高层建筑钢结构施工环节与操作工艺

我国钢结构运用于建筑中也有着悠久的历史，远在古代就有铁塔
、铁链悬桥等建筑物。二十世纪中期，先后建成了许多工业厂房、钢桥和体育馆等等
。几十年来，我国的大城市由于人口高度密集，生产和生活用房紧张，交通拥挤，城市建筑逐渐向高空发展
，高层建筑迅速出现。钢结构由于强度高，有良好的韧性和可塑性
，自重轻，抗震性能好
，安装容易，施工周期短和建筑造型美观等优点，使得建筑钢结构的快速发展
，越来越多的办公楼
、饭店和公寓等高层建筑都采用钢结构。

　　高层钢结构建筑的安装

　　对于高层建筑的划分，建筑设计规范
、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定
，一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑。

　　一、 高层建筑钢结构的安装

　　高层建筑钢结构的安装可以采用节间综合安装或者分层分节安装法。安装的钢构件要形成一个稳定的空间构架。首先高层建筑钢结构安装前，要检查建筑物的定位轴线、底层柱位置线的标高，混凝土强度以及构件的质量，合格后方能开始安装，安装钢结构总体竖向施工顺序为核心筒施工先行，接着是外框筒施工，内外筒施工的差距要保持在3~6层高度为较佳，立面上的安装从下部往上部逐件安装

，平面上安装从建筑物中间向四周扩散安装。其次，高层建筑的钢结构安装时要按照建筑物的结构形式
、平面形状和安装机械的数量等方面的因素规划安装区段，预先编制好安装的程序，安装过程中要严格执行预先编制好的安装程序，同时高层建筑钢结构每一层的柱子定位轴线都是由地面控制线牵引上来的
，如果从下层柱子的轴线做牵引的话，难免会产生累积误差。

　　二、 高层钢结构相关施工环节的操作工艺

　　1.钢结构制作与安装

　　1.1 钢柱的安装

　　100m高的超高层钢柱一般分为8～12节构件，钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形

，所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度，即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换，要求对每节钢柱应编号予以区别
，正确安装就位。

　　矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊，不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式
。

　　钢柱标高的控制一般有二种方式
：

　　(1)按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm，不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形，建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格，这种制作安装一般在12层以下，层高控制不十分严格的建筑物
。

　　(2)按设计标高制作安装。一般在12层以上，精度要求较高的层高

，应按土建的标高安装一节钢柱底面标高
，每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去。

　　1.2 框架梁的制作与安装

　　高层框架梁一般采用H型钢，框架梁与钢柱宜采用刚性连接
，钢柱为贯通型，在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。

　　框架梁应按设计编号正确就位
。

　　为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的准确性
，在工厂制造时
，在框架梁所在位置设置悬臂梁(短牛腿)，悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝，腹板采用贴角焊缝
。框架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接
，上下翼缘的连接采用衬板(兼引弧板)全熔透焊缝，腹板采用高强螺栓连接。

　　由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求，当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时，腹板的连接板可开椭圆孔，椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0（d0为螺栓孔径），并应保证孔边距的要求

。

　　高层钢结构建筑施工工艺

　　框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度

，需考虑焊接收缩变形
。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核，确定其翻样下料的准确长度。

　　框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接
，目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接

。施工时先焊下翼缘再焊上翼缘
，先一端点焊定位，再焊另一端。

　　腹板则采用高强度螺栓连接，要充分理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓。采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理。

　　采用高强螺栓群连接时
，孔位的精度十分重要
。目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔，前者精度低，后者精度高，应优先考虑采用后者
。当采用模板制孔时，应保证模板的精度，以确保高强螺栓的组装孔和工地安装孔的精度要求
。如果孔位局部偏差
，只允许使用铰刀扩孔。严禁使用气割扩孔，若用气割扩孔，则应按重大质量事故处理。

