高層建筑鋼結構施工技術

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摘　要：概括了鋼結構同混凝土結構相比的優(yōu)缺點，再從鋼結構施工過程中主要施工環(huán)節(jié)為切入點對施工技術進行論述，得出只有嚴格按照施工工藝要求施工才能得到預期質量效果的結語。
關鍵詞：鋼結構；施工；技術；
中圖分類號：TU391
0引言
鋼結構在我國雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛，今年來出現(xiàn)了上海金茂大廈、深圳賽格大廈、大連世貿中心等有名的鋼結構工程。鋼結構的使用尤其是在高層建筑中的使用為推動我國建筑行業(yè)的向前發(fā)展起到了強有力的推動作用。
1鋼結構的優(yōu)缺點
鋼結構之所以在建筑中得到廣泛應用，主要是由于鋼結構具有施工周期短、自重輕、抗震性能好、環(huán)境污染少等綜合優(yōu)勢；但同時具有耐火性差、耐腐蝕性差等致命缺點，綜述如下：
1.1主要優(yōu)點
1.1.1施工周期短　用于施工的鋼結構構件可以是行工廠化生產、現(xiàn)場安裝，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、抗側彎強度均為混凝土的1.5倍，因此在相同強度的條件下可以縮小截面從而增大了有效空間；根據鋼材的高強度的特點，設計可以采用大開間布置，從而使建筑平面內更加合理的布置，增加有效空間，資料統(tǒng)計，鋼結構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　鋼結構建筑物的施工材料可以實現(xiàn)鋼材再生利用，同其它結構建筑物相比減少了大量的建筑垃圾。
1.2主要缺點
1.2.1耐火性差　鋼材的導熱系數(shù)遠大于鋼筋混凝土的導熱系數(shù)，其耐火性能遠差于混凝土結構，在溫度達到600℃時，鋼結構基本喪失了其全部的剛度和強度。因此在鋼結構建筑設計中結構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，銹蝕能夠引起應力集中，危害鋼結構的使用安全，使鋼結構提前破壞，因此對鋼結構進行有效的防腐才能確保其使用年限?！?】　
2鋼結構施工技術分析
2.1螺栓預埋
預埋柱腳螺栓的位置必須非常準確，否則會導致鋼柱安裝上的困難，且對安裝質量有較大的影響。【2】因此預埋螺栓位置應給予嚴格控制，施工中應嚴格控制基礎軸線和標高基準點，埋設后進行兩次復測，第一次在埋設定位后測量，第二次在基礎混凝土澆筑并代其堅固后進行復測，如果在復測過程中發(fā)現(xiàn)位移超出范圍則必須進行重新埋設。其標高偏差控制在±5mm以內，定位軸線的偏差控制在±2mm以內。
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件，在加工制造中必須滿足現(xiàn)行規(guī)范的標準。鋼柱在翻樣下料制作過程中應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度不等于設計長度，即使只有幾毫米也不能忽略不計。而且上下兩節(jié)鋼柱截面完全相等時也不允許互換，同時要求對每節(jié)鋼柱應編號予以區(qū)別，正確安裝就位?！?】
高層鋼結構吊裝一般需劃分吊裝作業(yè)區(qū)域，吊裝按劃分的區(qū)域，平行順序同時進行。在吊裝第一節(jié)鋼柱時，應在預埋的地腳螺栓上加設保護套，以免鋼柱就位時碰壞地腳螺栓的絲牙。鋼柱吊裝前，應預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。鋼柱的吊點在吊耳處，根據鋼柱的重量和起重機的起重量，鋼柱的吊裝可用雙機抬吊或單機吊裝。雙機抬吊時，鋼柱吊離地面后在空中進行回直。單機吊裝時需在柱子根部墊以墊木，以回轉法起吊，嚴禁柱根拖地。鋼柱就位后，先調整標高，再調整位移，最后調整垂直度。柱子要按規(guī)范規(guī)定的數(shù)值進行校正，標準柱子的垂直偏差應校正到零。當上柱與下柱發(fā)生扭轉錯位時，可在連接上下的耳板處加墊板進行調整。為了控制安裝誤差，對高層鋼結構先確定標準柱。正方形框架取4根轉角柱，長方形框架當長邊與短邊之比大于2時取6柱，多邊形框架則取轉角柱為標準柱。一般取標準的柱基中心線為基準點，用激光經緯儀以基準點為依據對標準柱的垂直度進行觀測，于柱子頂部固定有測量目標。在激光儀測量時，為了糾正由于鋼結構振動產生的誤差和儀器安置誤差、機械誤差等，激光儀每測一次轉動90度，在目標上共測4個激光點，以這4個激光點的相交點為準量測安裝誤差。為使激光束通過，在激光儀上方的金屬或混凝土樓板上皆需固定或埋設一個小鋼管。激光儀設在地下室底板上的基準處。除標準柱外，其他柱子的誤差量測不用激光經緯儀，通常是用丈量法，即以標準柱為依據，在角柱上沿柱子外側拉設鋼絲繩組成平面封閉狀方格，用鋼尺丈量距離，超過允許偏差者則進行調整。
鋼柱標高的控制，每安裝一節(jié)鋼柱后，對柱頂進行一次標高實測，標高誤差超過6mm時，需進行調整。如誤差過大（大于20mm）不宜一次調整，可先調整一部分，待下一次再調整，否則一次調整過大會影響支撐的安裝和鋼梁表面標高。中間框架柱的標高宜稍高些，因為鋼框架安裝工期長，結構自重不斷增大，中間柱承受的結構荷載較大，基礎沉降亦大。
