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摘要：本文結合作者實踐經驗，就某高層建筑鋼結構采用《高層建筑鋼結構安裝的施工方法》專利技術進行現場安裝，施工方便，安全可靠，質量、進度易于保證，施工效果良好。

關鍵詞：高層建筑；鋼結構，鋼構件制作；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。建筑結構為內筒外框，內筒為鋼筋混凝土（內設暗鋼柱和鋼梁）；外框柱為型鋼混凝土組合柱；樓板結構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：鋼結構示意圖

（a）立面；（b）平面

本工程鋼構件總重量為4700t，全部采用國產鋼材。節點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級摩擦高強螺栓連接（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。

本工程鋼結構安裝采用《高層建筑鋼結構安裝的施工方法》專利技術，專利證書號：第87429號（以下簡稱《工法》）。

圖2：鋼結構連接構造

（a）上下鋼柱連接；（b）鋼柱和鋼梁連接

2鋼構件制造控制和安裝機械

（1）根據《工法》要求，焊接連接的鋼柱加工放樣以柱頂為基準，長度用負公差（－5～＋1）mm控制。焊接連接的鋼梁制作長度用正公差（－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，構件最重為10.9t。根據工程需要，在核心筒內布置1臺H3/36B內爬式塔吊、樓北側選用50m臂長MC300作為整個辦公樓鋼構件的吊裝機械。現場構件卸車整理用另一臺塔吊。

3鋼結構安裝準備工作

3.1流水段的劃分

主樓外圍23根柱，標準層每3個層高為1個標準節。從±0.000到樓頂標高每根柱分成10個柱節，標準柱節長度為11.17。安裝過程中以每節柱作為1個豎向流水段，每個豎向流水段內構件的吊裝順序為鋼柱→主梁→次梁→小梁→壓型鋼板。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。安裝順序圖中標明每個構件的平面位置、安裝順序號和構件名稱等。安裝順序表中反映出每個構件的安裝順序號、構件名稱、構件所在圖紙號、安裝用高強螺栓及連接板規格數量、構件重量、構件外形簡單描述等。圖3為主梁安裝順序圖。

圖3：主梁安裝順序圖

3.3構件進場順序

第1節柱按構件安裝順序進場，以后各節柱子按安裝順序相反的次序進場。為防止構件混亂，要求不是本節柱的構件不得運進現場。構件堆放按安裝順序排列，以減少主吊車垂直運輸吊次。

3.4構件進場驗收

構件進場后，安裝單位要對構件數量、外觀等進行檢查（包括構件幾何尺寸、連接板零件的位置、角度、螺栓直徑及位置，焊縫的坡口，節點的摩擦面，附件的數量及規格等），每根構件一張表格。

3.5編構件安裝號和標高控制線

用鮮明的顏色編構件安裝號，指出方位。柱設置標高基準線，選最長的柱設定一個標高控制線，每根柱在地面以柱頂為基準，設置柱安裝用的標高控制線，至少兩個面，并注意和下柱的標高控制線方位一致。梁的兩端不對稱時或有空洞的梁，還應標出方向。

4測量工藝

（1）鋼結構安裝前要對建筑物的定位軸線進行復驗，柱中心距長度偏差應小于2，封閉夾角偏差小于6″。

（2）鋼結構安裝平面控制網采用內控法。隨樓層增加，平面控制網不斷上投測。

（3）用設計標高安裝，每安裝一節柱復核一次標高。

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

（5）在安裝柱和柱、柱和核心簡之間的主梁時用經緯儀對柱子進行跟蹤監測，產生偏差要再校正一次。第二次校正比第一次校正更為重要，除按軸線要求，還要考慮焊縫收縮的預留量，并適當考慮溫度變化對高層鋼結構產生的影響。

