超高層建筑外框架鋼結構安裝工藝研究

楊金雨 （廈門新長誠鋼構工程有限公司，福建 廈門 361000）

在現代城市建筑中，超高層建筑的建設越來越多，其中絕大部分超高層建筑采用“外框內筒”的混合結構，而鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合結構正是其中的典型，該結構體系的外框架鋼結構主要分別承受橫和豎向力的荷載，側向力的荷載則主要由內筒框架承擔。外圍的鋼框架在自身平面內一般為剛接框架，有時從經濟性和易施工性考慮也可為較接，但柱子必須是貫通的，本文將著重介紹此結構體系外框架鋼結構的安裝工藝。

1 鋼結構安裝工藝的特點

鋼材本身具有堅固耐用的特性，在鋼結構施工過程當中，它的特點主要表現在結構復雜而且體量大，鋼材是一體成型的，它不同于混凝土澆筑，可以在施工現場直接成型，這樣的特點給安裝提出了更嚴的要求，尤其是在超高層建筑外框架鋼結構安裝上，一定要采取合適的安裝工藝才能滿足設計的相關標準和要求。由于鋼材的特性，它受溫度的影響比較大，隨著溫差的改變，鋼材的整體密度也會隨之改變，故鋼結構施工對安裝的精度要求比較高，相應的要有符合結構特點的施工方法，同時影響安裝精度的還有其他許多因素，如測量的準確性，特別是高空測量，誤差的大小影響著鋼結構施工的精度。焊接的影響同樣不可小視，超高層建筑外框架鋼結構的鋼柱和鋼梁連接往往采用栓焊連接方式，在焊接過程中，如果焊接技術不過關，或者說焊接不專業，就會直接導致接頭連接的質量不過關，甚至會影響鋼梁結構變形的發生。就鋼結構施工本身而言，工程施工的作業程序多、質量要求高，需要協調的不確定性因素較多，既有客觀因素，也有人為因素。因此，以上特點都要求高度重視安裝工藝的制定和實施，才能圓滿完成超高層建筑的建設任務。如圖1所示，展示了超高建筑外框架鋼結構的整體效果圖。

圖1 超高層建筑外框架鋼結構整體效果圖

2 超高層建筑外框架鋼結構安裝主要問題

2.1 測量問題

超高層建筑的平面和高程控制網垂直傳遞距離長，測站轉換多，易形成測量累積誤差，當測量累積誤差大時會影響建筑功能的正常發揮，測量的精度也受測量儀器精度、測量人員技術水平、建筑特征和施工環境的綜合影響，作業過程中都應嚴格管控。

2.2 錨栓問題

柱腳錨栓的預埋質量將直接影響整個鋼結構工程的施工質量，因此，應先嚴格按照設計軸線及標高進行施工定位，澆筑混凝土前，應再次復核確認錨栓位置的正確性，并在螺紋上涂上黃油和包上油紙，外面套上鋼管，以防止在澆筑混凝土過程中損傷錨栓。

2.3 螺栓問題

高強度螺栓施工工序多，質量要求較高，作業前應保證摩擦面和螺栓不得有水及其他污染，摩擦面處的毛刺、飛邊、氧化鐵皮等都應用電動角磨機刷除，安裝過程中也應嚴格按照初擰、終擰工序來做，保證安裝質量，否則將造成接頭松動，影響可靠性。

2.4 焊接問題

超高層鋼結構建筑中一般采用厚板材料，構件和節點設計比較復雜，甚至經常出現構造復雜的格構組合異形截面，因此對焊接工藝提出了一系列挑戰，如無法有效管控作業過程，可能發生以下焊接問題：①厚板焊后冷裂紋傾向大；②焊后母材易發生層狀撕裂；③構件構造復雜，焊接難度大。

3 超高層建筑外框架鋼結構安裝工藝

超高層建筑外框架鋼結構安裝工藝要考慮各種因素，根據現場實際情況，詳細的分析和研究建筑工程的結構特點，考慮各種不利因素，如技術的原因、工程造價的限制以及周圍環境的影響等，都是施工時所要考慮的問題。具體的超高層建筑外框架鋼結構安裝工藝有以下幾個方面。

3.1 測量

超高層的測量主要有兩個特點，一是技術難度大，精度要求高；二是影響因素多。目前國內外通用的測量方法一般都是采用GPS定位技術，相比傳統的測量技術，它的優勢在于觀測點之間不要求相互通視，并且測量網圖形結構比較簡單靈活，測點選擇工作更加簡單，極大地突破了傳統測量技術的局限性，從而保證超高層建筑外框架鋼結構的測量數據更加精準。

