钢结构施工技术在高层建筑施工中的应用

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  摘要:笔者探讨了高层建筑钢结构的优点,认真说明了钢结构的具体施工技术,在些基础之上,合理明晰了钢结构安装的施工步骤,采用诸多专项施工技术策略,与此同时,说明了钢结构建筑及防火涂装技术。
  关键词:钢结构施工;高层建筑;技术
  中图分类号:TU391文献标识码: A
   一、前言
  高层建筑钢结构体系是一项多样化与复杂的系统工程,必须认真对待,不断改进技术,与此同时,在施工前一定要制定周密,详细的施工组织方案与施工规划。一定程度下,在制定方案时既要考虑现场施工状况,各专业间的施工协调和影响。同时,还要注意安全施工,本文就针对这些难题进行了深入的探讨。
  二、高层建筑的钢结构安装技术
  1.流水段划分技术
  由于高层钢结构制作与吊装的要求,对整个建筑从高度方向必须划分许多个节,通常用钢柱的分段作为节的划分根据。一般情况下,其既具有总体设计启诸项结构上的需要, 又有其固有的单体特点。在一定程度上,在吊装之时,除了必须保障单节框架本身的刚度外,也必须保障自升式塔式起重机,尤其是内爬式塔式起重机,这种塔式起重机,在爬升过程中的框架稳固,为此,立面施工流水划分一定要注意下列条件:一是塔式起重机的起重功能必须满足流水段内的最重物件的吊装需求。二是在一定条件下,塔式起重机爬升高度要满足下一节流水段的构件起吊高度。三是每一节流水段内柱的长度要能满足构件制造厂的制作条件与运输堆放标准。
  2.每节流水段内标准节框架与特殊节框架的施工
  (一) 标准节框架的施工技术
  超高层的钢结构框架,在整体上可划分为节框架,通常以3~4 层为一节,此种划分要有依据,在这些节框架之中,存在着多数节框架具有结构类型大致相同的状况,将这类节框架归纳入标准节框架。在一定程度下,只有抓住标准节框架的施工,从而就基本上取得了超高层钢结构框架施工的主动权力。
  (二)特殊节框架的施工技术
  特殊材料的节框架,在通常情况下,是指不同于标准节的框架条件。比如底层大厅的裙房网架、结构的水平,强化桁架层、屋顶花园层等等。基于它的建筑与结构上的要求特殊,施工有它们不同的协作需求,因此,在一定程度下,要制定特殊构件吊装的施工技术措施,才能全面完成高层钢结构框架的安装技术。
  底层大厅,这种网架结构跨度比较大,同时,位于高层建筑的里面或外边,施工条件比较差,在一定条件下,通常采用“地面拼装、整体提升”、“搭设平台,高空散装”等施工技术。结构的水平加强桁架层,桁架结构重量比较重,在一般情况下,塔吊不能整体吊装,通常采用“分段吊”、“整体提升”、“散装法”等,而且有如屋顶花园层等,在一定程度上,这种结构比较轻,通常就直接采用塔吊实施散装法。
  3.钢柱的安装技术
  一是钢柱安装前要对一节柱的标高和轴线进行复验,但要仔细检查,发现误差超出标准的,要立即修正。二是安装之前,要在地面把钢爬
  梯等装在钢柱上,位置放好,供应登高作业之用。三是钢柱工厂加工时一定按要求在柱两端设置临时固定用的连接耳板,一定程度下,上节钢柱对准下节钢柱的柱顶中心线后,立即用螺栓和连接板做临时固定之需。此项工作完成之后,待钢柱对接完成了,而且验收合格后,最后把耳板割除,完成规定程序。四钢柱通常采取两点就位,一点起吊。最后完成全部项目。
  钢梁和钢桁架的安装技术
  在安装前必须对钢柱上的连接件数或混凝土核芯筒壁上的埋件进行预检。但要检查仔细,预检内容包括:对连接件检查的平整度、磨擦面、螺栓孔;对埋件检查的位置、平整度、清洁度。检查中发现问题,必须立即整改。
  起吊之前,在梁面装好扶手杆与扶手绳或扶手管,包装材料要牢固,特别是主梁和主桁架一定要装好,一定程度上,针对次梁或小梁可以根据需要进行安装,扶手高1m,沿着梁长通长设置,设置要到位,以此供高空作业人员做通道之用。
  (三)钢梁、钢桁架安装通常采取两点吊。
  (四)钢梁、钢桁架吊装技术一般有捆扎法、工具式吊具法、在梁上设钢吊耳法。这些方法要结合应用。
  5.特殊钢结构的安装技术
  (一)特殊钢结构通常都是以组合体的形式出现。一是体积大、重量比较重。二是组合体的连接形式较复杂、多样,连接难度大,要求标准高,质量问题一定要达到。三是在整个建筑过程中,它往往起到关键点和特定性作用。不同的建筑中特殊钢结构通常不会相同或相似,一定要掌握好程度,为此,它的安装不可能有一个集中统一的或相对固定的安装模式和工艺。这种条件下,就体现了其在超高层钢结构安装施工中的一些难度。在很大程度上,其左右了吊装主机的选择和布局,与此同时,运行施工的总体流程。在某些方面,其安装工艺一定要根据结构的特点、吊装设备的能力等,因地制宜地进行分析、研究。
