浅析超高层建筑钢结构吊装施工技术

　　摘要：本工程为劲性框架结构，有大量的劲性钢柱、钢梁、压型钢板，且柱梁尺寸较大；同时工期较紧，所以，合理进行塔吊选型、选定最优钢结构吊装方案是工程顺利实施的关键，保证了工程的施工质量。
　　关键词：劲性钢柱；吊装；施工质量
　　
　　1工程概况
　　本工程由地下3层地库、1幢15层甲级办公塔楼和3幢2-4层商业裙房组成，总建筑面积约39454m2，其中地上23887m2，建筑最高69.15m。地下结构层高3.7m，地上一层、二层层高为5.2m、3.9m，标准层层高为4.1m。
　　本工程主楼为劲性框架高层建筑，结构柱为十字钢、箱型钢劲性混凝土柱(地下结构，图1)及混凝土方钢管和圆钢管柱(上部结构)，梁为焊接工宇型钢梁，楼板采用自承式组合楼板。钢结构重量约3000t，压型钢板面积1.7万m，栓钉约10万套。其中钢管柱为900mm×20mm，框柱为700mm×700mm×30mm×30mm和700mm×700mm×20mm×20mm，内灌C50混凝土。钢柱与钢梁连接采用栓、焊刚性连接，主框梁与次梁连接基本上均采用高强螺栓铰接。
　　
　　
　　图1地下室劲性钢柱示意图
　　
　　2工程特点及方案选择
　　2．1工程特点
　　本工程采用劲性钢混凝土柱／钢管柱+钢梁+压型钢板结构形式，劲性柱和钢管柱作为塔楼的主要竖向承力构件，其装配精度要求非常高，施工中需对钢柱进行校对和调正，同时柱与柱之间、柱梁之间的连接质量也非常重要。因此，钢构件吊装、施工质量保证措施、安装精度控制调正等，是本工程钢结构施工必须要注意的重要内容。
　　2.2施工设想
　　2.2.1机械选择
　　综合分析劲性钢构件的分段长度、平面位置、单件重量、吊装距离、塔吊参数等因素，从合理性及经济性考虑，选择配备一台QTZ315塔吊。塔吊高度92m，首次扶墙高37m，臂长52.5m，最大起重量16t。QTZ315塔吊的不同工作幅度不同起重量及钢柱、梁构件重，基本能满足钢构件2～3层一吊，个别较重构件或离塔吊较远处为一层一吊。
　　2.2.2施工顺序
　　(1)施工流程：钢结构进场→钢柱安装→钢梁安装→形成一个稳定体系→钢结构复测→高强螺栓置换→钢结构调整→主体钢结构安装→钢结构焊接→钢结构复测→高强螺栓施工→钢结构复测→压型钢板施工一下→批钢结构施工。
　　(2)每层钢结构安装顺序：钢结构的平面吊装由核心筒向周边进行(图2)。
　　
　　图2钢结构安装的平面顺序
　　(3)钢柱的安装分段进行，六层以下根据塔吊起重量以及钢柱所在位置，按1～3层一吊进行安装，六层以上结构按照3层一吊进行施工。
　　(4)钢梁安装顺序，钢梁按照3层一吊进行吊装，采用从上向下的顺序进行安装。
　　3施工技术方案
　　3.1劲性柱施工
　　3.1.1准备工作
　　柱身弹线：钢柱吊装前，须对钢柱的定位轴线、基础轴线和标高等进行检查和验收，并对钢柱的编号、外形尺寸、连接板方位等进行全面复核，确认符合设计要求后，划出钢柱上下两端的安装中心线和柱下端标高线。
　　辅助准备：钢柱起吊前，将吊索具、操作平台、爬梯、溜绳以及防坠器等固定在钢柱上。
　　3.1.2首节柱吊装
　　钢柱吊装采用一点吊装，上端连接板上的吊装孔作为吊耳。起吊时钢柱的根部必须垫实，在根部不离地的情况下，通过吊钩的起升、变幅及吊臂的回转，逐步将钢柱扶直，停止晃动后继续提升。
　　首节钢柱吊装前，在所有螺栓孔上拧进1个螺母和1块下垫板，调节螺母将下垫板顶标高调至柱底板底设计标高(图3)。钢柱吊装就位后，先把钢柱中心线与基础中心线对准，然后将地脚螺栓的螺母微微拧紧，最后下钩解绳。
　　通过微调螺母来调整钢柱垂直度，当钢柱垂直度偏差校正到零时，拧紧螺母，然后焊接螺母垫板。钢柱的标高可能会发生微小变化，但一般情况下不会超过规范规定的±2mm的要求。
　　
　　图3首节钢垂直度调整示意图
　　3.1.3上节柱安装
　　首节柱以上的其余钢柱基础为已装好钢柱的柱项，安装前先检查柱顶标高、轴线，柱距偏差应严格控制在±3mm范围内。定位轴线的交点是柱基中心点，是钢柱安装的基准点。
