，提出了閉口鋼結(jié)構(gòu)相量的軸向翻轉(zhuǎn)安裝施工技術(shù)，與傳統(tǒng)的一般正向體位制作模式有所不同，提出了導(dǎo)向體位總裝制作、軸向翻轉(zhuǎn)的施工技術(shù)方法，同時經(jīng)過工程的實際運用，已經(jīng)獲得了較好的施工效果；在於濤等[2]的研究中，提出了實腹式截面梁角拱形鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工技術(shù)，該技術(shù)是從四個方向進行同時施工，同步完成主體工程和次工程的拱吊樁施工，相較于傳統(tǒng)的施工方法，該技術(shù)施工速度更快；在付杰等[3]的研究中，提出了基于BIM 技術(shù)的蒙古包鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，借助于BIM 技術(shù)，構(gòu)建蒙古包鋼結(jié)構(gòu)的三維模型，并綜合施工現(xiàn)場的實際情況，運用到臨時支撐加分段安裝的施工方法，可以改善幕墻面層分隔，保障了蒙古包造型的完美成型。

1 工程概況

該工程項目建筑總面積共計23 435m2，地上建筑物面積占地20 806m2，高度73m，地下一層，地上16 層，地下部分主要以鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)為主，地上部分以鋼框架支撐形式為主?？蚣苤玫氖窍渲?，在其中灌注的是C40 混凝土。地面以下的鋼結(jié)構(gòu)采用的是外包混凝土加固結(jié)構(gòu)，框架梁為焊接H 型、熱軋H 型兩種鋼梁。模板用的是現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，外墻使用的是玻璃幕墻，內(nèi)墻用的是輕質(zhì)加氣混凝土，砌塊箱型柱共計36 根，最大截面尺寸為600mm×600mm，鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為3 100t。

2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝特征

（1）容易受到自然條件的負面影響。在進行高層建筑物鋼結(jié)構(gòu)安裝施工時，受自然溫度的影響，導(dǎo)致其施工質(zhì)量和施工過程難以達到目標(biāo)。例如，施工時自然條件發(fā)生明顯變化，出現(xiàn)六級以上大風(fēng)或極端惡劣天氣，均有可能引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)施工過程的安全事故，甚至?xí)绊戜摻Y(jié)構(gòu)焊接，致使焊接根部收縮、夾渣和裂紋，結(jié)構(gòu)之間的高強度連接螺栓出現(xiàn)質(zhì)量問題，進而導(dǎo)致工程項目的建設(shè)質(zhì)量無法滿足項目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）鋼結(jié)構(gòu)施工時常出現(xiàn)立體交叉作業(yè)。在鋼結(jié)構(gòu)安裝施工時，工序較為復(fù)雜，鋼構(gòu)件數(shù)量較多，難以避免地會出現(xiàn)交叉立體作業(yè)。同時，各個作業(yè)工序會出現(xiàn)相互干擾，需在各個工序之間預(yù)留好間歇時間。而這樣的施工方式，會導(dǎo)致高層建筑物工程進度被延誤。舉例來說，若是在同一時間進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工和鋼結(jié)構(gòu)安裝施工，則會對工程項目的施工流水節(jié)拍帶來負面影響。

（3）鋼結(jié)構(gòu)有著較高的施工標(biāo)準(zhǔn)及要求。在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工時，相對于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)存在較大區(qū)別，對鋼結(jié)構(gòu)有著更高的施工要求。與此同時，近些年我國的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展時間相對較短，可以借鑒的施工經(jīng)驗較少，大多數(shù)是綜合工程項目的實際情況進行細節(jié)設(shè)計。尤其是在主體結(jié)構(gòu)施工時，需要在明確建筑工程項目施工要求的條件下，針對鋼結(jié)構(gòu)安裝步驟進行合理設(shè)計。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)施工將會對鋼構(gòu)件的加工精度提出更高的要求，尤其是以焊接工作為主，焊接工作量較大，焊接質(zhì)量要求較高，需要進一步強化在鋼結(jié)構(gòu)加工時的質(zhì)量管控，并依照其特定順序進行合理安裝，以保障工程項目的建設(shè)質(zhì)量滿足要求。在進行高層建筑物鋼結(jié)構(gòu)安裝時，多是進行高空作業(yè)，有著較高的危險系數(shù)，防護難度相對較大，因此也會對安全管理工作提出較高的要求，需要有關(guān)工作人員形成完善的安全意識，嚴(yán)格踐行工程項目的施工原則，保障其作業(yè)過程的操作規(guī)范性。