鋼柱軸線位移校正，以下節(jié)鋼柱頂部的實際柱中心線為準，安裝鋼柱的底部對準下節(jié)鋼柱的中心線即可。校正位移時應注意鋼柱的扭轉，鋼柱扭轉對杠架安裝很不利。
2.3鋼梁吊裝
鋼梁在吊裝前，應于柱子牛腿處檢查標高和柱子間距，主梁吊裝前，應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孔，作為吊點。吊點位置取決于鋼梁的跨度。為加快吊裝速度，對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。有時將梁、柱在地面組裝成排架進行整體吊裝，減少了高空作業(yè)，保證了質量，并加快了吊裝速度。
2.4鋼結構高強螺栓連接
2.4.1節(jié)點處理
高強度螺栓連接應在其結構架設調整完畢后，再對接合件進行矯正，消除接合件的變形、錯位和錯孔、板束接合摩擦面要貼緊后進行安裝高強度螺栓。為了接合部板束間摩擦面貼緊，結合良好，先用臨時變通螺栓和手動扳手緊固、達到貼緊為止。在每個節(jié)點上穿入臨時螺栓的數(shù)量應由計算決定，一般不得少于高強度螺栓總數(shù)的1/3。最少不得少于二個臨時螺栓。沖打穿入螺全的數(shù)量不宜多于臨時螺栓總數(shù)的3%。不允許用高強度螺栓兼臨時螺栓，以防止損傷螺紋，引起扭矩系數(shù)的變化。
2.4.2螺栓安裝
高強度螺栓安裝在節(jié)點全部處理好后進行，螺栓穿入方向要一致。一般應以施工便利為宜，對于箱形截面部件的接合部，全部從內向外插入螺栓，在外側進行緊固。如操作不便，可將螺栓從反方向插入。對于大六角高強度螺栓連接副在安裝時，根部的墊圈有倒角的一側應朝向螺栓頭，安裝尾部的螺母墊圈則應與扭剪型高強度螺栓的螺母和墊圈安裝相同。嚴禁強行穿入螺栓，如不能穿入時，螺孔應用絞刀進行修整，用絞孔修整前應對其四周的螺栓全部擰緊，使板疊密貼后再進行。修整時應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，同時掃清鐵屑。
2.4.3螺栓緊固
高強度螺栓緊固時，應分初擰、終擰。對于大型節(jié)點可分為初擰、復擰和終擰。
初擰是為了盡量縮小螺栓在緊固過程中由于鋼板變形等的影響，采取縮小互相影響的措施。高強度螺栓緊固時，至少分二次緊固。第一次緊固稱之為初擰。初擰軸力一般宜達到標準軸力的60%-80%，最低不應小于標準軸力的30%。
復擰即對于大型節(jié)點高強度螺栓初擰完成后，在初擰的基礎上，再重復緊固一次，復擰扭矩值等于初擰扭矩值。
終擰是對高強度螺栓作最后的緊固。終擰的軸力值以標準軸力為目標，并應符合設計要求?？紤]高強度螺栓的蠕變，終擰時預拉力的損失、根據試驗，一般為設計預拉力的5%-10%。終擰扭矩按下式計算；
M=（P+△P）•k•d
式中：M—終扭矩kN•m(kgf•m)；
P—設計預拉力kN(t)；
ΔP—預拉力損失值，一般為設計預拉力的5-10%；
k—扭矩系數(shù)；
d—螺栓公稱直徑（m m）。
2.5鋼結構焊接
鋼結構的焊接焊縫分為工廠制作焊縫和現(xiàn)場安裝焊縫兩大類。設計要求分為I、Ⅱ、Ⅲ級，I級焊縫要求最高，Ⅲ級焊縫要求最低。Ⅲ級焊縫只需要進行外觀檢查，表面應無氣孔、夾渣、弧坑裂紋等缺陷。I、Ⅱ級焊縫應進探傷檢驗，其檢驗方法按以下原則確定：①對工廠制作的焊縫，應按每條焊縫計算百分比，且探傷長度應不小于200 mm。②對現(xiàn)場安裝焊縫，應按同一類型，同一施焊條件的焊縫條數(shù)計算百分比，探傷長度應不小于200 mm，且應不少于1條焊縫。Ⅰ級焊縫的探傷比例為100％ ，Ⅱ級焊縫的探傷比例為20 ％。【4】
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，而腹板用高強螺栓連接。次梁與主梁的連接基本上是在腹板處用高強螺栓連接，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，再焊接底部柱、梁節(jié)點，最后焊接中間部分的柱、梁節(jié)點。
坡口電焊連接應先做好準備(包括焊條烘焙、坡口檢查、設電弧引入、引出板和鋼墊板，并點焊固定，清除焊接坡口、周邊的防銹漆和雜物，焊接口預熱)。柱與柱的對接焊接，采用二人同時對稱焊接，柱與梁的焊接亦應在柱的兩側對稱同時焊接，以減少焊接變形和殘余應力。
對于厚板的坡口焊，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。三層應連續(xù)施焊，每一層焊完后及時清渣。焊縫余高不超過對接焊體中較薄鋼板厚的1/10，但也不應大于3.2mm。焊后當氣溫低于0℃時，用石棉布保溫使焊縫緩慢冷卻。焊縫質量檢驗均按二級檢驗標準檢驗。
3結語
文章從鋼結構施工過程中的主要施工工藝為切入點介紹了在實際施工過程中的施工技術及工藝。施工實踐證明，施工過程中只有嚴格按施工圖紙及現(xiàn)行規(guī)范施工，才能保證施工質量，達到預期控制目標。
參考文獻：
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