淺析高層鋼結構安裝的施工技術中冶建工集團有限公司鋼結構分公司：趙孟強摘要：結合轉爐高層框架系統安裝的施工技術等重要環節，簡要介紹了高層、超高層建筑的結構體系及安裝質量保證措施，并提供一些參考意見。關鍵詞：高層 鋼結構 施工技術 安全管理 1.概況1.1高層鋼結構建筑在國外已經有120多年的記載， 1883年最早的一幢鋼結構高層建筑在美國芝加哥拔地而起，戰后由于地價上漲和人口的增長等因素，以及建筑科技水平、材料工業水平、綜合技術水平的提高，高層及超高層建筑越來越多。同發達國家相比，（超）高層鋼結構建筑在我國起步較晚，成熟的經驗相對較少，改革開放以來，“高、大、新、尖”的現代化建筑如雨后春筍般聳立，成為地區經濟高速發展的重要標記。1.2我國的高層及超高層建筑自改革開放以來已有20多年的歷史，并在設計和施工中積累了不少經驗，并自行編制了高層民用建筑鋼結構技術規程JGJ99-98。1.3目前全鋼結構的高層建筑在國內比較多，主要集中應用在會展中心、大劇院、體育館及個別商務樓方面。而冶金系統施工的高層鋼結構主要集中在轉爐和高爐區域，高度在60m或80m左右。現根據自己的施工經驗結合查閱的相關資料，從結構體系、材料選用、塔吊選擇及布置、構件吊裝、測量控制（含沉降觀測）、質量控制及安全文明施工等方面提供一些粗淺的看法，希望對日后我公司參建的高層鋼結構在施工管理過程控制方面有些幫助。2. 高層鋼結構的施工技術特點2.1優點2.1.1空間感強由于鋼結構的抗壓、抗側彎強度很大，是混凝土強度的1.5倍，因此鋼結構所占用的建筑空間就要遠遠小于混凝土結構所占用的空間，這樣就增大了使用空間。2.1.2 施工速度快鋼結構的構件都是經過工廠制作后才能在現場進行安裝，與普通混凝土建筑相比，在施工中避免了腳手架的大量搭設，同時利用壓型鋼板代替混凝土模板，還有鋼結構的安裝與混凝土的施工可交叉進行，這樣就提高了工程進度。2.1.3 低成本、較環保鋼鐵可以回收利用，因此鋼結構同樣可回收再生利用，比其他建筑材料的成本較低，而且不會產生大量的建筑垃圾，相對混凝土等材料對環境更環保。2.2 缺點2.2.1 耐高溫性差如果在發生火災的情況下，鋼材的導熱系數比鋼筋混凝土的導熱系數大得多，其耐高溫性比鋼筋混凝土的結構低得多，隨溫度持續升高，鋼結構的屈服強度與彈性模量將急劇下降。若鋼結構處于溫度300至500的環境中時，其強度下降40%至50%。若溫度超過550，鋼結構就會基本完全喪失剛度和強度，變形快速增大，承載能力完全丟失，導致鋼結構倒塌。因此，在建筑設計鋼結構的過程中鋼結構防火措施是非常重要的一個環節。2.2.2 耐腐性差由于鋼材本身具有易氧化的特性，決定了鋼結構的表面容易生成氧化鐵銹，銹蝕會引起應力集中，影響鋼結構的安全，導致鋼結構提前受損，因此，做好高層鋼結構的有效防腐工作才能有效保證其使用年限。3.高層及超高層結構體系3.1對于高層及超高層建筑的劃分，建筑設計規范、建筑抗震設計規范及防火設計規范還沒有形成一個統一的標準，一般指建筑總高度大于24m為高層建筑，建筑總高度超過60m為超高層建筑。3.2對于結構設計來說，一般分為六大類：框架結構體系、剪力墻結構體系、框架剪力墻結構體系、框筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。目前，高層建筑中已大量采用鋼框架結構替代鋼砼框架結構，取得了良好的效果。其中冶金項目的轉爐高層框架系統就屬于框架結構體系， 因為鋼框架強度高（鋼材基本上屬于各向同性的材料，抗壓、抗拉和抗剪強度均很高）既具有良好的承載能力，又可節省建筑材料；鋼框架梁、柱截面尺寸小，省出了許多建筑使用面積，省下了許多層間高度；鋼框架結構延性好、自重輕、質量慣性作用力小，有利于抗震；鋼框架總體質量的大大減小，基礎費用也得以相應節省；鋼結構構件可以大量工廠化生產，加工質量好，運輸、安裝輕便，施工速度快，提前了投產時間。