超高层建筑钢结构施工的关键技术和措施分析

超高层建筑钢结构施工的关键技术和措施分析

摘要：超高层建筑钢结构施工既是高层建筑施工中的一项关键技术，也是难点技术。本文首先分析了各个施工工序中的关键技术与措施，然后对高层钢结构施工提了几点建议。

关键词：超高层建筑；钢结构；关键技术

1超高层建筑钢结构施工工艺中的关键技术

1.1钢柱安装:

1)最底段钢柱是整根钢柱安装的基础，必须保证安装准确无误。2)安装钢柱找正用平垫铁，测量垫铁顶面标高，确认标高符合规范要求。如偏差超过规范要求时，应更换垫铁。用水准仪测量所有钢柱1m标高线在同一水平线上，偏差在－5mm～8mm之内。3)钢柱柱身平面坐标中心线与基础平面坐标中心线对准，偏差不大于5mm。4)垂直度用经纬仪在90°方向上测量，确保柱身长度中心线的铅垂度，单节偏差不大于10mm，全高不大于35mm。5)测量各柱中心线间的距离，定位中心线偏差不大于5mm。6)钢柱空中对接搭设稳固的操作平台，上下节对口时，缘板和翼板无错位，以每层平台标高为准，用水准仪测量各平台标高线在同一平面上，垂直度用经纬仪测量找正。钢柱对接焊接完毕后，将对口工装和引弧板、收弧板用气割割掉，然后磨平，不允许用大锤打掉。7)钢柱对接每道焊缝由两人对称焊，先焊厚板，后焊薄板，每道焊缝必须一次连续焊完。8)空中焊接需搭设防风防雨棚。

1.2吊装

在高层建筑钢结构施工过程中，吊装是一道重要的工序，因为其速度和质量直接关系着整个工程的进度和质量。在进行钢结构的吊装时，应该从工程的平面以及立体进行考虑，根据结构的组成形式以及塔吊的数量和方位来确定整个工程的吊装分区以及顺序。进行吊装作业时应该遵循下面两个原则：

1）平面内的吊装应该以中心为核心，然后向四周不断扩散。也就是说，从工程平面的中心单元开始，首先对一个刚度柱网单元进行组装，顺序是先柱后梁，当这一柱网单元完成后，在其左右或者前后进行另外两个单元的组装，当这三个单元全部组装完成后，最后进行较为全面和精准的校正作业。

2）竖向立体吊装顺序。这里我们以一柱三层为例。首先安装四根钢柱→下层框架梁→测量校正→螺栓初拧→中层框架粱→上层框架粱→测量校正→螺栓初拧→测量校正→终拧高强螺栓→焊接→焊缝检测→散铺上层压型钢板与栓钉焊接→下、中层压型钢板散铺与栓钉焊接→下、中、上层钢梯、平台吊装→楼盖钢筋混凝土楼板施工。

1.3超高层钢结构的测量与校正

1)校正、验收顺序。

一个流水段安装完成后是需要校正的。按柱子的分段划分流水段，超高层钢结构建筑的校正就需要按3层为一节柱，l2米高的流水段进行。前一个流水段资料完整，现场监理复测认可后，开始下一个流水段的开吊，依次进行直到几个流水段施工完成，再进行阶段性验收和施工总验收。

2)校正方法。

先确定高层钢结构标准柱，可以减少安装误差。正方形框架标准柱的确定方法就是4根转角柱;长方形框架的长、短边的比大于2时，标准柱的确定方法是取6根柱;多边形框架标准柱的确定方法是取转角柱。基准点就确定为标准柱基中心线。对标准柱垂直度的观测，将测量目标固定在柱顶，需要借助激光经纬仪，以基准点为依据。在施工中，钢结构的振动会产生机械误差，仪器在安置中也会出现细小的误差。这样就需要在测量中，每测一次，将激光仪进行90度的转动，在柱顶的目标上测出4个激光点，其相交点，就是量测安装误差。在设在地下室底板上的基准处的激光仪上方的金属上，固定一个小钢管，或埋在混凝土楼板上，使激光束能够通过。注意只对标准柱用激光经纬仪。其他柱子的误差以标准柱为依据用丈量法测量，方法就是在角柱上拉设钢丝绳，沿柱子外侧成平面方格，用钢尺量，超过规定标高误差6mm，就得调整。

1.4钢梁及平台安装:

1)按照所使用的吊车能力和分段钢柱重量，可一次吊装3层～4层平台高的钢柱，钢柱安装检查合格后，随即吊装各层平台钢梁，使钢架形成稳定结构。各层钢平台安装时，高度大都在4m左右，有的空间高度达7m，焊接、高强螺栓连接、探伤、油漆等项操作，均应搭设稳固的操作平台或制作稳固的活动操作平台，确保施工安全、方便，有利于提高质量和速度。

2)高强螺栓安装，钢梁之间的连接及钢梁与钢柱之间的连接设计为高强螺栓连接，具体安装过程如下:

a高强度螺栓进场检验、保管。高强度螺栓连接副，由制造厂按批配套供货，并必须有出厂质量保证书。高强度螺栓连接副在运输、保管过程中，必须轻装、轻卸，防止损伤螺纹。按包装箱上注明的批号、规格分类保管高强度螺栓连接副，并存放于室内，堆放不宜过高，防止生锈和沾染脏物。高强度螺栓连接副在安装使用前严禁任意开箱。

b工地安装。工地安装时，按当天高强度螺栓连接副需要量领取。当天安装剩余的必须妥善保管。在安装过程中，不得碰伤螺纹及沾染脏物，以防扭矩系数发生变化。高强螺栓的形式、规格和技术要求必须符合设计要求和有关标准规定，高强螺栓必须经试验确定扭矩系数或复验螺栓预拉力，符合规定后方准使用。

c高强度螺栓紧固程序和施工工艺。安装高强度螺栓时，螺栓应自由穿入孔内，不得强行敲打，并不得气割扩孔。穿入方向要一致，高强度螺栓不得作为临时安装螺栓。高强度螺栓须按一定顺序施拧，由螺栓群中央顺序向外拧紧，并在当天终拧完毕。高强度螺栓的拧紧，分初拧和终拧。

d接触面缝隙超规范时的处理。高强螺栓安装时应清除摩擦面上的铁屑、浮锈等污物，摩擦面上不允许存在钢材卷曲变形及凹陷等现象。安装时应注意连接板是否紧密贴合，对因钢板厚度偏差或制作误差造成的接触面间隙做相应处理。

