超高层建筑钢结构安装流程及施工综合技术

针对超高层的钢结构施工来讲，对施工造成影响的因素较多，例如要求标准高、施工场地局限、立体式交叉作业等等，而在当前的一些高层建筑中均运用钢结构进行建造。本文以国内一超高层建筑为例进行分析，其主体高度为350m，整体使用的钢结构重量超出3万吨，所以对焊接的各项要求较高。

 

一、工程概况

 

此次研究的超高层建筑的钢结构主要分为两个部分，分别为塔楼、裙楼钢结构。塔楼的结构形式为框架核心筒的钢混结构，而内部则是型钢混凝土核心筒，外部则是钢骨柱、外框梁，超高层建筑需要一定的侧向刚度，因此由外框与核心筒建立设防的结构来支撑。本项目工程的钢结构主要由以下几部分组成：核心筒、外框、环桁架、伸臂桁架、塔冠、钢梯、组合楼板。

 

二、塔楼结构的组成

 

1、核心简的主要结构

 

本次研究的超高层建筑的基础底板到第9层的核心筒运用厚度35mm的内置型钢板墙，而核心筒则内置厚度为60mm钢板的钢骨柱，主要有H形截面和十字形截面以及箱形截面和T字形截面。

 

2、外框的钢柱

 

建筑的外框柱在地下的部分采用16根Q345GB双十字形的钢骨柱，材料厚度为35mm～90mm的钢板，当厚度小于35mm时使用Q345B。在首层设置转换层，利用V形柱转换为32根，具体如下图2所示。建筑的地上部分至53层之下均使用Q345B与Q345GJB的十字形钢骨柱，厚度为30mm～100mm的钢板，而在桁架的节点则使用Q390GJ℃，53层之上使用钢板厚为20mm～35mmQ345B的H型钢骨柱。

 

图2 外框钢柱示意图

 

3、伸臂桁架与环桁架

 

沿建筑的层高共安装三道环桁架以及两道伸臂桁架，材料型号为390GI℃、钢板的厚度最高100mm，主要安装在24层、51层、64层，伸臂桁架安装在24层和51层，环桁架安装在24层、51层、64层，第三道的桁架高度为4.25m，另外两道则为5.95m。

 

4、塔冠的结构

 

塔冠结构主要安装在建筑物的72层与75层的外框柱上，并由此往上延伸到屋顶，具体如下图3所示。

 

图3 塔冠示意图

 

三、钢结构的安装流程

 

1、地脚锚施工

 

(1)支架运用槽钢和角钢进行加工，利用夹板和角钢以及支架来连接锚栓，然后再进行抗剪键槽的安装，当垫层结束再放地脚锚栓支架的相应位置线，等到基础的钢筋结束绑扎以后再进行支座的安装，并和钢筋加以连接，运用塔式起重机把已经安装的地脚锚栓支架固定在相应的支座之上，然后再对位置进行校正，最后将其完全焊接牢固再安装斜支撑，然后将支架进行有效的连接，安装组和组断开位置的抗剪键槽。

 

(2)对柱脚的底部施工则先对灌浆的基底进行相应的处理，然后再进行支模和灌浆，最后进行养护工作以及拆除工作。

 

2、安装钢板剪力墙

 

(1)施工的安装顺序

 

建筑物的每一层钢板墙均分成两个部分，然后每个部分均同时运用两台起重机进行安装；西南位置以顺时针从中间往外部进行安装，西北位置则以逆时针从中间往外部进行安装；东南位置以逆时针从中间往外部进行安装，东北位置以顺时针从中间往外部进行安装。

 

(2)安装的流程

 

首先同时使用两台起重机安装施工西侧的十字柱，然后再将十字柱外的钢板墙安装施工，再施工安装内部的里角处钢柱，再施工安装外部的钢板墙，再施工安装TE轴的钢板墙，再施工安装T℃轴的钢柱，再施工安装TF轴的钢板墙，再施工安装里角的钢柱，再施工安装钢柱的外钢板墙，再施工安装柱间和外钢板墙，再施工安装外角处的钢柱，再施工安装外角钢柱外的钢板墙、再施工安装余下的柱间钢板墙，再安装施工地下的钢板墙，安装结束再依据上述的安装来对东侧的钢板墙进行安装。

