高层建筑工程中钢结构的安装施工技术

张帅，王姗姗

（1.山东光磊钢结构工程股份有限公司，山东 济宁 272000；
2.东营筑城建筑设计有限公司，山东 东营 257000）

目前我国在钢结构的安装施工上，已经获得了一系列的研究成果。在周阳[1]的研究中，提出了闭口钢结构相量的轴向翻转安装施工技术，与传统的一般正向体位制作模式有所不同，提出了导向体位总装制作、轴向翻转的施工技术方法，同时经过工程的实际运用，已经获得了较好的施工效果；
在於涛等[2]的研究中，提出了实腹式截面梁角拱形钢结构的安装施工技术，该技术是从四个方向进行同时施工，同步完成主体工程和次工程的拱吊桩施工，相较于传统的施工方法，该技术施工速度更快；
在付杰等[3]的研究中，提出了基于BIM 技术的蒙古包钢结构施工技术，借助于BIM 技术，构建蒙古包钢结构的三维模型，并综合施工现场的实际情况，运用到临时支撑加分段安装的施工方法，可以改善幕墙面层分隔，保障了蒙古包造型的完美成型。

该工程项目建筑总面积共计23 435m2，地上建筑物面积占地20 806m2，高度73m，地下一层，地上16 层，地下部分主要以钢筋混凝土框架—剪力墙结构为主，地上部分以钢框架支撑形式为主。框架柱用的是箱柱型，在其中灌注的是C40 混凝土。地面以下的钢结构采用的是外包混凝土加固结构，框架梁为焊接H 型、热轧H 型两种钢梁。模板用的是现浇钢筋混凝土楼板，外墙使用的是玻璃幕墙，内墙用的是轻质加气混凝土，砌块箱型柱共计36 根，最大截面尺寸为600mm×600mm，钢结构总质量为3 100t。

（1）容易受到自然条件的负面影响。在进行高层建筑物钢结构安装施工时，受自然温度的影响，导致其施工质量和施工过程难以达到目标。例如，施工时自然条件发生明显变化，出现六级以上大风或极端恶劣天气，均有可能引发钢结构施工过程的安全事故，甚至会影响钢结构焊接，致使焊接根部收缩、夹渣和裂纹，结构之间的高强度连接螺栓出现质量问题，进而导致工程项目的建设质量无法满足项目的建设标准。

（2）钢结构施工时常出现立体交叉作业。在钢结构安装施工时，工序较为复杂，钢构件数量较多，难以避免地会出现交叉立体作业。同时，各个作业工序会出现相互干扰，需在各个工序之间预留好间歇时间。而这样的施工方式，会导致高层建筑物工程进度被延误。举例来说，若是在同一时间进行钢筋混凝土结构施工和钢结构安装施工，则会对工程项目的施工流水节拍带来负面影响。

（3）钢结构有着较高的施工标准及要求。在高层建筑钢结构施工时，相对于传统的混凝土结构存在较大区别，对钢结构有着更高的施工要求。与此同时，近些年我国的钢结构发展时间相对较短，可以借鉴的施工经验较少，大多数是综合工程项目的实际情况进行细节设计。尤其是在主体结构施工时，需要在明确建筑工程项目施工要求的条件下，针对钢结构安装步骤进行合理设计。除此之外，钢结构施工将会对钢构件的加工精度提出更高的要求，尤其是以焊接工作为主，焊接工作量较大，焊接质量要求较高，需要进一步强化在钢结构加工时的质量管控，并依照其特定顺序进行合理安装，以保障工程项目的建设质量满足要求。在进行高层建筑物钢结构安装时，多是进行高空作业，有着较高的危险系数，防护难度相对较大，因此也会对安全管理工作提出较高的要求，需要有关工作人员形成完善的安全意识，严格践行工程项目的施工原则，保障其作业过程的操作规范性。