在該工程項目中，由于施工面積較大，地上建筑物層數(shù)較多，因此鋼結(jié)構(gòu)需要承擔(dān)的荷載及重量較大。加之工期較緊，因此在進行鋼結(jié)構(gòu)施工時，需要進行立體交叉作業(yè)。需結(jié)合當(dāng)前工程項目的具體情況，明確各階段的施工技術(shù)要點，才可保障工程項目的施工質(zhì)量滿足要求。

3 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

3.1 基礎(chǔ)地腳螺栓預(yù)埋施工技術(shù)

在該高層建筑物的施工過程中，由于荷載承載要求較高，適合使用井字形定位鋼筋，對地腳螺栓進行焊接固定處理。同時運用鋼板模具，將已經(jīng)焊接完成的地腳螺栓固定于基礎(chǔ)梁。在混凝土初凝之前，展開施工校正處理。如此一來，既可以確保地腳螺栓軸線位置方向正確，又可以加快地腳螺栓的預(yù)埋速度，降低了人工成本投入，節(jié)省了大量的時間。具體來說，其工藝流程為以下幾個方面：

（1）需要先在該工程基礎(chǔ)梁中放置好軸線，同時劃定螺栓的位置線，使用柱子拉力筋，焊接井字形鋼筋，確保焊接牢固，隨后再對地腳螺栓進行焊接。將鋼板模具套于絲桿中，上下擰好螺母。

（2）需要進行混凝土振搗，并進行螺栓矯正。由于該工程項目使用到的螺栓相較于基礎(chǔ)梁來說要更高，超出500mm，因此在對底板混凝土進行澆筑的過程中，需要澆筑到金屬梁頂，并在上方500mm 左右的位置進行二次吊模。螺栓矯正工作完成之后，再對混凝土進行澆筑。澆筑時，需要安排專人進行現(xiàn)場的監(jiān)督管理，嚴(yán)格規(guī)避一面振搗，對振搗過程中的振搗棒和地腳螺栓接觸情況進行管控。

（3）在基礎(chǔ)澆筑混凝土澆筑工作完成之后、混凝土凝固之前，需要針對螺栓的位置進行及時矯正。若是發(fā)現(xiàn)螺栓位置不正，則需要立即進行現(xiàn)場整改。

（4）成品保護。為保障地腳螺栓的螺紋部分不會沾染到混凝土，澆筑梁基礎(chǔ)混凝土之前，需要運用塑料套管，將地腳螺栓的螺紋部分罩住。在模板拆除工作完成之后，則需要使用彩條布，將螺栓的螺紋部分進行保護密封處理，有效規(guī)避銹蝕問題。

3.2 吊裝

3.2.1 鋼柱的吊裝

鋼柱為高層建筑物的重要構(gòu)件，也是直接影響高層建筑物層高和總高度的核心豎向構(gòu)件之一。在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工時，吊裝施工為其中的重點工序，吊裝速度以及吊裝質(zhì)量的好壞，將會對工程項目的施工質(zhì)量帶來直接影響。首先在進行鋼柱吊裝時，需要劃分施工現(xiàn)場吊裝作業(yè)區(qū)域，先安裝整體框架梁柱結(jié)構(gòu)后樓板結(jié)構(gòu)，隨后從平面向四周進行擴散，依照先主梁、后次梁的順序來展開吊裝施工，如圖1 所示。其次是在吊裝首個鋼柱時，需要在預(yù)埋好的地腳螺栓中裝設(shè)保護套，有效規(guī)避在鋼柱就位之后對地腳螺栓帶來破壞及影響。在鋼柱吊裝之前，首先需要在地面中，將操作掛籃、爬梯等固定于柱子區(qū)域。再次，在進行鋼柱吊裝時，吊點需要保持在柱連接耳板螺栓孔附近，并使用專用吊索來進行吊裝[4]。吊裝之前，需要準(zhǔn)備好校正所需的墊板和鋼鍥，同時把臨時高強螺栓固定于柱底連接耳板位置。最后，在鋼柱垂直吊起到安裝位置之后，需要擰緊臨時連接板的MR2 大六角頭高強螺栓，達到0.6kN.m 扭矩為止。在對正處理時，先調(diào)整標(biāo)高，若是標(biāo)高的誤差超過了6mm，則需要再度進行調(diào)整。若是誤差超出該工程項目建設(shè)要求（20mm），則不適合一次全部調(diào)整好，可以先對其中的某一部分進行調(diào)整，一次過度調(diào)整將會對支撐的安裝和鋼梁表面標(biāo)高帶來影響。隨后對上下柱的接頭錯邊進行調(diào)整，若是上柱和下柱出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)錯位，則可以在上下的耳板處連接位置加設(shè)墊板，并運用兩臺激光經(jīng)緯儀，將其作為基準(zhǔn)點，基于兩個不同的方向，對柱子的垂直度進行調(diào)整，將偏差控制在2mm 范圍之內(nèi)。另外，對于臨時接頭，需要運用高強螺栓，在對標(biāo)高和垂直度進行調(diào)整之后，需進行緊固處理。安裝時，一節(jié)柱的全部構(gòu)件重量以及施工時的附加荷載，需要運用柱的臨時接頭來進行支撐，無需運用纜風(fēng)繩，也無需制定出其他的支撐措施。