　　2

、高强螺栓的链接技术与工艺，由于高强螺栓具有可拆可换
、施工方便、接头刚性好
、承载力大
、传力均匀、结构安全和疲劳强度高等特点，因此对于目前钢结构建筑的链接方式而言，高强螺栓链接是好的方法之一，并且在我国目前的高层建筑钢结构中得到广泛的应用。简单的说高强度螺栓的连接方法有两种分别是承压型连接和摩擦型连接。然而由于承压型连接方法本身的局限性，因此在高层建筑钢结构中基本上都是应用摩擦型连接的。摩擦型连接是指拧紧螺母后，螺栓杆会产生很强的拉力，连接件之间相互产生相对抗滑移力 作为承载能力的极限状态。它的施工包括摩擦面处理、安装、初拧、终拧、检验等。此项工序的施工工艺有几点需要注意，首先是螺栓的保存要妥善

，不得使其受潮和生锈等，螺栓节点钢板要按规定的工艺进行摩擦面处理
，达到设计要求的摩擦系数，使用工具的核校等
；其次是高强度螺栓要自由穿入孔内，严禁强行打入或拧入
，使螺杆产生挤压力，一个接头上的高强螺栓，要从螺栓群中部开始安装，逐个的拧紧，接头如既有螺栓连接又有电焊连接，按照设计规定顺序进行，无设计规定时
，要先栓后焊的顺序施工

。

　　3

、高层建筑钢结构的焊接施工工艺
，焊接在钢结构高层建筑中的应用必不可少，由于高层建筑钢结构的钢材多为高强低和金刚
，焊接性能差
，接头形式复杂，焊缝大多为半熔透和全熔透因此焊接工作量很大。一般钢结构高层建筑我们采用的焊接方法有CO_2气体保护焊、电渣焊和自动埋弧焊等

。下面就几种不同的焊接方法分别叙述其施工工艺的要点

，

　　a、CO_2气体保护焊在施工操工艺作中要注意的有：焊接参数的选择
，焊丝的选择和焊接电弧电压与电流的选择
，电流要根据工件的厚度、施焊位置和焊丝直径和熔滴过渡形式来选择
，电弧电压的选择要与电流恰好配合；不同位置的选择不同的焊接方式，平焊多选择左向焊法，能清楚地看到焊缝和熔池
，便于控制焊缝的成型，横焊大多采用右向焊法
，立焊分为向上立焊和向下立焊，中厚板的细丝焊接使用向上立焊，薄板可使用向下立焊；

　　b
、电渣焊的操作工艺
。电渣焊是一种自动焊
，用户高强度结构钢在竖直位置上的对接焊接
。在进行操作时首先要选择焊接的电流和电压，根据计算公式选择计算出的电流，电压与熔缝的熔宽成正比，起弧阶段电压会高一点，在焊透的请款下，电压尽可能底
，焊接过程随时注意调整电压
；其次要适当掌握好焊接的速度（1.5~3m/h范围内），送丝速度在200~300m/h的范围以内
，造渣过程中要选择200m/h；还有就是要随时检查焊件的炽热状态，适当调整焊接工艺参数，当翼缘板较薄时
，相应的焊接部位要安装水冷却装置。

　　C、 自自动埋弧焊的施工工艺
，自动埋弧焊由于焊接速度快
、熔深大、热影响区域小、焊缝质量稳定和焊接变形小等优点，被广泛应用于厚度板的有规律的直长对接和贴角焊缝的焊接中。在施工操作中要注意的有：首先是焊丝的选择，可参照《钢结构高层建筑设计与施工规程》进行选择；其次是焊丝的数目，可选择双丝焊
，可一次得到大量的熔敷金属，焊接变形小同时也能提高焊接速度；其次对于无法使用衬热的焊缝，可先用手工焊封底
，再用埋弧焊
，对于较厚钢板可采用多层焊，在塔接接头和T形接头中，可以采用斜角焊接和船型焊接的形式。

　　三、总述

　　高层建筑钢结构的施工过程是一项施工工艺复杂和施工技术难度大的繁琐而复杂的系统工程，要做到周密和严谨。在施工前要先制定详细而周密的施工计划和组织施工的方案，然后要积极做好施工监督工作，在先辈留下的基础上累积经验，不断提高和晚上高层建筑钢结构的施工工艺，才能推动我国钢结构高层建筑的不断发展。