（6）鋼柱安裝時均以當時經緯儀的垂直平面進行測量校正，這樣環境溫度變化將會使柱子頂部產生一個位移值。這些偏差在安裝柱間的主梁時可用外力強制復位，使柱頂回到設計位置，固定結構的幾何形狀。此時柱子斷面內可產生3~4MPa的溫度應力，比校正構件加工偏差與安裝累積差時產生的內應力小得多。

（7）為使每節柱子均能按設計標高安裝，可將上柱和下柱臨時連接板高強螺栓孔徑由22mm擴大到26mm。由于各種焊縫收縮量不一致，加上柱加工時長度偏差，一節柱安裝后柱頂標高往往超過規范允許值（±5mm），利用臨時連接板上孔徑的裕量，可將每節柱子產生的標高差調整到±5mm內。上柱和下柱靠四面的臨時連接板支撐，其空隙在焊接時進行處理。

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

5鋼結構柱梁的安裝

5.1鋼柱吊裝

按安裝順序圖逐件安裝鋼柱，吊點設在柱連接耳板螺栓孔的位置，采用專用吊索吊裝。

柱吊裝前準備好校正用的墊板和鋼楔，并將臨時高強螺栓等拴牢在柱底連接耳板處。垂直起吊至安裝位置后，擰緊臨時連接板的M22大六角頭高強螺栓，達到0.6kN•m扭矩。對正時先調標高，然后調整上下柱接頭錯邊（扭轉），最后由2臺經緯儀從兩個不同方向校正柱子垂直度，最終偏差控制在±2mm內。

柱-柱臨時接頭用高強螺栓，在調整標高和垂直度后緊固。安裝過程中，一節柱全部構件的重量和施工附加荷載均由柱的臨時接頭承擔，不用纜風繩，不用支撐。

5.2鋼梁吊裝

鋼梁吊裝前須將核心簡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。測量核心簡預埋件的位置標高線并放線，利用角鋼設置梁的臨時支承點。在地面上將節點板及高強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輸效率，一次串吊2~3根梁。順序為下層主梁→中層主梁→上層主梁。為加快起吊速度，可用2副吊索。

梁起吊就位，用撬棍、沖釘（或沖頭）調整構件的準確位置，螺栓孔全部對正后放入高強螺栓臨時固定。待主梁全部吊裝完畢后，進行高強螺栓的初擰和終擰。安裝時應預留經試驗確定的焊縫收縮量（2~3mm）。安裝主梁時用3臺經緯儀跟蹤檢查柱垂直度和傾斜度。若安裝過程中柱發生較大偏差，應重新校正。

6高強螺栓安裝

本工程鋼結構現場安裝使用的高強螺栓為10.9S扭剪型高強螺栓，規格為M20、M22兩種。

6.1準備工作

高強螺栓摩擦面采用噴砂法處理，抗滑移系數μ=0.50（鋼材Q345B）。加工摩擦面時同時加工抗滑移系數試驗的試件，以鋼構件同等條件運到工地，在安裝前復驗抗滑移系數。

6.2高強螺栓安裝

鋼梁吊裝就位后每個節點用2只過鏜沖對齊節點板上的上下螺栓孔，使螺栓能從孔內自由穿入，對余下的螺栓孔直接安裝高強螺栓，用扳手擰緊后，拔出過鏜沖，再安裝該處高強螺栓。

由于扭剪型高強螺栓是利用螺尾梅花頭切口的扭斷力矩來控制緊固鈕矩的，所以用專用扳手進行終擰時，螺母須處于轉動狀態，即在螺母轉動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到或超過切口扭斷扭矩或出現其他不正常情況，終擰時螺母不再轉動切口即被擰斷失去了控制作用，螺栓緊固狀態成為未知，會造成安全隱患。