圖1 主梁安裝順序

3.2.2 鋼梁的吊裝

在進行鋼梁吊裝之前，需要先對柱子牛腿處的標(biāo)高和柱子間距進行全方位的檢查。主梁吊裝工作開始之前，需要先在梁上安裝好扶手桿和扶手繩，等到主梁吊裝正式就位之后，保障扶手繩和鋼柱的系牢，以確保工程施工人員的高度安全。吊點的位置，主要是需要依照鋼梁的跨度來進行決定，一般情況下，可以在鋼梁上翼緣位置開孔，將其作為鋼梁的吊點。為進一步優(yōu)化塔吊的垂直運輸效率，針對重量相對較輕的側(cè)梁以及其他的小梁，可以使用多頭吊鎖來進行一次吊裝。例如，可以將梁和柱在地面組成排架，展開整體吊裝，既可以減少在高空作業(yè)時所需要花費的時間，也可以確保工程項目的吊裝質(zhì)量，加速吊裝速度。在鋼梁起吊正式就位之后，需要預(yù)留好實驗室確定的焊縫收縮量，該工程的焊縫收縮量在2～3mm 左右。并使用經(jīng)緯儀，對柱的垂直度和傾斜度進行跟蹤及檢查，隨后對構(gòu)件位置進行調(diào)整。要求上螺栓孔位置對齊，并在其中放入高強螺栓進行臨時固定，等到主梁全部吊裝完成之后，再展開高強螺栓的初擰、復(fù)擰和終擰作業(yè)。

3.3 高強螺栓安裝

（1）在運用高強螺栓連接技術(shù)時，需要保證孔位精準(zhǔn)。現(xiàn)階段，在進行制孔時，運用到的多為模板制孔和多軸數(shù)控鉆孔。相較于前者，后者的精度要更高，在施工時，本工程項目更加適合運用多軸數(shù)控鉆孔方法。

（2）每一個螺栓的一端墊片數(shù)量不可超過兩個。高強螺栓應(yīng)該自由穿入，不可以敲打或是強行穿入。若是螺孔出現(xiàn)了局部位置偏差，則需要運用鉸刀進行孔位的修整處理，嚴(yán)格規(guī)避運用氣割擴孔方法。若是在施工時發(fā)現(xiàn)施工人員運用到了氣割擴孔，則需要將其依照嚴(yán)重工程項目質(zhì)量事故問題，展開現(xiàn)場的追責(zé)處理。

（3）絞孔修整之前，需要保證四周螺栓擰緊，并使板疊密貼，隨后進行絞孔修整。修整時，需要規(guī)避鐵屑進入疊縫。絞孔工作完成之后，需要使用砂輪，將螺栓孔邊的毛刺處理干凈，并將其中的鐵屑進行清理。

（4）高強度螺栓的安裝，在節(jié)點處理工作完成之后，需要依照同一方向插入螺栓孔。針對箱型截面部件的接合位置，需要從里到外插入螺栓，并基于外側(cè)進行緊固處理。若是進行現(xiàn)場操作不夠便捷，則可以從反方向插入螺栓。

（5）在進行鋼梁安裝時，板疊的接觸面需要保障高度平整，接觸面需要超過75%。

（6）螺栓擰緊時，需要依照一個方向擰緊。擰緊的順序需要從中心逐步向四周進行擴散。在施工時，當(dāng)天安裝的需要當(dāng)天擰緊完畢，擰緊完畢之后逐一進行檢查。針對擰緊過度或是擰緊不夠牢固的，需要及時進行調(diào)整，并要求螺栓擰緊之后外露的螺紋不可以少于兩個螺距。

（7）針對大型節(jié)點施工可以分為三個階段，分別是初擰、復(fù)擰和終擰。初擰時，軸力需要達到標(biāo)準(zhǔn)軸力的60%～80%，最低不可以低于標(biāo)準(zhǔn)軸力的30%；復(fù)擰時，需在初擰的條件下，要求扭矩值等于初擰的扭矩值；復(fù)擰時，需要先對上層梁進行擰緊，隨后再對下層梁進行擰緊，最后是對中層梁進行擰緊。針對各個節(jié)點的高強螺栓，需要從中央向四周來進行終擰處理。綜合考量高強度螺栓存在一定的蠕變現(xiàn)象，因此需要綜合實踐，要求終擰時的預(yù)拉力損失在設(shè)計預(yù)拉力的5%～10%左右。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接

