超高层建筑钢结构施工技术的运用

高子强

摘 要：随着经济的快速发展，钢结构在超高层建筑工程施工中的应用日趋广泛，钢结构是以钢材为材料制成受力构件的结构，钢结构住宅以其多功能、成本低，自重轻，安装简便及环保节能等综合优势而受到各方重视。为此，本文主要对钢结构选型、结构布置设计及关键施工技术进行了分析与探究。

关键词：超高层建筑；钢结构；选型

1 钢结构选型与结构布置设计

钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占地面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点，此外，钢结构建筑还具有良好的空间感，可设计成大量开放型办公室围绕着空中花园、中央天井加上合理的电梯设计可达到最低的能源消耗。因此钢结构又是环保型和节能型建筑结构。

钢结构通常是框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构形式，其理论与技术大都成熟，亦有部分难题没有解决，或没有简单适用的设计方法，结构和选形式，方应考虑它们的特点，基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落，而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉力为主的悬索结构体系。

结构的布置要根据体系特征、荷载分布情况及性质等综合考虑。一般说要刚度均匀，力学模型清晰，尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础，柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力（风震）的作用线。否则应考虑结构的扭转，结构的抗侧应有多道防线。框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高，顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。

2 超高层建筑物钢结构施工的关键技术分析

1、施工准备工作

根据平面控制网线，在垫层上放出底板主控制线。板上放出该层平面控制轴线。待竖向钢筋绑扎完成后，在竖向钢筋上部标出标高控制点。根据图纸，放出轴线、墙、暗柱、集水坑和洞等位置线，对墙柱要放出轴线、结构边线和控制线，并用油漆明显标识，配筋技术人员应根据设计图，在钢筋绑扎之前，技术人员要对各级管理人员和工人进行技术规范交底和关键部位施工交底。钢筋进场的同时提交钢筋材质证明书并及时做复试和按规定见证取样，严格按规范要求进行。

2、螺栓预埋

预埋柱脚螺栓的位置必须非常准确，否则会导致钢柱安装上的困难，且对安装质量有较大的影响。因此预埋螺栓位置应给予严格控制，施工中应严格控制基础轴线和标高基准点，埋设后进行两次复测，第一次在埋设定位后测量，第二次在基础混凝土浇筑并代其坚固后进行复测，如果在复测过程中发现位移超出范围则必须进行重新埋设。其标高偏差控制在±5mm以内，定位轴线的偏差控制在±2mm以内。

3、钢柱吊装

钢柱是决定高层建筑层高和总高度的主要竖向构件，在加工制造中必须满足现行规范的标准。钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形，所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度，即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换，同时要求对每节钢柱应编号予以区别，正确安装就位。

4、钢梁吊装

钢梁在吊装前，应于柱子牛腿处检查标高和柱子间距，主梁吊装前，应在梁上装好扶手杆和扶手绳，待主梁吊装就位后，将扶手绳与钢柱系牢，以保证施工人员的安全。一般在钢梁上翼缘处开孔，作为吊点。吊点位置取决于钢梁的跨度。为加快吊装速度，对重量较小的次梁和其他小梁，多利用多头吊索一次吊装数根。有时将梁、柱在地面组装成排架进行整体吊装，减少了高空作业，保证了质量，并加快了吊装速度。

5、钢结构高强螺栓连接

（1）节点处理

高强度螺栓连接应在其结构架设调整完毕后，再对接合件进行矫正，消除接合件的变形、错位和错孔、板束接合摩擦面要贴紧后进行安装高强度螺栓。为了接合部板束间摩擦面贴紧，结合良好，先用临时变通螺栓和手动扳手紧固、达到贴紧为止。在每个节点上穿入临时螺栓的数量应由计算决定，一般不得少于高强度螺栓总数的1/3。最少不得少于二个临时螺栓。冲打穿入螺全的数量不宜多于临时螺栓总数的3%。不允许用高强度螺栓兼临时螺栓，以防止损伤螺纹，引起扭矩系数的变化。

（2）螺栓安装

高强度螺栓安装在节点全部处理好后进行，螺栓穿入方向要一致。一般应以施工便利为宜，对于箱形截面部件的接合部，全部从内向外插入螺栓，在外侧进行紧固。如操作不便，可将螺栓从反方向插入。对于大六角高强度螺栓连接副在安装时，根部的垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头，安装尾部的螺母垫圈则应与扭剪型高强度螺栓的螺母和垫圈安装相同。严禁强行穿入螺栓，如不能穿入时，螺孔应用绞刀进行修整，用绞孔修整前应对其四周的螺栓全部拧紧，使板叠密贴后再进行。修整时应防止铁屑落入叠缝中。绞孔完成后用砂轮除去螺栓孔周围的毛刺，同时扫清铁屑。

（3）螺栓紧固

高强度螺栓紧固时，应分初拧、终拧。对于大型节点可分为初拧、复拧和终拧。初拧是为了尽量缩小螺栓在紧固过程中由于钢板变形等的影响，采取缩小互相影响的措施。高强度螺栓紧固时，至少分二次紧固。第一次紧固称之为初拧。初拧轴力一般宜达到标准轴力的60%-80%，最低不应小于标准轴力的30%。复拧即对于大型节点高强度螺栓初拧完成后，在初拧的基础上，再重复紧固一次，复拧扭矩值等于初拧扭矩值。终拧是对高强度螺栓作最后的紧固。终拧的轴力值以标准轴力为目标，并应符合设计要求。考虑高强度螺栓的蠕变，终拧时预拉力的损失、根据试验，一般为设计预拉力的5%-10%。

6、钢结构焊接

钢结构的焊接焊缝分为工厂制作焊缝和现场安装焊缝两大类。设计要求分为I、Ⅱ、Ⅲ级，I级焊缝要求最高，Ⅲ级焊缝要求最低。Ⅲ级焊缝只需要进行外观检查，表面应无气孔、夹渣、弧坑裂纹等缺陷。I、Ⅱ级焊缝应进探伤检验，其检验方法按以下原则确定：①对工厂制作的焊缝，应按每条焊缝计算百分比，且探伤长度应不小于200 mm。②对现场安装焊缝，应按同一类型，同一施焊条件的焊缝条数计算百分比，探伤长度应不小于200 mm，且应不少于1条焊缝。Ⅰ级焊缝的探伤比例为100% ，Ⅱ级焊缝的探伤比例为20 %。

施工中钢柱之间的连接常采用坡口电焊连接。主梁与钢柱间的连接，一般上、下翼缘用坡口电焊连接，而腹板用高强螺栓连接。次梁与主梁的连接基本上是在腹板处用高强螺栓连接，少量再在上、下翼缘处用坡口电焊连接，柱与梁的焊接顺序，先焊接顶部柱、梁节点，再焊接底部柱、梁节点，最后焊接中间部分的柱、梁节点。

3 结束语

综上所述，随着社会经济的不断发展，钢结构工程已经成为现代城市建设中的一项重要建设项目，而城市功能发挥的好坏正取决于钢结构工程质量的好坏，在施工过程中必须严格按照每一道工序的规范要求，对各环节质量严格把关，防止各种质量通病的发生，确保整体工程施工质量达到合格水平，并努力实现创优目标。因此，我们必须加快研究，不断采用新技术、新工艺，改善工作条件，提高工作效率，逐步向机械化、智能化水平发展，为城市建设奉献力量。

参考文献

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