3.2 鋼柱吊裝

鋼柱吊裝主要有四步，一是復核鋼柱的軸線間距、基面標高、地腳螺栓的位置等信息，調整錨栓桿下螺帽位置，并備好墊鐵塊；二是吊裝鋼柱之前，在鋼柱上安裝登高梯并加以固定，然后緩慢吊起鋼柱，至鋼柱處于垂直狀態后緩慢下落，使錨栓孔對準錨栓桿，并確保鋼柱軸線對準十字線，再繼續下落到設計標高位置上；三是通過纜風繩上的倒鏈對鋼柱垂直度進行調節，鋼柱校正完畢后擰緊錨栓，收緊纜風繩；四是將柱腳墊鐵塊與柱底板點焊固定，然后移交下道工序施工。

3.3 鋼梁吊裝

鋼梁吊裝主要有四步，一是吊裝前的檢查，對鋼梁定位軸線、標高、長度、截面尺寸、螺栓孔數量及大小等進行全面復核后才能開始吊裝；二是當鋼梁到達安裝位置時，要利用鋼梁兩端的溜繩，將其慢慢對準鋼柱的牛腿腹板，穿入沖釘與安裝螺栓進行臨時固定，同時將梁兩端打緊校正，確保每個節點上安裝的螺栓不少于安裝總數孔的1∕3；三是調節梁兩端的焊接坡口間隙，達到設計和規范規定后，擰緊安裝螺栓，并將安全繩連通到兩邊的鋼柱上；四是鋼梁安裝后與鋼柱形成穩定的空間單元時，同時對鋼柱與鋼梁的安裝精度進行復核，復核合格后，終擰各節點上的安裝螺栓。

3.4 螺栓安裝

當鋼柱、鋼梁“吊裝就位”形成穩定結構單元后，才能開始安裝高強螺栓，螺栓穿入方向以施工方便為準，每個節點應整齊一致。高強螺栓的緊固必須分兩次進行，第一次為初擰，初擰緊固到螺栓標準軸力（即設計預拉力）的60%～80%，第二次為終擰，扭剪型高強度螺栓終擰以梅花卡頭擰掉為準，不準遺漏。初擰完畢的螺栓，應做好標記以供確認，為防止漏擰，當天安裝的螺栓應當天完成終擰，初擰和終擰時都應從螺栓群的中間向四周對稱擴散。

3.5 焊接

在超高層建筑外框架鋼結構中，現場焊接的節點一般都是厚板材料(25mm～100mm，甚至更大)，而厚板焊接存在較多的不確定因素，對焊接技術也提出了更高的要求。一是要做好焊接節點的焊前準備工作，做好防風防雨措施，做好焊接保溫和加熱準備；二是控制焊接溫度，較大焊縫的焊接極易造成較大的焊接變形和焊接應力，因此，必須嚴格按照焊接工藝評定的焊接順序和方法進行焊接作業，其中焊前預熱、焊接過程層間溫度控制、焊縫后熱與保溫是保證焊接質量的關鍵，為保證溫度控制的精度，一般采用電腦控制的電加熱系統；三是焊接方法的選擇，焊縫應采取薄層、多道的方式進行焊接，每層、每道焊縫的焊道接頭錯開50mm，避免焊縫缺陷集中。

4 結語

在超高層建筑施工中，鋼結構安裝是常見的施工方式，它在便捷性與安全性方面都有不錯的表現，同時也要秉承鋼結構的特點并在施工難點上下功夫，如鋼結構的結構類型復雜化、構件異型化等都是對安裝工藝的一種考驗。超高層建筑外框架鋼結構安裝一般采用鋼結構測量、鋼構件吊裝、高強螺栓安裝和現場焊接等安裝工藝。因此，在施工過程當中要重點關注這些安裝工藝存在的疑難問題，對這些疑難問題進行提前判斷和預防，這對工程的整體進展肯定是一種有力的保障，同時也消除了超高層建筑外框架鋼結構施工過程中存在的安全隱患。本文是對超高層建筑外框架鋼結構安裝工藝的一些經驗總結，希望能夠借此拋磚引玉，激發鋼結構的同行們思考，提高超高層建筑外框架鋼結構安裝的工藝水平，使得超高層建筑外框架鋼結構的安裝更加安全與可靠，質量也能得到更好的保證。