6.3高強螺栓的終擰順序

先擰上層梁，再擰下層梁，最后擰中層梁，每個節點處的高強螺栓須按由中央向四周的順序進行終擰。

7鋼結構現場焊接

現場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焊接設備與焊接材料

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

7.2焊接環境、溫度的選擇

焊接前對所焊部位坡口、墊板、引弧板等進行檢查。焊接環境溫度不低于0℃，否則需進行焊前預熱焊后后熱處理。雨天施工須設置防雨設施；風力達5m/s時應設防風棚，否則禁止焊接作業。

7.3焊接順序

每個豎向流水段（1節柱子）內焊縫的焊接順序為上層：主梁→壓型鋼板支托→壓型鋼板點焊；下層：主梁→壓型鋼板支托→壓型鋼板點焊；中層；主梁→壓型鋼板支托→壓型鋼板點焊；柱柱接頭焊縫（上層壓型鋼板已鋪完）；其他焊縫。

根據試驗可知：厚度為30mm的鋼板用焊縫等強連接時，會產生2~3mm的收縮，因此在編制鋼結構焊接順序的同時要編制焊縫預留焊接收縮量。鋼結構的焊接順序是從建筑物平面的中心往四周擴展焊接，采用這種焊接順序可使焊縫焊完后產生的焊接收縮變形和殘余應力減到最小。

7.4焊接工藝

每個柱與柱的接頭焊縫由兩個焊工在對面同時進行焊接。不同位置的焊縫和不同直徑的焊條，要設專人隨時調整電流。

（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，焊完后進行清渣，起始焊接時焊接電流應稍高，保證焊縫和母材的熔深熔透。

（3）焊第一遍：用Ø5或Ø6焊條，兩人在對面同時按逆時針方向施焊，焊完4遍再在另一面焊8遍進行焊接，直至焊完一個柱接頭。

（4）每一遍焊完后均認真清渣，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

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

7.6常見問題處理

（1）有時因調整柱的標高造成間隙增大，上柱和下柱靠臨時耳板支承。為使柱接頭焊縫有良好的質量，可用Ø4焊條焊滿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，會造成梁頭緊靠柱面達不到梁上下翼緣設計要求焊透而留出的間隙（8mm），此時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進行焊接，即應待梁一頭焊接完冷卻收縮完成后，再焊另一頭，這是一項為減少結構因焊縫收縮收起的變形和殘余應力的工藝措施。

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澆樓板的永久性模板，由于它滿鋪在鋼梁上又用電焊點焊牢固，故又可以作為安裝人員的腳手板。

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

壓型鋼板和鋼結構要同步安裝，注意若有懸臂梁時，壓型鋼板要和樓層其他梁在一個平面內，過高則壓型板與梁不密貼，過低壓型板檐頭會出現縫隙。

栓釘焊分普通栓釘焊接和穿透栓釘焊接兩種。施焊前，應根據試驗確定焊接工藝參數。

9結束語

本工程鋼結構采用《高層建筑鋼結構安裝的施工方法》專利技術進行現場安裝，施工方便，安全可靠，質量，進度容易保證，其主要特點如下：

（1）以柱頂為基準，控制每節柱的柱頂在同一標高上，可控制高層建筑鋼結構的標高。

（2）每節柱的軸線均從地面引上，可保證定位同步線準確；每節柱均調整標高，不用構件廠處理安裝造成的標高偏差。

（3）焊接連接的鋼柱制作長度采用負公差，鋼梁制作長度采用正公差。

（4）柱-柱接頭臨時連接板的高強螺栓孔比螺栓桿擴大3-5mm，可調整柱標高，不用纜風繩或支撐，操作方便，效果良好。

（5）編制構件的安裝順序圖及表，在現場施工時可以不用圖紙，做到上百種構件型號、上萬個構件、幾十種高強螺栓正確無誤配套安裝，現場安裝秩序井然。

（6）構件安裝位置校正正確后直接放入高強螺栓，在保證工程質量的前提下，簡化了施工，加快了進度。

（7）適當考慮溫度對高層鋼結構安裝的影響，簡化了柱子校正工序。