　　其余钢柱按首节柱方式吊装就位后，先调整标高，再调整扭转，最后调整垂直度。
　　首先通过吊钩升降及节点板间隙中打入钢楔进行钢柱标高调整，标高调整后在上、下柱临时耳板的不同侧面加垫板，再夹紧连接板，即可调整钢柱扭转。钢柱垂直度测量使用线坠和经纬仪，分别在相互垂直的两个方向上进行控制。
　　
　　图4柱连接安装顶
　　
　　垂直度校正依靠柱底千斤顶调节节口间隙进行(图4)。柱项部依靠揽风绳葫芦调整柱项部，在保证单节柱垂直度不超标的前提下，尽可能将柱顶偏向钢柱轴线，然后拧紧临时接头的M20mm×90mm大六角高强度螺栓，紧固力矩取1000N•m。
　　3.2钢管柱施工
　　上部结构框架柱为钢管混凝土柱，共18根，包括10根圆钢管，8根方钢管。
　　管柱安装应将下层杯口偏离网络线的位置数据做分析后，确定管柱的偏移和倾斜数据，按此数据进行安装。
　　根据钢管柱截面高度变化形式及钢柱的分节长度，每3层浇筑一次，浇筑高度约为12.3m。混凝土采用立式高位抛落无振捣法，利用混凝土下落时产生的动能达到振实混凝土的目的。当浇捣至8.3m高度时，上端4m范围采用振捣器内部振捣振实。一次抛落的混凝土量宜在0.7m3左右，用料斗装填或设置浇筑漏斗，料斗的下口尺寸应比钢管内径小100-200mm，以便混凝土下落时，管内空气能够排出。
　　现场利用1.2m3吊斗进行浇筑，并在拟浇筑混凝土的钢柱顶部布置高500m，边长1m的漏斗进行下料，漏斗下口边长为160～180mm，进入钢柱内的斗口高度约200mm。
　　为使上下节钢管接头位置的混凝土密实，可选用下列两种方法：
　　(1)当混凝土浇灌到钢管顶端时，可使混凝土稍为溢出后再将留有排气孔的层间横隔板或封顶板紧压在管端，随即进行点焊，待混凝土强度达到设计值的75%后，再将横隔板或封顶板按设计要求进行补焊。
　　(2)将混凝土浇灌到稍低于钢管的位置，待混凝土强度达到设计值的50％后再用相同等级的水泥砂浆补填至管口，并将横隔板或封顶板一次封焊到位。
　　管内混凝土的浇灌质量，可用敲击钢管的方法进行初步检查，如有异常，则应用超声波检测。对不密实的部位，应采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。
　　3.3钢梁施工
　　钢梁吊装采取“两点法”吊装，实施“三梁一吊”。钢梁安装前，必须对钢梁的位置，编号、外形尺寸、连接板的方位等等，进行全面复核，确认符合设计图纸要求后方可施工。
　　安装时按照由上至下的顺序，先装上层梁、后装中层梁、再装下层梁。在吊装与柱牛腿连接的梁时，不能对柱有较大的碰撞，微动撬棍使梁螺栓孔、柱牛腿螺栓孔与连接板螺栓孔对正。若螺栓孔错位较大，则复测梁、牛腿、连接板尺寸及柱安装轴线，针对不同情况进行分析处理，严禁强行安装。由于梁与柱牛腿通过两块连接板连接，吊装就位后其上表面往往比牛腿低，因此在牛腿上安置1台千斤顶，其顶部顶在梁端，微升千斤顶使梁上表面与牛腿平齐。
　　安装前必须对柱子连接件与混凝土核心筒壁上的埋件以及钢梁进行预检。预检内容包括：梁长度、螺栓孔、磨擦面、剖口要求、梁的挠曲以及埋件的平整度。框架钢梁的连接螺孔的孔洞直径一般比高强螺栓直径大1.5mm～2.0mm。
　　钢梁安装到位后，先用与螺孔同直径的冲钉作定位，然后用与永久螺栓同直径的普通螺栓作临时固定，普通螺栓的数量不少于节点总螺栓数的三分之一，且不少于二只。临时固定按上述要求完成后，方可拆除吊梁索具。
　　3.4压型钢板施工
　　主楼楼板采用压型钢板一混凝土组合楼板。非办公区采用闭口压型钢板上浇混凝土形式，楼板厚150mm；办公区采用16焊钉将压型钢板焊于钢梁上，上浇混凝土，楼板厚130mm。压型钢板为镀锌钢板双面镀锌量不少于275g／m，最小屈服强度不小于300MPa，最小板厚0.75mm。
　　铺板前，先测出支承压型钢板梁的顶部标高；并对铺板区沿搭接方向在钢梁上翼缘弹出梁的中心线，以确定板的纵向铺放位置，主梁上翼缘中心线是作为铺放压型钢板位置的控制线。铺放完压型钢板后，再将各梁的中心钱，返弹到压型钢板上，同时弹出各梁上翼缘边线，这样才能更清楚了解板的搭接位置和长度，从而保证栓钉焊接位置的正确。