（1）主梁和鋼柱之間的連接。該工程上翼和下翼的翼緣坡口可以使用電焊連接，腹板位置可以使用高強螺栓連接，次梁和主梁之間的連接點在腹板位置，運用高強螺栓來連接。少數(shù)情況下，可以在上翼和下翼翼緣運用坡口電焊連接技術(shù)。

（2）坡口電焊連接。首先需要在施工之前，做好針對性的準(zhǔn)備工作，運用焊條來展開烘焙，進行坡口檢查，設(shè)置好電弧引入板以及鋼鐵板，并使用點焊來進行固定處理，將焊接坡口周邊的防銹漆和雜物清理干凈，并進行焊接口的預(yù)熱處理[5]。

（3）在進行焊接時，需踐行節(jié)點對稱、全方位對稱和結(jié)構(gòu)對稱焊接原則。對于多層焊接，需要進行連續(xù)施焊，每一層焊道完成之后，需要立馬進行清理，檢查其中的焊接缺陷，再進行焊接。

（4）對于焊接接頭，要求焊透，若是進行多層梁柱焊接，則需要綜合鋼結(jié)構(gòu)的安裝情況，先對頂層柱梁節(jié)點進行焊接，隨后再對底部的柱梁節(jié)點進行焊接，最后對中間部分的柱梁節(jié)點進行焊接。在焊接順序上，需要從中間軸線開始向四周。對于柱子和柱子之間的對接焊接，需要在施工現(xiàn)場安排兩個人，同時進行對稱焊接。

（5）對于厚板的坡口焊，打底層可以運用4mm 焊條來進行焊接，中間層則可以運用直徑5～6mm 焊條來進行焊接，蓋面層應(yīng)該運用直徑5mm 焊條進行焊接。對于三層焊接，需要進行連續(xù)施焊，每層焊接工作完成之后，需要立馬進行清渣處理。

4 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的施工管理策略

（1）需要進一步強化預(yù)制構(gòu)件的管理。在進行鋼結(jié)構(gòu)安裝施工時，施工材料是直接影響鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量及安全可靠性的因素。尤其是近些年我國建筑行業(yè)發(fā)展速度日益加快，建材市場也在不斷發(fā)展，材料價格日益上漲，可能會在多方因素的影響之下，導(dǎo)致施工單位采購的鋼材質(zhì)量難以達到要求。因此在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件進入到施工現(xiàn)場之前，需要針對材料性能進行綜合性全方位檢查，遵守我國工程項目建設(shè)規(guī)定，保障鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量符合工程項目的建設(shè)要求。并在進入到現(xiàn)場之后，立即展開構(gòu)件的組裝，規(guī)避由于存儲方式不夠科學(xué)合理、存儲時間太長，引發(fā)鋼構(gòu)件生銹[6]。另外，在購買預(yù)制構(gòu)件時，需要先和廠家進行溝通，確保預(yù)制構(gòu)件制作數(shù)量滿足施工要求，規(guī)避資源浪費。

（2）需要進行圖紙會審，圖紙會審是鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程科學(xué)合理的重要保障。因此在進行施工之前，需要將圖紙會審工作落實到位，明確工程項目在鋼結(jié)構(gòu)安裝施工時的重點和難點內(nèi)容，按照正確的施工順序展開施工，并確定各個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量要求。在進行圖紙會審時，主要是確定預(yù)制構(gòu)件的尺寸、吊點施工位置、標(biāo)高，并對組裝技術(shù)展開研究和交流。

4 結(jié)論

綜上所述，伴隨著新時期我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的日益提升，施工技術(shù)能力的不斷改善，我國建筑行業(yè)將會出現(xiàn)更多新型的高強度鋼材，高層建筑物用到的鋼結(jié)構(gòu)也會越來越豐富多樣，可以滿足新時期高層建筑物的使用、環(huán)境、經(jīng)濟、安全、環(huán)保性能。文章結(jié)合某高層建筑物對鋼結(jié)構(gòu)安裝的具體特征進行了分析，并提出了各階段的施工技術(shù)，基于基礎(chǔ)地腳螺栓預(yù)埋、吊裝、高強螺栓安裝、鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接四個層次指出了技術(shù)要點，并提出了施工現(xiàn)場的管理策略，未來還需有關(guān)人員進行繼續(xù)探索，創(chuàng)新鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)。