高层建筑钢结构施工技术与管理
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【摘要】钢结构建筑由于其自身所具有的独特优势，目前被越来越广泛的应用于高层建筑中。本文作者主要结合高层建筑钢结构施工流程及工艺等，具体介绍了其施工技术及控制管理措施等内容。
【关键词】高层建筑，钢结构，施工技术，管理
引言
钢结构在建筑设计上的应用在国外已有上百年的历史经验，而钢结构在我国虽然起步较晚。但随着低价的不断上涨和人口数量的迅速增长，高层建筑对钢结构的需求不断增加，而相应的研究条件日益完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高，使得我国钢结构在建筑上的应用迅猛增长。
一、建筑钢结构应用的优缺点
钢结构之所以在建筑中得到广泛应用，主要是由于钢结构具有施工周期短、自重轻、抗震性能好、环境污染少等综合优势；但同时具有耐火性差、耐腐蚀性差等致命缺点，综述如下：
（1）建筑钢结构的优点
施工周期短：用于施工的钢结构构件可以是行工厂化生产、现场安装，可以大大缩短施工周期；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；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。
（2）建筑钢结构的缺点
耐火性差：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，在温度达到600℃时，钢结构基本丧失了其全部的刚度和强度。因此在钢结构建筑设计中结构抗火被视为重要一环；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。
二、高层钢结构施工技术及控制
高层钢结构的工艺流程与特点大致为构件验收――吊装――高强螺栓――焊接及其检测――压型钢板与栓钉，结合本流程和特点，现对高层钢结构施工技术进行简要总结。
2.1 施工准备
(1)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,从而有针对性地制定质量控制措施。
(2)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。
(3)检查施工人员的技术资质与条件是否符合要求,并制定相关的管理制度和办法,明确各级职员的质量管理职责,且严格执行有关的规程,以规范施工人员的行为。
(4)确保原材料(如:钢柱、钢梁、地脚螺栓、高强螺栓、抗剪栓钉、焊条等)的厂家、品种、标号、规格、等级符合施工规范。
(5)对钢结构制作和安装单位的企业资质、生产规模、机械设备情况、技术人员数量、资格证、职称及履历,和业绩情况等级,都需要做详细的考察与选择,严格审核钢结构配件制作阶段各工序、各分项的质量标准、技术要求、工艺流程、工艺措施、关键零件的加工方法等各项制作工艺内容,确保钢结构建筑的工程质量。
2.2 螺栓预埋
预埋柱脚螺栓的位置必须非常准确,否则会导致钢柱安装上的困难,且对安装质量有较大的影响。因此预埋螺栓位置应给予严格控制,施工中应严格控制基础轴线和标高基准点,埋设后进行2次复测,第一次在埋设定位后测量,第二次在基础混凝土浇筑并代其坚固后进行复测,如果在复测过程中发现位移超出范围则必须进行重新埋设。其标高偏差控制在±5mm以内,定位轴线的偏差控制在±2mm以内。
2.3 塔吊的选择，布置及装拆
塔吊是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犁起重能力稍小的内爬式塔吊。例如某工程设计高度为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4m～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40m～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高层建筑的施工。
2.4 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。吊装的总原则为：(1)平面内均从中心核心筒向四周扩展，即从中间的一个单元开始，先组装成一个稳定的刚度柱网单元，先吊柱后吊梁，一个枉网单元吊装并临时固定后，再在其左右或前后吊装两个单元，待3个单元构件令郜吊装完成后，进行全面的精确校正。(2)竖向吊装顺序(以一柱三层为例)：先安4根钢柱――下层框架梁――测量校正――螺栓初拧――中层框架粱――上层框架粱――测量校正――螺栓初拧――测量校正――终拧高强螺检――焊接――焊缝检测――散铺上层压型钢板与栓钉焊接下、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。
2.5 高强螺栓安装
高强度螺栓安装在节点全部处理好后进行,螺栓穿入方向要一致。一般应以施工便利为宜,对于箱形截面部件的接合部,全部从内向外插入螺栓,在外侧进行紧固。如操作不便,可将螺栓从反方向插入。对于大六角高强度螺栓连接副在安装时,根部的垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头,安装尾部的螺母垫圈则应与扭剪型高强度螺栓的螺母和垫圈安装相同。严禁强行穿入螺栓,如不能穿入时,螺孔应用绞刀进行修整,用绞孔修整前应对其四周的螺栓全部拧紧,使板叠密贴后再进行。修整时应防止铁屑落入叠缝中。绞孔完成后用砂轮除去螺栓孔周围的毛刺,同时扫清铁屑。
2.6 焊接
钢结构使焊前，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。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。
在焊接顺序上，一般按以下顺序进行：①平面内：应从建筑平而中心向四周扩展，采取结构对称、节点对称和全方位对称的顺序焊接。②竖向上：上层框架粱→压型钢板支托→下层框架梁→压型钢板支托→中层框架梁→压型钢板支托→焊接检验(柱→柱焊接可在梁焊接前进行，也可于之后进行)。③柱→柱焊接应由两名焊工相对，两面等温、等速对称施焊。④柱→梁节头的焊接，一般先焊H型钢的下翼缘板，再焊上翼缘板。一根梁的两个端头应先焊一个端头，待其冷却至常温后，再焊另一端。
2.7 关于安全施工
安全施工是钢结构施工中的重要环节，高层钢结构施下的特点是高空、悬空作业点多。在施工过程中，高层钢结构建筑仅高强螺栓一般就有几十万颗，这些零件虽小，但如果从100m以上的高空掉下去，后果可想而知。因此针对超高层钢结构施工的特点，采取事前与过程控制相结合的方法，即事先采取防护措施(如防坠板、防坠器、安全梯、缆风绳等)，并加强对施工人员的安全教育，坚持日安全巡视制度。在具体的工程施工中，我们可以在吊柱子时外墙设安全网，吊框架粱时架设临时活动式走道，并随框架吊装逐层升高，拧高强螺栓时在梁端挂设吊篮，焊接时搭设操作平台，另外做到及时铺设楼层压型板以确保施工安全。
三、对高层钢结构施工的几点体会
（1）要充分理解节点深化图，合理制定施工工艺。
（2）在具体施工中，要根据工程特点合理选用机械设备，特别是塔式起重机的选用，并要考虑其装拆的可行性。
（3）要善于根据不同的结构特点、焊接形式及气候条件选用合理的焊接工艺及参数，不能一概而论，盲目照搬。
（4）建筑结构构件的加工顺序及进场数量要充分考虑现场堆放条件及吊装设备的吊运能力。
（5）测量控制要做到分区段、分层次、分阶段进行闭合、校正，防止累计误差的产生。
（6）安全防护要及时跟进，措施要严密，检查要到位。
结束语
总之，我国正在大力发展钢结构高层民用建筑，不论是工程施工还是管理人员，我们都应该善于及时总结已建成的钢结构住宅工程的经验，完善施工技术及管理，不断满足住宅在适用性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性能等方面的综合要求，形成完善的建筑体系。
参考文献
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[3]沈祖炎，钢结构基本原理[M].北京，中国建筑工业出版社，2004．
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