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摘要：随着工程计算和施工技术水平的不断提高和理论研究的不断进步,以及新型更高强度钢材的不断研制,相信高层建筑钢結构会凝聚更多的高科技,从而得以更广泛应用。本文介绍了建筑钢结构施工的特点，探讨了钢结构施工技术。
关键词：高层建筑钢结构特点施工技术
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
我国进入90 年代以后, 一批高层建筑如雨后春笋般建起。由于外资工程的兴建, 建筑用钢材的发展, 高层钢结构建筑开始逐渐增多。浦东开发区的建设, 使上海的高层建筑钢结构发展尤其迅速, 如上海金茂大厦( 88 层、高420m)及拟建的上海环球金融中心( 96 层、高460m) 等, 使我国的高层建筑进入世界前列。据初步统计, 我国大陆已建和在建的高层钢结构建筑, 总建筑面积为305. 09 万m2 , 总用钢量约为29. 442 万t, 其功能大多为综合、办公、宾馆, 分布地区主要在上海、北京、深圳。
一、高层建筑钢结构施工的特点
钢结构的施工大体上可分为两大部分, 一是钢构配件的制作, 二是现场的拼接安装, 除此之外, 还有防腐、防火处理等。从技术上看, 钢结构施工有以下特殊要求:
1、对测量、定位、放线要求严格。这在制作和安装阶段都是较为重要的问题。钢结构力学计算模型比较清楚, 对尺寸变化比较明显。下料不精确, 会造成构件的变形, 安装时不能就位, 影响承荷效果。同时在高层建筑中, 房屋高、体型大,误差积累非常显著, 柱子或其它构件微小的偏移会造成上部很大的变位, 极大地改变结构的受力, 影响设计效果, 甚至产生工程事故。
2、安装过程中对天气、温度等条件敏感。钢材热胀冷缩, 尺寸变化较大, 温度过高或过低都会对安装精度产生影响。同时, 在钢材连接中, 焊接和栓接的质量与天气、温度息息相关, 刮风、下雨、下雪都不适宜进行工作。钢结构焊接有其专门的技术规程要求, 实际工作中, 自然条件不能满足工作要求时, 往往要采取人工措施给施工创造条件, 比如焊条的预热、钢板的预热加温等。
3、钢结构安装对机械设备要求高。钢结构施工是一种预制化、装配式的施工, 对起重、运输等机械的性能要求高。由于钢构件重量大、体型大, 高层建筑施工中高空作业多, 对吊装过程中的技术要求高, 吊装的施工荷载必须同其自身设计承载力相吻合, 钢构件在运输、堆放、起吊、就位及安装过程中, 要按事先模拟设计的条件进行。另外, 在一些特殊的施工方法中, 如同步顶升法、高空滑移法等施工时, 对机械设备性能有更高的要求。
4、防腐、防火要求严。分施工过程中的防腐、防火和安装完成后的防腐、防火。
5、钢结构工程量大, 构件多, 现场必须设置临时堆放场地及相应的中转堆场。
二、高层钢结构施工技术探讨
高层钢结构施工技术主要包含如下几方面内容：吊的选择、布置及装拆；构件进场、验收与堆放；吊装；测量控制；焊接；工期及质量控制；安全施工。
1、塔吊的选择、布置及装拆
塔吊是超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型起重能力稍小的内爬式塔吊， 比如某工程设计高度为200m，采用附着式塔吊的塔身高度约230m(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250m，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超高层建筑的施工。
2、吊装
吊装是钢结构施工的重要工序， 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、塔吊的个数和位置、现场施工条件等因素确定吊装分区与吊装顺序。某工程划分为东、西两个作业区，由两个作业组分别完成各自范围内的构件吊装。
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，一个柱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 个单元构件全部吊装完成后，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→终拧高强螺栓→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。
在某工程主体钢结构施工中， 通过采取“ 区域吊装”及“ 一机多吊”技术这样解决了工期紧与工程量大的矛盾， 从钢结构施工流程明显看出，各工序既相互联系又相互制约，测量控制方法的选择直接影响到工程的测量精度与进度。在某工程测量施工中， 我们采取“ 预先控制”与“ 跟踪校正”相结合，即在吊装前对楼层柱标高及定位进行初步测量， 并对构件进行标线控制， 吊装后在柱梁框架形成前将柱子初步校正并及时纠偏， 形成单元体后进行最后校正，这样大大减轻了校正难度，并实现了区域施工各工序间良性循环的目标。在结构整体测量控制方面，根据结构无一标准层及空间双曲面的特点， 摸索出一整套采用激光铅直仪与全站仪进行“ 空间坐标点定位”与“ 双系统复核控制”的测量方法，很好地解决了双曲面结构定位难题， 保证了项目质量控制目标的实现。
3、焊接
（1）确定焊接顺序
