超高層建筑工程中鋼結構安裝與連接施工技術

馬學義

（臨夏州盛河城投工程管理咨詢有限責任公司，甘肅 臨夏）

鋼結構具有強度高、自重輕、抗震性能好等特性，在高層和超高層建筑中被廣泛應用。在鋼結構施工中，鋼構件的制作、安裝和連接是施工單位需要重點把控的三個關鍵點。安裝方面，對于不同位置、不同類型的鋼構件，安裝方法存在明顯差異，需要施工人員熟練掌握各類鋼構件的安裝技術。對于鋼構件相接部位，可采取焊接方式或者是高強螺栓進行連接。其中，鋼構件焊接的要求更高、技術更加復雜，除了做好焊前檢查與預熱外，焊接過程中的焊接速度的控制，焊接完成后的保溫措施等，也是需要重點關注的技術要點。

1 工程概況

某公寓樓建筑總高度178.4 m，建筑總面積126 780.2 m2，共有43 層，其中地下3 層，地上40 層，標準層高4.2 m。該建筑有內部混凝土核心筒和外部鋼框架組成，建筑工程等級為特級，設計使用年限50 年，建筑抗震設防烈度為8 度。本工程鋼結構部分共計使用各類鋼材1.25×104t，核心筒鋼結構由18 根H 型鋼柱構成，外側框架柱由20 根圓管柱和10 根箱型柱構成。本工程鋼結構部分具有構件截面大、節點種類多、焊接工程量大、作業空間狹小等特點，對鋼結構的安裝與連接施工提出了較高要求。

2 鋼結構安裝工藝

2.1 錨栓與預埋件的安裝

本工程中錨栓多為成組設置，對布置精度要求較高，埋設方法上選用“支架法”埋設。在錨栓埋設前，安裝人員要依據施工圖紙做好放線定位，確定軸線、標高，并且經復核無誤后方可安裝。錨栓安裝完畢后，采取必要的保護措施，用油紙包裹錨栓后再套上塑料管，在后期澆筑混凝土時撤去塑料套管。

鋼梁預埋件由錨筋、錨板焊接而成，錨筋為HRB335 級鋼筋，鋼板為Q345B 鋼，埋設在內筒剪力墻上，起到連接內筒與外框鋼梁的作用，預埋件連接節點如圖1 所示。

圖1 埋件連接節點示意圖

鋼梁預埋件的安裝方法為：現場安裝人員使用全站儀、鋼尺對預埋件進行定位，標記處埋件位置后開始安裝。將埋件放入指定位置并固定后，清理表面灰塵、油垢，再次核對埋件的標高、軸線，復測無誤后將埋件與鋼筋連接[1]。

2.2 核心筒鋼柱的安裝

核心筒部分共有18 根H 型鋼柱，其中最大的尺寸為H1 000×600×50×30。安裝方式上，采用塔吊安裝，最大起重量13 t，回轉半徑60 m，可以滿足核心筒鋼柱的吊裝需要。安裝流程如下：

（1）現場安裝人員仔細檢查鋼絲繩、卡環等吊裝工具是否滿足施工要求，并檢查纜風繩、防墜器、臨時支撐件等是否布置到位。

（2）經檢查無誤后，對鋼柱連接處的坡口進行清潔處理，保證坡口光滑平整、無污垢。如果有毛刺的需要打磨，為下一步的焊接創造良好條件。

（3）考慮到核心筒為獨立設置，在后續的其他構件安裝時可能會對其穩定性造成影響，因此在鋼柱吊裝后還要在頂部設置臨時水平支撐，在后期混凝土澆筑完畢后即可拆除。

2.3 外框鋼柱與鋼梁的安裝

外框鋼柱由20 根圓管柱和10 根箱型柱構成。其中，圓管柱截面有φ1 200×40 mm 和φ900×20 mm兩種規格，箱型柱截面有1 200 mm×800 mm×30 mm 和1 000 mm×800 mm×30 mm 兩種規格。采用分區安裝方法，將外框鋼柱部分分成4 個區域，首先吊裝第一區域內的鋼柱，然后安裝主框架梁，鋼柱與梁焊接固定后，可以得到一個穩定體系，并吊裝第一區域內次梁，完成第一區域外框鋼柱與鋼梁的施工[2]。按照相同的順序，依次完成第二、三、四區域外框鋼柱與鋼梁的安裝。在整體施工完成后，進行檢查校正，保證標高、垂直度等均符合施工標準。

2.4 幕墻鋼結構的安裝

本工程10 層以上采用瀑布幕墻。幕墻鋼結構中的鋼板梁采用鑲嵌式安裝，用垂直運輸的方式，首先在地面完成鋼板梁的現場拼接，然后由塔吊從地面提升至一定高度后放置到指定位置。幕墻鋼結構的安裝流程如下：現場安裝鋼板梁托架平臺和卷揚機提升架，將鋼板梁放置在托架上，利用上層平臺的卷揚機吊升鋼板梁。采用雙點吊方式，勻速將鋼板梁從地面吊起，按照先垂直、后平轉的順序，將鋼板梁移動到指定位置后，由塔吊操作手和現場施工人員配合完成鋼板梁的高精度安裝。現場使用的提升系統如圖2所示。

