高层建筑钢结构施工技术的应用

【摘　要】本文首先分析了钢结构施工的优势与缺点,并结合实例就钢结构施工的相关技术进行了探讨.

【关 键 词】高层建筑；钢结构；施工技术

0.前言

随着城市经济的高速发展,高层建筑越来越多,钢结构体系因其本身所具有的自重轻、强度高、施工快等优点,与钢筋混凝土结构相比,更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势在建筑业被越来越广泛应用.本文首先分析了钢结构施工的优势与缺点,并结合实例就钢结构施工的相关技术进行了探讨.

1.高层建筑钢结构施工的优势与缺点

1.1主要优势

①施工周期短.用于施工的钢结构构件可以厂制作,在现场安装.在安装时,不需搭设大量的脚手架,同时采用压型钢板可作为混凝土楼板的永久性模板,无需另行支设模板,而且混凝土的施工可与钢结构安装交叉进行,可以大大缩短施工周期.

②空间大.由于钢材的抗压、抗侧弯强度均为混凝土的1.5倍,因此在相同强度的条件下可以缩小截面从而增大了有效空间.

③可循环利用.钢结构建筑物的施工材料可以实现钢材再生利用,同其它结构建筑物相比减少了大量的建筑垃圾.

1.2存在的主要缺点

①耐火性差.钢结构在火灾的情况下,钢材的导热系数远大于钢筋混凝土的导热系数,其耐火性能远差于混凝土结构,钢材的屈服强度和弹性模量随温度上升而急剧下降.当结构温度达到350℃及500℃时,其强度可分别下降30％－50％.当温度达到600℃时,钢结构基本丧失了其全部的刚度和强度,以致结构完全丧失承载能力,变形急剧增大,导致结构倒塌.因此,在钢结构建筑设计中结构抗火被视为重要一环.

②耐腐蚀性差.由于钢材表面的铁原子与空气中的氧化合生成氧化铁锈,锈蚀能够引起应力集中,危害钢结构的使用安全,使钢结构提前破坏,因此对钢结构进行有效的防腐才能确保其使用年限.

2.工程实例分析

2.1工程概况

某高层建筑钢结构工程由塔楼、配楼、连廊3部分组成.其中塔楼地下4层、地上35层,总建筑面积79012m2,总檐高150m,为全钢结构.建筑外立面工程吊装任务重,钢构件总量达15000t；外轮廓由折线柱组成双曲面,给安装测量造成了极大难度；材料采用Q345GJC,最大板厚达100mm,焊接难度大.

2.2钢结构施工技术

结合高层钢结构的工艺流程与特点(构件验收→吊装→高强螺栓→焊接及其检测→压型钢板与栓钉),现对本工程高层钢结构施工技术进行简要总结.高层钢结构施工技术主要包含如下几方面内容：1)塔吊的选择、布置及装拆；2)构件进场、验收与堆放；3)吊装；4)测量控制；5)焊接；6)工期及质量控制；7)安全施工.

2.2.1施工准备

工程开工前,项目监理机构要组织监理人员熟悉工程图纸与项目有关的工艺技术条件、规范标准,充分领会设计意图,了解施工方案中的重点和难点；组织施工单位专业技术人员对图纸进行会审,认真检查施工图纸中的“漏、缺、错”等问题,力争把问题解决在施工之前,减少因图纸问题对工程质量、进度的影响.同时做好设计图的交底工作.对吊装设备、剪力撑设置等施工方案应绘制施工详图,交由专家进行论证,审核合格后方可予以施工.

2.2.2塔吊的选择、布置及装拆

塔吊是超高层钢结构工程施工的核心设备,其选择与布置要根据建筑物的布置、现场条件及钢结构的重量等因素综合考虑,并保证装拆的安全、方便、可靠.在塔吊的选择上应优先考虑内爬式塔吊,因为钢结构建筑采用内爬式塔吊不需要对楼层进行加固,并且在起重机布设位置上有较大的自由度.另一方面,采用内爬式塔吊进行钢结构高层建筑吊装施工,对塔吊起重能力和幅度要求不像采用附着式塔吊那样苛刻.另外,采用附着塔吊的造价要远高于同类型起重能力稍小的内爬式塔吊.本工程设计高度为150m,采用附着式塔吊的塔身高度约180m(其中考虑钢结构3层柱12m,吊索4～6m,吊钩滑轮及小车全高4m,安全操作距离2m等),加上地下部分高度共200m,而采用内爬式塔吊的塔身约为40～50m.附着塔吊的租赁成本要大于内爬式塔吊.因此,从经济上考虑,为节约成本,优先选用内爬式塔吊进行钢结构超高层建筑的施工.

2.2.3吊装

吊装是钢结构施工的龙头工序,吊装的速度与质量对整个工程起着举足轻重的作用.钢结构吊装前应根据结构平面和立面形状、结构形式、塔吊的数量和位置、现场施工条件等因素确定吊装分区与吊装顺序.本工程划分为东、西两个作业区,由两个作业组分别完成各自范围内的构件吊装.在本工程主体钢结构施工中,通过采取“区域吊装”及“一机多吊”技术解决了工期紧与工程量大的矛盾,从钢结构施工流程可以看出,各工序间既相互联系又相互制约,选择何种测量控制方法直接影响到工程的测量精度与进度.在本工程测量施工中,我们采取“预先控制”与“跟踪校正”相结合,即在吊装前对楼层柱标高及定位进行测定,并对构件进行标线控制,吊装后在柱梁框架形成前将柱子初步校正并及时纠偏,形成单元体后进行最终校正,这样大大减轻了校正难度,并实现了区域施工各工序间良性循环的目标.在结构整体测量控制方面,根据结构无标准层及空间双曲面的特点,摸索出一整套采用激光铅直仪与全站仪进行“空间坐标点定位”与“双系统复核控制”的测量方法,很好地解决了双曲面结构定位难题,保证了项目质量控制目标的实现.另外,本工程竖向吊装的顺序为：先安4根钢柱→下层框架梁→测量校正→螺栓初拧→中层框架梁→上层框架梁→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一下、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.

2.2.4焊接

①焊接质量要求.该工程钢结构焊接要做到：焊缝表面不得有裂纹、焊瘤；一级焊缝不得有咬边、未满焊等缺陷；一、二级焊缝不能有气孔、夹渣、弧坑裂纹.另外,焊缝要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,不合格的焊缝则需在定出修改工艺后再做处理,同一部位的焊缝返修次数不宜超过2次.在对钢结构进行涂刷工作时,则需要做到涂刷的构件表面不得有毛刺、焊渣、水、油污等异物,涂刷遍数和厚度应符合设计要求.