①平面内: 应从建筑平面中心向四周扩展，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:上层框架梁→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(柱一柱焊接可在梁焊接前进行，也可于之后进行)。③柱一柱焊接应由两名焊工相对，两面等温、等速对称施焊。④柱一梁节头的焊接，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）确定焊接工艺
某工程钢结构焊接施工难度较大， 不仅钢板厚，而且由于结构为双曲面，设计中采用了大量的斜撑及斜柱， 造成立焊、斜立焊较多，此类结构不仅处于结构的重要部位，而且大多处于外向、斜向，安全操作与施工防护都比较困难。对于紧迫的工期与较大的焊接工程量之间的矛盾， 我建议采用CO2气体保护半自动焊应用于立焊、斜立焊和俯角焊的工艺， 从根本上解决手工电弧焊速度慢影响进度的问题，满足了焊接施工的需要。
（3）确定焊接参数
选定工艺后， 焊接QC （ QC 是“ Quality－Control”的缩写,意为质量控制） 小组在项目组的带动下通过工艺评定， 编制出一整套切实可行的适用本工程特点的CO2气体保护半自动焊接方法及参数。首先确定攻关目标，用ABC 法找出影响质量的原因， 并进行系列分析，针对这些问题找出相应的对策措施；建立了有效的质量保证体系， 制定完善的工艺指导书。经过反复试验，确定了运用于横焊、平焊、立焊、斜立焊的工艺参数；通过对焊丝的伸出长度、焊缝层间清理，焊枪施焊角度反复摸索，形成了一整套的操作要领；为使焊接环境处于相对稳定状态， 加强了施工防护措施和辅助措施。经过项目组和焊接QC 小组全体人员的不懈努力， 很好地解决了CO2气体保护焊应用在超厚件立向、斜立向接头上的焊接工艺问题。
4、安全施工
安全施工是钢结构施工中的十分重要环节，超高层钢结构施工的特点是高空、悬空作业点多。在施工过程中，仅高强螺栓就有40万颗，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。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、缆风绳等等)，并加强对施工人员的安全教育培训，坚持日安全巡视制度。某工程在吊柱子时外墙设安全网， 吊框架梁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。
参考文献：
[1] 范庆国. 特殊环境下超高层建筑的施工技术[J]. 建筑施工. 2007(03)
[2] 赵伟. 超高层建筑钢结构施工技术与管理[J]. 钢结构. 2007(11)
[3] 王留成. 大连期货广场钢结构工程安装施工技术[J]. 钢结构. 2010(01)
[4] 郑茁. 建筑工程中超高层钢结构旋工管理技术[J]. 中国新技术新产品. 2011(07)
[5] 吴雄平. 某高层建筑钢结构施工技术[J]. 现代装饰(理论). 2011(03)
[6] 俞伯华,李水明,刘用海. 超高层建筑型钢柱吊装施工质量技术控制[J]. 山西建筑.
关键词：高层建筑钢结构特点施工技术
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
我国进入90 年代以后, 一批高层建筑如雨后春笋般建起。由于外资工程的兴建, 建筑用钢材的发展, 高层钢结构建筑开始逐渐增多。浦东开发区的建设, 使上海的高层建筑钢结构发展尤其迅速, 如上海金茂大厦( 88 层、高420m)及拟建的上海环球金融中心( 96 层、高460m) 等, 使我国的高层建筑进入世界前列。据初步统计, 我国大陆已建和在建的高层钢结构建筑, 总建筑面积为305. 09 万m2 , 总用钢量约为29. 442 万t, 其功能大多为综合、办公、宾馆, 分布地区主要在上海、北京、深圳。
一、高层建筑钢结构施工的特点
钢结构的施工大体上可分为两大部分, 一是钢构配件的制作, 二是现场的拼接安装, 除此之外, 还有防腐、防火处理等。从技术上看, 钢结构施工有以下特殊要求:
1、对测量、定位、放线要求严格。这在制作和安装阶段都是较为重要的问题。钢结构力学计算模型比较清楚, 对尺寸变化比较明显。下料不精确, 会造成构件的变形, 安装时不能就位, 影响承荷效果。同时在高层建筑中, 房屋高、体型大,误差积累非常显著, 柱子或其它构件微小的偏移会造成上部很大的变位, 极大地改变结构的受力, 影响设计效果, 甚至产生工程事故。
2、安装过程中对天气、温度等条件敏感。钢材热胀冷缩, 尺寸变化较大, 温度过高或过低都会对安装精度产生影响。同时, 在钢材连接中, 焊接和栓接的质量与天气、温度息息相关, 刮风、下雨、下雪都不适宜进行工作。钢结构焊接有其专门的技术规程要求, 实际工作中, 自然条件不能满足工作要求时, 往往要采取人工措施给施工创造条件, 比如焊条的预热、钢板的预热加温等。
3、钢结构安装对机械设备要求高。钢结构施工是一种预制化、装配式的施工, 对起重、运输等机械的性能要求高。由于钢构件重量大、体型大, 高层建筑施工中高空作业多, 对吊装过程中的技术要求高, 吊装的施工荷载必须同其自身设计承载力相吻合, 钢构件在运输、堆放、起吊、就位及安装过程中, 要按事先模拟设计的条件进行。另外, 在一些特殊的施工方法中, 如同步顶升法、高空滑移法等施工时, 对机械设备性能有更高的要求。
4、防腐、防火要求严。分施工过程中的防腐、防火和安装完成后的防腐、防火。
5、钢结构工程量大, 构件多, 现场必须设置临时堆放场地及相应的中转堆场。
二、高层钢结构施工技术探讨
高层钢结构施工技术主要包含如下几方面内容：吊的选择、布置及装拆；构件进场、验收与堆放；吊装；测量控制；焊接；工期及质量控制；安全施工。
