盛于洲

摘  要：高層鋼結構對施工技術和質量控制的要求高，測量定位、吊裝、焊接等技術都是專業性很強的重要環節，其操作精度的高低直接影響到工程質量的好壞。本文通過對某一高層鋼結構工程實例的分析、研究，探討高層鋼結構安裝施工過程的主要質量控制手段，以期對類似工程有所借鑒。
關鍵字：鋼結構  箱型柱  核心筒  焊接  吊裝

一、工程概況
某工程位于錢塘江北岸，地下二層，地上十三層，主體總高108米，建筑物總高度128米，裙房高度為19.62m。整個建筑為軸對稱八角形，主塔樓為同心圓形體，塔樓上小下大，主塔樓下部最大半徑為68m，主塔樓上部最大半徑為24m。
本工程鋼結構總噸位約1600噸，主要由以下部分組成：核心筒的勁性鋼結構、核心筒之外框架鋼結構箱型柱、拱形支撐筒、飛檐鋼結構、塔屋頂鋼結構、塔樓梯鋼結構等組成。標高75m以上結構由箱型柱、鋼梁、樓梯、管桁架等組成。鋼結構采用薄型光面材料，表面刷涂防火涂料，焊接工字型鋼梁，樓板采用壓型鋼板上澆混凝土的組合樓板。
二、工程施工特點及難點
本工程主體結構由下至上分為三個部分，三層以下部分為鋼筋混凝土核心筒－鋼筋混凝土框架結構，內設鋼骨柱，中部（三層～十層）為鋼筋混凝土核心筒－框架結構體系，上部（十層以上）采用空間拱形支撐網筒－鋼框柱組合結構。鋼結構框架主體部分從基礎承臺（標高-11.16m）開始由中心核心筒內部八根鋼骨柱和外圍十六根箱型柱構成。塔身半徑從四層的13.399m到十層10.781m逐漸縮小，九層以下的箱型柱在975mm長度范圍內突變傾斜，十層以上柱子傾斜度為82度。鋼柱主要有箱型鋼柱和H型鋼柱，箱型柱每二層一節鋼柱，每段長度控制在6m左右，現場焊接，焊縫等級為二級。主體框架外為鋼飛檐造型。
1、本工程為高層類型鋼框架結構，斜面變化較多，主體鋼結構柱有一定的傾斜角度，體型很不規則，從上到下的尺寸變化大，構件種類繁多，各構件的受力狀況均不同。
2、箱型柱與H型鋼焊接截面較大，且箱型柱層高較高，箱型柱的上下兩節柱之間對接焊縫要求為全熔透焊接，且各層梁與柱間的連接基本采用栓焊連接，故如何選擇合理的工藝順序，并采取有效的措施，減少焊接變形及焊接應力尤為重要。
3、塔身中心點因受核心筒施工的影響，在施工測量時不能直接使用，可能導致施工測量誤差增大。而由于本工程整體高度較高，由大至小呈不規則形狀，如控制不好容易出現扭曲現象，故施工測量時應精益求精，才能保證各構件準確就位。
4、本工程屬于高層鋼結構建筑，高層鋼結構建筑的垂直度控制至關重要。而在本工程中，軸對稱布置的16根箱型柱，環形布置，四邊形的鋼柱外徑和內徑之間存在一定的弧度差，很難準確定位，對上部垂直度的控制尤為重要。
5、施工條件差，本工程周邊有大面積水塘，作業條件有較大限制，且處于大江畔，風很大，對鋼構件吊裝、測量控制等都有很大影響。
三、鋼結構安裝措施
1、地腳螺栓的安裝
本工程預埋螺栓采用直埋法，地腳螺栓固定架自成體系，避免與模板、腳手架相連，以免施工中受到振動沖擊，造成螺栓變位，影響精度。在混凝土澆筑時，為避免振動，地腳螺栓埋入1/3后即對螺栓中心線進行復查。
