高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

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摘　要：概括了鋼結(jié)構(gòu)同混凝土結(jié)構(gòu)相比的優(yōu)缺點(diǎn)，再?gòu)匿摻Y(jié)構(gòu)施工過(guò)程中主要施工環(huán)節(jié)為切入點(diǎn)對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行論述，得出只有嚴(yán)格按照施工工藝要求施工才能得到預(yù)期質(zhì)量效果的結(jié)語(yǔ)。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；施工；技術(shù)；
中圖分類號(hào)：TU391
0引言
鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛，今年來(lái)出現(xiàn)了上海金茂大廈、深圳賽格大廈、大連世貿(mào)中心等有名的鋼結(jié)構(gòu)工程。鋼結(jié)構(gòu)的使用尤其是在高層建筑中的使用為推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的向前發(fā)展起到了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。
1鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)
鋼結(jié)構(gòu)之所以在建筑中得到廣泛應(yīng)用，主要是由于鋼結(jié)構(gòu)具有施工周期短、自重輕、抗震性能好、環(huán)境污染少等綜合優(yōu)勢(shì)；但同時(shí)具有耐火性差、耐腐蝕性差等致命缺點(diǎn)，綜述如下：
1.1主要優(yōu)點(diǎn)
1.1.1施工周期短　用于施工的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以是行工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝，因此可以大大縮短施工周期。
1.1.2空間大　由于鋼材的抗壓、抗側(cè)彎強(qiáng)度均為混凝土的1.5倍，因此在相同強(qiáng)度的條件下可以縮小截面從而增大了有效空間；根據(jù)鋼材的高強(qiáng)度的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)可以采用大開(kāi)間布置，從而使建筑平面內(nèi)更加合理的布置，增加有效空間，資料統(tǒng)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)建筑比鋼筋混凝土建筑可以增加5％～8％的使用面積率。
1.1.3可循環(huán)利用　鋼結(jié)構(gòu)建筑物的施工材料可以實(shí)現(xiàn)鋼材再生利用，同其它結(jié)構(gòu)建筑物相比減少了大量的建筑垃圾。
1.2主要缺點(diǎn)
1.2.1耐火性差　鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于鋼筋混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，其耐火性能遠(yuǎn)差于混凝土結(jié)構(gòu)，在溫度達(dá)到600℃時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)基本喪失了其全部的剛度和強(qiáng)度。因此在鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)抗火被視為重要一環(huán)。
1.2.2耐腐蝕性差　由于鋼材表面的鐵原子與空氣中的氧化合生成氧化鐵銹，銹蝕能夠引起應(yīng)力集中，危害鋼結(jié)構(gòu)的使用安全，使鋼結(jié)構(gòu)提前破壞，因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的防腐才能確保其使用年限?！?】　
2鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)分析
2.1螺栓預(yù)埋