在该工程项目中，由于施工面积较大，地上建筑物层数较多，因此钢结构需要承担的荷载及重量较大。加之工期较紧，因此在进行钢结构施工时，需要进行立体交叉作业。需结合当前工程项目的具体情况，明确各阶段的施工技术要点，才可保障工程项目的施工质量满足要求。

3.1 基础地脚螺栓预埋施工技术

在该高层建筑物的施工过程中，由于荷载承载要求较高，适合使用井字形定位钢筋，对地脚螺栓进行焊接固定处理。同时运用钢板模具，将已经焊接完成的地脚螺栓固定于基础梁。在混凝土初凝之前，展开施工校正处理。如此一来，既可以确保地脚螺栓轴线位置方向正确，又可以加快地脚螺栓的预埋速度，降低了人工成本投入，节省了大量的时间。具体来说，其工艺流程为以下几个方面：

（1）需要先在该工程基础梁中放置好轴线，同时划定螺栓的位置线，使用柱子拉力筋，焊接井字形钢筋，确保焊接牢固，随后再对地脚螺栓进行焊接。将钢板模具套于丝杆中，上下拧好螺母。

（2）需要进行混凝土振捣，并进行螺栓矫正。由于该工程项目使用到的螺栓相较于基础梁来说要更高，超出500mm，因此在对底板混凝土进行浇筑的过程中，需要浇筑到金属梁顶，并在上方500mm 左右的位置进行二次吊模。螺栓矫正工作完成之后，再对混凝土进行浇筑。浇筑时，需要安排专人进行现场的监督管理，严格规避一面振捣，对振捣过程中的振捣棒和地脚螺栓接触情况进行管控。

（3）在基础浇筑混凝土浇筑工作完成之后、混凝土凝固之前，需要针对螺栓的位置进行及时矫正。若是发现螺栓位置不正，则需要立即进行现场整改。

（4）成品保护。为保障地脚螺栓的螺纹部分不会沾染到混凝土，浇筑梁基础混凝土之前，需要运用塑料套管，将地脚螺栓的螺纹部分罩住。在模板拆除工作完成之后，则需要使用彩条布，将螺栓的螺纹部分进行保护密封处理，有效规避锈蚀问题。

3.2 吊装

3.2.1 钢柱的吊装

钢柱为高层建筑物的重要构件，也是直接影响高层建筑物层高和总高度的核心竖向构件之一。在高层建筑钢结构安装施工时，吊装施工为其中的重点工序，吊装速度以及吊装质量的好坏，将会对工程项目的施工质量带来直接影响。首先在进行钢柱吊装时，需要划分施工现场吊装作业区域，先安装整体框架梁柱结构后楼板结构，随后从平面向四周进行扩散，依照先主梁、后次梁的顺序来展开吊装施工，如图1 所示。其次是在吊装首个钢柱时，需要在预埋好的地脚螺栓中装设保护套，有效规避在钢柱就位之后对地脚螺栓带来破坏及影响。在钢柱吊装之前，首先需要在地面中，将操作挂篮、爬梯等固定于柱子区域。再次，在进行钢柱吊装时，吊点需要保持在柱连接耳板螺栓孔附近，并使用专用吊索来进行吊装[4]。吊装之前，需要准备好校正所需的垫板和钢锲，同时把临时高强螺栓固定于柱底连接耳板位置。最后，在钢柱垂直吊起到安装位置之后，需要拧紧临时连接板的MR2 大六角头高强螺栓，达到0.6kN.m 扭矩为止。在对正处理时，先调整标高，若是标高的误差超过了6mm，则需要再度进行调整。若是误差超出该工程项目建设要求（20mm），则不适合一次全部调整好，可以先对其中的某一部分进行调整，一次过度调整将会对支撑的安装和钢梁表面标高带来影响。随后对上下柱的接头错边进行调整，若是上柱和下柱出现了扭转错位，则可以在上下的耳板处连接位置加设垫板，并运用两台激光经纬仪，将其作为基准点，基于两个不同的方向，对柱子的垂直度进行调整，将偏差控制在2mm 范围之内。另外，对于临时接头，需要运用高强螺栓，在对标高和垂直度进行调整之后，需进行紧固处理。安装时，一节柱的全部构件重量以及施工时的附加荷载，需要运用柱的临时接头来进行支撑，无需运用缆风绳，也无需制定出其他的支撑措施。