1.5焊接

1）焊接顺序的确定

在施工平面上，应该从平面的中心开始向四周不断扩展，焊接时应该按照结构的对称性进行焊接。在立体层面上，应该按照上层框架梁→压型钢板支托→下层框架梁→压型钢板支托→中层框架梁→压型钢板支托→焊接检验的顺序进行。在进行柱与柱之间的焊接时，应该由两名施工人员按照对称的原则，在相同温度、相同速度的情况下进行。在进行柱与梁之间节头部位的焊接时，应该首先对H型钢的下翼进行焊接，然后再进行上翼的焊接，同一根梁的在进行端头焊接时，应该首先焊接其中一头，当其焊接牢固并冷却到常温时，再进行另外一头的焊接。

2）焊接工艺的确定

在当前一些高层建筑钢结构施工过程中，钢结构所选用的钢板较厚，而且在结构设计中采用了大量的斜撑和斜柱，这些结构往往是整个结构的重要组成部分，这种设计使得焊接过程中立焊、斜立焊的作业增多，不仅不便于焊接施工，还给安全施工带来了不确定性因素。为了解决这一问题，建议在焊接时采用CO2气体保护半自动焊接的方法，针对立焊、斜立焊等结构进行焊接，可以有效的提升焊接的整体速度和质量。

3）焊接参数的确定

在对焊接工艺进行选择和确定后，焊接质量控制小组应该根据工程实际情况，对工艺进行相关评定，进而编制出相应的符合本工程实际情况的CO2气体保护半自动焊接相关参数和方法。首先需要做的工作就是确定工作目标，找到影响钢结构质量的因素，进行深刻的分析并找到相应的解决对策；然后针对实际施工过程制定一套相应的质量保证体系，形成一套完整的施工工艺指导书；再后，利用多次试验，寻找不同结构上的焊接工艺参数，对焊丝伸出的长度、角度对焊接的影响，焊缝上杂质的清理等细节问题也要采取必要的试验分析，进而使整个施工工艺参数详尽完整。此外，还应该加强施工现场的防护和辅助措施管理，尽量保证焊接过程处在一个相对平稳的环境下进行。

1.6安全施工

1）对于节点的处理。在结构架设调整后需要进行矫正，利用高强度螺栓连接，对接合件，变形、错位和错孔的接合件进行矫正。在安装的过程中，需要利用安装高强度螺栓，将板束接合摩擦面贴紧。用临时变通螺栓和手动扳手使得接合部板束间摩擦面紧固、贴紧。在操作的过程中计算每个节点上对临时螺栓的个数，最佳的个数需要超过高强度螺栓总数的1/3的数量。最少也需要2个临时螺栓的。但是冲打穿入螺栓的总数也是有限制的，是不能多于临时螺栓总数的3%的。但是在此会出现安全事故，需要必须注意的是，高强度螺栓不能兼用做临时螺栓，因为在兼用的情况下会出现螺纹的损伤，这种情况下就会出现扭矩系数发生改变。

2）加强安全管理。对于高层建筑钢结构施工而言，施工过程的安全性也是不容忽视的一项重要内容，高层建筑钢结构施工往往是在高空而且悬空的状态下完成的，工程中包含了很多大中小型构件，仅仅高强螺栓的数量就十分众多，它虽然质量很小，但是从几十米甚至上百米的高空掉落，也会引起严重的事故。因此，在进行高层建筑钢结构施工时，应该从事前和事中进行全方位的安全控制，在施工前应该搭设必要的防坠板。安全梯、缆风绳等防护措施，施工人员应该进行相关的安全知识培训，管理人员应该增强日常的安全检查力度，努力将安全问题消灭在萌芽状态，确保高层建筑钢结构施工的安全。

二、对高层钢结构施工的建议

充分理解节点深化图，合理制定施工工艺；从自身工程的实际情况出发，对所需设备的选择进行科学研究，充分考虑其拆装以及经济性；钢结构的焊接应该从工程的实际情况出发，综合考虑各种因素找到最佳的工艺参数，不能照搬照抄；工程所需构件加工顺序以及存放区域都应该综合考虑吊装设备的实际情况；不断规范构件生产过程，减少不必要的现场改善过程；对工艺参数的控制和测量应该按照一定的区域和时间段进行，严格按照规定进行，避免各阶段误差的相互累计；施工过程中的安全防护工作应该规范严格，避免安全事故的发生。

三、结语

高层建筑钢结构在现代城市建设中应用很广泛，其施工过程中的关键技术和措施就显得尤为重要，这就要求相关的工程施工人员以及管理人员不断加强学习，从自身做起，根据时代的发展需要以及科技的进步要求，使高层建筑钢结构的施工关键技术和措施提升一个新水平

参考文献

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［2］崔晓强，郭彦林，叶可明．大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究［J］．工程力学，2005，（5）

［3］郭彦林,崔晓强．大跨度钢结构的施工过程中若干力学问题及探讨［J］．工业建筑2004，（12）