預(yù)埋柱腳螺栓的位置必須非常準(zhǔn)確，否則會(huì)導(dǎo)致鋼柱安裝上的困難，且對(duì)安裝質(zhì)量有較大的影響。【2】因此預(yù)埋螺栓位置應(yīng)給予嚴(yán)格控制，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制基礎(chǔ)軸線和標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)，埋設(shè)后進(jìn)行兩次復(fù)測(cè)，第一次在埋設(shè)定位后測(cè)量，第二次在基礎(chǔ)混凝土澆筑并代其堅(jiān)固后進(jìn)行復(fù)測(cè)，如果在復(fù)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)位移超出范圍則必須進(jìn)行重新埋設(shè)。其標(biāo)高偏差控制在±5mm以內(nèi)，定位軸線的偏差控制在±2mm以內(nèi)。
2.2鋼柱吊裝
鋼柱是決定高層建筑層高和總高度的主要豎向構(gòu)件，在加工制造中必須滿足現(xiàn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。鋼柱在翻樣下料制作過(guò)程中應(yīng)考慮焊縫的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形，所以鋼柱的翻樣下料長(zhǎng)度不等于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，即使只有幾毫米也不能忽略不計(jì)。而且上下兩節(jié)鋼柱截面完全相等時(shí)也不允許互換，同時(shí)要求對(duì)每節(jié)鋼柱應(yīng)編號(hào)予以區(qū)別，正確安裝就位。【3】
高層鋼結(jié)構(gòu)吊裝一般需劃分吊裝作業(yè)區(qū)域，吊裝按劃分的區(qū)域，平行順序同時(shí)進(jìn)行。在吊裝第一節(jié)鋼柱時(shí)，應(yīng)在預(yù)埋的地腳螺栓上加設(shè)保護(hù)套，以免鋼柱就位時(shí)碰壞地腳螺栓的絲牙。鋼柱吊裝前，應(yīng)預(yù)先在地面上把操作掛籃、爬梯等固定在施工需要的柱子部位上。鋼柱的吊點(diǎn)在吊耳處，根據(jù)鋼柱的重量和起重機(jī)的起重量，鋼柱的吊裝可用雙機(jī)抬吊或單機(jī)吊裝。雙機(jī)抬吊時(shí)，鋼柱吊離地面后在空中進(jìn)行回直。單機(jī)吊裝時(shí)需在柱子根部墊以墊木，以回轉(zhuǎn)法起吊，嚴(yán)禁柱根拖地。鋼柱就位后，先調(diào)整標(biāo)高，再調(diào)整位移，最后調(diào)整垂直度。柱子要按規(guī)范規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行校正，標(biāo)準(zhǔn)柱子的垂直偏差應(yīng)校正到零。當(dāng)上柱與下柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)錯(cuò)位時(shí)，可在連接上下的耳板處加墊板進(jìn)行調(diào)整。為了控制安裝誤差，對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)先確定標(biāo)準(zhǔn)柱。正方形框架取4根轉(zhuǎn)角柱，長(zhǎng)方形框架當(dāng)長(zhǎng)邊與短邊之比大于2時(shí)取6柱，多邊形框架則取轉(zhuǎn)角柱為標(biāo)準(zhǔn)柱。一般取標(biāo)準(zhǔn)的柱基中心線為基準(zhǔn)點(diǎn)，用激光經(jīng)緯儀以基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)柱的垂直度進(jìn)行觀測(cè)，于柱子頂部固定有測(cè)量目標(biāo)。在激光儀測(cè)量時(shí)，為了糾正由于鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的誤差和儀器安置誤差、機(jī)械誤差等，激光儀每測(cè)一次轉(zhuǎn)動(dòng)90度，在目標(biāo)上共測(cè)4個(gè)激光點(diǎn)，以這4個(gè)激光點(diǎn)的相交點(diǎn)為準(zhǔn)量測(cè)安裝誤差。為使激光束通過(guò)，在激光儀上方的金屬或混凝土樓板上皆需固定或埋設(shè)一個(gè)小鋼管。激光儀設(shè)在地下室底板上的基準(zhǔn)處。除標(biāo)準(zhǔn)柱外，其他柱子的誤差量測(cè)不用激光經(jīng)緯儀，通常是用丈量法，即以標(biāo)準(zhǔn)柱為依據(jù)，在角柱上沿柱子外側(cè)拉設(shè)鋼絲繩組成平面封閉狀方格，用鋼尺丈量距離，超過(guò)允許偏差者則進(jìn)行調(diào)整。
