高層建筑鋼結構施工技術的研究分析

李少君 陜西建工集團有限公司建筑設計院

1 前言

隨著社會經濟飛速發展，人們生活水平不斷提高，對衣食住行等方面提出更高要求。建筑工程作為人們賴以生存的必要物質條件，其施工質量受到社會群眾高度關注。相關資料研究表明，人們處于良好的生活環境或工作環境中時，心理會得到極大滿足，有利于更好的投入生活模式和工作狀態中。

近年來，我國城市化進程不斷深入，促進建筑工程建設規模逐漸擴大，為了有效節約土地資源，建筑工程逐漸向高層化、大型化趨勢發展。鋼結構作為高層建筑施工中的重要環節，其施工效果直接影響工程安全性和穩定性。所以，對鋼結構施工技術進行深入研究，既是保障人民群眾生命財產安全的必要需求，也是推動建筑行業長遠發展的關鍵途徑。

2 我國高層建筑鋼結構發展現狀及特點

2.1 鋼結構施工技術發展現狀

我國結構施工技術相對于發達國家而言起步較晚，加上鋼結構施工成本高于混凝土結構，所以當前這種施工技術主要應用到高層建筑工程或大型建筑工程中。隨著科技不斷進步，鋼結構施工技術也得到了一定優化和完善，并在一定程度上擴大了應用范圍。尤其經濟全球一體化背景下，國內外交流日益頻繁，為鋼結構建筑發展奠定了良好基礎。具體可以從兩個方面分析。

第一，鋼結構施工技術逐漸由中外合作向國產化趨勢發展。改革開放后，我國經濟發展迅速，在對外交流過程中，逐漸積累了各種先進鋼結構施工技術和施工經驗，使我國高層鋼結構建筑取得飛躍式進步。近年來，越來越多國內專家和學者開展鋼結構建筑研究工作，已經實現了獨立完成高層鋼結構建筑施工這一目標[1]。

第二，逐漸向輕型鋼結構趨勢發展。新形勢下，建筑行業發展勢頭迅猛，對鋼結構性能提出更高要求，加上可持續發展戰略的深入貫徹落實，使得建筑行業逐漸向節約化趨勢發展。在這一背景下，輕鋼結構應運而生，將其應用到高層建筑施工中，不僅安全可靠，而且節約大量鋼材，因此受到行業高度青睞和廣泛應用，已經成為建筑行業未來發展的必然趨勢。

2.2 高層建筑鋼結構施工特點

高層建筑鋼結構施工普遍具備高、重、斜、扭、懸等特點。

第一，高：建筑工程高度越高，其存在的施工風險也就越大。

第二，重：鋼結構施工用鋼量大，所以構件重量較重，并且施工中對機械設備要求較高。

第三，斜：新形勢下，城市地區各種形態的建筑結構拔地而起，其中包括人造斜塔等，由于傾斜角度較大，所以施工難度也較大。

第四，扭：如廣州新電視塔，其鋼結構外筒自上而下扭轉45°，呈三椎傾斜狀，在實際施工中不僅定位復雜，而且容易受外界因素影響降低工程質量。

第五，懸：例如中央廣播電視臺新臺址，在高空中挑出巨大懸臂，在一定程度上增加了鋼結構吊裝難度和施工質量控制難度。

3 高層建筑鋼結構施工過程需要注意的各項問題

在高層建筑鋼結構施工過程中，可以將施工過程歸納為兩個步驟：其一，加工和制作鋼結構配件；其二，施工現場對鋼結構配件進行安裝，并做好防腐、防火處理工作。為了確保鋼結構施工順利進行，有效提高施工安全性和穩定性，需要在施工中注意以下問題。

3.1 保證鋼結構配件尺寸合理，做好現場測量、放線工作

在鋼結構配件加工制作過程中，需要將尺寸控制在誤差允許范圍內，同時嚴格按照標準規范，做好工程現場測量和放線工作，這對于鋼結構后期安裝而言意義重大[2]。

由于鋼結構力學計算模型較為直觀，所以在高層建筑施工中，對配件的尺寸和位置要求較高。在配件加工過程中，一旦尺寸控制不當，將會導致配件與設計需求產生差異，從而影響安裝作業順利進行，即便能夠安裝，也會影響工程承重效果和安全性能。

另外，高層建筑工程結構復雜、體型較大，需要應用到大量鋼結構配件，在施工中容易形成面型誤差積累。其中任何一個配件存在微小誤差，都會對整個結構產生較大影響，甚至會破壞建筑工程受力性能，從而引發安全事故。

3.2 容易受氣候條件等外界因素影響產生質量問題

建筑工程鋼結構施工大多在露天環境下進行，容易受氣候環境等外界因素影響，產生各種質量問題。具體來說，鋼材本身防腐性能較差，在雨季如果沒有做好防范工作，容易導致鋼材出現腐蝕、損壞等問題，從而對安裝質量產生不良影響。并且在鋼構建連接過程中，無論施工人員選擇焊接工藝還是拴接工藝，都與天氣條件有密切聯系，需要施工單位合理安排施工時間，避免在雨雪、大風等惡劣天氣下作業。

隨著建筑工程建設規模逐漸擴大，我國相關部門也針對鋼結構施工出臺了一系列規章制度和技術規范，要求施工人員在作業中嚴格落實制度、遵循規范，如果自然條件與規范不符，則不能開展施工活動。在條件允許的情況下，施工單位可以采取措施改善施工條件，確保施工安全。

