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浅谈高层建筑钢框架结构施工吊装与连接技术研究
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论文关键词：高层建筑；钢框架结构；吊装；连接
论文摘要：本文通过工程实例，针对工程难点，详细地阐述了高层建筑钢框架结构的吊装与安装、焊接技术。
1 工程概况
某超高层办公建筑由主楼和裙房组成。地上49层，地下3层，地面高度为183.75m，边长41.16m。外框为箱形钢柱，框架梁为H型钢，结构还采用了悬挑的巨大的对角斜支撑结构体系，斜支撑采用宽翼缘H型钢。结构体系所受的水平力主要由钢筋混凝土核心筒及斜撑承担。核心筒各层楼板均为钢筋混凝上现浇而成，核心筒与外框筒间梁为钢梁，剪力钉将焊于钢梁翼缘上，以形成组合楼板，楼层是由51mm深的压型钢板上浇筑74mm厚的混凝土而形成125mm厚的复合楼板。三层裙房承重体系为钢筋混凝土框架结构，楼盖为钢筋混凝土梁板结构，屋顶为钢结构支承的玻璃顶。
2 工程难度特点
结构的大截面钢斜撑是主要受力构件，承受上部分9层结构的竖向力及整个建筑的水平力。斜撑跨越9个结构层，每根斜撑长约58.lm，其高空吊装、定位、测量校正是本工程钢结构安装的最大难题。钢杜壁厚130mm，130mm厚钢板全熔透现场对接焊接在当时国内建筑钢结构施工中比较罕见，现场施焊困难，焊接质量控制难度较大。这是本工程钢结构施工的又一个难题。C4钢柱位于建筑边角部位，且此构件重量最大，给塔吊的选型、布置，结构层分段施工及钢柱、钢斜撑的分节吊装造成困难。
3 钢框架结构吊装施工
3.1 塔吊的计算与平面布置
本工程在塔楼的芯筒中央布设一台M440D内爬式塔吊，塔吊最大起重量32t，最大臂长55m。主体结构外侧布置一台500HC-S吊车，施工现场的临建、构件拼装场地、堆场、辅助建筑、工具房和机房的布设均需根据这两台塔吊的起重量布设。
两台塔吊间距L=410 5000 1217=4×5880 5000 1217=29.737m。式中：10为柱轴线间距。
塔吊升出核心筒的最大高度H =H0-nH1=45.1-6×3.75=22.6m。H0为内爬安装净高，n为标准层数，H1为标准层高度。
3.2 钢结构的吊装
地下室钢结构吊装。地下室钢结构主要包括核心筒劲性钢柱(4根)、外围钢柱(23根)及柱间钢斜撑。由于受现场施工条件的限制，开设坡道至地下室的难度较大，而且如果汽车吊开至地下室进行钢结构吊装，与土建施工相互影响较大，施工进度难以提高。因此，考虑在地下室底板施工初期就安装一台500HC-S外爬塔吊，既可以完成地下、地上所有钢结构构件的吊装，又可以进行M440D内爬塔吊的安装，有利于加快总体施工进度。
地上部分钢结构吊装。钢柱和钢斜撑均采取分节吊装时主要考虑的因素是：以满足M440D塔吊的起重能力和构件的运输能力为前提；尽可能地减少节点数；尽可能地保证钢柱节点数。钢柱的节点设置在楼层以上1.2m位置，以便于安装施工。
钢柱和钢梁的吊装吊装的原则：先装主梁后装次梁，为加快施工进度，对于较轻的钢梁宜采取一机多吊的方法，对于多楼层单元，先吊装顶层梁，后吊装下层梁，这样有利于框架的稳定性。
型钢斜撑的吊装是该工程中型钢斜撑的吊装是难点，由于型钢斜撑的长度达38m，整根吊装的难度较大，所以采取分节吊装，为了保证型钢斜撑的整体刚度和安装的稳定性，将型钢斜撑与楼层梁在地面拼装后整体吊装，钢梁起到临时支撑作用。
每根悬挑钢斜撑分为三节吊装，每节分别与钢梁在地面组装后整体吊装。链4、5用来调整钢斜撑的倾斜度，由于钢梁的刚度小，加上钢梁与钢斜撑只是临时连接，不宜承受重载，所以采用 链1、2、3来加强该组装件。在起吊前， 链1、2、 3一定要拉紧，以防止钢梁在吊装过程中变形。柱间型钢斜撑与悬挑钢斜撑相比尺寸重量较小，可以直接吊装。
