高層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及管理.doc

淺析高層鋼結(jié)構(gòu)安裝的施工技術(shù)中冶建工集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)分公司：趙孟強(qiáng)摘要：結(jié)合轉(zhuǎn)爐高層框架系統(tǒng)安裝的施工技術(shù)等重要環(huán)節(jié)，簡要介紹了高層、超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系及安裝質(zhì)量保證措施，并提供一些參考意見。關(guān)鍵詞：高層 鋼結(jié)構(gòu) 施工技術(shù) 安全管理 1.概況1.1高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在國外已經(jīng)有120多年的記載， 1883年最早的一幢鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在美國芝加哥拔地而起，戰(zhàn)后由于地價上漲和人口的增長等因素，以及建筑科技水平、材料工業(yè)水平、綜合技術(shù)水平的提高，高層及超高層建筑越來越多。同發(fā)達(dá)國家相比，（超）高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國起步較晚，成熟的經(jīng)驗相對較少，改革開放以來，“高、大、新、尖”的現(xiàn)代化建筑如雨后春筍般聳立，成為地區(qū)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要標(biāo)記。1.2我國的高層及超高層建筑自改革開放以來已有20多年的歷史，并在設(shè)計和施工中積累了不少經(jīng)驗，并自行編制了高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ99-98。1.3目前全鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑在國內(nèi)比較多，主要集中應(yīng)用在會展中心、大劇院、體育館及個別商務(wù)樓方面。而冶金系統(tǒng)施工的高層鋼結(jié)構(gòu)主要集中在轉(zhuǎn)爐和高爐區(qū)域，高度在60m或80m左右。現(xiàn)根據(jù)自己的施工經(jīng)驗結(jié)合查閱的相關(guān)資料，從結(jié)構(gòu)體系、材料選用、塔吊選擇及布置、構(gòu)件吊裝、測量控制（含沉降觀測）、質(zhì)量控制及安全文明施工等方面提供一些粗淺的看法，希望對日后我公司參建的高層鋼結(jié)構(gòu)在施工管理過程控制方面有些幫助。2. 高層鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)特點2.1優(yōu)點2.1.1空間感強(qiáng)由于鋼結(jié)構(gòu)的抗壓、抗側(cè)彎強(qiáng)度很大，是混凝土強(qiáng)度的1.5倍，因此鋼結(jié)構(gòu)所占用的建筑空間就要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土結(jié)構(gòu)所占用的空間，這樣就增大了使用空間。2.1.2 施工速度快鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件都是經(jīng)過工廠制作后才能在現(xiàn)場進(jìn)行安裝，與普通混凝土建筑相比，在施工中避免了腳手架的大量搭設(shè)，同時利用壓型鋼板代替混凝土模板，還有鋼結(jié)構(gòu)的安裝與混凝土的施工可交叉進(jìn)行，這樣就提高了工程進(jìn)度。2.1.3 低成本、較環(huán)保鋼鐵可以回收利用，因此鋼結(jié)構(gòu)同樣可回收再生利用，比其他建筑材料的成本較低，而且不會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，相對混凝土等材料對環(huán)境更環(huán)保。2.2 缺點2.2.1 耐高溫性差如果在發(fā)生火災(zāi)的情況下，鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼筋混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)大得多，其耐高溫性比鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)低得多，隨溫度持續(xù)升高，鋼結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度與彈性模量將急劇下降。