高層鋼結構吊裝施工研究及應用

崔健國

中國五冶集團有限公司 上海 201900

隨著城市現代化進程加快以及人們對土地利用率認知的增強，越來越多的高層建筑進入人們的視線，人們對建筑行業的要求也越來越高，進而呈現了更多的高層建筑鋼結構工程。但是，如果要保證整個工程施工質量，必須合理安排高層鋼結構安裝的施工順序，并且制定相關制度確保安裝質量，才能形成完整的結構體系，吊裝起重設備選擇、吊裝方式方法、梁柱吊裝順序等，都是高空鋼結構施工的難點和控制要點。本文以某高層建筑工程為例，通過解析高層鋼結構吊裝施工技術在各階段吊裝的具體要求，了解施工過程中需要掌握的安裝要點，以期在后續工程中得以借鑒。

1 工程概況

以某生產研發基地項目為案例，地下一層，地上三棟主樓分別為1-1#樓10層、1-2#樓8層、1-3#樓5層，地下室部分為鋼筋混凝土結構，主樓地下室部分為鋼管混凝土勁性柱，地面以上全部為鋼框架結構，主要由鋼柱、鋼箱梁及壓型鋼板組成。根據總進度計劃并結合現場實際情況，決定將鋼結構吊裝劃分成三個階段，即地下室、1-1#樓、1-2及1-3#樓三個階段，所采用的吊裝設備為現場已經安裝好的塔吊。開始吊裝前須做好如下準備工作：

2 技術準備

深化設計：在施工前，根據施工藍圖在不改變構件大小、尺寸和受力情況的前提下對圖紙進行節點細化，分解成各個單獨的構件和單元件，分別進行繪制，按照設計尺寸及施工規范要求，繪出每一個節點的大樣圖，經原設計單位審核確認，作為加工制作的深化設計圖。

鋼柱預埋錨栓安裝：本工程鋼結構鋼柱支座均是埋設錨栓的形式，使用根據錨栓的螺母對鋼柱的標高定位調整。故錨栓的埋設是本工程的重點，錨栓埋設的精密度和準確度直接影響地上鋼結構能否順利安裝，故要求錨栓埋設精度高應進行重點控制。

加工順序：在加工鋼柱過程中，應根據建筑物的層高，從下到上按層分節加工，每節鋼柱應比層高高出1.4m左右，便于現場組對、施焊。然后按照安裝順序運輸到現場進行安裝。

安裝順序：首先從地下開始，按照土建施工進度，從下到上逐段安裝鋼柱，土建施工進度直接影響施工進度，因此土建與鋼結構施工進度相互銜接。

3 施工現場準備

3.1 預制構件存放場地的布置

構件進場堆放時應按吊裝順序、規格、構件型號及所用樓棟號等分區匹配堆放，并進行構件的編號和安裝順序合理的劃分，并留出吊車和平板車轉運的道路，堆場區域內設置標示牌和危險告知牌，標識標準化按文明施工工地要求執行。

3.2 施工道路的規劃和保障

鋼結構在安裝前一定要保障現場道路的暢通，如果道路情況不好必須采取道路的硬化，保障在施工中車輛能夠安全行駛。

編制合理的材料堆場方案、行車方案、卸車方案，并對方案合理性進行驗證，確保安全。

鋼構件進場時間及進場順序應根據現場施工進度計劃來確定，鋼構件及材料進場按策劃所定準確到每個構件的編號，構件最晚在吊裝前24小時進場[1]，構件進場順序提前策劃，按照點菜式順序構件進場，主要構件及輔助材料進場要考慮現場實際場地情況，盡量減少現場構件堆放，調度好現場安裝與加工制作的關系，保證安裝計劃按需求進行。

構件進場后，按照加工廠所附材料清單復核所到構件的數量及編號是否與所提材料計劃匹配，構件是否齊全，如果發現所進構件不一致，要立即啟動預案，補發或替換構件，以確保現場進度不受影響。

