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摘要：本文結(jié)合作者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就某高層建筑鋼結(jié)構(gòu)采用《高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝的施工方法》專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，施工方便，安全可靠，質(zhì)量、進(jìn)度易于保證，施工效果良好。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)件制作；吊裝

1工程概述

某高層建筑主樓地下3層，地上30層，檐高108.800m，總建筑面積102392m2。建筑結(jié)構(gòu)為內(nèi)筒外框，內(nèi)筒為鋼筋混凝土（內(nèi)設(shè)暗鋼柱和鋼梁）；外框柱為型鋼混凝土組合柱；樓板結(jié)構(gòu)為壓型鋼板組合樓蓋，外框架梁和樓層梁均為鋼梁(如圖1)。

圖1：鋼結(jié)構(gòu)示意圖

（a）立面；（b）平面

本工程鋼構(gòu)件總重量為4700t，全部采用國(guó)產(chǎn)鋼材。節(jié)點(diǎn)形式為柱與柱接頭全熔透焊接（圖2a），外鋼框架梁與外框鋼柱間的連接均為全熔透坡口焊縫（圖2b）。樓層梁與外框鋼柱、核心筒為鉸接，梁腹板采用10.9級(jí)摩擦高強(qiáng)螺栓連接（摩擦面采用噴砂處理，抗滑移值為0.50）。樓層梁上鋪設(shè)厚0.75mm鍍鋅壓型鋼板（波高50mm），其與鋼筋混凝土共同作用，形成120mm厚的組合樓蓋。

本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝采用《高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝的施工方法》專(zhuān)利技術(shù)，專(zhuān)利證書(shū)號(hào)：第87429號(hào)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《工法》）。

圖2：鋼結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造

（a）上下鋼柱連接；（b）鋼柱和鋼梁連接

2鋼構(gòu)件制造控制和安裝機(jī)械

（1）根據(jù)《工法》要求，焊接連接的鋼柱加工放樣以柱頂為基準(zhǔn)，長(zhǎng)度用負(fù)公差（－5～＋1）mm控制。焊接連接的鋼梁制作長(zhǎng)度用正公差（－1～＋5）mm控制。

（2）本工程邊柱中心東西向最大距離為45.4m，南北向最大距離為42m，構(gòu)件最重為10.9t。根據(jù)工程需要，在核心筒內(nèi)布置1臺(tái)H3/36B內(nèi)爬式塔吊、樓北側(cè)選用50m臂長(zhǎng)MC300作為整個(gè)辦公樓鋼構(gòu)件的吊裝機(jī)械?，F(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件卸車(chē)整理用另一臺(tái)塔吊。

3鋼結(jié)構(gòu)安裝準(zhǔn)備工作

3.1流水段的劃分

主樓外圍23根柱，標(biāo)準(zhǔn)層每3個(gè)層高為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。從±0.000到樓頂標(biāo)高每根柱分成10個(gè)柱節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)柱節(jié)長(zhǎng)度為11.17。安裝過(guò)程中以每節(jié)柱作為1個(gè)豎向流水段，每個(gè)豎向流水段內(nèi)構(gòu)件的吊裝順序?yàn)殇撝髁骸瘟骸×骸鷫盒弯摪?。具體如下：①柱→下層主梁→中層主梁→上層主梁，②→下層次梁→下層壓型鋼板，③→中層次梁→中層壓型鋼板，④→上層次梁→上層壓型鋼板。

3.2編制安裝順序圖表

安裝前編制柱、主梁、次梁安裝順序圖表。安裝順序圖中標(biāo)明每個(gè)構(gòu)件的平面位置、安裝順序號(hào)和構(gòu)件名稱(chēng)等。安裝順序表中反映出每個(gè)構(gòu)件的安裝順序號(hào)、構(gòu)件名稱(chēng)、構(gòu)件所在圖紙?zhí)?、安裝用高強(qiáng)螺栓及連接板規(guī)格數(shù)量、構(gòu)件重量、構(gòu)件外形簡(jiǎn)單描述等。圖3為主梁安裝順序圖。

