建筑钢结构施工技术与工程应用分析

李小红LI Xiao-hong；刘博宇LIU Bo-yu

（湖南建工集团有限公司，长沙410000）

0 引言

近些年，我国一直致力于装配式建筑的探索，探索了包括混凝土、钢结构以及木结构等各种不同的结构形式，进一步推进建筑行业的转型升级。目前基于我国钢铁产量及钢铁加工技术水平的不断提升，钢结构建筑以其干作业施工、无固体废弃物、结构稳定性好等诸多优点逐渐被越来越多的工程项目所采用。然而，随着钢结构建筑的全面推广，施工面积持续增加，相应的也暴露了不少施工问题，制约了钢结构建筑的发展，对此有必要进一步加强建筑钢结构施工技术的探索，满足工程实际需求。

1 建筑钢结构发展概述

现代建筑行业发展中，装配式建筑具有绿色环保、节能低碳等优势，在业界获得了广泛认可。装配式建筑采用的是新型建造模式，预制部品部件在工厂生产、工地装配，目前主要有混凝土结构、钢结构）、木结构以及组合结构。在各种结构形式中，钢结构建筑具有自重轻、安装速度快、工作效率高等优势，现场装配产生的建筑垃圾较少，钢材也可实现回收利用，此外通过发展钢结构建筑，可实现“去库存”，缓解我国钢产能过剩的问题，钢结构建筑特点如表1 所示。

表1 钢结构建筑特点

据统计，2020 年，全国新开工装配式建筑共计6.3 亿m2，较2019 年增长50%，占新建建筑面积的比例约为20.5%，其中，装配式钢结构建筑1.9 亿m2，较2019 年增长46%，占新开工装配式建筑的比例为30.2%。为充分发挥钢结构建筑优势，必须对其施工过程中的实际情况进行深入的分析和探索，科学制定施工方案，确保整个施工活动的顺利开展，本文围绕建筑钢结构施工技术与工程应用展开了详细分析。

2 建筑钢结构施工技术方法

2.1 工艺流程

钢结构建筑基本施工工艺流程如下：①钢结构构件分段与设备场地规划；②钢结构工厂加工制作；③钢结构构件运输；④地脚螺栓、钢梁埋件预埋；⑤钢结构柱吊装与焊接；⑥钢结构梁吊装与临时固定；⑦钢构件高强螺栓连接与焊接；⑧钢筋桁架楼承板铺装；⑨钢筋桁架楼承板混凝土浇筑；⑩防腐防火涂料施工。

2.2 施工要点

2.2.1 钢结构柱吊装与焊接

钢柱起吊前，需清理钢柱表面污物，吊装前连接板、摩擦面产生的浮锈加以处理，同时在柱表面未涂漆部分贴好防护胶带并完成柱内杂物清理。

根据钢柱质量分布情况，进行吊装过程应力应变分析，计算吊点位置，确定钢柱翻身时采用单点吊、两点吊还是多点吊。确保翻身过程中钢柱不因自重原因产生变形。钢柱的吊耳通过吊索与塔式起重机的吊钩连接，采用单机旋转的方式吊装。吊装前应将钢柱水平放置于垫块上，钢柱脚处应垫木方块。吊装时，钢柱底端不宜在地面上拖曳，以免损坏焊接坡口。

钢柱起吊时，应边起钩、边转臂使钢柱垂直离地。吊装首节柱前，应先检查立柱底座定位轴间距、柱底标高、地脚螺栓安装位置，然后清洗螺纹并在柱底部设置临时标高垫块。将钢柱竖直吊起，直至柱底与下节钢柱对齐，临时固定。校正标高，平动、旋转上柱与下柱对正，再调整钢柱的垂直度，使误差满足规范要求后固定钢柱完成吊装（见图1）。

图1 钢柱吊点示意图

钢柱吊至就位上方200mm 后停机稳定，对准耳板后缓慢下落，检查钢柱四边中心线和下节柱十字轴线对准情况，并及时调整（调整时，需三人操作，一人移动钢柱、一人协助稳固、另一人检测），钢柱就位偏差在3mm 以下方可下落钢柱。

2.2.2 钢结构梁吊装与临时固定

钢梁依据钢柱定位，完成相应的钢柱安装后，及时进行钢梁的吊装与连接，形成框架。钢梁的起吊顺序由钢柱的起吊顺序控制，在保证钢梁的水平度和钢柱的垂直度基础上尽快组成框架，以便后续梁柱顺利安装。起吊前，钢梁应配备连接板并备好螺栓；吊装时，钢梁需按照施工图纸进行定位，并注意钢梁接入方向；钢梁就位后，先将钢梁两端的孔压紧、校正，再用普通螺栓紧固。普通螺栓不得少于螺栓节点总数的30%，且至少为2 个。钢梁连接所用工装螺栓不得使用高强螺栓代替。