图1 主梁安装顺序

3.2.2 钢梁的吊装

在进行钢梁吊装之前，需要先对柱子牛腿处的标高和柱子间距进行全方位的检查。主梁吊装工作开始之前，需要先在梁上安装好扶手杆和扶手绳，等到主梁吊装正式就位之后，保障扶手绳和钢柱的系牢，以确保工程施工人员的高度安全。吊点的位置，主要是需要依照钢梁的跨度来进行决定，一般情况下，可以在钢梁上翼缘位置开孔，将其作为钢梁的吊点。为进一步优化塔吊的垂直运输效率，针对重量相对较轻的侧梁以及其他的小梁，可以使用多头吊锁来进行一次吊装。例如，可以将梁和柱在地面组成排架，展开整体吊装，既可以减少在高空作业时所需要花费的时间，也可以确保工程项目的吊装质量，加速吊装速度。在钢梁起吊正式就位之后，需要预留好实验室确定的焊缝收缩量，该工程的焊缝收缩量在2～3mm 左右。并使用经纬仪，对柱的垂直度和倾斜度进行跟踪及检查，随后对构件位置进行调整。要求上螺栓孔位置对齐，并在其中放入高强螺栓进行临时固定，等到主梁全部吊装完成之后，再展开高强螺栓的初拧、复拧和终拧作业。

3.3 高强螺栓安装

（1）在运用高强螺栓连接技术时，需要保证孔位精准。现阶段，在进行制孔时，运用到的多为模板制孔和多轴数控钻孔。相较于前者，后者的精度要更高，在施工时，本工程项目更加适合运用多轴数控钻孔方法。

（2）每一个螺栓的一端垫片数量不可超过两个。高强螺栓应该自由穿入，不可以敲打或是强行穿入。若是螺孔出现了局部位置偏差，则需要运用铰刀进行孔位的修整处理，严格规避运用气割扩孔方法。若是在施工时发现施工人员运用到了气割扩孔，则需要将其依照严重工程项目质量事故问题，展开现场的追责处理。

（3）绞孔修整之前，需要保证四周螺栓拧紧，并使板叠密贴，随后进行绞孔修整。修整时，需要规避铁屑进入叠缝。绞孔工作完成之后，需要使用砂轮，将螺栓孔边的毛刺处理干净，并将其中的铁屑进行清理。

（4）高强度螺栓的安装，在节点处理工作完成之后，需要依照同一方向插入螺栓孔。针对箱型截面部件的接合位置，需要从里到外插入螺栓，并基于外侧进行紧固处理。若是进行现场操作不够便捷，则可以从反方向插入螺栓。

（5）在进行钢梁安装时，板叠的接触面需要保障高度平整，接触面需要超过75%。

（6）螺栓拧紧时，需要依照一个方向拧紧。拧紧的顺序需要从中心逐步向四周进行扩散。在施工时，当天安装的需要当天拧紧完毕，拧紧完毕之后逐一进行检查。针对拧紧过度或是拧紧不够牢固的，需要及时进行调整，并要求螺栓拧紧之后外露的螺纹不可以少于两个螺距。