圖3：主梁安裝順序圖

3.3構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)順序

第1節(jié)柱按構(gòu)件安裝順序進(jìn)場(chǎng)，以后各節(jié)柱子按安裝順序相反的次序進(jìn)場(chǎng)。為防止構(gòu)件混亂，要求不是本節(jié)柱的構(gòu)件不得運(yùn)進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)。構(gòu)件堆放按安裝順序排列，以減少主吊車(chē)垂直運(yùn)輸?shù)醮巍?/p>

3.4構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收

構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)后，安裝單位要對(duì)構(gòu)件數(shù)量、外觀等進(jìn)行檢查（包括構(gòu)件幾何尺寸、連接板零件的位置、角度、螺栓直徑及位置，焊縫的坡口，節(jié)點(diǎn)的摩擦面，附件的數(shù)量及規(guī)格等），每根構(gòu)件一張表格。

3.5編構(gòu)件安裝號(hào)和標(biāo)高控制線(xiàn)

用鮮明的顏色編構(gòu)件安裝號(hào)，指出方位。柱設(shè)置標(biāo)高基準(zhǔn)線(xiàn)，選最長(zhǎng)的柱設(shè)定一個(gè)標(biāo)高控制線(xiàn)，每根柱在地面以柱頂為基準(zhǔn)，設(shè)置柱安裝用的標(biāo)高控制線(xiàn)，至少兩個(gè)面，并注意和下柱的標(biāo)高控制線(xiàn)方位一致。梁的兩端不對(duì)稱(chēng)時(shí)或有空洞的梁，還應(yīng)標(biāo)出方向。

4測(cè)量工藝

（1）鋼結(jié)構(gòu)安裝前要對(duì)建筑物的定位軸線(xiàn)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，柱中心距長(zhǎng)度偏差應(yīng)小于2，封閉夾角偏差小于6″。

（2）鋼結(jié)構(gòu)安裝平面控制網(wǎng)采用內(nèi)控法。隨樓層增加，平面控制網(wǎng)不斷上投測(cè)。

（3）用設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝，每安裝一節(jié)柱復(fù)核一次標(biāo)高。

（4）必須在柱頂柱和主梁的焊縫焊完后，再將下一節(jié)柱的定位軸線(xiàn)引至高空，進(jìn)行柱的定位軸線(xiàn)放線(xiàn)。每安裝一根柱子均獨(dú)立進(jìn)行校正。

（5）在安裝柱和柱、柱和核心簡(jiǎn)之間的主梁時(shí)用經(jīng)緯儀對(duì)柱子進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，產(chǎn)生偏差要再校正一次。第二次校正比第一次校正更為重要，除按軸線(xiàn)要求，還要考慮焊縫收縮的預(yù)留量，并適當(dāng)考慮溫度變化對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。

（6）鋼柱安裝時(shí)均以當(dāng)時(shí)經(jīng)緯儀的垂直平面進(jìn)行測(cè)量校正，這樣環(huán)境溫度變化將會(huì)使柱子頂部產(chǎn)生一個(gè)位移值。這些偏差在安裝柱間的主梁時(shí)可用外力強(qiáng)制復(fù)位，使柱頂回到設(shè)計(jì)位置，固定結(jié)構(gòu)的幾何形狀。此時(shí)柱子斷面內(nèi)可產(chǎn)生3~4MPa的溫度應(yīng)力，比校正構(gòu)件加工偏差與安裝累積差時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小得多。

（7）為使每節(jié)柱子均能按設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝，可將上柱和下柱臨時(shí)連接板高強(qiáng)螺栓孔徑由22mm擴(kuò)大到26mm。由于各種焊縫收縮量不一致，加上柱加工時(shí)長(zhǎng)度偏差，一節(jié)柱安裝后柱頂標(biāo)高往往超過(guò)規(guī)范允許值（±5mm），利用臨時(shí)連接板上孔徑的裕量，可將每節(jié)柱子產(chǎn)生的標(biāo)高差調(diào)整到±5mm內(nèi)。上柱和下柱靠四面的臨時(shí)連接板支撐，其空隙在焊接時(shí)進(jìn)行處理。