若鋼結(jié)構(gòu)處于溫度300至500的環(huán)境中時，其強(qiáng)度下降40%至50%。若溫度超過550，鋼結(jié)構(gòu)就會基本完全喪失剛度和強(qiáng)度，變形快速增大，承載能力完全丟失，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)倒塌。因此，在建筑設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的過程中鋼結(jié)構(gòu)防火措施是非常重要的一個環(huán)節(jié)。2.2.2 耐腐性差由于鋼材本身具有易氧化的特性，決定了鋼結(jié)構(gòu)的表面容易生成氧化鐵銹，銹蝕會引起應(yīng)力集中，影響鋼結(jié)構(gòu)的安全，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)提前受損，因此，做好高層鋼結(jié)構(gòu)的有效防腐工作才能有效保證其使用年限。3.高層及超高層結(jié)構(gòu)體系3.1對于高層及超高層建筑的劃分，建筑設(shè)計規(guī)范、建筑抗震設(shè)計規(guī)范及防火設(shè)計規(guī)范還沒有形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般指建筑總高度大于24m為高層建筑，建筑總高度超過60m為超高層建筑。3.2對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。目前，高層建筑中已大量采用鋼框架結(jié)構(gòu)替代鋼砼框架結(jié)構(gòu)，取得了良好的效果。其中冶金項目的轉(zhuǎn)爐高層框架系統(tǒng)就屬于框架結(jié)構(gòu)體系， 因為鋼框架強(qiáng)度高（鋼材基本上屬于各向同性的材料，抗壓、抗拉和抗剪強(qiáng)度均很高）既具有良好的承載能力，又可節(jié)省建筑材料；鋼框架梁、柱截面尺寸小，省出了許多建筑使用面積，省下了許多層間高度；鋼框架結(jié)構(gòu)延性好、自重輕、質(zhì)量慣性作用力小，有利于抗震；鋼框架總體質(zhì)量的大大減小，基礎(chǔ)費用也得以相應(yīng)節(jié)?。讳摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件可以大量工廠化生產(chǎn)，加工質(zhì)量好，運輸、安裝輕便，施工速度快，提前了投產(chǎn)時間。4.材料的選用4.1鋼結(jié)構(gòu)有很多的優(yōu)點，但也有自身的缺點，就是導(dǎo)熱系數(shù)大、耐火性差。一般需要在鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂一定厚度的防火涂料，由于防火涂料價格較高，占了工程造價很大的比例，因此一般都要把防火涂料費用單獨列項計算。轉(zhuǎn)爐高層框架系統(tǒng)一般采用低合金高強(qiáng)度Q345C鋼作為結(jié)構(gòu)中的框架體系及平臺主梁，在受熱部位采用噴涂防火涂料或者采取隔熱措施處理。4.2隨著冶金技術(shù)的提高，耐火鋼已經(jīng)研究成功，并且應(yīng)用在高層建筑中。目前寶鋼投入生產(chǎn)的有B400RNQ和B490RNQ兩種型號的耐火鋼，其機(jī)械性能及化學(xué)成分等指標(biāo)均達(dá)到了結(jié)構(gòu)鋼的要求。普通鋼達(dá)到550的高溫時已經(jīng)完全喪失承載能力，寶鋼生產(chǎn)的這兩種型號在600時的屈服強(qiáng)度還有150220Mpa。5.高層及超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝的施工技術(shù)5.1 準(zhǔn)備環(huán)節(jié)施工前，工程監(jiān)管機(jī)構(gòu)必須組織監(jiān)管人員掌握工程圖紙與工藝技術(shù)條件及工程標(biāo)準(zhǔn)；認(rèn)真組織施工單位專業(yè)技術(shù)人員對建筑工程圖紙會審，通過會審充分掌握工程施工中的重點與難點；制定相關(guān)的管理制度與辦法，有針對性地制定保證工程質(zhì)量的控制措施。通過企業(yè)資質(zhì)、規(guī)模大小、機(jī)械設(shè)備情況、技術(shù)人員的職稱及履歷情況、業(yè)績情況等級等條件設(shè)定，嚴(yán)格考察和選擇高層鋼結(jié)構(gòu)制作工廠與安裝單位，從而保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體質(zhì)量。