1、塔吊的选择、布置及装拆
塔吊是超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型起重能力稍小的内爬式塔吊， 比如某工程设计高度为200m，采用附着式塔吊的塔身高度约230m(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250m，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超高层建筑的施工。
2、吊装
吊装是钢结构施工的重要工序， 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、塔吊的个数和位置、现场施工条件等因素确定吊装分区与吊装顺序。某工程划分为东、西两个作业区，由两个作业组分别完成各自范围内的构件吊装。
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，一个柱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 个单元构件全部吊装完成后，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→终拧高强螺栓→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。
在某工程主体钢结构施工中， 通过采取“ 区域吊装”及“ 一机多吊”技术这样解决了工期紧与工程量大的矛盾， 从钢结构施工流程明显看出，各工序既相互联系又相互制约，测量控制方法的选择直接影响到工程的测量精度与进度。在某工程测量施工中， 我们采取“ 预先控制”与“ 跟踪校正”相结合，即在吊装前对楼层柱标高及定位进行初步测量， 并对构件进行标线控制， 吊装后在柱梁框架形成前将柱子初步校正并及时纠偏， 形成单元体后进行最后校正，这样大大减轻了校正难度，并实现了区域施工各工序间良性循环的目标。在结构整体测量控制方面，根据结构无一标准层及空间双曲面的特点， 摸索出一整套采用激光铅直仪与全站仪进行“ 空间坐标点定位”与“ 双系统复核控制”的测量方法，很好地解决了双曲面结构定位难题， 保证了项目质量控制目标的实现。
3、焊接
（1）确定焊接顺序
①平面内: 应从建筑平面中心向四周扩展，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:上层框架梁→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(柱一柱焊接可在梁焊接前进行，也可于之后进行)。③柱一柱焊接应由两名焊工相对，两面等温、等速对称施焊。④柱一梁节头的焊接，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）确定焊接工艺
某工程钢结构焊接施工难度较大， 不仅钢板厚，而且由于结构为双曲面，设计中采用了大量的斜撑及斜柱， 造成立焊、斜立焊较多，此类结构不仅处于结构的重要部位，而且大多处于外向、斜向，安全操作与施工防护都比较困难。对于紧迫的工期与较大的焊接工程量之间的矛盾， 我建议采用CO2气体保护半自动焊应用于立焊、斜立焊和俯角焊的工艺， 从根本上解决手工电弧焊速度慢影响进度的问题，满足了焊接施工的需要。
（3）确定焊接参数
选定工艺后， 焊接QC （ QC 是“ Quality－Control”的缩写,意为质量控制） 小组在项目组的带动下通过工艺评定， 编制出一整套切实可行的适用本工程特点的CO2气体保护半自动焊接方法及参数。首先确定攻关目标，用ABC 法找出影响质量的原因， 并进行系列分析，针对这些问题找出相应的对策措施；建立了有效的质量保证体系， 制定完善的工艺指导书。经过反复试验，确定了运用于横焊、平焊、立焊、斜立焊的工艺参数；通过对焊丝的伸出长度、焊缝层间清理，焊枪施焊角度反复摸索，形成了一整套的操作要领；为使焊接环境处于相对稳定状态， 加强了施工防护措施和辅助措施。经过项目组和焊接QC 小组全体人员的不懈努力， 很好地解决了CO2气体保护焊应用在超厚件立向、斜立向接头上的焊接工艺问题。
4、安全施工
安全施工是钢结构施工中的十分重要环节，超高层钢结构施工的特点是高空、悬空作业点多。在施工过程中，仅高强螺栓就有40万颗，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。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、缆风绳等等)，并加强对施工人员的安全教育培训，坚持日安全巡视制度。某工程在吊柱子时外墙设安全网， 吊框架梁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。
参考文献：
[1] 范庆国. 特殊环境下超高层建筑的施工技术[J]. 建筑施工. 2007(03)
[2] 赵伟. 超高层建筑钢结构施工技术与管理[J]. 钢结构. 2007(11)
[3] 王留成. 大连期货广场钢结构工程安装施工技术[J]. 钢结构. 2010(01)
[4] 郑茁. 建筑工程中超高层钢结构旋工管理技术[J]. 中国新技术新产品. 2011(07)
[5] 吴雄平. 某高层建筑钢结构施工技术[J]. 现代装饰(理论). 2011(03)
[6] 俞伯华,李水明,刘用海. 超高层建筑型钢柱吊装施工质量技术控制[J]. 山西建筑.