高层钢结构施工技术及管理.docx

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高层钢结构施工技术及管理

浅析高层钢结构安装的施工技术

中冶建工集团有限公司钢结构分公司：

赵孟强

摘要：

结合转炉高层框架系统安装的施工技术等重要环节，简要介绍了高层、超高层建筑的结构体系及安装质量保证措施，并提供一些参考意见。

关键词：

高层钢结构施工技术安全管理

1.概况

1.1高层钢结构建筑在国外已经有120多年的记载，1883年最早的一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起，战后由于地价上涨和人口的增长等因素，以及建筑科技水平、材料工业水平、综合技术水平的提高，高层及超高层建筑越来越多。

同发达国家相比，（超）高层钢结构建筑在我国起步较晚，成熟的经验相对较少，改革开放以来，“高、大、新、尖”的现代化建筑如雨后春笋般耸立，成为地区经济高速发展的重要标记。

1.2我国的高层及超高层建筑自改革开放以来已有20多年的历史，并在设计和施工中积累了不少经验，并自行编制了《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98。

1.3目前全钢结构的高层建筑在国内比较多，主要集中应用在会展中心、大剧院、体育馆及个别商务楼方面。

而冶金系统施工的高层钢结构主要集中在转炉和高炉区域，高度在60m或80m左右。

现根据自己的施工经验结合查阅的相关资料，从结构体系、材料选用、塔吊选择及布置、构件吊装、测量控制（含沉降观测）、质量控制及安全文明施工等方面提供一些粗浅的看法，希望对日后我公司参建的高层钢结构在施工管理过程控制方面有些帮助。

2.高层钢结构的施工技术特点

2.1优点

2.1.1空间感强

由于钢结构的抗压、抗侧弯强度很大，是混凝土强度的1.5倍，因此钢结构所占用的建筑空间就要远远小于混凝土结构所占用的空间，这样就增大了使用空间。

2.1.2施工速度快

钢结构的构件都是经过工厂制作后才能在现场进行安装，与普通混凝土建筑相比，在施工中避免了脚手架的大量搭设，同时利用压型钢板代替混凝土模板，还有钢结构的安装与混凝土的施工可交叉进行，这样就提高了工程进度。

2.1.3低成本、较环保

钢铁可以回收利用，因此钢结构同样可回收再生利用，比其他建筑材料的成本较低，而且不会产生大量的建筑垃圾，相对混凝土等材料对环境更环保。

2.2缺点

2.2.1耐高温性差

如果在发生火灾的情况下，钢材的导热系数比钢筋混凝土的导热系数大得多，其耐高温性比钢筋混凝土的结构低得多，随温度持续升高，钢结构的屈服强度与弹性模量将急剧下降。

若钢结构处于温度300℃至500℃的环境中时，其强度下降40%至50%。

若温度超过550℃，钢结构就会基本完全丧失刚度和强度，变形快速增大，承载能力完全丢失，导致钢结构倒塌。

因此，在建筑设计钢结构的过程中钢结构防火措施是非常重要的一个环节。

2.2.2耐腐性差

由于钢材本身具有易氧化的特性，决定了钢结构的表面容易生成氧化铁锈，锈蚀会引起应力集中，影响钢结构的安全，导致钢结构提前受损，因此，做好高层钢结构的有效防腐工作才能有效保证其使用年限。

3.高层及超高层结构体系

3.1对于高层及超高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范及防火设计规范还没有形成一个统一的标准，一般指建筑总高度大于24m为高层建筑，建筑总高度超过60m为超高层建筑。

3.2对于结构设计来说，一般分为六大类：

框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。

目前，高层建筑中已大量采用钢框架结构替代钢砼框架结构，取得了良好的效果。

其中冶金项目的转炉高层框架系统就属于框架结构体系，因为钢框架强度高（钢材基本上属于各向同性的材料，抗压、抗拉和抗剪强度均很高）既具有良好的承载能力，又可节省建筑材料；钢框架梁、柱截面尺寸小，省出了许多建筑使用面积，省下了许多层间高度；钢框架结构延性好、自重轻、质量惯性作用力小，有利于抗震；钢框架总体质量的大大减小，基础费用也得以相应节省；钢结构构件可以大量工厂化生产，加工质量好，运输、安装轻便，施工速度快，提前了投产时间。

