超高层建筑外框架钢结构安装工艺研究

杨金雨 （厦门新长诚钢构工程有限公司，福建 厦门 361000）

在现代城市建筑中，超高层建筑的建设越来越多，其中绝大部分超高层建筑采用“外框内筒”的混合结构，而钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构正是其中的典型，该结构体系的外框架钢结构主要分别承受横和竖向力的荷载，侧向力的荷载则主要由内筒框架承担。外围的钢框架在自身平面内一般为刚接框架，有时从经济性和易施工性考虑也可为较接，但柱子必须是贯通的，本文将着重介绍此结构体系外框架钢结构的安装工艺。

1 钢结构安装工艺的特点

钢材本身具有坚固耐用的特性，在钢结构施工过程当中，它的特点主要表现在结构复杂而且体量大，钢材是一体成型的，它不同于混凝土浇筑，可以在施工现场直接成型，这样的特点给安装提出了更严的要求，尤其是在超高层建筑外框架钢结构安装上，一定要采取合适的安装工艺才能满足设计的相关标准和要求。由于钢材的特性，它受温度的影响比较大，随着温差的改变，钢材的整体密度也会随之改变，故钢结构施工对安装的精度要求比较高，相应的要有符合结构特点的施工方法，同时影响安装精度的还有其他许多因素，如测量的准确性，特别是高空测量，误差的大小影响着钢结构施工的精度。焊接的影响同样不可小视，超高层建筑外框架钢结构的钢柱和钢梁连接往往采用栓焊连接方式，在焊接过程中，如果焊接技术不过关，或者说焊接不专业，就会直接导致接头连接的质量不过关，甚至会影响钢梁结构变形的发生。就钢结构施工本身而言，工程施工的作业程序多、质量要求高，需要协调的不确定性因素较多，既有客观因素，也有人为因素。因此，以上特点都要求高度重视安装工艺的制定和实施，才能圆满完成超高层建筑的建设任务。如图1所示，展示了超高建筑外框架钢结构的整体效果图。

图1 超高层建筑外框架钢结构整体效果图

2 超高层建筑外框架钢结构安装主要问题

2.1 测量问题

超高层建筑的平面和高程控制网垂直传递距离长，测站转换多，易形成测量累积误差，当测量累积误差大时会影响建筑功能的正常发挥，测量的精度也受测量仪器精度、测量人员技术水平、建筑特征和施工环境的综合影响，作业过程中都应严格管控。

2.2 锚栓问题

柱脚锚栓的预埋质量将直接影响整个钢结构工程的施工质量，因此，应先严格按照设计轴线及标高进行施工定位，浇筑混凝土前，应再次复核确认锚栓位置的正确性，并在螺纹上涂上黄油和包上油纸，外面套上钢管，以防止在浇筑混凝土过程中损伤锚栓。

2.3 螺栓问题

高强度螺栓施工工序多，质量要求较高，作业前应保证摩擦面和螺栓不得有水及其他污染，摩擦面处的毛刺、飞边、氧化铁皮等都应用电动角磨机刷除，安装过程中也应严格按照初拧、终拧工序来做，保证安装质量，否则将造成接头松动，影响可靠性。

2.4 焊接问题

超高层钢结构建筑中一般采用厚板材料，构件和节点设计比较复杂，甚至经常出现构造复杂的格构组合异形截面，因此对焊接工艺提出了一系列挑战，如无法有效管控作业过程，可能发生以下焊接问题：①厚板焊后冷裂纹倾向大；②焊后母材易发生层状撕裂；③构件构造复杂，焊接难度大。

3 超高层建筑外框架钢结构安装工艺

超高层建筑外框架钢结构安装工艺要考虑各种因素，根据现场实际情况，详细的分析和研究建筑工程的结构特点，考虑各种不利因素，如技术的原因、工程造价的限制以及周围环境的影响等，都是施工时所要考虑的问题。具体的超高层建筑外框架钢结构安装工艺有以下几个方面。

3.1 测量

超高层的测量主要有两个特点，一是技术难度大，精度要求高；二是影响因素多。目前国内外通用的测量方法一般都是采用GPS定位技术，相比传统的测量技术，它的优势在于观测点之间不要求相互通视，并且测量网图形结构比较简单灵活，测点选择工作更加简单，极大地突破了传统测量技术的局限性，从而保证超高层建筑外框架钢结构的测量数据更加精准。