5.2統(tǒng)一測量儀器和各種量具 建造一幢高層大樓，涉及到土建、鋼結(jié)構(gòu)和各種設(shè)備的安裝等方面，使用的測量儀器應(yīng)該到同一計量部門按照同一標(biāo)準(zhǔn)鑒定，測量儀器統(tǒng)一后對于保證工程的各項技術(shù)指標(biāo)具有重要的意義。5.3構(gòu)件的進(jìn)場、驗收及堆放5.3.1作為冶金項目轉(zhuǎn)爐煉鋼工程的核心結(jié)構(gòu)高層框架系統(tǒng)，涉及到幾千種不同的構(gòu)件，而現(xiàn)場狹小、施工條件差是當(dāng)前施工過程中面臨的普遍問題，建造一幢高層大樓同樣如此，這個問題如果在施工組織中沒有處理好，必將對整個工程施工造成嚴(yán)重的影響。高層框架系統(tǒng)施工初期，由于構(gòu)件進(jìn)場量大，有些構(gòu)件往往需要堆疊好幾層，同時大型構(gòu)件又需要預(yù)留出現(xiàn)場拼裝空間，如果沒有嚴(yán)密的進(jìn)場計劃，勢必造成構(gòu)件進(jìn)場順序混亂，需要的構(gòu)件沒有及時送到或者壓在了下面，不僅驗收工作不宜進(jìn)行，還存在大量的翻料、找料等重復(fù)工作。在整個轉(zhuǎn)爐區(qū)域施工前，我們根據(jù)現(xiàn)場的特點及構(gòu)件安裝的先后順序，不僅制定了詳細(xì)的構(gòu)件制作加工順序，而且制定了詳細(xì)的構(gòu)件進(jìn)場順序：先運輸大的下節(jié)框架柱和框架梁（含支撐），各層平臺的構(gòu)件按照層數(shù)及線列號運輸，需要現(xiàn)場拼裝和增加節(jié)點板的構(gòu)件提前運輸。為提高塔吊工效，確保有效的工作時間，提高作業(yè)效率，大型構(gòu)件的進(jìn)場盡可能選在中午或者職工下班時到場。5.3.2把好構(gòu)件驗收關(guān)也是轉(zhuǎn)爐工程中的經(jīng)驗體會，由于構(gòu)件繁多，節(jié)點數(shù)量多，在制作過程中難免會出現(xiàn)一些問題，就要求在吊裝前把它處理掉，這些問題如果沒有在地面及時消除，吊裝到位后勢必增加返修的難度，有些還必須放回地面，不僅影響到施工工期，還會間接影響到企業(yè)形象。5.4塔吊及大型吊裝設(shè)備的選擇、布置及拆除 塔吊作為高層鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的核心設(shè)備，必須根據(jù)建筑物的位置情況、現(xiàn)場條件及鋼結(jié)構(gòu)的重量等因素進(jìn)行科學(xué)選擇與布置，有效保證塔吊裝拆的安全可靠。因為內(nèi)爬式塔吊不必對樓層加固，并且能自由布設(shè)起重機(jī)位置；另外在吊裝施工時，對塔吊起重能力和幅度要求沒有附著式塔吊苛刻；因此內(nèi)爬式塔吊在高層鋼結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)用較為廣泛，在選擇塔吊時可優(yōu)先選擇。5.5.構(gòu)件的吊裝5.5.1基礎(chǔ)定位軸線、標(biāo)高等的復(fù)測 作為安裝工作的第一步，對基礎(chǔ)資料必須進(jìn)行詳細(xì)的復(fù)測，包括框架柱定位軸線的間距、跨距；基礎(chǔ)面的標(biāo)高偏差、定位螺栓的偏差等，發(fā)現(xiàn)問題要及時糾偏，不能進(jìn)入下道工序。5.5.2主體框架系統(tǒng)（含框架柱及框架梁等）安裝 作為高層鋼結(jié)構(gòu)的外形控制尺寸，該部分的安裝是最重要的一個環(huán)節(jié)。在這里，還有一個沉降觀測的問題。 框架柱的安裝質(zhì)量直接決定了建筑物的層高及總高度，還有就是建筑物的垂直度等指標(biāo)，一般情況下，高層建筑物的鋼柱都要分為幾節(jié)進(jìn)行，像在天津和水城現(xiàn)場（不含頂部剛架）都是把框架柱分為兩節(jié)進(jìn)行吊裝，標(biāo)高采用水平儀控制，縱橫向的垂直度采用兩臺經(jīng)緯儀控制，同時要保證儀器的通視可視。 焊接對高層鋼結(jié)構(gòu)的施工起著關(guān)鍵作用，施焊前，對焊條的合格證進(jìn)行檢查，按說明書要求使用，焊縫表面不得有裂紋、焊瘤，一、二焊縫不得有氣孔、夾渣、弧坑裂紋，一級焊縫不得有咬邊、未滿焊等缺陷，一、二級焊縫按要求進(jìn)行無損檢測，在規(guī)定的焊縫及部位要檢查焊工的鋼印。