高層建筑鋼框架結(jié)構(gòu)施工吊裝與連接技術(shù)研究

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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(zhǎng)41.16m。外框?yàn)橄湫武撝蚣芰簽镠型鋼，結(jié)構(gòu)還采用了懸挑的巨大的對(duì)角斜支撐結(jié)構(gòu)體系，斜支撐采用寬翼緣H型鋼。結(jié)構(gòu)體系所受的水平力主要由鋼筋混凝土核心筒及斜撐承擔(dān)。核心筒各層樓板均為鋼筋混凝上現(xiàn)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(fù)合樓板。三層裙房承重體系為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓蓋為鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，屋頂為鋼結(jié)構(gòu)支承的玻璃頂。

　　2、工程難度特點(diǎn)

　　結(jié)構(gòu)的大截面鋼斜撐是主要受力構(gòu)件，承受上部分9層結(jié)構(gòu)的豎向力及整個(gè)建筑的水平力。斜撐跨越9個(gè)結(jié)構(gòu)層，每根斜撐長(zhǎng)約58.1m，其高空吊裝、定位、測(cè)量校正是本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝的最大難題。鋼杜壁厚130mm，130mm厚鋼板全熔透現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊接在當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中比較罕見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)施焊困難，焊接質(zhì)量控制難度較大。這是本工程鋼結(jié)構(gòu)施工的又一個(gè)難題。C4鋼柱位于建筑邊角部位，且此構(gòu)件重量最大，給塔吊的選型、布置，結(jié)構(gòu)層分段施工及鋼柱、鋼斜撐的分節(jié)吊裝造成困難。

　　3、鋼框架結(jié)構(gòu)吊裝施工

　　3.1 塔吊的計(jì)算與平面布置

　　本工程在塔樓的芯筒中央布設(shè)一臺(tái)M440D內(nèi)爬式塔吊，塔吊最大起重量32t，最大臂長(zhǎng)55m。主體結(jié)構(gòu)外側(cè)布置一臺(tái)500HC-S吊車，施工現(xiàn)場(chǎng)的臨建、構(gòu)件拼裝場(chǎng)地、堆場(chǎng)、輔助建筑、工具房和機(jī)房的布設(shè)均需根據(jù)這兩臺(tái)塔吊的起重量布設(shè)。

　　兩臺(tái)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(nèi)爬安裝凈高，n為標(biāo)準(zhǔn)層數(shù)，H1為標(biāo)準(zhǔn)層高度。

　　3.2 鋼結(jié)構(gòu)的吊裝

　　地下室鋼結(jié)構(gòu)吊裝。地下室鋼結(jié)構(gòu)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(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制，開設(shè)坡道至地下室的難度較大，而且如果汽車吊開至地下室進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝，與土建施工相互影響較大，施工進(jìn)度難以提高。因此，考慮在地下室底板施工初期就安裝一臺(tái)500HC-S外爬塔吊，既可以完成地下、地上所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝，又可以進(jìn)行M440D內(nèi)爬塔吊的安裝，有利于加快總體施工進(jìn)度。

　　地上部分鋼結(jié)構(gòu)吊裝。鋼柱和鋼斜撐均采取分節(jié)吊裝時(shí)主要考慮的因素是：以滿足M440D塔吊的起重能力和構(gòu)件的運(yùn)輸能力為前提；盡可能地減少節(jié)點(diǎn)數(shù)；盡可能地保證鋼柱節(jié)點(diǎn)數(shù)。鋼柱的節(jié)點(diǎn)設(shè)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(jìn)度，對(duì)于較輕的鋼梁宜采取一機(jī)多吊的方法，對(duì)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(wěn)定性。

　　型鋼斜撐的吊裝是該工程中型鋼斜撐的吊裝是難點(diǎn)，由于型鋼斜撐的長(zhǎng)度達(dá)38m，整根吊裝的難度較大，所以采取分節(jié)吊裝，為了保證型鋼斜撐的整體剛度和安裝的穩(wěn)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(shí)支撐作用。

　　每根懸挑鋼斜撐分為三節(jié)吊裝，每節(jié)分別與鋼梁在地面組裝后整體吊裝。鏈4、5用來(lái)調(diào)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(shí)連接，不宜承受重載，所以采用鏈1、2、3來(lái)加強(qiáng)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(guò)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(shù)

