多层部分钢结构建筑施工技术.docx
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多层部分钢结构建筑施工技术
多层部分钢结构建筑施工技术
阚卫军
南通建筑工程总承包有限公司
[摘要]：
本文讲述了南京宣传中心办公大楼钢结构工程制作和安装的施工技术，着重介绍了施工前的深化设计、制作工艺、吊装方法等，为以后在全钢建筑方面的施工提供参考。
[关键词]：
全钢结构钢柱钢梁组合楼面
1、概述
近年来，随着新技术、新工艺、新材料的广泛应用以及人们对建设周期、室内功能等方面要求的不断提高，钢结构依靠其优势得到了越来越广泛的推广和应用，也逐渐从一些大型场馆运用到多层或高层商住楼中来。
南京宣传中心办公大楼位于闹市区，受其周围环境和现场场地的限制，采用了一至五层钢结构的设计，不但节约了现场用地，缩短了施工工期，而且外形美观，经济实用，得到了业主、监理的一致好评。
本次工程虽然规模有限，但经我公司研究图纸发现在钢结构施工方面其具有一定的代表性，及时总结将对以后此种全钢结构的施工提供一定的参考价值和借鉴意义。
下面就此工程施工做一个简单的介绍。
2、工程概况
南京宣传中心办公大楼位于南京市人民路1335号，建筑面积约34000m2。
采用部分钢框架结构，地下三层，地上三十一层。
竖向结构为焊接钢柱，按制作形状可分为焊接H型钢柱和焊接矩型钢柱两种，按外形尺寸可分为三种，其中：
H型钢柱Z1共13根，H型钢柱Z2共6根，矩型钢柱Z3共1根。
各层楼面刚架主要由H型钢梁制成，其中主梁为焊接H型钢，次梁为轧制的成品H型钢，在钢梁形成的梁面系统上铺设楼面压型钢板。
全钢框架结构中的钢柱对接采用全熔透焊连，钢柱与主梁连接节点采用栓焊混合连接，主梁与次梁连接节点主要采用栓连，局部节点采用焊连。
本工程的钢构件均采用Q235级钢材，钢梁连接采用10.9级高强螺栓。
3、施工安排
本次工程体量大，工期短，且现场场地狭小。
为保证构件施工质量，加快施工进度，减少施工现场用地和各工序交叉作业的影响，充分发挥本公司厂内现有成套H型钢加工设备的优势，故决定采用：
（1）中标后立即组织技术人员进行图纸会审及施工深化大样图的编绘。
（2）施工过程中，边制作边安装，所有构件的制作均在厂内完成。
根据现场施工进度，将钢柱、钢梁，按分层、分批的安装数量及时运至现场，分类堆放，以减少堆放场地和二次转运。
（3）根据现场施工进度的要求，同时考虑运输等因素，将钢柱逐层分段预制，钢梁按分层、分区的相应长度，整段加工。
（4）所有钢柱、钢梁的附件在工厂内完成与钢柱、钢梁组拼焊接。
（5）采用现场安置的40tm塔机进行钢柱与钢梁的逐层分区吊装，对于部分塔吊不能覆盖的区域，由25t汽车吊负责安装。
（6）为了加快安装进度，现场安排2个作业小组同时进行钢柱与钢梁的安装、校正和焊接。
（7）钢柱安装时，为了减少塔机作业时间，钢柱逐根吊装就位后即用附加连接板固定，再逐根进行校正和焊接。
（8）各层安装的主要顺序为：
钢柱吊装→钢柱调校、固定（焊接）→钢主梁吊装→钢主梁调校、连接固定（焊接）→钢次梁吊装→钢次梁调校、连接固定（焊接）→钢楼承板铺设→钢楼承板调校、焊钉连接施焊→混凝土浇筑。
4、施工前深化设计
本次工程钢结构共五层，外形呈扇形，主体构件形式多样，构件间连接节点较多且不规则，给本次施工带来较大难度，如仍采用以往的手工放大样，不但施工精度低，会给现场安装作业带来很大不便，而且对施工进度的也有一定的影响。
我公司技术部门集中所有技术力量，参考了各类相关图集和资料，通过与设计院积极沟通后，凭借计算机等科技手段，边深化设计边施工，为本次工程绘制了全套深化图纸（含钢柱施工图、二~五层钢梁施工图、屋面层钢梁施工图、各层钢梁与钢柱连接节点图、钢梯施工图、楼承板排板图、构件焊缝大样图等），不但节约了时间，而且提高了工效，得到了施工班组、设计院、业主、监理的认可。