圖2 提升系統示意圖

幕墻鋼結構吊裝時，采取以下控制措施：

（1）標高控制。以塔樓各層的標高控制線為基準，使用水準儀控制每個節點的標高，要求實際安裝高度與標高之間的誤差控制在10 mm 以內[3]。

（2）吊桿傾斜度和垂直度控制。這兩項指標主要影響鋼板梁的吊裝精度。采用雙點起吊的情況下，要求吊桿傾斜度控制在1%以內，鋼板梁吊升到指定位置后，現場安裝人員需要仔細核對軸線是否對準，鋼板梁與吊桿的銷軸是否固定牢固，經檢查無誤后方可松開吊索，繼續下一步的吊裝作業。

3 鋼結構連接施工技術

3.1 鋼結構焊接特點與難點

本工程鋼結構連接形式以焊接為主，焊接施工具有以下特點：其一是鋼板多為中厚板，平均厚度為40 mm，焊接過程中需要加強技術控制，否則容易出現鋼板變形、層狀撕裂等問題；其二是需要高空、臨邊作業，存在一定的安全隱患，對安全防護工作提出了較高要求；其三是焊接方式多樣，有平焊、橫焊、斜立焊等多種焊縫，對施焊人員的專業水平有嚴格要求。

3.2 鋼結構焊接準備工作

焊接準備階段的工作內容有：

（1）焊接設備的選型與檢驗。根據焊接部位的不同，現場主要使用3 種焊接設備。第一種是用于圓鋼管柱、H 型鋼柱等柱間對接焊接，以及框架主梁與鋼珠節點焊接的二氧化碳焊機；第二種是用于預埋件焊接、桁架桿件焊接的交流弧焊機；第三種是用于栓釘補焊的栓釘焊機。除此之外，還要碳弧氣刨搶、空壓機、焊條烘箱等焊接施工的配套設備。現場施工人員需要對照設備清單，仔細核對各項設備的型號、規格、數量等是否符合要求。

（2）焊接工藝的確定。本工程中鋼結構部分所用材料以Q235 鋼和Q345 鋼為主，焊接方式有手工電弧焊（SMAW）、二氧化碳氣體保護焊（GMAW）兩種方式，焊材直徑、焊接位置等具體要求見表1。

表1 焊接方法及焊接參數

本工程中鋼結構焊接主要涉及4 類接頭焊縫形式，分別是橫焊接頭、平焊接頭、立焊接頭和仰焊接頭。其中，平焊接頭數量最多，這里以平焊為例，焊縫形式如圖3 所示。

圖3 平焊示意圖

為保證焊接質量，施工準備階段需要對焊接工藝參數作出明確規定，主要參數包括焊接方法、焊絲直徑、保護氣體類型和流量，以及焊接電流、電壓與焊接速度等[4]。以平焊為例，不同位置的焊接參數要求如表2 所示。

表2 平焊焊接參數

3.3 焊接技術要點

施焊人員檢查焊材、清理坡口，要求引弧板、墊板的材質與焊接木材保持一致。判斷焊接環境，風速、濕度是否適宜焊接作業，室外高空作業是否有相應防風措施，作業平臺下方是否鋪設防火布等。對于箱型柱或圓形柱，應當安排2 名焊工分別在對稱面同時焊接，并且每道焊縫之間的最小距離不得低于50 mm；對于H 型鋼，則按照從下往上的順序，下翼緣焊接完畢后再進行上翼緣的焊接，并且H 型鋼的兩端錯開焊接，可以防止焊接收縮應力太大而出現鋼材變形的問題。本次鋼結構焊接施工中，重點加強以下技術要點的管理：

（1）焊前預熱。對于厚度超過20 mm 的鋼板，在低溫環境（0 ℃以下）施焊時需要采取預熱措施；對于厚度不足15 mm 的鋼板，在氣溫低于-5 ℃時采取預熱措施。以坡口為界，向兩側劃出100 mm 作為預熱范圍。預熱方式為火焰加熱，預熱溫度控制在120～140 ℃。為保證預熱效果，可在預熱時利用紅外測溫儀密切觀測坡口附近的溫度變化情況。不同鋼材、不同板厚的預熱溫度見表3。

表3 焊前預熱溫度參考（單位：℃）

（2）焊后保溫。在鋼材焊接完畢后需要采取適當的保溫處理，其目的是降低殘余應力帶來的破壞影響，同時預防延遲裂紋的產生。本工程中采取石棉保溫方式，要求石棉布的寬度超出預熱坡口邊界至少300 mm。保溫溫度控制在200 ℃左右，保溫時間不低于120 min。

4 結論

在高層及超高層建筑的施工中，鋼結構的安裝與連接是決定建筑整體質量的關鍵內容之一。施工單位必須要樹立精細化的管理理念，分別從錨栓、埋件、外框鋼柱、幕墻鋼結構等方面采取嚴格的質量管控措施，保證鋼結構安裝可靠。同時，對于需要焊接固定的鋼構件，也必須提前選好焊材與焊接設備，做好焊前預熱、焊中管理、焊后保溫等一系列工作，這樣才能最大程度上保證焊接強度，讓鋼結構的整體穩定性達到建筑工程的施工標準，充分發揮鋼結構的應用優勢。