3.3 鋼結構施工對機械設備有較高要求

鋼結構施工就是對預制構件進行合理裝配，由于構件重量較大、體積較大，所以需要采用運輸、吊裝等機械設備進行操作。并且高層建筑涉及諸多高空作業，在吊裝過程中對起重機操作人員專業水平要求較高[3]。同時，吊裝施工時，機械設備荷載需要嚴格控制在承重范圍內。

在鋼構件運輸、起吊、就位過程中，需要嚴格按照施工組織計劃和專項吊裝方案進行。針對施工中存在的一些特殊工藝技術，對機械設備的要求會更加嚴格，包括同步頂升施工技術、高空滑移施工技術等。

3.4 鋼構件防火、防腐處理

由于鋼材本身防火、防腐性能較差，所以應用到建筑工程中使，為了確保其安全性，需要做好防火、防腐處理工作，并且在實際施工中，避免將鋼構件堆放在火源或水源附近。

4 高層建筑鋼結構施工技術要點

4.1 預埋地腳螺栓施工要點

預埋地腳螺栓是提高鋼結構施工質量的重要前提，能夠確保鋼柱安全、穩定。在實際施工過程中，施工人員需要結合軸線位置，選擇合理的定位點，通常情況下，被選擇的軸線誤差范圍需要控制在2mm以內，同時需要準確選擇標高基準點，其誤差范圍需要控制在5mm以內。施工單位在制定好螺栓預埋方案后，可以組織施工人員進行預埋作業，確保預埋深度達標。

在實際施工中，施工單位需要結合工程具體情況和施工面積等要素，確定螺栓預埋參數。只有嚴格按照需求做好螺栓預埋工作，才能夠為鋼柱安裝奠定良好基礎。

另外，施工單位在完成螺栓預埋工作后，需要做好系統檢查工作，一般檢查要分兩次進行，首次重點檢查螺栓位置、標高；第二次需要在混凝土澆筑完畢后進行，重點檢查螺栓是否存在位移情況。確保兩次檢查均在標準規范范圍內，從而提高鋼結構施工質量。

4.2 鋼柱安裝要點

鋼柱安裝是高層建筑鋼結構施工總的關鍵環節，只有在確保螺栓預埋滿足需求的情況下，才能夠展開鋼柱安裝作業。由于鋼柱重量較大、體積較大，所以需要采用吊裝法施工。在吊裝作業前，施工人員應將施工過程中涉及的所有部位進行分離，使各部位成為獨立區域，而后采用平行吊裝法施工[4]。

為了保證施工安全，需要在吊裝過程中做好預埋螺栓保護工作，可以在螺栓上加設保護套，避免其在作用力下受到損害。同時，施工人員在作業過程中，還要時刻關注鋼柱位置、垂直度以及標高等各項指標，嚴格按照施工流程和技術規范操作，將誤差控制在允許范圍內。

除此之外，還要仔細檢查鋼柱質量，并采取合理措施對鋼柱進行臨時固定，避免其出現失穩問題，從而引發質量事故或安全事故。

4.3 鋼梁搭建和鏈接要點

確保鋼框架梁穩定性良好，能夠為鋼柱鏈接提供安全保障。因此，在高層建筑鋼結構施工過程中，需要施工人員做好鋼框架梁搭建作業。現階段，在施工過程中，大部分施工單位都會采用“工”字框架梁結構或“H”型框架梁結構，并且連接過程中主要應用性能較高的剛性材料。

另外，框架梁的鋼材有上翼和下翼，在鋼結構施工中可以發揮橫加肋力的功能，可以通過這一功能區分框架梁和鋼柱的連接位置[5]。

在二者連接過程中，需要施工人員準確區分鋼梁編號，并明確連接點。框架梁吊裝時，需要嚴格按照施工工序進行，盡可能將吊裝作業、校正作業和固定作業連續完成，避免產生累積偏差。

4.4 螺栓安裝要點

螺栓安裝和焊接，是提高高層建筑鋼結構施工安全性和穩定性的重要保障。在實際施工中，需要施工人員按照由內及外順序，完成螺栓穿孔作業，避免更換順序。另外，如果穿孔過程中遇到不符合標準尺寸的孔洞或螺栓，導致穿入困難，需要施工人員及時使用工具校正螺栓，確保其順利入孔，避免強制穿入[6]。

完成穿孔作業后，需要對螺栓進行固定。施工人員應結合高層建筑結構節點，進行分步安裝，通常情況下，鋼結構節點都存在一定差異，對于大型節點，需要先完成螺栓穿孔工作，而后檢查鋼板是否存在變形問題，最后擰緊、固定。

5 結束語

綜上所述，雖然我國在高層建筑工程鋼結構施工方面與發達國家相比起步較晚，但是發展速度較快，當前已經能夠獨立完成施工作業，并且逐漸與國際先進水平接軌。隨著社會不斷發展，科技不斷進步，我國也要進一步加大鋼結構施工技術研究方面的投入，并優化和完善施工技術標準，一方面有效提高建筑工程質量，為人們生命財產安全提供保障，另一方面推動建筑行業穩定發展，為社會經濟建設奠定基礎。