3 工程应用案例

3.1 工程概况

本项目为某博物馆，总用地面积51000m2，总建筑面积84425m2，建筑高度37.65m。钢结构部分主要分为两大部分：屋顶钢结构及其他钢结构部分（见图2）。其中屋顶钢结构为本工程安装重点，屋顶钢结构为由平面桁架组成的空间屋架体系，呈钻石状，西面最宽75.6m，东面宽25.2m，长138.6m；最大的桁架高17m，最重单榀桁架重约152t，中间是报告厅，共有16 榀主桁架，桁架杆件截面主要为H 型钢；本工程屋面底下为混凝土建筑，建筑大厅门口为4 根矩形组合支撑柱，由中间的1100×45 的箱型柱与四个600×35 的箱型柱组合而成，管内灌注自密实混凝土。

图2 钢结构部分示意图

3.2 施工总体部署

3.2.1 施工区域的划分

为便于施工进度安排、协调沟通，主体钢结构施工区域划分与总包一致。

钢结构工程施工中以安装工序为主线，测量校正、焊接等要保持合理的节拍，形成流水作业。

3.2.2 吊装机具的选择

综合考虑工程体型特点、结构形式、构件的重量、作业半径、起吊高度等影响因素，经过认真分析，在钢结构安装过程中，主要采用已有内爬式塔吊进行施工作业，屋面桁架安装时，根据需要采用汽车吊进行卸车、地面小单元拼装作业。

3.3 施工技术要点

3.3.1 安装与测量控制

①安装构件根据现场塔吊的吊装能力进行分段，并设置临时连接耳板便于钢柱对接安装。②现场钢柱安装时在每根钢柱上选取四个观测点做上标记，利用这四个点进行坐标控制，使钢柱上四个观测点坐标值与标识相对应，减小钢柱安装时的误差及便于控制垂直度。③现场使用高精度全站仪进行测量控制。控制测量误差，现场使用OS-602D 型全站仪进行观测，施工高精度的全站仪配合空间三维坐标测量技术与传统的水准仪和经纬仪现场观测相比，能确保钢柱、钢梁及桁架的安装精度达到预控目标。

3.3.2 现场主控点布置

控制点位设置在结构复杂、拘束度大的部位，要求网形与建筑物保持平行，闭合且分布均匀。基准点之间相互通视，且所处的位置不易沉降、变形，以便长期保存。在项目周围地面及相邻建筑屋顶设立6 个控制点，将这6 个点相连并建立闭合的主控制网，按照现场安装坐标系进行转换。

3.3.3 钢构件的测量校正

①预埋锚栓的检查：吊装前，严格依照规范对所有的预埋锚栓平面位置、标高进行检查。②钢柱垂直度控制：主要分四步进行控制，包括：初校后初拧、终拧前复校、焊接期间跟踪监测、焊接后测量。在初拧前，使用长水平尺对垂直度进行粗略控制，直至形成框架后精确校正；注意考虑偏差预留的问题，焊接后复测，与终拧时测量成果对比，由此作为上节钢柱校正依据。③标高调整：首节钢柱标高依赖基础埋件标高的准确性，因此在安装前必须对柱底的标高进行严格测量，基础搁置标高控制设置在锚栓上，提前用钢板调整到高度。在安装上节钢柱时，使用水准仪对柱顶的标高加以负责，确认无误后将揽风绳拴好，然后吊车落钩。④在复测柱顶标高前，需柱体的两侧挂上磁力线垂，以此初步确定柱体的垂直度，然后测量标高，主要利用柱底上1m 处的标高线标记加以校核。⑤钢柱安装的轴线位控制：以一节柱为单元开展调整工作，每节柱在安装前将原始的控制点投射至安装楼面，并放线（样）确定各柱借线测量点作为各柱校正基准。在每节柱安装前（即是前一节柱安装、焊接后需作轴位偏差的测量）复核前一节柱安装轴位的偏差情况，并在安装后一节柱时及时加以调整。

3.4 工程重点、难点及解决措施

3.4.1 重点、难点剖析（表2）

表2 重点、难点剖析

3.4.2 重点、难点解决措施（表3）

表3 重点、难点解决措施

4 结语

综上所述，钢结构建筑实现了快速推广，而基于工程实践规模的扩大，相关施工技术不断升级优化，钢结构施工体系逐渐走向成熟。钢结构建筑在工厂内生产预制构件并通过吊装手段实现了机械工业化，实际施工过程中必须根据工程情况制订合理、完善的施工方案，严格把握好吊装及焊接等关键环节，保证钢结构建筑高效优质完工，从而实现项目预期的质量及效益目标。