（8）鋼柱的垂直偏差、傾斜偏差和標(biāo)高偏差，必須在焊接工作全部結(jié)束后做最后測(cè)量記錄。

5鋼結(jié)構(gòu)柱梁的安裝

5.1鋼柱吊裝

按安裝順序圖逐件安裝鋼柱，吊點(diǎn)設(shè)在柱連接耳板螺栓孔的位置，采用專(zhuān)用吊索吊裝。

柱吊裝前準(zhǔn)備好校正用的墊板和鋼楔，并將臨時(shí)高強(qiáng)螺栓等拴牢在柱底連接耳板處。垂直起吊至安裝位置后，擰緊臨時(shí)連接板的M22大六角頭高強(qiáng)螺栓，達(dá)到0.6kN•m扭矩。對(duì)正時(shí)先調(diào)標(biāo)高，然后調(diào)整上下柱接頭錯(cuò)邊（扭轉(zhuǎn)），最后由2臺(tái)經(jīng)緯儀從兩個(gè)不同方向校正柱子垂直度，最終偏差控制在±2mm內(nèi)。

柱-柱臨時(shí)接頭用高強(qiáng)螺栓，在調(diào)整標(biāo)高和垂直度后緊固。安裝過(guò)程中，一節(jié)柱全部構(gòu)件的重量和施工附加荷載均由柱的臨時(shí)接頭承擔(dān)，不用纜風(fēng)繩，不用支撐。

5.2鋼梁吊裝

鋼梁吊裝前須將核心簡(jiǎn)周邊的外架提升到待施工樓層。下部不能影響該層壓型鋼板安裝。測(cè)量核心簡(jiǎn)預(yù)埋件的位置標(biāo)高線(xiàn)并放線(xiàn)，利用角鋼設(shè)置梁的臨時(shí)支承點(diǎn)。在地面上將節(jié)點(diǎn)板及高強(qiáng)螺栓的工具袋帶綁在梁兩端（距梁端不大于1m），按各層鋼梁吊裝順序安裝。為提高塔吊的垂直運(yùn)輸效率，一次串吊2~3根梁。順序?yàn)橄聦又髁骸袑又髁骸蠈又髁骸榧涌炱鸬跛俣?，可?副吊索。

梁起吊就位，用撬棍、沖釘（或沖頭）調(diào)整構(gòu)件的準(zhǔn)確位置，螺栓孔全部對(duì)正后放入高強(qiáng)螺栓臨時(shí)固定。待主梁全部吊裝完畢后，進(jìn)行高強(qiáng)螺栓的初擰和終擰。安裝時(shí)應(yīng)預(yù)留經(jīng)試驗(yàn)確定的焊縫收縮量（2~3mm）。安裝主梁時(shí)用3臺(tái)經(jīng)緯儀跟蹤檢查柱垂直度和傾斜度。若安裝過(guò)程中柱發(fā)生較大偏差，應(yīng)重新校正。

6高強(qiáng)螺栓安裝

本工程鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝使用的高強(qiáng)螺栓為10.9S扭剪型高強(qiáng)螺栓，規(guī)格為M20、M22兩種。

6.1準(zhǔn)備工作

高強(qiáng)螺栓摩擦面采用噴砂法處理，抗滑移系數(shù)μ=0.50（鋼材Q345B）。加工摩擦面時(shí)同時(shí)加工抗滑移系數(shù)試驗(yàn)的試件，以鋼構(gòu)件同等條件運(yùn)到工地，在安裝前復(fù)驗(yàn)抗滑移系數(shù)。

6.2高強(qiáng)螺栓安裝

鋼梁吊裝就位后每個(gè)節(jié)點(diǎn)用2只過(guò)鏜沖對(duì)齊節(jié)點(diǎn)板上的上下螺栓孔，使螺栓能從孔內(nèi)自由穿入，對(duì)余下的螺栓孔直接安裝高強(qiáng)螺栓，用扳手?jǐn)Q緊后，拔出過(guò)鏜沖，再安裝該處高強(qiáng)螺栓。