4.材料的选用

4.1钢结构有很多的优点，但也有自身的缺点，就是导热系数大、耐火性差。

一般需要在钢结构表面喷涂一定厚度的防火涂料，由于防火涂料价格较高，占了工程造价很大的比例，因此一般都要把防火涂料费用单独列项计算。

转炉高层框架系统一般采用低合金高强度Q345C钢作为结构中的框架体系及平台主梁，在受热部位采用喷涂防火涂料或者采取隔热措施处理。

4.2随着冶金技术的提高，耐火钢已经研究成功，并且应用在高层建筑中。

目前宝钢投入生产的有B400RNQ和B490RNQ两种型号的耐火钢，其机械性能及化学成分等指标均达到了结构钢的要求。

普通钢达到550℃的高温时已经完全丧失承载能力，宝钢生产的这两种型号在600℃时的屈服强度还有150～220Mpa。

5.高层及超高层钢结构安装的施工技术

5.1准备环节

施工前，工程监管机构必须组织监管人员掌握工程图纸与工艺技术条件及工程标准；认真组织施工单位专业技术人员对建筑工程图纸会审，通过会审充分掌握工程施工中的重点与难点；制定相关的管理制度与办法，有针对性地制定保证工程质量的控制措施。

通过企业资质、规模大小、机械设备情况、技术人员的职称及履历情况、业绩情况等级等条件设定，严格考察和选择高层钢结构制作工厂与安装单位，从而保证钢结构构件的整体质量。

5.2统一测量仪器和各种量具

建造一幢高层大楼，涉及到土建、钢结构和各种设备的安装等方面，使用的测量仪器应该到同一计量部门按照同一标准鉴定，测量仪器统一后对于保证工程的各项技术指标具有重要的意义。

5.3构件的进场、验收及堆放

5.3.1作为冶金项目转炉炼钢工程的核心结构高层框架系统，涉及到几千种不同的构件，而现场狭小、施工条件差是当前施工过程中面临的普遍问题，建造一幢高层大楼同样如此，这个问题如果在施工组织中没有处理好，必将对整个工程施工造成严重的影响。

高层框架系统施工初期，由于构件进场量大，有些构件往往需要堆叠好几层，同时大型构件又需要预留出现场拼装空间，如果没有严密的进场计划，势必造成构件进场顺序混乱，需要的构件没有及时送到或者压在了下面，不仅验收工作不宜进行，还存在大量的翻料、找料等重复工作。

在整个转炉区域施工前，我们根据现场的特点及构件安装的先后顺序，不仅制定了详细的构件制作加工顺序，而且制定了详细的构件进场顺序：

先运输大的下节框架柱和框架梁（含支撑），各层平台的构件按照层数及线列号运输，需要现场拼装和增加节点板的构件提前运输。

为提高塔吊工效，确保有效的工作时间，提高作业效率，大型构件的进场尽可能选在中午或者职工下班时到场。

5.3.2把好构件验收关也是转炉工程中的经验体会，由于构件繁多，节点数量多，在制作过程中难免会出现一些问题，就要求在吊装前把它处理掉，这些问题如果没有在地面及时消除，吊装到位后势必增加返修的难度，有些还必须放回地面，不仅影响到施工工期，还会间接影响到企业形象。

5.4塔吊及大型吊装设备的选择、布置及拆除

塔吊作为高层钢结构建筑工程的核心设备，必须根据建筑物的位置情况、现场条件及钢结构的重量等因素进行科学选择与布置，有效保证塔吊装拆的安全可靠。

因为内爬式塔吊不必对楼层加固，并且能自由布设起重机位置；另外在吊装施工时，对塔吊起重能力和幅度要求没有附着式塔吊苛刻；因此内爬式塔吊在高层钢结构施工中应用较为广泛，在选择塔吊时可优先选择。

5.5.构件的吊装

5.5.1基础定位轴线、标高等的复测

作为安装工作的第一步，对基础资料必须进行详细的复测，包括框架柱定位轴线的间距、跨距；基础面的标高偏差、定位螺栓的偏差等，发现问题要及时纠偏，不能进入下道工序。

5.5.2主体框架系统（含框架柱及框架梁等）安装

作为高层钢结构的外形控制尺寸，该部分的安装是最重要的一个环节。

在这里，还有一个沉降观测的问题。

框架柱的安装质量直接决定了建筑物的层高及总高度，还有就是建筑物的垂直度等指标，一般情况下，高层建筑物的钢柱都要分为几节进行，像在天津和水城现场（不含顶部刚架）都是把框架柱分为两节进行吊装，标高采用水平仪控制，纵横向的垂直度采用两台经纬仪控制，同时要保证仪器的通视可视。

焊接对高层钢结构的施工起着关键作用，施焊前，对焊条的合格证进行检查，按说明书要求使用，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤，一、二焊缝不得有气孔、夹渣、弧坑裂纹，一级焊缝不得有咬边、未满焊等缺陷，一、二级焊缝按要求进行无损检测，在规定的焊缝及部位要检查焊工的钢印。