5、钢构件制作
5.1焊缝等级划分
因本次工程为部分钢结构，大部分荷载由钢构件承担，所以钢构件的制作质量和现场安装质量十分重要，不能忽视。
我公司根据设计图纸的要求，参照了《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002、《多、高层建筑钢结构节点连接》03SG519-1等多类图集，专门编制了本工程的焊缝施工大样图，对各类焊缝均进行了定义，并在施工前对施工班组进行了技术交底，保证了施工的质量。
5.1.1厂内制作焊缝等级划分如下：
（1）钢板对接为全熔透焊缝，焊缝质量等级为二级。
（2）H型钢柱、梁：
翼板与腹板的T型纵向焊缝为部分熔透焊缝，焊缝质量等级为三级；柱翼板与柱底板的焊缝为半熔透焊缝，焊缝质量等级为三级。
（3）矩型钢柱：
钢柱侧板与柱底板的焊缝为全熔透焊缝，焊缝质量等级为二级；侧板与侧板的纵向V型焊缝为部分熔透焊缝，焊缝质量等级为三级。
（4）成品H型钢梁对接：
翼板与翼板对接为全熔透焊缝，焊缝质量等级为二级；腹板与腹板对接为全熔透焊缝，焊缝质量等级为二级。
（5）其余焊缝为角焊缝，焊缝质量等级为三级。
5.1.2现场安装焊缝等级划分如下：
（1）H型钢柱：
翼板与翼板对接为全熔透焊缝，焊缝质量等级为二级；腹板与腹板对接为全熔透焊缝，焊缝质量等级为二级。
（2）矩型钢柱：
侧板与侧板对接为全熔透焊缝，焊缝质量等级为二级。
（3）其余焊缝为角焊缝，焊缝质量等级为三级。
5.2制作工艺流程
钢柱、梁制作工艺流程：
施工图→放大样→下料→坡口加工→表面处理→型钢组对拼接→焊接→校正→无损检测标识→制孔→附件安置→抛丸除锈→涂装→验收→出厂
5.3主要制作工序技术措施
5.3.1下料
钢板气割前应将气割区域表面的铁锈、污物等清除干净。
放样、号料应根据要求预留制作和安装的焊接收缩量和切割等的加工余量。
切割钢板采用直条多头切割机或半自动切割机进行切割，从而保证切割后的板材变形较小。
切割后清除熔渣和飞溅物，零件要矫正其平直度，其质量要求为：
在1m范围内，局部挠曲矢高的允许偏差值为≤1mm。
（表1）
下料检验标准表1
项目
允许偏差（mm）
零件长、宽度
±3.0
切割面平面度
1.5
割纹深度
0.2
局部缺口深度
1.0
5.3.2表面处理
将钢柱、梁的翼、腹板需焊接的区域（30～50mm）进行打磨，并不得有1mm的局部缺口。
高强螺栓连接面应采用抛丸机进行处理，处理好的摩擦面不得有飞边、毛刺、污损等。
5.3.3型钢的组对拼接
将焊接H型钢的三块钢板按照图纸的要求加工完成后，H型钢的组对拼接在H型钢自动组立机上进行，以保证构件的精度。
拼装的几何尺寸经检验合格后方可进行定位点焊，定位点焊的焊缝长度为110mm，焊缝的间隔为200mm，未注明焊缝高度7mm。
焊条的选用根据母材确定。
保证焊接母材一致，同时打上临时支撑，确保构件在吊运、卸模时不产生变形。
（矩型钢柱参照此法施工。
）
在焊接组合H型钢梁时宜采用翼缘板与腹板拼接截面错位的形式，腹板与翼板焊缝错开距离不小于200mm。
5.3.4型钢的焊接
（1）H型钢焊接时采用龙门式H型钢自动焊机进行焊接。
（2）焊接时应在其焊缝的两端头配置引入板、引出板，引入板、引出板的坡口型式应与被焊工件的坡口型式相同，其长度不应小于60mm，宽度不应小于50mm，焊缝引入、引出的长度不应小于25mm，焊缝焊接完毕后必须用气割割除，并修磨平整，不得用锤击落。