構件進場應堆放整齊，防止變形和損壞，堆放時應放在穩定的枕木上。

嚴格按圖紙要求和有關規范、辦理構件驗收和工序交接手續。

構件的標記應外露以便于識別和檢驗。

4 鋼結構吊裝施工技術

地下室的施工采用大開挖施工方式，地下鋼柱均為單節柱，因現場堆放場地有限，故構件進場需根據土建施工順序來定，擬采用的安裝順序為：1-2#樓吊裝完成→1-3#樓吊裝→轉至吊裝區間1-1#樓，采取交錯施工方法。

鋼筋綁扎完成，安裝鋼柱柱腳節段（柱腳下節段包括柱底埋件、鋼柱柱腳）。

混凝土澆注，在澆注過程中隨時監測柱腳下節段位置并作相應的調整；混凝土澆注完成達到設計強度后，安裝上節鋼柱，拉設纜風繩進行調整、固定與鋼柱螺栓連接。防止混凝土澆筑過程中因振動導致鋼柱產生位移。鋼柱按焊接工藝要求進行焊接。

鋼柱焊接完成并驗收合格后，交土建施工。

5 施工方法

5.1 埋件安裝

在鋼柱平面布置圖上根據預埋螺栓孔間距位置，計算出其定位板坐標值，用全站儀及坐標法先定位A的位置，以確定預埋螺栓中點位置，再用同樣的方法定位出A1、A2的位置，控制預埋螺栓的軸線位置。

鋼柱柱腳預埋件埋設與底板鋼筋綁扎同步進行，根據深化圖紙要求，將錨栓按照軸線位置關系一一進行定位固定。

為了保護地腳螺栓絲扣，需要在地腳螺栓絲扣位置裹纏塑料膜，并且用膠帶紙纏裹嚴實。同時要求土建澆筑混凝土時均勻轉圈澆筑；以防混凝土側向擠壓使得螺栓跑偏。專人現場進行旁站并進行自檢與監理檢查。

為避免預埋件在混凝土澆注過程中發生偏移，對地上鋼結構安裝產生不利因素，固采用定位板對錨栓進行固定。待混凝土澆筑完成后再取出定位板。

5.2 鋼柱安裝

鋼柱安裝時采用兩臺塔吊分區完成吊裝, 上部的翼緣板上設置4個吊耳，實際吊裝可采用二點吊裝。

為防止鋼柱在吊裝過程中出現偏心現象，需在地下柱外圍吊點處拉設纜風繩，吊裝時纜風繩需有現場施工人員控制，避免出現偏心現象。

5.3 吊裝準備

根據不同鋼柱的重量，準備與之鋼柱重量匹配的鋼絲繩繩扣、卡環、繩卡、手搬葫蘆、千斤頂、撬棍、吊裝鉤、榔頭以及扳手等施工機具。

5.4 測量校正

操作工人通過鋼爬梯上下勁性鋼柱，禁止攀爬栓釘。上下爬梯時須將安全帶掛在防墜器上，到達柱頂后再將安全帶轉掛在連接耳板上。

5.5 安裝方法

鋼柱吊裝前在鋼柱上設置溜繩，在鋼柱吊裝至就位位置附近，通過拉設溜繩進行糾偏，施工中土建鋼筋初次綁扎往往不夠準確，需要在鋼柱安裝后進行再次調整，從而造成鋼柱偏移，安裝精度無法控制。

鋼柱吊裝前，土建鋼筋暫緩綁扎，混凝土柱鋼筋延伸出混凝土面1.5m 左右，待鋼柱吊裝臨時固定后，再往上繼續綁扎鋼筋，對于水平鋼筋因鋼柱的隔斷，鋼筋無法貫通，可采用相應規格的鋼筋連接器與鋼柱焊接。

5.6 鋼梁安裝

5.6.1 鋼梁吊點設置

鋼梁吊點位置的選擇，主要從三個方面考慮：吊點位置盡可能選在鋼梁重心位置，這樣吊起后相對平衡，吊點位置要具備一定的強度和剛度，不應選擇鋼梁應力突變的位置。考慮起吊后鋼梁好就位。為方便現場安裝，鋼梁在加工廠加工時，在鋼梁上翼緣板位置均勻設置吊裝孔或在兩端設置吊耳，由于每層需要安裝鋼梁的數量不一，隨著樓層不斷的加高吊鉤起升每次上下的時間也會不斷延長，為提高塔吊利用率，參考塔吊額定起重參數在許可的范圍內對部分鋼梁進行一機多吊，即采用串吊/子母吊的方法進行吊裝，見圖1所示。