4 钢板柱的连接施工技术
4.1 测量校正
根据地面控制点，在建筑物外围作平面轴线、标高控制网。将地面控制点投测到地下3层混凝土垫层，埋设地脚螺栓，每组地脚螺栓由标准样板固定相对尺寸。在地下3层混凝土底板面投测轴线、标高。
第一节钢柱就位时底板中心应对准定位线，用垫铁调整钢柱标高。用两台经纬仪在两个正交方向校正钢柱垂直度。考虑上部楼层平面几何形状，在地下3层地面确定4个激光点，并在以上各层楼板相应位置预留150mm ×150mm孔洞作平面轴线控制的激光投递。高程用钢尺垂直向上量距传递。 第二节钢柱、梁安装校正垂直度后，在投递的激光控制点上架设全站仪分片或整体观测柱顶轴线偏差，偏差值决定钢柱焊接顺序与方向。整个吊装结构层柱梁全部焊接完成后作轴线偏差复测，检验焊接时垂直度的影响。焊接后的柱顶轴线偏差又作为上节钢柱垂直度校正的依据，依次循环直到最后节。
对于斜立柱部分的安装校正，首先是将整个大楼设一平面独立坐标系，用全站仪观测柱顶边角坐标，与设计理论坐标比较，两者的差数即为轴线偏差值。通过校正来调整偏差值的大小。
4.2 特厚钢板柱连接
本工程采用焊接和高强度螺栓连接，外围结构由18根钢柱、跨9个结构层斜撑及钢框架梁构成，钢柱均为厚板与超厚板，箱形截面，其中C2、C4柱钢板厚达105-130mm，连接节点设计，有抗震设计和非抗震设计之分，本工程按抗震设计，须进行节点连接的承载力验算，采用等强度设计法进行计算，翼缘和腹板采用摩擦型高强度螺栓连接。
4.3 特厚钢板箱形柱施焊
该工程特厚板箱形柱的焊接，采用自根部深熔、缝中填充、面层焊缝全断面CO2气体保护半自动焊接方式：由两名工作习惯、运焊技法、焊接速度基本相同的熟练技工做对称施焊，首尾相合，全部作业要求除收弧段采用收弧电流作右向回焊外基本采用左向焊法。
根部施焊时，一名技工自柱偏移方向的反方向先行作根部深熔，根部的深熔采用一层几道的方法，层厚约等于6.5mm，道宽约等于6mm；施焊首道时，至少将始焊点移往面向直线段右方向柱角一直边的100mm处，禁止在角部始焊；收弧处，也必须绕过左方向柱角向前延长至少100mm，禁止在角部熄弧。全部焊段尽可能保持连续施焊，避免多次熄弧起弧。穿越安装连接板处时必须尽。可能将接头送过连接板中心至少30mm。作业要点如下：
同一层道焊缝出现一次或数次停顿需续焊时，始焊接头须在原熄弧处后至少15mm处燃弧，禁止在原熄弧处直接燃弧。
熄弧时，应待保护气体完全停止供给，焊缝完全冷凝后方能移走焊枪。禁止电弧刚停止燃烧即移走焊枪，使红热熔池暴露在大气中失去CO2气体保护。
第一层第一道，焊丝均匀保持20-25°的向下倾角，运焊采用划斜圆圈手法，斜圆指向衬板时稍加停顿，注意充分熔合直边母材和衬板的夹角部分。
第一层第二道是根部焊接相当重要的焊接部位。施焊时，焊丝与坡口直边侧仅能保持平行。电弧直接作用在首层首道的上部1/3处衬板未熔化部分和坡边角部，运焊仍采用划斜圆圈手法。
几层与除面层的各层首道。随坡口深度的减少，焊丝与直边的夹角逐渐从约等于20-25°改变成约等于40°，运焊手法仍采用划斜圆圈的方法
二层与除面层的各层堆垒道、焊丝与焊肉层面相对方向保持约90°± 5°，与运焊方向保持约等于65°夹角。运焊时，电弧熔焊至少要将上道焊缝的凸点处熔融，使冷凝后的焊道下沿均匀迭压在上道焊缝的凸点部，电弧在熔池后斜上部作向后推动动作。
二层与以后各填充层的最末一道，随坡口深度的减少焊丝与前层焊缝的夹角逐渐从约等于90°-100°加大向下倾角，但焊丝与运焊方向须始终保持约90°。电弧始终保持划斜长圆的方法使熔池形成长圆形。电弧始终兼顾上方坡边的熔化和下方前道焊缝的拱部熔融，并保持均匀向前巨不脱环链。
参考文献
[1] 李东.超高层钢结构预埋螺栓施工技术[J].建筑技术，2005.8.