選擇合理的焊接順序：原則是采用結(jié)構(gòu)對稱、節(jié)點對稱、全方位對稱焊接；多層焊接宜連續(xù)施焊，每一層焊道焊完后應(yīng)及時清理檢查，清除缺陷后再焊；焊接接頭要求熔透焊的對接和角接焊縫多層梁柱焊接時，應(yīng)根據(jù)安裝情況先焊頂層柱與梁節(jié)點，其次焊底部柱與梁節(jié)點，最后焊中間部分的柱與梁節(jié)點；在焊接頂層梓與梁節(jié)點時，應(yīng)先焊梓頂垂直偏差較大的部位，以利用焊接后收縮變形應(yīng)力達(dá)到減少柱頂垂直偏差；焊接順序宜從中間軸線柱向四周擴(kuò)散施焊。5.5.3平臺結(jié)構(gòu)及其它結(jié)構(gòu)安裝 主體框架形成后，要進(jìn)行各層平臺及設(shè)備的吊裝，在安裝前要把標(biāo)高及部分定位軸線引到平臺上，便于控制安裝質(zhì)量的位置，注意每層平臺的定位軸線要從地面主控制點引上去。5.5.4焊釘?shù)陌惭b焊接 在上述兩個工程中對于轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)沒有使用，但是對于建造建造一幢高層建筑物，除了鋼骨架外，還必須有各種型號的焊釘，因此有必要說明一下。鋼結(jié)構(gòu)畢竟是主體骨架，外面還要有混凝土，還要進(jìn)行裝飾等，混凝土中間的部分鋼筋通過焊釘和鋼骨架連接為一個整體，從而保證整個工程的質(zhì)量。 目前焊釘?shù)暮附又饕捎萌酆笝C(jī)進(jìn)行，主要是在制作的過程中完成，具體操作及控制過程必須參照“規(guī)范”（GB50205-2001）執(zhí)行。5.5.5測量控制 在高層及超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中，垂直度、軸線及標(biāo)高的偏差是衡量工程質(zhì)量的重要指標(biāo)，為施工檢查提供數(shù)字依據(jù)，因此測量控制對于保證建筑物的各項指標(biāo)具有重要的意義，在此作為一個重點談下自己的認(rèn)識。 測量的過程是全方位的，并且要進(jìn)行全過程監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時進(jìn)行糾偏。下面就分兩方面說明：5.5.5.1主體框架系統(tǒng)及設(shè)備承重大梁的測量控制 在施工過程中，由于焊接量大，構(gòu)件長度較長，因此經(jīng)常因為焊接等因素造成軸線及垂直度偏差，因此過程控制顯得尤其重要，也就是通常說的“跟蹤控制”，及時消除影響，從而控制整體偏差。5.5.5.2建筑物的沉降觀測 為了確保建筑物的的正常使用壽命和建筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯。目前的現(xiàn)行規(guī)范對此也有要求，高層建（構(gòu)）筑物、重要的古建筑物、連續(xù)生產(chǎn)的設(shè)施基礎(chǔ)及動力設(shè)備等均要進(jìn)行沉降觀測，特別是在高層建筑施工中應(yīng)用沉降觀測對施工進(jìn)行過程監(jiān)控，及時反饋信息，避免因沉降原因造成不必要的損失。6質(zhì)量及工期控制 超高層鋼結(jié)構(gòu)不同于一般混凝土結(jié)構(gòu)的顯著特點是：質(zhì)量要求高，工期要求緊；質(zhì)量與工期的保證依賴于科學(xué)的施工組織和有效的過程監(jiān)控，以及各種新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用。7安全文明生產(chǎn)管理 安全施工是鋼結(jié)構(gòu)施工中的重要環(huán)節(jié)，高層或超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點是高空作業(yè)多、懸空作業(yè)多。在轉(zhuǎn)爐高層框架安裝過程中，不僅使用大量的普通螺栓和高強(qiáng)螺栓，還要使用大量的工機(jī)具，還要大量的手工工具及施工中產(chǎn)生的廢棄物（如焊條頭子及切割下的小塊料等），這些東西雖然小，但是從數(shù)十米或者百米的高空掉下，威力可想而知。針對這些特點，有必要成立安全檢查小組，除了建立健全安全生產(chǎn)責(zé)任制，還要專門制定高空作業(yè)人員安全條例、高空作業(yè)工機(jī)具保管及使用要求、高空構(gòu)件的堆放辦法及高空作業(yè)廢棄物的處理辦法等細(xì)則方面的安全要求，在施工中加以監(jiān)督落實，規(guī)范了職工的個人行為，在確保了自身安全的同時，又確保了他人的安全。 正是依靠這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩?guī)章制度及嚴(yán)格的過程監(jiān)控執(zhí)行，確保了兩座轉(zhuǎn)爐本體高層框架系統(tǒng)安裝的順利進(jìn)行，人員無一傷亡，保障了職工的安全。8.結(jié)