圖1 鋼梁吊點設置

5.6.2 鋼梁綁扎與起吊

鋼梁吊裝前，應檢查鋼梁表面是否有污染，否則應當將污染物清理干凈；由于在工廠提前加工的構件，長時間暴露在空氣中，連接板和摩擦面可能會產生浮銹，因此在構件進場后吊裝前可適當除銹，最終高強螺栓終擰后做油漆封閉前仍需使用鋼刷除銹清理干凈。等待吊裝的鋼梁應在地面組裝好相配套的連接板，穿好臨時安裝螺栓，數量不少于接頭螺栓數量的1/3，且不得少于3個[2]。吊裝前，需仔細檢查吊耳、吊裝孔及卡瑪板質量，確保無誤后再進行吊裝。鋼梁吊到指定位置后，同步將連接板鎖定，對存在偏差的螺栓孔洞應用沖釘或挫刀配合調整孔距，然后依次穿入安裝螺栓擰緊。

5.7 高強螺栓安裝要求

5.7.1 材料存放要求

進場的螺栓、螺母、墊圈均應附有出廠合格證及質量證明書，并應符合設計要求和國家標準的規定。

高強螺栓入庫應按規格分類存放，并防雨、防潮。遇有螺栓、螺母不配套，螺紋損傷時，不得使用。螺栓、螺母、墊圈有銹蝕，應抽樣檢查緊固軸力，滿足要求后方可使用，否則替換。

螺栓不得被泥土、油污粘染，保持潔凈、干燥狀態。必須按批號，同批內配套使用，不得混放、混用。

高強度螺栓要按包裝箱上注明的批號、規格分類保管，室內架空存放，堆放不宜超過五層。

按照安裝進度確定螺栓開箱數量，盡量減少多次開箱，對包裝密封性產生破壞；如一次用不完整箱螺栓，在取出部分螺栓后立即封好原包裝，避免沾染雜物和與空氣接觸產生銹蝕。

根據樓層安裝進度，現場計算好所在層所使用的螺栓數量和規格進行領取，如當天未能將螺栓安裝完成有所剩余，應裝入干燥、潔凈的容器內，妥善保管，不得亂放、亂扔。

在螺栓安裝過程中，應對螺栓進行保護，保證螺栓表面干凈螺紋無損傷；安裝過程中如發現不能自由穿入，應停止使用該批螺栓，待檢查確認無問題后再進行施工。

為了安全起見，高強螺栓存放半年就要復檢，使用前最好進行復驗，實驗結果與產品合格證及質量證明書狀態一致，方可投入使用。

5.7.2 高強螺栓施工注意事項

高強螺栓應能自由穿入螺栓孔，不得強行敲打，如不能自由穿入時，嚴禁用氣割擴孔，要用絞刀或挫刀擴孔，修孔時需使板層緊貼，以防鐵屑進入板縫，擴孔后要用砂輪打磨機清除孔邊毛刺，并清除鐵屑。修整后孔徑應滿足設計要求，且不得大于1.2倍孔距。