选择合理的焊接顺序：

原则是采用结构对称、节点对称、全方位对称焊接；多层焊接宜连续施焊，每一层焊道焊完后应及时清理检查，清除缺陷后再焊；焊接接头要求熔透焊的对接和角接焊缝多层梁柱焊接时，应根据安装情况先焊顶层柱与梁节点，其次焊底部柱与梁节点，最后焊中间部分的柱与梁节点；在焊接顶层梓与梁节点时，应先焊梓顶垂直偏差较大的部位，以利用焊接后收缩变形应力达到减少柱顶垂直偏差；焊接顺序宜从中间轴线柱向四周扩散施焊。

5.5.3平台结构及其它结构安装

主体框架形成后，要进行各层平台及设备的吊装，在安装前要把标高及部分定位轴线引到平台上，便于控制安装质量的位置，注意每层平台的定位轴线要从地面主控制点引上去。

5.5.4焊钉的安装焊接

在上述两个工程中对于转炉结构没有使用，但是对于建造建造一幢高层建筑物，除了钢骨架外，还必须有各种型号的焊钉，因此有必要说明一下。

钢结构毕竟是主体骨架，外面还要有混凝土，还要进行装饰等，混凝土中间的部分钢筋通过焊钉和钢骨架连接为一个整体，从而保证整个工程的质量。

目前焊钉的焊接主要采用熔焊机进行，主要是在制作的过程中完成，具体操作及控制过程必须参照“规范”（GB50205-2001）执行。

5.5.5测量控制

在高层及超高层钢结构施工中，垂直度、轴线及标高的偏差是衡量工程质量的重要指标，为施工检查提供数字依据，因此测量控制对于保证建筑物的各项指标具有重要的意义，在此作为一个重点谈下自己的认识。

测量的过程是全方位的，并且要进行全过程监控，及时发现问题，及时进行纠偏。

下面就分两方面说明：

5.5.5.1主体框架系统及设备承重大梁的测量控制

在施工过程中，由于焊接量大，构件长度较长，因此经常因为焊接等因素造成轴线及垂直度偏差，因此过程控制显得尤其重要，也就是通常说的“跟踪控制”，及时消除影响，从而控制整体偏差。

5.5.5.2建筑物的沉降观测

为了确保建筑物的的正常使用寿命和建筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，沉降观测的必要性和重要性愈加明显。

目前的现行规范对此也有要求，高层建（构）筑物、重要的古建筑物、连续生产的设施基础及动力设备等均要进行沉降观测，特别是在高层建筑施工中应用沉降观测对施工进行过程监控，及时反馈信息，避免因沉降原因造成不必要的损失。

6．质量及工期控制

超高层钢结构不同于一般混凝土结构的显著特点是：

质量要求高，工期要求紧；质量与工期的保证依赖于科学的施工组织和有效的过程监控，以及各种新技术和新工艺的应用。

7．安全文明生产管理

安全施工是钢结构施工中的重要环节，高层或超高层钢结构建筑的特点是高空作业多、悬空作业多。

在转炉高层框架安装过程中，不仅使用大量的普通螺栓和高强螺栓，还要使用大量的工机具，还要大量的手工工具及施工中产生的废弃物（如焊条头子及切割下的小块料等），这些东西虽然小，但是从数十米或者百米的高空掉下，威力可想而知。

针对这些特点，有必要成立安全检查小组，除了建立健全安全生产责任制，还要专门制定高空作业人员安全条例、高空作业工机具保管及使用要求、高空构件的堆放办法及高空作业废弃物的处理办法等细则方面的安全要求，在施工中加以监督落实，规范了职工的个人行为，在确保了自身安全的同时，又确保了他人的安全。

正是依靠这种严谨的安全规章制度及严格的过程监控执行，确保了两座转炉本体高层框架系统安装的顺利进行，人员无一伤亡，保障了职工的安全。

8.结语

综上所述，在高层钢结构建筑的施工过程中，必须严格按照施工图纸及统一的标准规范，合理制定工艺，科学有效地使用施工技术，才能保证高层钢结构建筑的施工质量，从而确保项目的安全、有序实施。

参考文献

1.高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）

2钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）

3.陈富生，邱国桦，范重，高层建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社

4.曹平周，朱召泉，钢结构（第二版）科学技术文献出版社

5.高层建筑结构工程施工（第三版）中国建筑工业出版社

6.耐火耐候钢手册，宝山钢铁股份有限公司