　　压型钢板铺放要注意以下点：①要保证板端搭接在梁上的长度；②要保证纵向铺板的2块板中间的搭接长度；③要根据弹好的基准线，进行铺板，保证板侧边尺寸、平整、顺直，位置正确，使压型钢板槽形开口贯通、整齐、不错位；④建筑平面不规则或变截面梁上的压型钢板铺设，应从中间设基准线，向两侧布板铺设，至建筑平面边缘后再调整补缺。
　　4质量保证措施
　　4.1高强度螺栓施工
　　本工程使用的高强度螺栓均为10.9级扭剪型，规格有M22和M24，总数量约10万套。高强度螺栓安装前，对运抵施工现场的构件磨擦面进行100％检查。构件就位后，用冲子穿入节点的螺栓孔，锤击冲子以使各螺孔对正，冲子数量一般每节点2只。待螺孔对正后，从布袋中取出高强度螺栓，自由穿入螺孔，用梅花扳手将其拧紧。安装高强度螺栓时严禁强行穿入，对于个别不能穿入的采用电动绞刀或圆锉刀扩孔，扩孔后的孔径不得超过1.2d。
　　高强度螺栓安装后，立即进行初拧。为了提高劳动效率，初拧采用电动扳手进行，初拧扭矩值应为终拧值的60％～70％。初拧结束半小时后，宜进行终拧，不得拖延到12h以上。终拧采用专用电动扳手，其终拧过程：先将扳手内套筒套入梅花头上，轻压扳手，再将外套筒套在螺母上，晃动扳手，确认内、外套筒是否均已套好，且调整套筒使其与连接板面垂直；按下扳手开关，外套筒旋转，直至切口拧断；扳手开关关闭，将外套筒从螺母上卸下；启动项杆开关，将内套筒中已拧掉的梅花头顶出。梅花头必须收集在专用容器内，禁止随便丢弃，以免高空坠落伤人。无论是初拧还是终拧都应按一定顺序施拧，其顺序：同一节柱，上层梁→下层梁→中层梁；同一层梁，主梁→次梁；同一节点，从中间向四周扩散。
　　4.2焊接施工
　　现场焊接主要是柱-柱、柱-梁、梁拼接、支撑、钢楼梯及隅撑焊接，构件材质主要为Q345C。柱-柱接头为I级焊缝，100％超声波探伤；其余熔透焊缝为Ⅱ级焊缝，20％超声波探伤抽查。
　　焊接顺序：为减少局部和整体焊接变形，将焊接残余应力降低到最小限度，必须制定并实施合理的焊接顺序。焊接顺序遵循总原则：在平面上，从中心框架向四周扩散焊接；先焊收缩量大的焊缝，再焊收缩量小的焊缝：严格对称焊接；同一根梁、支撑先焊一端，待其冷却后再焊另一端。一个流水段内的焊接顺序：上层梁一柱、梁拼接及支撑→下层梁-柱、梁拼接及支撑→中间梁-柱、梁拼接及支撑→柱-柱节点。单层作业面焊接顺序为：梁-柱、梁拼焊→支撑→隅撑。
　　4.2.1钢柱焊接
　　钢结构安装焊接关键是柱-柱节点的焊接。箱型／圆管柱-柱焊接工艺：在上下柱无耳板侧，由两名焊工在两侧对称等速焊至板厚1／3，切去耳板；在切去耳板侧由两名焊工在两侧焊至板厚1／3；1名焊工在一面焊完一层后，立即转过9O0接着焊另一面；而另一面焊工在对称侧，以相同的方式保持对称同步焊接，直至焊接完毕；两层间焊道接头相互错开，两名焊工焊接的焊道接头每层也要错开。在焊缝外观检查合格且焊接完成24h后进行超声波检测。
　　4.2.2梁、支撑焊接
　　梁焊接：先焊下翼板焊缝再焊上翼板焊缝，上下翼板的焊接方向相反。支撑焊接：先焊一侧焊缝，焊完之后再另一侧焊缝。
　　焊接前清理坡口及两侧的油污、锈等杂质，点固引、灭弧板和垫板，然后按照焊接工艺卡的参数进行施焊。焊缝厚度达到母材厚度1／2以上时，方可短暂停息。施焊过程中，每一焊层都要进行清渣及层间检查，发现缺陷及时处理后方可继续施焊。焊后清理焊接飞溅，自检合格后在焊缝的左上角打上焊工钢印。
　　
　　5结语
　　本文通过对工程特点的分析，合理组织，优选方案，同时辅以对钢结构施工技术的综合运用，切实保证了工程的施工质量，赢得了业主、监理、设计各方的一致好评，也为类似全钢结构工程施工提供了经验。
　　
　　参考文献
　　[1]徐伟良.何余良.多高层钢结构住宅的建筑技术与工程应用[J].建筑技术.2009
　　[2]路克宽.庞京辉.奥运场馆钢结构工程综合安装技术[J].建筑技术.2008

《浅析超高层建筑钢结构吊装施工技术》

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