 

3、钢柱的安装

 

针对外框的钢柱在安装时应当根据以下顺序进行安装，以角点出发至两侧进行扩展式的对称安装，当吊装施工结束之后应当进行相应的校下和测量，最后再进行焊接施工。当首节钢柱结束施工后等土建施工结束再进行上层的施工，然后才能施工安装上节钢柱。

 

4、钢梁的安装

 

在施工现场中将完成连接的钢梁起吊进行安装，然后使用临时螺栓将核心筒和钢梁进行连接，当安装完成后运用临时螺栓把钢梁和钢柱进行固定，然后校正钢梁，完成后把临时螺栓替换高强度的螺栓，再根据相关的标准进行初拧和终拧。

 

5、核心筒钢柱钢梁的安装

 

首先利用起重机将钢柱进行吊装，然后再搭设脚手架和安装钢梁，再将核心筒的钢筋进行捆绑，最后进行核心筒的混凝土浇筑施工。

 

6、桁架的安装

 

桁架的拼装：使用[16a的槽钢加工1m×1m×1.2m的铁板凳，进而达到同时可以拼装桁架的功能。桁架的吊装：在吊装时应当首先把全部的悬臂桁架进行吊装，然后再施工安装悬臂桁架的下弦平面杆件，最后再施工安装桁架上弦平面的杆件。

 

7、环桁架的安装施工

 

再对环桁架进行施工时的安装顺序应当首先安装下弦杆，然后是腹杆，最后是上弦杆，进而避免在安装过程中相互干扰。

 

四、高强螺栓的施工措施

 

在安装前对所有的钢构件进行表面的杂质清理，去除毛刺和污垢以及浮锈等杂质。当施工时是雨雪过后时应当运用氧气或乙炔火焰把摩擦面吹干。在施工中不强制把高强螺栓硬性敲人至螺丝孔中，应当运用绞刀扩孔进行清理扩孔后再插入，并且在扩孔时要求螺栓孔不能高于1.2倍的螺栓，另外，扩孔数需要由设计部门实际勘察后同意才能施工。高强螺栓插入螺孔后便不能进行受剪，并且在穿入后拧紧。部分高强螺栓是用于一部分临时固定的作用，因此不得将其重复利用。

 

五、焊接质量的控制

 

1、焊接温度的有效控制

 

当现场进行焊接的环境温度小于零下20℃时则不能进行焊接的施工，当焊接的母材温度小于0℃则需要进行加热处理，把焊接的位置100mm内加热达到20℃，并且焊接时始终保持该最低的温度。当现场的施工环境温度小于0℃时，母材厚度30mm≤T≤90mm的焊縫焊接结束后需要进行相应的检验，并且要进行后热的处理。在对较厚的钢板进行焊接过程中，对焊缝层的温度保持在100℃～120℃左右，并且要求焊接的接头需要一次成型。

 

2、防止层状撕裂措施

 

板厚大于30mm时容易出现层状撕裂，因此为了避免出现此类情况的出现应采用相应的处理措施，把容易出现层状撕裂的位置使用的接头换成约束小，并且可以降低层状撕裂产生的相应构造；对焊接的施工顺序进行严格的控制，最大限度降低垂直在板面方向的约束；依据母材的实际碳当量与焊接裂纹敏感的系数科学合理的选择预热温度，以及对焊后的热处理；使用低氢型的焊条进行施焊施工，在满足设计的标准时可使用回服强度较低的焊条进行施工。

 

结语

 

综上所述，为了能够提升建筑物侧向的刚度，在建筑物中设立三道经过加强的层桁架来提升刚度。并且在钢结构的施工中，针对起重机进行科学合理的选择，并根据实际的情况制订施工的顺序和流程，优化钢结构的分节。通过运用先进科学的焊接施工工艺，确保焊接的质量和标准，最终高质量的完成的施工，并得到较为良好的经济效益。

 

作者简介：杨光波（1985-），男，山东阳谷人，本科，工程师，主要从事建筑钢结构项目管理方面研究。