高層建筑鋼框架結構施工吊裝與連接技術研究

摘 要：本文通過工程實例，針對工程難點，詳細地闡述了高層建筑鋼框架結構的吊裝與安裝、焊接技術。

關鍵詞：高層建筑；鋼框架結構；吊裝；連接

1 工程概況

某超高層辦公建筑由主樓和裙房組成。地上49層，地下3層，地面高度為183.75m，邊長41.16m。外框為箱形鋼柱，框架梁為H型鋼，結構還采用了懸挑的巨大的對角斜支撐結構體系，斜支撐采用寬翼緣H型鋼。結構體系所受的水平力主要由鋼筋混凝土核心筒及斜撐承擔。核心筒各層樓板均為鋼筋混凝上現澆而成，核心筒與外框筒間梁為鋼梁，剪力釘將焊于鋼梁翼緣上，以形成組合樓板，樓層是由51mm深的壓型鋼板上澆筑74mm厚的混凝土而形成125mm厚的復合樓板。三層裙房承重體系為鋼筋混凝土框架結構，樓蓋為鋼筋混凝土梁板結構，屋頂為鋼結構支承的玻璃頂。

2 工程難度特點

結構的大截面鋼斜撐是主要受力構件，承受上部分9層結構的豎向力及整個建筑的水平力。斜撐跨越9個結構層，每根斜撐長約58.lm，其高空吊裝、定位、測量校正是本工程鋼結構安裝的最大難題。鋼杜壁厚130mm，130mm厚鋼板全熔透現場對接焊接在當時國內建筑鋼結構施工中比較罕見，現場施焊困難，焊接質量控制難度較大。這是本工程鋼結構施工的又一個難題。C4鋼柱位于建筑邊角部位，且此構件重量最大，給塔吊的選型、布置，結構層分段施工及鋼柱、鋼斜撐的分節吊裝造成困難。

3 鋼框架結構吊裝施工

3.1 塔吊的計算與平面布置

本工程在塔樓的芯筒中央布設一臺M440D內爬式塔吊，塔吊最大起重量32t，最大臂長55m。主體結構外側布置一臺500HC-S吊車，施工現場的臨建、構件拼裝場地、堆場、輔助建筑、工具房和機房的布設均需根據這兩臺塔吊的起重量布設。

兩臺塔吊間距L=410+5000+1217=4×5880+5000+1217=29.737m。式中：10為柱軸線間距。

塔吊升出核心筒的最大高度H =H0-nH1=45.1-6×3.75=22.6m。H0為內爬安裝凈高，n為標準層數，H1為標準層高度。

3.2 鋼結構的吊裝

地下室鋼結構吊裝。地下室鋼結構主要包括核心筒勁性鋼柱(4根)、外圍鋼柱(23根)及柱間鋼斜撐。由于受現場施工條件的限制，開設坡道至地下室的難度較大，而且如果汽車吊開至地下室進行鋼結構吊裝，與土建施工相互影響較大，施工進度難以提高。因此，考慮在地下室底板施工初期就安裝一臺500HC-S外爬塔吊，既可以完成地下、地上所有鋼結構構件的吊裝，又可以進行M440D內爬塔吊的安裝，有利于加快總體施工進度。

地上部分鋼結構吊裝。鋼柱和鋼斜撐均采取分節吊裝時主要考慮的因素是：以滿足M440D塔吊的起重能力和構件的運輸能力為前提；盡可能地減少節點數；盡可能地保證鋼柱節點數。鋼柱的節點設置在樓層以上1.2m位置，以便于安裝施工。

鋼柱和鋼梁的吊裝吊裝的原則：先裝主梁后裝次梁，為加快施工進度，對于較輕的鋼梁宜采取一機多吊的方法，對于多樓層單元，先吊裝頂層梁，后吊裝下層梁，這樣有利于框架的穩定性。

型鋼斜撐的吊裝是該工程中型鋼斜撐的吊裝是難點，由于型鋼斜撐的長度達38m，整根吊裝的難度較大，所以采取分節吊裝，為了保證型鋼斜撐的整體剛度和安裝的穩定性，將型鋼斜撐與樓層梁在地面拼裝后整體吊裝，鋼梁起到臨時支撐作用。

每根懸挑鋼斜撐分為三節吊裝，每節分別與鋼梁在地面組裝后整體吊裝。鏈4、5用來調整鋼斜撐的傾斜度，由于鋼梁的剛度小，加上鋼梁與鋼斜撐只是臨時連接，不宜承受重載，所以采用 鏈1、2、3來加強該組裝件。在起吊前， 鏈1、2、 3一定要拉緊，以防止鋼梁在吊裝過程中變形。柱間型鋼斜撐與懸挑鋼斜撐相比尺寸重量較小，可以直接吊裝。