鋼柱標(biāo)高的控制，每安裝一節(jié)鋼柱后，對(duì)柱頂進(jìn)行一次標(biāo)高實(shí)測(cè)，標(biāo)高誤差超過(guò)6mm時(shí)，需進(jìn)行調(diào)整。如誤差過(guò)大（大于20mm）不宜一次調(diào)整，可先調(diào)整一部分，待下一次再調(diào)整，否則一次調(diào)整過(guò)大會(huì)影響支撐的安裝和鋼梁表面標(biāo)高。中間框架柱的標(biāo)高宜稍高些，因?yàn)殇摽蚣馨惭b工期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)自重不斷增大，中間柱承受的結(jié)構(gòu)荷載較大，基礎(chǔ)沉降亦大。
鋼柱軸線位移校正，以下節(jié)鋼柱頂部的實(shí)際柱中心線為準(zhǔn)，安裝鋼柱的底部對(duì)準(zhǔn)下節(jié)鋼柱的中心線即可。校正位移時(shí)應(yīng)注意鋼柱的扭轉(zhuǎn)，鋼柱扭轉(zhuǎn)對(duì)杠架安裝很不利。
2.3鋼梁吊裝
鋼梁在吊裝前，應(yīng)于柱子牛腿處檢查標(biāo)高和柱子間距，主梁吊裝前，應(yīng)在梁上裝好扶手桿和扶手繩，待主梁吊裝就位后，將扶手繩與鋼柱系牢，以保證施工人員的安全。一般在鋼梁上翼緣處開(kāi)孔，作為吊點(diǎn)。吊點(diǎn)位置取決于鋼梁的跨度。為加快吊裝速度，對(duì)重量較小的次梁和其他小梁，多利用多頭吊索一次吊裝數(shù)根。有時(shí)將梁、柱在地面組裝成排架進(jìn)行整體吊裝，減少了高空作業(yè)，保證了質(zhì)量，并加快了吊裝速度。
2.4鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接
2.4.1節(jié)點(diǎn)處理
高強(qiáng)度螺栓連接應(yīng)在其結(jié)構(gòu)架設(shè)調(diào)整完畢后，再對(duì)接合件進(jìn)行矯正，消除接合件的變形、錯(cuò)位和錯(cuò)孔、板束接合摩擦面要貼緊后進(jìn)行安裝高強(qiáng)度螺栓。為了接合部板束間摩擦面貼緊，結(jié)合良好，先用臨時(shí)變通螺栓和手動(dòng)扳手緊固、達(dá)到貼緊為止。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上穿入臨時(shí)螺栓的數(shù)量應(yīng)由計(jì)算決定，一般不得少于高強(qiáng)度螺栓總數(shù)的1/3。最少不得少于二個(gè)臨時(shí)螺栓。沖打穿入螺全的數(shù)量不宜多于臨時(shí)螺栓總數(shù)的3%。不允許用高強(qiáng)度螺栓兼臨時(shí)螺栓，以防止損傷螺紋，引起扭矩系數(shù)的變化。
2.4.2螺栓安裝
高強(qiáng)度螺栓安裝在節(jié)點(diǎn)全部處理好后進(jìn)行，螺栓穿入方向要一致。一般應(yīng)以施工便利為宜，對(duì)于箱形截面部件的接合部，全部從內(nèi)向外插入螺栓，在外側(cè)進(jìn)行緊固。如操作不便，可將螺栓從反方向插入。對(duì)于大六角高強(qiáng)度螺栓連接副在安裝時(shí)，根部的墊圈有倒角的一側(cè)應(yīng)朝向螺栓頭，安裝尾部的螺母墊圈則應(yīng)與扭剪型高強(qiáng)度螺栓的螺母和墊圈安裝相同。嚴(yán)禁強(qiáng)行穿入螺栓，如不能穿入時(shí)，螺孔應(yīng)用絞刀進(jìn)行修整，用絞孔修整前應(yīng)對(duì)其四周的螺栓全部擰緊，使板疊密貼后再進(jìn)行。修整時(shí)應(yīng)防止鐵屑落入疊縫中。絞孔完成后用砂輪除去螺栓孔周圍的毛刺，同時(shí)掃清鐵屑。
2.4.3螺栓緊固
高強(qiáng)度螺栓緊固時(shí)，應(yīng)分初擰、終擰。對(duì)于大型節(jié)點(diǎn)可分為初擰、復(fù)擰和終擰。
初擰是為了盡量縮小螺栓在緊固過(guò)程中由于鋼板變形等的影響，采取縮小互相影響的措施。高強(qiáng)度螺栓緊固時(shí)，至少分二次緊固。第一次緊固稱之為初擰。初擰軸力一般宜達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)軸力的60%-80%，最低不應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)軸力的30%。