由于扭剪型高強(qiáng)螺栓是利用螺尾梅花頭切口的扭斷力矩來(lái)控制緊固鈕矩的，所以用專(zhuān)用扳手進(jìn)行終擰時(shí)，螺母須處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，即在螺母轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后扭斷切口，才能起控制終擰扭矩的作用；否則由于初擰扭矩達(dá)到或超過(guò)切口扭斷扭矩或出現(xiàn)其他不正常情況，終擰時(shí)螺母不再轉(zhuǎn)動(dòng)切口即被擰斷失去了控制作用，螺栓緊固狀態(tài)成為未知，會(huì)造成安全隱患。

6.3高強(qiáng)螺栓的終擰順序

先擰上層梁，再擰下層梁，最后擰中層梁，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的高強(qiáng)螺栓須按由中央向四周的順序進(jìn)行終擰。

7鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接

現(xiàn)場(chǎng)焊接采用手工電弧焊，主要部位是柱與柱、梁與柱以及部分梁與梁的焊接。

7.1焊接設(shè)備與焊接材料

本工程選用交直流ZXEI-500電焊機(jī)，焊條為低氫型焊條（E5016），焊條使用前先在350℃的烘干箱內(nèi)烘焙1h，然后在100℃的恒溫箱內(nèi)保存，焊條領(lǐng)用時(shí)存放在保溫筒內(nèi)，隨用隨取，超過(guò)4h后仍未用完須重新烘焙，烘焙次數(shù)不得超過(guò)2次。

7.2焊接環(huán)境、溫度的選擇

焊接前對(duì)所焊部位坡口、墊板、引弧板等進(jìn)行檢查。焊接環(huán)境溫度不低于0℃，否則需進(jìn)行焊前預(yù)熱焊后后熱處理。雨天施工須設(shè)置防雨設(shè)施；風(fēng)力達(dá)5m/s時(shí)應(yīng)設(shè)防風(fēng)棚，否則禁止焊接作業(yè)。

7.3焊接順序

每個(gè)豎向流水段（1節(jié)柱子）內(nèi)焊縫的焊接順序?yàn)樯蠈樱褐髁骸鷫盒弯摪逯小鷫盒弯摪妩c(diǎn)焊；下層：主梁→壓型鋼板支托→壓型鋼板點(diǎn)焊；中層；主梁→壓型鋼板支托→壓型鋼板點(diǎn)焊；柱柱接頭焊縫（上層壓型鋼板已鋪完）；其他焊縫。

根據(jù)試驗(yàn)可知：厚度為30mm的鋼板用焊縫等強(qiáng)連接時(shí)，會(huì)產(chǎn)生2~3mm的收縮，因此在編制鋼結(jié)構(gòu)焊接順序的同時(shí)要編制焊縫預(yù)留焊接收縮量。鋼結(jié)構(gòu)的焊接順序是從建筑物平面的中心往四周擴(kuò)展焊接，采用這種焊接順序可使焊縫焊完后產(chǎn)生的焊接收縮變形和殘余應(yīng)力減到最小。

7.4焊接工藝

每個(gè)柱與柱的接頭焊縫由兩個(gè)焊工在對(duì)面同時(shí)進(jìn)行焊接。不同位置的焊縫和不同直徑的焊條，要設(shè)專(zhuān)人隨時(shí)調(diào)整電流。

（1）清理坡口，用氣割炬清理。

（2）打底：用Ø4焊條將墊板和鋼柱母材焊牢，焊完后進(jìn)行清渣，起始焊接時(shí)焊接電流應(yīng)稍高，保證焊縫和母材的熔深熔透。

（3）焊第一遍：用Ø5或Ø6焊條，兩人在對(duì)面同時(shí)按逆時(shí)針?lè)较蚴┖福竿?遍再在另一面焊8遍進(jìn)行焊接，直至焊完一個(gè)柱接頭。

（4）每一遍焊完后均認(rèn)真清渣，焊縫焊至厚度為15mm（或母材厚度的1/2以上）可以停息。

（5）為使焊縫美觀，用Ø4焊條焊裝飾焊縫。

7.5焊接檢驗(yàn)

焊縫焊完后，施焊焊工要打上操作者鋼印。焊后24h進(jìn)行超聲波探傷檢查。對(duì)不合格的焊縫要制定返修工藝，由焊接技術(shù)高的焊工按返修工藝返修合格。