4 鋼板柱的連接施工技術

4.1 測量校正

根據地面控制點，在建筑物外圍作平面軸線、標高控制網。將地面控制點投測到地下3層混凝土墊層，埋設地腳螺栓，每組地腳螺栓由標準樣板固定相對尺寸。在地下3層混凝土底板面投測軸線、標高。

第一節鋼柱就位時底板中心應對準定位線，用墊鐵調整鋼柱標高。用兩臺經緯儀在兩個正交方向校正鋼柱垂直度。考慮上部樓層平面幾何形狀，在地下3層地面確定4個激光點，并在以上各層樓板相應位置預留150mm ×150mm孔洞作平面軸線控制的激光投遞。高程用鋼尺垂直向上量距傳遞。

第二節鋼柱、梁安裝校正垂直度后，在投遞的激光控制點上架設全站儀分片或整體觀測柱頂軸線偏差，偏差值決定鋼柱焊接順序與方向。整個吊裝結構層柱梁全部焊接完成后作軸線偏差復測，檢驗焊接時垂直度的影響。焊接后的柱頂軸線偏差又作為上節鋼柱垂直度校正的依據，依次循環直到最后節。

對于斜立柱部分的安裝校正，首先是將整個大樓設一平面獨立坐標系，用全站儀觀測柱頂邊角坐標，與設計理論坐標比較，兩者的差數即為軸線偏差值。通過校正來調整偏差值的大小。

4.2 特厚鋼板柱連接

本工程采用焊接和高強度螺栓連接，外圍結構由18根鋼柱、跨9個結構層斜撐及鋼框架梁構成，鋼柱均為厚板與超厚板，箱形截面，其中C2、C4柱鋼板厚達105-130mm，連接節點設計，有抗震設計和非抗震設計之分，本工程按抗震設計，須進行節點連接的承載力驗算，采用等強度設計法進行計算，翼緣和腹板采用摩擦型高強度螺栓連接。

4.3 特厚鋼板箱形柱施焊

該工程特厚板箱形柱的焊接，采用自根部深熔、縫中填充、面層焊縫全斷面CO2氣體保護半自動焊接方式：由兩名工作習慣、運焊技法、焊接速度基本相同的熟練技工做對稱施焊，首尾相合，全部作業要求除收弧段采用收弧電流作右向回焊外基本采用左向焊法。

根部施焊時，一名技工自柱偏移方向的反方向先行作根部深熔，根部的深熔采用一層幾道的方法，層厚約等于6.5mm，道寬約等于6mm；施焊首道時，至少將始焊點移往面向直線段右方向柱角一直邊的100mm處，禁止在角部始焊；收弧處，也必須繞過左方向柱角向前延長至少100mm，禁止在角部熄弧。全部焊段盡可能保持連續施焊，避免多次熄弧起弧。穿越安裝連接板處時必須盡。可能將接頭送過連接板中心至少30mm。作業要點如下：

同一層道焊縫出現一次或數次停頓需續焊時，始焊接頭須在原熄弧處后至少15mm處燃弧，禁止在原熄弧處直接燃弧。

熄弧時，應待保護氣體完全停止供給，焊縫完全冷凝后方能移走焊槍。禁止電弧剛停止燃燒即移走焊槍，使紅熱熔池暴露在大氣中失去CO2氣體保護。

第一層第一道，焊絲均勻保持20-25°的向下傾角，運焊采用劃斜圓圈手法，斜圓指向襯板時稍加停頓，注意充分熔合直邊母材和襯板的夾角部分。

第一層第二道是根部焊接相當重要的焊接部位。施焊時，焊絲與坡口直邊側僅能保持平行。電弧直接作用在首層首道的上部1/3處襯板未熔化部分和坡邊角部，運焊仍采用劃斜圓圈手法。

幾層與除面層的各層首道。隨坡口深度的減少，焊絲與直邊的夾角逐漸從約等于20-25°改變成約等于40°，運焊手法仍采用劃斜圓圈的方法

二層與除面層的各層堆壘道、焊絲與焊肉層面相對方向保持約90°± 5°，與運焊方向保持約等于65°夾角。運焊時，電弧熔焊至少要將上道焊縫的凸點處熔融，使冷凝后的焊道下沿均勻迭壓在上道焊縫的凸點部，電弧在熔池后斜上部作向后推動動作。

二層與以后各填充層的最末一道，隨坡口深度的減少焊絲與前層焊縫的夾角逐漸從約等于90°-100°加大向下傾角，但焊絲與運焊方向須始終保持約90°。電弧始終保持劃斜長圓的方法使熔池形成長圓形。電弧始終兼顧上方坡邊的熔化和下方前道焊縫的拱部熔融，并保持均勻向前巨不脫環鏈。

參考文獻

[1] 李東.超高層鋼結構預埋螺栓施工技術[J].建筑技術，2005.8.

[2] 李和華.鋼結構連接節點設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1992.

作者簡介：廖祖榮（1980-），男，專科，助理工程師，從事，建筑施工管理工作。