3.2 钢柱吊装

钢柱吊装主要有四步，一是复核钢柱的轴线间距、基面标高、地脚螺栓的位置等信息，调整锚栓杆下螺帽位置，并备好垫铁块；二是吊装钢柱之前，在钢柱上安装登高梯并加以固定，然后缓慢吊起钢柱，至钢柱处于垂直状态后缓慢下落，使锚栓孔对准锚栓杆，并确保钢柱轴线对准十字线，再继续下落到设计标高位置上；三是通过缆风绳上的倒链对钢柱垂直度进行调节，钢柱校正完毕后拧紧锚栓，收紧缆风绳；四是将柱脚垫铁块与柱底板点焊固定，然后移交下道工序施工。

3.3 钢梁吊装

钢梁吊装主要有四步，一是吊装前的检查，对钢梁定位轴线、标高、长度、截面尺寸、螺栓孔数量及大小等进行全面复核后才能开始吊装；二是当钢梁到达安装位置时，要利用钢梁两端的溜绳，将其慢慢对准钢柱的牛腿腹板，穿入冲钉与安装螺栓进行临时固定，同时将梁两端打紧校正，确保每个节点上安装的螺栓不少于安装总数孔的1∕3；三是调节梁两端的焊接坡口间隙，达到设计和规范规定后，拧紧安装螺栓，并将安全绳连通到两边的钢柱上；四是钢梁安装后与钢柱形成稳定的空间单元时，同时对钢柱与钢梁的安装精度进行复核，复核合格后，终拧各节点上的安装螺栓。

3.4 螺栓安装

当钢柱、钢梁“吊装就位”形成稳定结构单元后，才能开始安装高强螺栓，螺栓穿入方向以施工方便为准，每个节点应整齐一致。高强螺栓的紧固必须分两次进行，第一次为初拧，初拧紧固到螺栓标准轴力（即设计预拉力）的60%～80%，第二次为终拧，扭剪型高强度螺栓终拧以梅花卡头拧掉为准，不准遗漏。初拧完毕的螺栓，应做好标记以供确认，为防止漏拧，当天安装的螺栓应当天完成终拧，初拧和终拧时都应从螺栓群的中间向四周对称扩散。

3.5 焊接

在超高层建筑外框架钢结构中，现场焊接的节点一般都是厚板材料(25mm～100mm，甚至更大)，而厚板焊接存在较多的不确定因素，对焊接技术也提出了更高的要求。一是要做好焊接节点的焊前准备工作，做好防风防雨措施，做好焊接保温和加热准备；二是控制焊接温度，较大焊缝的焊接极易造成较大的焊接变形和焊接应力，因此，必须严格按照焊接工艺评定的焊接顺序和方法进行焊接作业，其中焊前预热、焊接过程层间温度控制、焊缝后热与保温是保证焊接质量的关键，为保证温度控制的精度，一般采用电脑控制的电加热系统；三是焊接方法的选择，焊缝应采取薄层、多道的方式进行焊接，每层、每道焊缝的焊道接头错开50mm，避免焊缝缺陷集中。

4 结语

在超高层建筑施工中，钢结构安装是常见的施工方式，它在便捷性与安全性方面都有不错的表现，同时也要秉承钢结构的特点并在施工难点上下功夫，如钢结构的结构类型复杂化、构件异型化等都是对安装工艺的一种考验。超高层建筑外框架钢结构安装一般采用钢结构测量、钢构件吊装、高强螺栓安装和现场焊接等安装工艺。因此，在施工过程当中要重点关注这些安装工艺存在的疑难问题，对这些疑难问题进行提前判断和预防，这对工程的整体进展肯定是一种有力的保障，同时也消除了超高层建筑外框架钢结构施工过程中存在的安全隐患。本文是对超高层建筑外框架钢结构安装工艺的一些经验总结，希望能够借此抛砖引玉，激发钢结构的同行们思考，提高超高层建筑外框架钢结构安装的工艺水平，使得超高层建筑外框架钢结构的安装更加安全与可靠，质量也能得到更好的保证。