穿入高強螺栓用扳手擰緊后，再將臨時螺栓拆下，用高強螺栓替換普通螺栓。不得在雨天進行高強螺栓安裝，并要保證摩擦面處于干燥狀態。

運抵現場的鋼構件，其摩擦面無油污及氧化鐵皮，如有需要用鋼絲刷清理干凈，以保證摩擦面的摩擦系數。

同一高強度螺栓初擰和終擰的時間間隔，要求不得超過一天。

安裝前對連接板及摩擦面進行打磨除銹。

終擰檢查標準為螺栓尾部卡頭擰斷后即表明終擰完畢，檢查外露絲扣不得少于2扣，對螺栓節點及時進行油漆封閉。

5.8 壓型鋼板施工

樓板采用閉口型壓型鋼板，型號為YXB65-185-555(B)，厚度1.2mm，鍍鋅層重量正反面之和275g/㎡，屈服強度不小于410MPa。

閉口型壓型鋼板的安裝穿插在工程總施工工序中進行，即安排在該層所有柱、梁安裝完畢，高強度螺栓終擰完畢，焊接完畢報驗合格后及時吊裝-鋪設

即：本層鋼結構主體驗收合格—吊裝—鋪設—安裝焊接—栓釘焊接—交驗。

按照鋪板圖確定鋪設方向，將板兩端擱置在鋼梁上，遇柱子采用角鋼承托，板在鋼梁上的搭接長度不小于50mm。

壓型鋼板鋪設前需檢查鋼梁的平整度，清掃鋼梁頂面的雜物，如有吊耳，需將其割除磨平。壓型鋼板在安裝前鋼結構已經施工多層，原則上先安裝最上層壓型鋼板，再依次向下安裝，這樣做的好處是安裝好的上層壓型鋼板可有效阻擋高空墜物，保證在下層鋪設鋼板的人員安全。

壓型鋼板在大面初步完成鋪設后，應先采取臨時固定，采用壓型鋼板端部與鋼梁搭接區臨時點焊固定，間距為185mm，壓型鋼板縱向鋪設較長與主梁連接時，需會跨越次梁，因此采用跳焊固定，間距450mm～600mm，相鄰兩塊壓型鋼板完成搭接后，采用穿透式栓釘直接透過壓型鋼板植焊于鋼梁上，確保鋪設面形成穩固的整體。

壓型鋼板縱向鋪設跨度大于3m時，混凝土澆筑過程中由于各種荷載的增加，同時混凝土強度沒有達到設計要求，因此壓型鋼板會產生下撓現象，影響結構質量及安全，所以混凝土澆筑前應根據計算在板相應位置設置臨時支撐。

壓型鋼板鋪設時以母扣起始邊作為基準點，按照先遠后近的原則進行依次鋪設。

5.9 操作要求

5.9.1 鋼柱吊裝

鋼柱在吊裝前應在構件表面標出安裝用的控制線作為校正的依據，在鋼柱上貼反光貼進行坐標監測，時時進行糾偏，避免越往上安裝造成累積誤差越大。

起吊前先進行試吊，保證柱重心偏移(柱保持平衡)，確認無誤后正式起吊，鋼柱吊至位置后，由工人找準中心位置，采用兩臺經緯儀從不同角度對鋼柱垂直度進行校正，如有偏差可采用撬棍進行微調，最終軸線重合后分別用高強螺栓連接副連接鋼梁和鋼柱的螺孔，待螺母全部套上后進行初擰、復擰和終擰，此步驟需在24小時內完成[3]。

垂直度調整。利用千斤頂朝柱子垂直度偏差方向的反向頂動，然后根據經緯儀觀測的數據調整柱子垂直度，將柱頂偏軸線位移校正至“零”。

5.9.2 質量控制

柱垂直度監測，對鋼柱垂直度在允許偏差范圍內的，只統計數據；對超出偏差允許范圍的，應對構件編號進行核對，其次對軸線進行核對，針對不同情況采取不同的處理方法[4]。

6 結束語

綜上概述,高層建筑鋼結構吊裝是一項綜合性非常強的施工內容，在施工過程中必然會產生各種技術問題和遇到施工難點等，因此必須予以高度重視，尤其是鋼結構在吊裝前應該先劃分吊裝區域與吊裝順序，可以圍繞著場地布置、結構形式、立面形狀、塔吊的數量和位置、工程現場的施工條件等多個因素分析。吊裝的速度與質量都將會影響到整個工程。總而言之，吊裝在高層建筑鋼結構施工中是一項非常重要的內容，因此施工單位必須對鋼結構吊裝施工的安全性、經濟性、適用性進行綜合考慮,確保鋼結構吊裝施工質量和安全，提升高層建筑鋼結構吊裝施工技術水平。