4.材料的選用4.1鋼結構有很多的優點，但也有自身的缺點，就是導熱系數大、耐火性差。一般需要在鋼結構表面噴涂一定厚度的防火涂料，由于防火涂料價格較高，占了工程造價很大的比例，因此一般都要把防火涂料費用單獨列項計算。轉爐高層框架系統一般采用低合金高強度Q345C鋼作為結構中的框架體系及平臺主梁，在受熱部位采用噴涂防火涂料或者采取隔熱措施處理。4.2隨著冶金技術的提高，耐火鋼已經研究成功，并且應用在高層建筑中。目前寶鋼投入生產的有B400RNQ和B490RNQ兩種型號的耐火鋼，其機械性能及化學成分等指標均達到了結構鋼的要求。普通鋼達到550的高溫時已經完全喪失承載能力，寶鋼生產的這兩種型號在600時的屈服強度還有150220Mpa。5.高層及超高層鋼結構安裝的施工技術5.1 準備環節施工前，工程監管機構必須組織監管人員掌握工程圖紙與工藝技術條件及工程標準；認真組織施工單位專業技術人員對建筑工程圖紙會審，通過會審充分掌握工程施工中的重點與難點；制定相關的管理制度與辦法，有針對性地制定保證工程質量的控制措施。通過企業資質、規模大小、機械設備情況、技術人員的職稱及履歷情況、業績情況等級等條件設定，嚴格考察和選擇高層鋼結構制作工廠與安裝單位，從而保證鋼結構構件的整體質量。5.2統一測量儀器和各種量具 建造一幢高層大樓，涉及到土建、鋼結構和各種設備的安裝等方面，使用的測量儀器應該到同一計量部門按照同一標準鑒定，測量儀器統一后對于保證工程的各項技術指標具有重要的意義。5.3構件的進場、驗收及堆放5.3.1作為冶金項目轉爐煉鋼工程的核心結構高層框架系統，涉及到幾千種不同的構件，而現場狹小、施工條件差是當前施工過程中面臨的普遍問題，建造一幢高層大樓同樣如此，這個問題如果在施工組織中沒有處理好，必將對整個工程施工造成嚴重的影響。高層框架系統施工初期，由于構件進場量大，有些構件往往需要堆疊好幾層，同時大型構件又需要預留出現場拼裝空間，如果沒有嚴密的進場計劃，勢必造成構件進場順序混亂，需要的構件沒有及時送到或者壓在了下面，不僅驗收工作不宜進行，還存在大量的翻料、找料等重復工作。在整個轉爐區域施工前，我們根據現場的特點及構件安裝的先后順序，不僅制定了詳細的構件制作加工順序，而且制定了詳細的構件進場順序：先運輸大的下節框架柱和框架梁（含支撐），各層平臺的構件按照層數及線列號運輸，需要現場拼裝和增加節點板的構件提前運輸。為提高塔吊工效，確保有效的工作時間，提高作業效率，大型構件的進場盡可能選在中午或者職工下班時到場。5.3.2把好構件驗收關也是轉爐工程中的經驗體會，由于構件繁多，節點數量多，在制作過程中難免會出現一些問題，就要求在吊裝前把它處理掉，這些問題如果沒有在地面及時消除，吊裝到位后勢必增加返修的難度，有些還必須放回地面，不僅影響到施工工期，還會間接影響到企業形象。5.4塔吊及大型吊裝設備的選擇、布置及拆除 塔吊作為高層鋼結構建筑工程的核心設備，必須根據建筑物的位置情況、現場條件及鋼結構的重量等因素進行科學選擇與布置，有效保證塔吊裝拆的安全可靠。因為內爬式塔吊不必對樓層加固，并且能自由布設起重機位置；另外在吊裝施工時，對塔吊起重能力和幅度要求沒有附著式塔吊苛刻；因此內爬式塔吊在高層鋼結構施工中應用較為廣泛，在選擇塔吊時可優先選擇。5.5.構件的吊裝5.5.1基礎定位軸線、標高等的復測 作為安裝工作的第一步，對基礎資料必須進行詳細的復測，包括框架柱定位軸線的間距、跨距；基礎面的標高偏差、定位螺栓的偏差等，發現問題要及時糾偏，不能進入下道工序。5.5.2主體框架系統（含框架柱及框架梁等）安裝 作為高層鋼結構的外形控制尺寸，該部分的安裝是最重要的一個環節。在這里，還有一個沉降觀測的問題。 框架柱的安裝質量直接決定了建筑物的層高及總高度，還有就是建筑物的垂直度等指標，一般情況下，高層建筑物的鋼柱都要分為幾節進行，像在天津和水城現場（不含頂部剛架）都是把框架柱分為兩節進行吊裝，標高采用水平儀控制，縱橫向的垂直度采用兩臺經緯儀控制，同時要保證儀器的通視可視。 