（7）针对大型节点施工可以分为三个阶段，分别是初拧、复拧和终拧。初拧时，轴力需要达到标准轴力的60%～80%，最低不可以低于标准轴力的30%；
复拧时，需在初拧的条件下，要求扭矩值等于初拧的扭矩值；
复拧时，需要先对上层梁进行拧紧，随后再对下层梁进行拧紧，最后是对中层梁进行拧紧。针对各个节点的高强螺栓，需要从中央向四周来进行终拧处理。综合考量高强度螺栓存在一定的蠕变现象，因此需要综合实践，要求终拧时的预拉力损失在设计预拉力的5%～10%左右。

3.4 钢结构现场焊接

（1）主梁和钢柱之间的连接。该工程上翼和下翼的翼缘坡口可以使用电焊连接，腹板位置可以使用高强螺栓连接，次梁和主梁之间的连接点在腹板位置，运用高强螺栓来连接。少数情况下，可以在上翼和下翼翼缘运用坡口电焊连接技术。

（2）坡口电焊连接。首先需要在施工之前，做好针对性的准备工作，运用焊条来展开烘焙，进行坡口检查，设置好电弧引入板以及钢铁板，并使用点焊来进行固定处理，将焊接坡口周边的防锈漆和杂物清理干净，并进行焊接口的预热处理[5]。

（3）在进行焊接时，需践行节点对称、全方位对称和结构对称焊接原则。对于多层焊接，需要进行连续施焊，每一层焊道完成之后，需要立马进行清理，检查其中的焊接缺陷，再进行焊接。

（4）对于焊接接头，要求焊透，若是进行多层梁柱焊接，则需要综合钢结构的安装情况，先对顶层柱梁节点进行焊接，随后再对底部的柱梁节点进行焊接，最后对中间部分的柱梁节点进行焊接。在焊接顺序上，需要从中间轴线开始向四周。对于柱子和柱子之间的对接焊接，需要在施工现场安排两个人，同时进行对称焊接。

（5）对于厚板的坡口焊，打底层可以运用4mm 焊条来进行焊接，中间层则可以运用直径5～6mm 焊条来进行焊接，盖面层应该运用直径5mm 焊条进行焊接。对于三层焊接，需要进行连续施焊，每层焊接工作完成之后，需要立马进行清渣处理。

（1）需要进一步强化预制构件的管理。在进行钢结构安装施工时，施工材料是直接影响钢结构质量及安全可靠性的因素。尤其是近些年我国建筑行业发展速度日益加快，建材市场也在不断发展，材料价格日益上涨，可能会在多方因素的影响之下，导致施工单位采购的钢材质量难以达到要求。因此在钢结构预制构件进入到施工现场之前，需要针对材料性能进行综合性全方位检查，遵守我国工程项目建设规定，保障钢结构预制构件质量符合工程项目的建设要求。并在进入到现场之后，立即展开构件的组装，规避由于存储方式不够科学合理、存储时间太长，引发钢构件生锈[6]。另外，在购买预制构件时，需要先和厂家进行沟通，确保预制构件制作数量满足施工要求，规避资源浪费。

（2）需要进行图纸会审，图纸会审是钢结构安装施工过程科学合理的重要保障。因此在进行施工之前，需要将图纸会审工作落实到位，明确工程项目在钢结构安装施工时的重点和难点内容，按照正确的施工顺序展开施工，并确定各个环节的施工质量要求。在进行图纸会审时，主要是确定预制构件的尺寸、吊点施工位置、标高，并对组装技术展开研究和交流。

综上所述，伴随着新时期我国科学技术发展水平的日益提升，施工技术能力的不断改善，我国建筑行业将会出现更多新型的高强度钢材，高层建筑物用到的钢结构也会越来越丰富多样，可以满足新时期高层建筑物的使用、环境、经济、安全、环保性能。文章结合某高层建筑物对钢结构安装的具体特征进行了分析，并提出了各阶段的施工技术，基于基础地脚螺栓预埋、吊装、高强螺栓安装、钢结构现场焊接四个层次指出了技术要点，并提出了施工现场的管理策略，未来还需有关人员进行继续探索，创新钢结构安装施工技术。

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