7.6常見(jiàn)問(wèn)題處理

（1）有時(shí)因調(diào)整柱的標(biāo)高造成間隙增大，上柱和下柱靠臨時(shí)耳板支承。為使柱接頭焊縫有良好的質(zhì)量，可用Ø4焊條焊滿(mǎn)間隙并將藥皮清理干凈后，再按正常焊接工藝施焊。

（2）由于各種因素的影響，柱位置校至正確后，會(huì)造成梁頭緊靠柱面達(dá)不到梁上下翼緣設(shè)計(jì)要求焊透而留出的間隙（8mm），此時(shí)可先用氣割垂直切一條5mm寬的間隙，再在柱面上靠一塊3mm厚的鋼板以保護(hù)柱面，用氣割切割斜面，最后用角向砂輪磨光。

柱與梁的焊接有上下兩條，應(yīng)先焊下翼緣焊縫，再焊上翼緣焊縫。柱和主梁的連接者，在一根梁的兩頭不同時(shí)進(jìn)行焊接，即應(yīng)待梁一頭焊接完冷卻收縮完成后，再焊另一頭，這是一項(xiàng)為減少結(jié)構(gòu)因焊縫收縮收起的變形和殘余應(yīng)力的工藝措施。

8壓型鋼板安裝和栓釘焊

本工程使用的壓型鋼板，既是樓板的組成部分又是現(xiàn)澆樓板的永久性模板，由于它滿(mǎn)鋪在鋼梁上又用電焊點(diǎn)焊牢固，故又可以作為安裝人員的腳手板。

本工程平面復(fù)雜，壓型鋼板規(guī)格多，故應(yīng)編制平面布置圖，排出施工順序。在地面按圖紙要求編號(hào)，割缺口，再按不同部位進(jìn)行分區(qū)，這樣可免去高空水平運(yùn)輸和加工工作，加快安裝速度，保證安裝質(zhì)量和安全施工。

壓型鋼板和鋼結(jié)構(gòu)要同步安裝，注意若有懸臂梁時(shí)，壓型鋼板要和樓層其他梁在一個(gè)平面內(nèi)，過(guò)高則壓型板與梁不密貼，過(guò)低壓型板檐頭會(huì)出現(xiàn)縫隙。

栓釘焊分普通栓釘焊接和穿透栓釘焊接兩種。施焊前，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定焊接工藝參數(shù)。

9結(jié)束語(yǔ)

本工程鋼結(jié)構(gòu)采用《高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝的施工方法》專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，施工方便，安全可靠，質(zhì)量，進(jìn)度容易保證，其主要特點(diǎn)如下：

（1）以柱頂為基準(zhǔn)，控制每節(jié)柱的柱頂在同一標(biāo)高上，可控制高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的標(biāo)高。

（2）每節(jié)柱的軸線(xiàn)均從地面引上，可保證定位同步線(xiàn)準(zhǔn)確；每節(jié)柱均調(diào)整標(biāo)高，不用構(gòu)件廠處理安裝造成的標(biāo)高偏差。

（3）焊接連接的鋼柱制作長(zhǎng)度采用負(fù)公差，鋼梁制作長(zhǎng)度采用正公差。

（4）柱-柱接頭臨時(shí)連接板的高強(qiáng)螺栓孔比螺栓桿擴(kuò)大3-5mm，可調(diào)整柱標(biāo)高，不用纜風(fēng)繩或支撐，操作方便，效果良好。

（5）編制構(gòu)件的安裝順序圖及表，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可以不用圖紙，做到上百種構(gòu)件型號(hào)、上萬(wàn)個(gè)構(gòu)件、幾十種高強(qiáng)螺栓正確無(wú)誤配套安裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝秩序井然。

（6）構(gòu)件安裝位置校正正確后直接放入高強(qiáng)螺栓，在保證工程質(zhì)量的前提下，簡(jiǎn)化了施工，加快了進(jìn)度。

（7）適當(dāng)考慮溫度對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)安裝的影響，簡(jiǎn)化了柱子校正工序。