[2] 李和华.钢结构连接节点设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1992. 来源: 《建筑中文网》.
论文摘要：本文通过工程实例，针对工程难点，详细地阐述了高层建筑钢框架结构的吊装与安装、焊接技术。
1 工程概况
某超高层办公建筑由主楼和裙房组成。地上49层，地下3层，地面高度为183.75m，边长41.16m。外框为箱形钢柱，框架梁为H型钢，结构还采用了悬挑的巨大的对角斜支撑结构体系，斜支撑采用宽翼缘H型钢。结构体系所受的水平力主要由钢筋混凝土核心筒及斜撑承担。核心筒各层楼板均为钢筋混凝上现浇而成，核心筒与外框筒间梁为钢梁，剪力钉将焊于钢梁翼缘上，以形成组合楼板，楼层是由51mm深的压型钢板上浇筑74mm厚的混凝土而形成125mm厚的复合楼板。三层裙房承重体系为钢筋混凝土框架结构，楼盖为钢筋混凝土梁板结构，屋顶为钢结构支承的玻璃顶。
2 工程难度特点
结构的大截面钢斜撑是主要受力构件，承受上部分9层结构的竖向力及整个建筑的水平力。斜撑跨越9个结构层，每根斜撑长约58.lm，其高空吊装、定位、测量校正是本工程钢结构安装的最大难题。钢杜壁厚130mm，130mm厚钢板全熔透现场对接焊接在当时国内建筑钢结构施工中比较罕见，现场施焊困难，焊接质量控制难度较大。这是本工程钢结构施工的又一个难题。C4钢柱位于建筑边角部位，且此构件重量最大，给塔吊的选型、布置，结构层分段施工及钢柱、钢斜撑的分节吊装造成困难。
3 钢框架结构吊装施工
3.1 塔吊的计算与平面布置
本工程在塔楼的芯筒中央布设一台M440D内爬式塔吊，塔吊最大起重量32t，最大臂长55m。主体结构外侧布置一台500HC-S吊车，施工现场的临建、构件拼装场地、堆场、辅助建筑、工具房和机房的布设均需根据这两台塔吊的起重量布设。
两台塔吊间距L=410 5000 1217=4×5880 5000 1217=29.737m。式中：10为柱轴线间距。
塔吊升出核心筒的最大高度H =H0-nH1=45.1-6×3.75=22.6m。H0为内爬安装净高，n为标准层数，H1为标准层高度。
3.2 钢结构的吊装
地下室钢结构吊装。地下室钢结构主要包括核心筒劲性钢柱(4根)、外围钢柱(23根)及柱间钢斜撑。由于受现场施工条件的限制，开设坡道至地下室的难度较大，而且如果汽车吊开至地下室进行钢结构吊装，与土建施工相互影响较大，施工进度难以提高。因此，考虑在地下室底板施工初期就安装一台500HC-S外爬塔吊，既可以完成地下、地上所有钢结构构件的吊装，又可以进行M440D内爬塔吊的安装，有利于加快总体施工进度。
地上部分钢结构吊装。钢柱和钢斜撑均采取分节吊装时主要考虑的因素是：以满足M440D塔吊的起重能力和构件的运输能力为前提；尽可能地减少节点数；尽可能地保证钢柱节点数。钢柱的节点设置在楼层以上1.2m位置，以便于安装施工。
钢柱和钢梁的吊装吊装的原则：先装主梁后装次梁，为加快施工进度，对于较轻的钢梁宜采取一机多吊的方法，对于多楼层单元，先吊装顶层梁，后吊装下层梁，这样有利于框架的稳定性。
型钢斜撑的吊装是该工程中型钢斜撑的吊装是难点，由于型钢斜撑的长度达38m，整根吊装的难度较大，所以采取分节吊装，为了保证型钢斜撑的整体刚度和安装的稳定性，将型钢斜撑与楼层梁在地面拼装后整体吊装，钢梁起到临时支撑作用。
每根悬挑钢斜撑分为三节吊装，每节分别与钢梁在地面组装后整体吊装。链4、5用来调整钢斜撑的倾斜度，由于钢梁的刚度小，加上钢梁与钢斜撑只是临时连接，不宜承受重载，所以采用 链1、2、3来加强该组装件。在起吊前， 链1、2、 3一定要拉紧，以防止钢梁在吊装过程中变形。柱间型钢斜撑与悬挑钢斜撑相比尺寸重量较小，可以直接吊装。
4 钢板柱的连接施工技术
4.1 测量校正
根据地面控制点，在建筑物外围作平面轴线、标高控制网。将地面控制点投测到地下3层混凝土垫层，埋设地脚螺栓，每组地脚螺栓由标准样板固定相对尺寸。在地下3层混凝土底板面投测轴线、标高。