焊接對高層鋼結構的施工起著關鍵作用，施焊前，對焊條的合格證進行檢查，按說明書要求使用，焊縫表面不得有裂紋、焊瘤，一、二焊縫不得有氣孔、夾渣、弧坑裂紋，一級焊縫不得有咬邊、未滿焊等缺陷，一、二級焊縫按要求進行無損檢測，在規定的焊縫及部位要檢查焊工的鋼印。選擇合理的焊接順序：原則是采用結構對稱、節點對稱、全方位對稱焊接；多層焊接宜連續施焊，每一層焊道焊完后應及時清理檢查，清除缺陷后再焊；焊接接頭要求熔透焊的對接和角接焊縫多層梁柱焊接時，應根據安裝情況先焊頂層柱與梁節點，其次焊底部柱與梁節點，最后焊中間部分的柱與梁節點；在焊接頂層梓與梁節點時，應先焊梓頂垂直偏差較大的部位，以利用焊接后收縮變形應力達到減少柱頂垂直偏差；焊接順序宜從中間軸線柱向四周擴散施焊。5.5.3平臺結構及其它結構安裝 主體框架形成后，要進行各層平臺及設備的吊裝，在安裝前要把標高及部分定位軸線引到平臺上，便于控制安裝質量的位置，注意每層平臺的定位軸線要從地面主控制點引上去。5.5.4焊釘的安裝焊接 在上述兩個工程中對于轉爐結構沒有使用，但是對于建造建造一幢高層建筑物，除了鋼骨架外，還必須有各種型號的焊釘，因此有必要說明一下。鋼結構畢竟是主體骨架，外面還要有混凝土，還要進行裝飾等，混凝土中間的部分鋼筋通過焊釘和鋼骨架連接為一個整體，從而保證整個工程的質量。 目前焊釘的焊接主要采用熔焊機進行，主要是在制作的過程中完成，具體操作及控制過程必須參照“規范”（GB50205-2001）執行。5.5.5測量控制 在高層及超高層鋼結構施工中，垂直度、軸線及標高的偏差是衡量工程質量的重要指標，為施工檢查提供數字依據，因此測量控制對于保證建筑物的各項指標具有重要的意義，在此作為一個重點談下自己的認識。 測量的過程是全方位的，并且要進行全過程監控，及時發現問題，及時進行糾偏。下面就分兩方面說明：5.5.5.1主體框架系統及設備承重大梁的測量控制 在施工過程中，由于焊接量大，構件長度較長，因此經常因為焊接等因素造成軸線及垂直度偏差，因此過程控制顯得尤其重要，也就是通常說的“跟蹤控制”，及時消除影響，從而控制整體偏差。5.5.5.2建筑物的沉降觀測 為了確保建筑物的的正常使用壽命和建筑物的安全性，并為以后的勘察設計施工提供可靠的資料及相應的沉降參數，沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯。目前的現行規范對此也有要求，高層建（構）筑物、重要的古建筑物、連續生產的設施基礎及動力設備等均要進行沉降觀測，特別是在高層建筑施工中應用沉降觀測對施工進行過程監控，及時反饋信息，避免因沉降原因造成不必要的損失。6質量及工期控制 超高層鋼結構不同于一般混凝土結構的顯著特點是：質量要求高，工期要求緊；質量與工期的保證依賴于科學的施工組織和有效的過程監控，以及各種新技術和新工藝的應用。7安全文明生產管理 安全施工是鋼結構施工中的重要環節，高層或超高層鋼結構建筑的特點是高空作業多、懸空作業多。在轉爐高層框架安裝過程中，不僅使用大量的普通螺栓和高強螺栓，還要使用大量的工機具，還要大量的手工工具及施工中產生的廢棄物（如焊條頭子及切割下的小塊料等），這些東西雖然小，但是從數十米或者百米的高空掉下，威力可想而知。針對這些特點，有必要成立安全檢查小組，除了建立健全安全生產責任制，還要專門制定高空作業人員安全條例、高空作業工機具保管及使用要求、高空構件的堆放辦法及高空作業廢棄物的處理辦法等細則方面的安全要求，在施工中加以監督落實，規范了職工的個人行為，在確保了自身安全的同時，又確保了他人的安全。 正是依靠這種嚴謹的安全規章制度及嚴格的過程監控執行，確保了兩座轉爐本體高層框架系統安裝的順利進行，人員無一傷亡，保障了職工的安全。8.結