復(fù)擰即對(duì)于大型節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)度螺栓初擰完成后，在初擰的基礎(chǔ)上，再重復(fù)緊固一次，復(fù)擰扭矩值等于初擰扭矩值。
終擰是對(duì)高強(qiáng)度螺栓作最后的緊固。終擰的軸力值以標(biāo)準(zhǔn)軸力為目標(biāo)，并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求?？紤]高強(qiáng)度螺栓的蠕變，終擰時(shí)預(yù)拉力的損失、根據(jù)試驗(yàn)，一般為設(shè)計(jì)預(yù)拉力的5%-10%。終擰扭矩按下式計(jì)算；
M=（P+△P）•k•d
式中：M—終扭矩kN•m(kgf•m)；
P—設(shè)計(jì)預(yù)拉力kN(t)；
ΔP—預(yù)拉力損失值，一般為設(shè)計(jì)預(yù)拉力的5-10%；
k—扭矩系數(shù)；
d—螺栓公稱直徑（m m）。
2.5鋼結(jié)構(gòu)焊接
鋼結(jié)構(gòu)的焊接焊縫分為工廠制作焊縫和現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫兩大類。設(shè)計(jì)要求分為I、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，I級(jí)焊縫要求最高，Ⅲ級(jí)焊縫要求最低。Ⅲ級(jí)焊縫只需要進(jìn)行外觀檢查，表面應(yīng)無(wú)氣孔、夾渣、弧坑裂紋等缺陷。I、Ⅱ級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)探傷檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法按以下原則確定：①對(duì)工廠制作的焊縫，應(yīng)按每條焊縫計(jì)算百分比，且探傷長(zhǎng)度應(yīng)不小于200 mm。②對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫，應(yīng)按同一類型，同一施焊條件的焊縫條數(shù)計(jì)算百分比，探傷長(zhǎng)度應(yīng)不小于200 mm，且應(yīng)不少于1條焊縫。Ⅰ級(jí)焊縫的探傷比例為100％ ，Ⅱ級(jí)焊縫的探傷比例為20 ％?！?】
施工中鋼柱之間的連接常采用坡口電焊連接。主梁與鋼柱間的連接，一般上、下翼緣用坡口電焊連接，而腹板用高強(qiáng)螺栓連接。次梁與主梁的連接基本上是在腹板處用高強(qiáng)螺栓連接，少量再在上、下翼緣處用坡口電焊連接，柱與梁的焊接順序，先焊接頂部柱、梁節(jié)點(diǎn)，再焊接底部柱、梁節(jié)點(diǎn)，最后焊接中間部分的柱、梁節(jié)點(diǎn)。
坡口電焊連接應(yīng)先做好準(zhǔn)備(包括焊條烘焙、坡口檢查、設(shè)電弧引入、引出板和鋼墊板，并點(diǎn)焊固定，清除焊接坡口、周邊的防銹漆和雜物，焊接口預(yù)熱)。柱與柱的對(duì)接焊接，采用二人同時(shí)對(duì)稱焊接，柱與梁的焊接亦應(yīng)在柱的兩側(cè)對(duì)稱同時(shí)焊接，以減少焊接變形和殘余應(yīng)力。
對(duì)于厚板的坡口焊，打底層焊多用直徑4mm焊條焊接，中間層可用5mm或6mm焊條，蓋面層多用直徑5mm焊條。三層應(yīng)連續(xù)施焊，每一層焊完后及時(shí)清渣。焊縫余高不超過(guò)對(duì)接焊體中較薄鋼板厚的1/10，但也不應(yīng)大于3.2mm。焊后當(dāng)氣溫低于0℃時(shí)，用石棉布保溫使焊縫緩慢冷卻。焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)均按二級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。
3結(jié)語(yǔ)
文章從鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的主要施工工藝為切入點(diǎn)介紹了在實(shí)際施工過(guò)程中的施工技術(shù)及工藝。施工實(shí)踐證明，施工過(guò)程中只有嚴(yán)格按施工圖紙及現(xiàn)行規(guī)范施工，才能保證施工質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期控制目標(biāo)。
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