第一节钢柱就位时底板中心应对准定位线，用垫铁调整钢柱标高。用两台经纬仪在两个正交方向校正钢柱垂直度。考虑上部楼层平面几何形状，在地下3层地面确定4个激光点，并在以上各层楼板相应位置预留150mm ×150mm孔洞作平面轴线控制的激光投递。高程用钢尺垂直向上量距传递。 第二节钢柱、梁安装校正垂直度后，在投递的激光控制点上架设全站仪分片或整体观测柱顶轴线偏差，偏差值决定钢柱焊接顺序与方向。整个吊装结构层柱梁全部焊接完成后作轴线偏差复测，检验焊接时垂直度的影响。焊接后的柱顶轴线偏差又作为上节钢柱垂直度校正的依据，依次循环直到最后节。
对于斜立柱部分的安装校正，首先是将整个大楼设一平面独立坐标系，用全站仪观测柱顶边角坐标，与设计理论坐标比较，两者的差数即为轴线偏差值。通过校正来调整偏差值的大小。
4.2 特厚钢板柱连接
本工程采用焊接和高强度螺栓连接，外围结构由18根钢柱、跨9个结构层斜撑及钢框架梁构成，钢柱均为厚板与超厚板，箱形截面，其中C2、C4柱钢板厚达105-130mm，连接节点设计，有抗震设计和非抗震设计之分，本工程按抗震设计，须进行节点连接的承载力验算，采用等强度设计法进行计算，翼缘和腹板采用摩擦型高强度螺栓连接。
4.3 特厚钢板箱形柱施焊
该工程特厚板箱形柱的焊接，采用自根部深熔、缝中填充、面层焊缝全断面CO2气体保护半自动焊接方式：由两名工作习惯、运焊技法、焊接速度基本相同的熟练技工做对称施焊，首尾相合，全部作业要求除收弧段采用收弧电流作右向回焊外基本采用左向焊法。
根部施焊时，一名技工自柱偏移方向的反方向先行作根部深熔，根部的深熔采用一层几道的方法，层厚约等于6.5mm，道宽约等于6mm；施焊首道时，至少将始焊点移往面向直线段右方向柱角一直边的100mm处，禁止在角部始焊；收弧处，也必须绕过左方向柱角向前延长至少100mm，禁止在角部熄弧。全部焊段尽可能保持连续施焊，避免多次熄弧起弧。穿越安装连接板处时必须尽。可能将接头送过连接板中心至少30mm。作业要点如下：
同一层道焊缝出现一次或数次停顿需续焊时，始焊接头须在原熄弧处后至少15mm处燃弧，禁止在原熄弧处直接燃弧。
熄弧时，应待保护气体完全停止供给，焊缝完全冷凝后方能移走焊枪。禁止电弧刚停止燃烧即移走焊枪，使红热熔池暴露在大气中失去CO2气体保护。
第一层第一道，焊丝均匀保持20-25°的向下倾角，运焊采用划斜圆圈手法，斜圆指向衬板时稍加停顿，注意充分熔合直边母材和衬板的夹角部分。
第一层第二道是根部焊接相当重要的焊接部位。施焊时，焊丝与坡口直边侧仅能保持平行。电弧直接作用在首层首道的上部1/3处衬板未熔化部分和坡边角部，运焊仍采用划斜圆圈手法。
几层与除面层的各层首道。随坡口深度的减少，焊丝与直边的夹角逐渐从约等于20-25°改变成约等于40°，运焊手法仍采用划斜圆圈的方法
二层与除面层的各层堆垒道、焊丝与焊肉层面相对方向保持约90°± 5°，与运焊方向保持约等于65°夹角。运焊时，电弧熔焊至少要将上道焊缝的凸点处熔融，使冷凝后的焊道下沿均匀迭压在上道焊缝的凸点部，电弧在熔池后斜上部作向后推动动作。
二层与以后各填充层的最末一道，随坡口深度的减少焊丝与前层焊缝的夹角逐渐从约等于90°-100°加大向下倾角，但焊丝与运焊方向须始终保持约90°。电弧始终保持划斜长圆的方法使熔池形成长圆形。电弧始终兼顾上方坡边的熔化和下方前道焊缝的拱部熔融，并保持均匀向前巨不脱环链。
参考文献
[1] 李东.超高层钢结构预埋螺栓施工技术[J].建筑技术，2005.8.
[2] 李和华.钢结构连接节点设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1992. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200906/13152.htm
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