（3）焊接时需在专用的焊接胎模上做船形位置全自动埋弧焊，按焊接工艺要求的焊接顺序进行施工，减少焊接变形，使焊缝质量满足设计要求。
5.3.5矫正
（1）焊接H型钢坡口焊缝施焊后产生的翼缘变形，采用H型钢翼缘矫正机进行矫正。
（2）焊接H型钢坡口焊缝施焊后产生的弯曲变形和矩型钢焊接后产生的变形，采用300t四柱油压机进行矫正。
（3）焊接H型钢坡口焊缝施焊后产生的扭曲变形、节点板的焊后变形采用热矫正的方法进行矫正，温度控制应小于900℃，热矫正后要缓慢冷却。
5.3.6焊缝无损检测
工件施焊后，按《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定对焊缝的内部质量进行超声波检测，二级焊缝检测比例为20%。
5.3.7标识
钢柱在按施工图加工时应在钢柱翼板的外表面上弹放出四个方向的中心轴线，标高参照线，并在线的两端部打样冲孔标识。
以作为安装钢柱时调校基准。
其他钢构件按施工图完成加工后，必须逐根做其轴线号等参数的标识，以便分类堆放、发货和现场安装。
5.3.8制孔
制孔时使用专用钻孔模定位加工高强螺栓孔（M24螺栓制孔为φ26），严格按图纸要求控制制孔的孔距、公差，确保达到设计图纸的要求。
（表2）
高强螺栓孔距内控标准表2
序号
项目
允许差值
≤500
＞500～1200
＞1200～3000
＞3000
1
同一组内两组相邻孔距
±0.7
2
同一组任意两孔距
±1.0
±1.2
3
相邻两组的端孔距
±1.2
±1.5
±2.0
±3.0
5.3.9钢柱、梁与节点板的组拼
（1）各分段钢柱、钢梁与节点板的定位、焊接在按其全长形状预制的专用卧式组拼胎模上进行。
（2）节点板与H型钢的相对位置由定位紧固装置控制，以保证其形位尺寸的精度。
5.3.10钢构件的除锈、涂装
施工流程：
施工图→断料→去熔渣、毛刺→抛丸除锈→检查合格→涂装→检查→转下道工序
（1）下料后的杆、板件采用抛丸机进行除锈处理，喷丸处理好的杆、板件表面无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等物。
底材显露部分的表面应具有金属光泽。
（2）对喷丸除锈后的杆、板件，应及时涂刷防腐底漆，距焊缝150mm区域内待焊接后进行补刷，涂层应均匀饱满，不得漏涂、误涂，表面不应有起泡、脱皮和返锈，并应无明显皱皮、流坠等缺陷。
前一涂层干燥后方可涂下一道涂层，当漆膜局部损伤时，应清理损伤的漆膜，按原涂装工艺进行补涂。
（3）涂装完毕后，应在构件上标注构件的原编号。
5.3.11验收标准
钢构件制作完毕后，验收依据为设计图纸及《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001。
6、钢构件安装
6.1钢结构安装流程
施工流程：
钢柱吊装→钢柱调校、固定（焊接）→钢主梁吊装→钢主梁调校、连接固定（焊接）→钢次梁吊装→钢次梁调校、连接固定（焊接）→钢楼承板铺设→钢楼承板调校、焊钉连接施焊。
钢柱、钢梁采用二点绑扎法,使用40tm塔机进行分件吊装作业，对于塔机无法覆盖的区域由25t汽车吊吊装。
6.2、钢柱安装
6.2.1钢柱安装流程
（1）基础层钢柱安装流程
施工图→测量放线→分别安装、调校、固然埋件锚杆→土建施工→测量放线→分别吊装基础层钢柱并临时连接、支撑→分别调校各钢柱垂直度、标高、间距→分别将各钢柱柱底与埋件连接固定。
（2）二层以上柱安装流程（以二层为例）
施工图→测量放线→分别吊装各柱，用附加节点板临时连接并支撑→分别调校各柱垂直度、标高、间距→焊接柱间的连接焊缝→对焊缝进行无损检测→检验并交付土建施工
6.2.2钢柱安装技术措施
（1）复测土建提供的柱脚尺寸、标高，指引出柱相交轴线，放置地脚螺栓，定位，固定，浇砼。