  (二)转换柱、转换桁架类安装技术。这种结构非常比例大,并且,又大多处于建筑的中部,通常大多采取散装法、提升法、吊装法等,结合我们铁力市高层建筑实例:铁力市丰润国际高层建筑设了2 道大型桁架(跨度达32m),每榀桁架最重近为70t。经仔细分析研究,第一道桁架的安装工艺技术:选取两台M220D 动臂式的塔机,将32in 的大桁架分为2段,在此基础之上,采取多种形式,如分段安装的技术,首先把重近20t 左右的桁架两端头安装到位,一定要连接好,中间一段采取双机抬吊,重量要控制在25t 以内,在一定程度下,对于第2、3 道桁架必须利用原结构做支承平台,采取措施,应用顺作散装法进行安装。
  (三)外伸桁架、天桥类的安装工艺技术。在高层建筑间通常设置钢天桥类结构,这种结构重量比较重,大型吊机也不能靠近吊装,通常此类结构常采取“地面拼装,整体提升” 的施工工艺技术。在此过程中,提升设备经常选用钢索式液压提升装置,对长距离、大吨位结构的提升办法,采取这套设备和工艺是十分理想的,与此同时,具有安全性、可操作性及精度高的特征。
  三、测量和校正方法
  1.高层钢结构校正、验收的基本顺序
  高层钢结构建筑的校正是按流水段实施办法,并且流水段又是按柱子的分段区分的。在一定程度下,一般一个流水段为3层,高约11m 。校正是在一个流水段安装完成后实施的。而且下一个流水段的开吊, 也一定要以前一个流水段校正结束为前提条件。但要说明的是,这里指的校正结束,必须包括资料要完整,现场监理复测认可。然后,等待几个流水段施工完成,具体几个要在开工前由设计、监理、施工单位讨论进行决定,在此基础之上,可安排阶段性验收,最后实行施工总验收。
  2.校正的技术方法
  (一)底层钢柱的标高调整方法。第一节钢柱是安装在混凝土基础之上的,钢柱安装前先在每根地脚螺栓上拧上螺母,螺母一定要拧紧,螺母的面标高要设在钢柱底板的底标高,一定要量好高度,再把钢柱或钢柱底板安装到位,然后复测底板或钢柱的平整度和垂直度,假如有误差,可用扳手微调底板下的螺母,但要加固,直到达到要求为止。最后拧上底板面上的螺母,钢柱临时固定合格标准。还要一种方法是设置标高垫块调整的技术。
  (二)柱顶的标高调整
  (1)柱顶的标高误差主要产生因素有以下几方面:一是钢柱制作误差,在掌握好尺度,长度方向每节柱规范允许在±2mm;二是吊装后垂直度偏差形成;三是钢柱电焊对接形成焊接收缩,焊接点要找好;四是钢柱和混凝土结构的壓缩变形;五是基础的沉降,造成危害性;每安装一节钢柱后,要对柱顶做一次标高实测,测量要准,依据实测标高的偏差值来决定调整与否。标高偏差值小于等于4mm,可记录不调整,超过4mm 必须进行调整。
  (2)调整的技术方法:假如标高高了,一定要在后节柱上截去相应的误差长度;相反,如果标高低了,必须采取填塞相应厚度的钢板,钢板一定要和原钢柱同种材质,这样才方可进行实施。
  (3)垂直度校正采取以下两种方法:一是用激光经纬仪校正;二是用高精度的经纬仪校正。
  四、施工安全策略
  1.垂直登高策略
  临时性人货两用电梯及永久性扶梯满足施工人员正常进行登高;但要注意安全问题,针对钢柱安装到柱顶拆除吊索等施工问题,经常采取安装前在地面应用捆扎固定措施,固定要牢固,将工具式爬梯临时固定在钢柱侧,应用完毕后再进行拆除的技术。
  2.水平通道设施技术
  经常采取工具式脚手通道、钢管脚手通道、装配式通道板、扶手绳等方式。扶手绳是在无安全通道的条件下,要注意标准,采取在距钢梁一定高度的钢柱表面焊接连接件,运用钢丝绳或尼纶绳穿过,形成扶手绳。在一定程度下,施工人员在钢梁上行走时可应用于安全带固定和扶绳缓行,保障安全。
  3.接柱操作平台技术
  钢柱之间连接基本采用焊接紧固的技术。必须设置操作平台供焊工运用。此方法也很多,通常采用工具式平台或应用钢管脚手搭设平台。在吊装前固定在柱上,和柱子一起吊装。
  五、钢结构施工技术方法
  1.基础地脚螺栓预埋施工技术方法
  此项工程采取井字形定位钢筋把地脚螺栓焊接固定,在此基础之上,应用钢板模具将焊接固定好的地脚螺栓固定在基础梁上,再采取正确的振捣方法,在混凝土初凝之前要立即进行校正。保证质量,这样既能保障地脚螺栓的轴线位置,又能提升地脚螺栓的预埋程度,节约人工与时间。
