高层建筑钢结构施工技术

【摘　要】本文介绍了钢结构同混凝土结构相比的优缺点和钢结构在超高层建筑中的广泛应用.阐述了钢结构施工的重要环节,尤其是对钢结构的链接和吊装问题做了深刻的见解.

【关 键 词】钢结构,高强度螺栓,焊接连接,吊装

0.引言

钢结构在建筑行业中有着极为广泛的应用,一般的高层和超高层建筑当采用框—剪、框—筒结构体系,钢结构建筑分为型钢混凝土结构建筑,钢管混凝土结构建筑、全钢结构建筑.钢结构在我国建筑行业中的应用有上海环球金融中心、上海金茂大厦、深圳地王大厦、大连世贸中心等,都是很有名的钢结构超高层建筑.

1.钢结构的主要优缺点

钢结构建筑总重轻.钢结构住宅体系自重轻,约为混凝土结构的一半,可以大大减少基础造价.钢材的塑性和韧性好.钢结构的延性好、塑性变形能力强,使钢结构一般不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏.韧性好,则使钢结构对动力荷载的适应性较强.将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥具有优良的抗震抗风性能,大大提高了住宅的安全可靠性.环保效果好.在建筑物拆除时,大部分材料可以再用或降解,不会造成垃圾.

钢结构防火性能差.随着温度的升高,强度就降低.当周围存在着辐射热,温度在150度以上时,就应采取遮挡措施.如果一旦发生火灾,结构温度达到500度以上时,就可能全部瞬时崩溃.为了提高钢结构的耐火等级,通常都用混凝土或砖把它包裹起来.钢材易于锈蚀.钢材在潮湿环境中,特别是处于有腐蚀介质的环境中容易蚀,必须刷涂料或镀锌,而且在使用期间还应定期维护.

2.柱基检查

第一节钢柱是直接安装在钢筋混凝土柱基底板上的.钢结构的安装质量和工效同柱基的定位轴线、基准标高直接有关.安装单位对柱基的预检重点是定位轴线间距、柱基准标高和地脚螺栓预埋位置、长度、垂直度进行检查.基准标高点一般设置在柱基底板的适当位置,四周加以保护,作为整个高层钢结构工程施工阶段标高的依据.在柱基中心表面和钢柱底面之间,考虑到施工因素设计时要考虑留有一定的间隙做为钢柱安装时的标高调整,该间隙一般规定为50-70mm,我国的规范规定为50mm.

3.柱的标高及梁的长度控制

钢柱标高的控制应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高,每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸.每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去.梁的翻样下料长度同样不等于设计长度,需考虑焊接收缩变形.焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核,确定其翻样下料的精确长度.

4.钢柱、钢梁的吊装

4.1钢柱的吊装

在吊装第一节钢柱时,应在预埋的地脚螺栓上加设保护套,以免钢柱就位时碰坏地脚螺栓的丝牙.双机抬吊时,钢柱吊离地面后在空中进行回直.单机吊装时需在柱子根部垫以垫木,以回转法起吊,严禁柱根拖地.钢柱就位后,先调整标高,再调整位移,最后调整垂直度.柱子要按规范规定的数值进行校正,标准柱子的垂直偏差应校正到零.当上柱与下柱发生扭转错位时,可在连接上下的耳板处加垫板进行调整.为了控制安装误差,对高层钢结构先确定标准柱.一般取标准的柱基中心线为基准点,用激光经纬仪以基准点为依据对标准柱的垂直度进行观测.除标准柱外,其他柱子的误差量测不用激光经纬仪,通常是用丈量法.钢柱轴线位移校正,以下节钢柱顶部的实际柱中心线为准,安装钢柱的底部对准下节钢柱的中心线即可.

4.2钢梁的吊装

高层、超高层框架梁一般采用H型钢,框架梁与钢柱宜采用刚性连接,钢柱为贯通型,在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋,框架梁应按设计编号正确就位.钢梁在吊装前,应于柱子牛腿处检查标高和柱子间距,主梁吊装前,应在梁上装好扶手杆和扶手绳,待主梁吊装就位后,将扶手绳与钢柱系牢,以保证施工人员的安全.一般在钢梁上翼缘处开孔,作为吊点.吊点位置取决于钢梁的跨度.为加快吊装速度,对重量较小的次梁和其他小梁,多利用多头吊索一次吊装数根.有时将梁、柱在地面组装成排架进行整体吊装,减少了高空作业,保证了质量,并加快了吊装速度.

5.钢结构构建的链接

5.1高强螺栓的链接

摩擦面处理.对高强度螺栓连接的摩擦面一般在钢构件制作时应进行处理,处理方法是采用喷砂、酸洗后涂无机富锌漆或贴塑料纸加以保护.螺栓穿孔.安装高轻度螺栓时应尽量做到孔眼对准,如发生错孔现象,应进行扩孔处理,保证螺栓顺利穿孔,严禁锤击穿孔.螺栓紧固.高强度螺栓紧固时,应分初拧、终拧.对于大型节点可分为初拧、复拧和终拧.初拧轴力一般宜达到标准轴力的60%-80%,最低不应小于标准轴力的30%,复拧扭矩值等于初拧扭矩值,终拧时预拉力一般为设计预拉力的5%-10%.螺栓紧固后的检验.因螺栓预拉存在着应力松弛现象,随时间延长扭矩值一般会降低8%～10%,规范中已规定允许扭矩值的误差值±10%,所以螺栓的检验时间以尽快为宜,然后再进行抽查.抽检的数量多一些对鉴定质量有利.但经抽检过的螺栓怍报废处理损失太大,如重新使用,二次拧紧対紧固力有影响,因此在具体工程上如何确定抽检数量,可结合工程情况确定,一般5%为宜.

5.2焊接连接

钢结构的焊接焊缝分为工厂制作焊缝和现场安装焊缝两大类.设计要求分为I、Ⅱ、Ⅲ级,I级焊缝要求最高,Ⅲ级焊缝要求最低.Ⅲ级焊缝只需要进行外观检查,表面应无气孔、夹渣、弧坑裂纹等缺陷.I、Ⅱ级焊缝应进探伤检验.现场焊接一般采用手工焊和半自动焊两种.焊接母材厚度不大于30mm时采用手工焊,焊接母材大于30mm时采用半自动焊,此外尚应根据工程焊接量的大小和操作条件等来确定.

主梁与钢柱间的连接,一般上、下翼缘用坡口电焊连接,而腹板用高强螺栓连接.次梁与主梁的连接基本上是在腹板处用高强螺栓连接,少量再在上、下翼缘处用坡口电焊连接.为保证梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性,在梁所在位置设置悬臂梁,悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝,腹板采用贴角焊缝.梁与钢柱的悬臂梁连接,上下翼缘的连接采用衬板全熔透焊缝,腹板采用高强螺栓连接.

柱与柱的对接焊接,采用二人同时对称焊接,柱与梁的焊接亦应在柱的两侧对称同时焊接,以减少焊接变形和残余应力.矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊,不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式.

6.结束语

随着钢筋混凝土结构在超高层应用中的质疑,高强度耐火钢材应运而生,钢结构或全钢结构超高层建筑被越来越多的应用在现代的高层建筑中.

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