（2）钢柱起吊前搭好上柱顶的直爬梯，钢柱采用二点绑扎吊装，扎点应选择在柱顶吊耳处，绑点处应设软垫。
（3）钢柱采用旋转法吊升，吊升时在柱脚底部拴好拉绳并垫以垫木，防止钢柱起吊时，柱脚拖地和碰坏地脚螺栓。
（4）钢柱对位时，使柱子中心线对准基础顶面安装轴心线，并使地脚螺栓对孔，注意钢柱垂直度，在基本达到要求后，方可落下就位。
经过初校，待垂直度偏差控制在20mm以内，拧上四角地脚螺栓临时固定，方可使起重机脱钩。
（5）钢柱就位后，用垫块或用柱底板下增设的埋件螺母调整标高。
用两台经纬仪在轴线的相邻两侧同时对准钢柱两个侧面上的中心标记，同时检查钢柱的垂直度，如有偏差，可用千斤顶、斜顶杆等方法校正。
（表3）
柱安装允许偏差表3
国家标准
内控标准
项目
允许偏差
允许偏差
柱垂直度
1/1000H且≤10mm
1/1000H且≤8mm
柱轴线位移
1/1000h且≤6mm
1/1000h且≤5mm
柱水平标高
5mm
3mm
注：
H为构件高度，h为截面尺寸。
（6）校正合格后，将地脚螺栓固定，并将垫板与预埋件及柱脚底板焊接固定。
焊接时实施对称定位点焊，焊接时原则上采用对称焊接，尽可能减小变形和焊接残余应力。
（7）钢柱就位后应设置两道以上刚性支撑，从而防止钢柱的变位走动。
6.2.3钢柱对接焊
（1）钢柱对焊接是本工程安装连接的关键工序之一，对工程质量起决定性作用。
（2）钢柱对接焊使用BX500型电弧焊机，进行手工电弧焊焊接。
钢柱对接焊时焊条采用E50。
封底焊接用φ3.2焊条,电流100～130A；中间层、面层焊接采用4（或5）焊条，电流160～210A。
（3）在柱与柱对接焊时，采用两个焊工同时对称、反向焊接法施焊的工艺，并保证焊接参数相同，焊接速度相一致，施焊时先焊腹板再焊翼板以减少焊接变形和焊接残余应力的影响，保证焊缝质量。
（4）焊接时，还应根据柱子产生的垂偏值来调整施焊顺序，利用焊后收缩来校正偏差
6.3、钢梁安装
6.3.1钢梁安装流程
施工流程：
钢主梁吊装→钢主梁与钢柱临时连接→钢主梁调校、固定（焊接）→钢次梁吊装→钢次梁调校、连接固定（焊接）
6.3.2钢梁安装技术措施
安装时先将分段主钢梁吊至所安装的轴线处与钢柱进行组对连接、调校和固定,再将两主梁间的次梁吊至所安装的轴线处与钢主梁进行组对连接、调校和固定。
吊装前设好安全绳，方便施工人员高空操作。
钢梁吊装宜缓慢进行，吊升过钢柱顶后由操作人员扶正就位，用螺栓穿过连接板与节点临时固定，并进行校正
钢梁的校正主要是垂直度检查，钢梁跨中垂直度偏差不大于H/250（H为变截面H型钢梁高），并不得大于20mm。
钢梁校正后应及时进行高强螺栓紧固，在进行连接固定时，严禁将高强螺栓用锤打入孔中，应用过渡销先进行过渡，再安装高强螺栓，使用专用工具将高强螺栓紧固。
高强螺栓拧紧顺序：
从节点中心向边缘依次紧固，使所有的螺栓都能有效起作用。
6.4、钢楼承压型板安装
（1）楼承板按设计图纸加工成型，按图纸编号以便与现场对号就位、固定。
（2）楼承板吊装时应设软垫防止损坏，楼承板应平整的铺设在梁面上。
（3）楼承板与钢梁连接焊钉的安放位置应准确，焊接应牢固。
7、结束语
此次工程是目前南京市少数的几幢钢结构建筑之一，虽规模不大，但“麻雀虽小，五脏俱全”。
在施工中，我公司对此工程十分重视，通过与设计院的多次沟通，并针对制作、运输、安装等多方面的因素做了充分的准备工作，将所有问题均消化在厂内制作阶段，故现场安装阶段十分顺利，不但取得了较高的经济效益，也取得了较好的社会效益，得到了业主、设计院、监理等方面的一致好评。
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