　　4.1 測(cè)量校正

　　根據(jù)地面控制點(diǎn)，在建筑物外圍作平面軸線、標(biāo)高控制網(wǎng)。將地面控制點(diǎn)投測(cè)到地下3層混凝土墊層，埋設(shè)地腳螺栓，每組地腳螺栓由標(biāo)準(zhǔn)樣板固定相對(duì)尺寸。在地下3層混凝土底板面投測(cè)軸線、標(biāo)高。

　　第一節(jié)鋼柱就位時(shí)底板中心應(yīng)對(duì)準(zhǔn)定位線，用墊鐵調(diào)整鋼柱標(biāo)高。用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在兩個(gè)正交方向校正鋼柱垂直度?？紤]上部樓層平面幾何形狀，在地下3層地面確定4個(gè)激光點(diǎn)，并在以上各層樓板相應(yīng)位置預(yù)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(jié)鋼柱、梁安裝校正垂直度后，在投遞的激光控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀分片或整體觀測(cè)柱頂軸線偏差，偏差值決定鋼柱焊接順序與方向。整個(gè)吊裝結(jié)構(gòu)層柱梁全部焊接完成后作軸線偏差復(fù)測(cè)，檢驗(yàn)焊接時(shí)垂直度的影響。焊接后的柱頂軸線偏差又作為上節(jié)鋼柱垂直度校正的依據(jù)，依次循環(huán)直到最后節(jié)。

　　對(duì)于斜立柱部分的安裝校正，首先是將整個(gè)大樓設(shè)一平面獨(dú)立坐標(biāo)系，用全站儀觀測(cè)柱頂邊角坐標(biāo)，與設(shè)計(jì)理論坐標(biāo)比較，兩者的差數(shù)即為軸線偏差值。通過(guò)校正來(lái)調(diào)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(qiáng)度螺栓連接，外圍結(jié)構(gòu)由18根鋼柱、跨9個(gè)結(jié)構(gòu)層斜撐及鋼框架梁構(gòu)成，鋼柱均為厚板與超厚板，箱形截面，其中C2、C4柱鋼板厚達(dá)105-130mm，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，有抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)之分，本工程按抗震設(shè)計(jì)，須進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接的承載力驗(yàn)算，采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算，翼緣和腹板采用摩擦型高強(qiáng)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(hù)半自動(dòng)焊接方式：由兩名工作習(xí)慣、運(yùn)焊技法、焊接速度基本相同的熟練技工做對(duì)稱施焊，首尾相合，全部作業(yè)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(shí)，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(shí)，至少將始焊點(diǎn)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(guò)左方向柱角向前延長(zhǎng)至少100mm，禁止在角部熄弧。全部焊段盡可能保持連續(xù)施焊，避免多次熄弧起弧。穿越安裝連接板處時(shí)必須盡?？赡軐⒔宇^送過(guò)連接板中心至少30mm。作業(yè)要點(diǎn)如下：

　　同一層道焊縫出現(xiàn)一次或數(shù)次停頓需續(xù)焊時(shí)，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(shí)，應(yīng)待保護(hù)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(hù)。

　　第一層第一道，焊絲均勻保持20-25°的向下傾角，運(yùn)焊采用劃斜圓圈手法，斜圓指向襯板時(shí)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(dāng)重要的焊接部位。施焊時(shí)，焊絲與坡口直邊側(cè)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(yùn)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(yùn)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(duì)方向保持約90°±5°，與運(yùn)焊方向保持約等于65°夾角。運(yùn)焊時(shí)，電弧熔焊至少要將上道焊縫的凸點(diǎn)處熔融，使冷凝后的焊道下沿均勻迭壓在上道焊縫的凸點(diǎn)部，電弧在熔池后斜上部作向后推動(dòng)動(dòng)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(yùn)焊方向須始終保持約90°。電弧始終保持劃斜長(zhǎng)圓的方法使熔池形成長(zhǎng)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(huán)鏈。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]李東.超高層鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋螺栓施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2005.8.

　　[2]李和華.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.