  (一)先在基础梁上放置轴线,划好螺栓的位置线,应用柱子立筋将井字形定位钢筋焊牢,然后焊牢地脚螺栓,M25 螺栓顶标高为-4.02m。最后把钢板模具套在丝杆上,上、下各拧紧一个螺母来控制相对位置。
  (二)混凝土振捣、螺栓校正。由于此项工程的螺栓比基础梁高400mm,在浇注底板混凝土同时,要注意细节,只浇筑到基础梁顶,在上面400mm处实施二次吊模,螺栓校正后再浇筑混凝土。在一定程度下,浇注时必须实施现场监督,监督要严格控制,严禁只从一面振捣,而且严禁振动过程中振动棒与地脚螺栓接触。
  (三)在基础柱混凝土浇筑完成之后,混凝土初凝之前对螺栓的位置实行立即校正,发现问题立即处理。
  (四)成品保护过程。为保障地脚螺栓的螺纹部分不沾染混凝土,浇筑柱基础混凝土之前,做到整个工序管理,使用塑料套管将地脚螺栓的螺纹部分罩住。模板拆除之后,注意拆除方法,应用彩条布将螺栓的螺纹部分保持密封,防止锈蚀。
  2.吊装方法 (一)钢柱吊装在高层及超高层建筑中,工程钢柱是决定层高以及建筑总高度的重要的竖向构件。吊装则是高层钢结构建筑施工当中一道重要的工序,在工程施工中,吊装的速度以及吊装高低及质量好坏,这对于整个工程质量来说,起着十分重要的作用。
  (1)钢拄吊装施工,大多需要事先划分出吊装作业区域,在进行吊装工作时,要先进行整体框架梁柱结构的安装工作,以及后楼板结构的安装,平面要从中央向四周进行扩展,并且按照先主梁后次梁的顺序来进行安装。
  (2)在施工中,吊装第一节钢柱的时候,事先要在预埋的地脚螺栓上面,加设保护套,这样做的目的,可以起到避免钢柱就位的时候,碰坏地脚螺栓丝牙的作用。在钢柱进行吊装之前,要事先在地面上,把操作挂篮、爬梯等工序固定在施工所需要的柱子部位上面。
  (3)柱的吊点,在施工中,要设置在柱连接耳板螺栓孔的位置上,还可以采取专用的吊索进行吊装:在钢柱吊装以前,要准备好校正用的垫板以及钢楔,在施工上,还可以把临时高强螺栓等物件拴牢在柱底连接耳板的位置。
  (4)钢柱在垂直起吊到一定的位置以后,以到安装位置为宜,然后拧紧临时连接板的M22大六角头高强螺栓,在拧紧以后,要达到0.5kN·m 扭矩。在对正以后,先进行标高的调节,在误差超过6mm以后,还需要进行调整。在调整的时候,如果误差在大于18mm以后,还应当进行调整,最佳状态是一次就全部调整好,或者也可以先调整一部分,然后在留待下一次进行调整,不然一次调整过大的情况下,容易影响支撑的安装以及钢梁表面的标高。在对钢柱调整时,要对上下柱的接头进行错边(扭转),在上柱以及下柱在发生扭转和错位的情况下,可以对于连接上下耳板处加垫板实行调整。然后由二台激光经纬仪用基准点为根据,注意准确度,从两个不同方向校正柱子垂直度,最后把偏差控制在土1.5mm内。 (5)柱—柱临时接头采取高强螺栓,在调整标高与垂直度后紧固。在安装过程中,一节柱全部构件的重量与施工附加荷载都是由柱的临时接头支撑,不用缆风绳,不用支撑。 (二)钢梁吊装技术在钢梁吊装前,应用柱子牛腿处检查标高与柱子间距。主梁吊装之前,要在梁上装好扶手杆与扶手绳,一定要连接好,待主梁吊装就位后,把扶手绳和钢柱系牢固,来保障施工人员的安全。要保证好吊点位置,吊点位置取决于钢梁的跨度,通常在钢梁上翼缘处开孔,设置吊点。为提升塔吊的垂直运输效率,对于质量较小的次梁与其它小梁,可利用多头吊索一次吊裝数根,一定要查好数量,有时将梁、柱在地面组装成排架实施整体吊装,减少了高空作业时间,时间跨度缩短至关重要,在保障质量的过程中,加快了吊装速度。钢粱起吊到位之后,在对其进行安装的过程中,要预留经试验确定的焊缝收缩量(2~2.05mm),一定要保证精确度,同时,应用经纬仪跟踪检查柱垂直度与倾斜度,最后调整构件的准确位置,保证螺栓孔全部对准,并且放人高强螺栓临时固定,要固定紧,等待主梁全部吊装完成后,实行高强螺栓的初拧、复拧与终拧。
  六、结束语
  综上所述,由于工程计算和施工技术水平的持续提升与理论研究的不断进步,以及新型更高强度钢材的持续研制开发生产,钢结构建筑前景广阔,相信高层民用建筑钢结构能够凝聚诸多的高科技,能够更好地满足住宅在适用性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性讲方面的综合需要,而且得到更广泛运用。
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