基礎混凝土澆筑好后，在鋼結構構件進場準備吊裝前，對預埋螺栓進行全方位的復核，取得最后有效數據，以備對螺栓做必要的校正和在安裝過程中做調整。預埋螺栓復核主要檢查中心線的偏移、同一組螺栓距離、螺紋長度、支撐面的標高及水平度等，發現偏差，及時糾正。
2 測量控制
平面控制點測量：本工程塔身中心點因受核心筒施工的影響，在施工測量時不能直接使用。因此地面測量箱型柱定位線時采用環向循環測回法。根據已知的控制點找出兩個柱基的中心點，作為初始位置，從軸線1-2，2-3直至8-1循環測量一圈，最后一組數據如與第一次測量結果不閉合，則按照第一次測量的數據進行調整，把誤差等分到八個角點，并重新測量一次，如還不閉合，再一次調整測量，直到測量結果誤差控制在內角偏差小于6’’，柱距小于±1mm。
垂直方向引測：采用經緯儀矯正垂直度和全站儀復核軸線偏差相結合的雙軌控制方法測量鋼柱，設置鋼結構柱子的定位軸線的基準線，把測量的基準點設在建筑物控制軸線的延伸線上，在相垂直的兩邊線每邊引出兩條軸線的延長線，每一節柱子的定位軸線都由這兩條基線從地面引上來，作為上一節柱安裝時的基準線。并采用激光鉛直儀，對平面控制網根據已測設好的主軸線點向垂直方向引測。
往高空引柱的定位軸線前，必須在柱子和主梁的焊縫焊完，下層柱的柱頂位移和標高測量完成并作好記錄后，再把下一節柱的定位軸線引到高空，并在柱頂進行放線工作，校核內角和弦長。在安裝主梁時，受主梁安裝的影響，柱子頂位置就會變動，產生超出規定的位移偏差，因此安裝主梁時必須跟著校正柱子，保證柱頂的精確位置，以確保整體垂直度。
3 鋼結構吊裝
根據施工現場實際情況，本工程以自升式塔吊作為垂直運輸工具。塔吊中心距塔體中心點約20m，鋼構件主要分布在距本工程圓心點約18m范圍內，安裝塔身高度約140m，起重臂長60m，根據起重量和樓層布置狀況劃分吊裝單元，以樓層梁或臨時支撐作為施工階段外框筒結構徑向穩定構件，自下而上，柱、鋼支撐、鋼梁和鋼樓梯同步施吊。按照設計圖紙中構件的平面布置，構件種類，選擇構件安裝的起點，從建筑物的中心順次向外擴展安裝，每一邊又是從中間向兩邊對稱安裝。
3.1鋼柱安裝
鋼柱吊點設置在預先焊好的吊耳連接件處，采用專用吊具裝卡，防止吊耳起吊時變形，鋼柱的起吊方法，采用單機回轉法起吊，同時鋼柱上綁上爬梯以便人員上下。
鋼柱標高調整：首層鋼柱標高調整利用四個調整螺母進行標高調整。依靠調整螺母并用大鋼楔做輔助，采用兩臺經緯儀監測。標準層鋼柱標高調整則以安裝在吊裝柱上的雙夾板平衡插入基礎柱對應的安裝耳板上，穿好連接螺栓臨時固定，校正后進行焊接，翼緣采取全熔透的對接焊縫，腹板采用雙坡口對接焊縫。
鋼柱垂直度調整：垂直度變化利用用經緯儀對鋼柱及鋼梁的安裝跟蹤觀測，保證垂直偏差受控。為防止鋼柱向內變形，外柱無法借助外力進行焊后校正，在校正時最外側鋼柱向外側預留5mm，以抵消焊縫收縮的影響。
3.2 鋼梁吊裝
吊裝固定鋼梁時，同樣采用經緯儀進行測量監控，保證梁水平度調整和已校正單元框架整體安裝精度。鋼梁吊升到位后，注意鋼梁的起拱，正、反方向和鋼柱上連接板的軸線。較長梁的安裝，用沖釘將梁兩端孔打緊、逼正，然后，再用普通螺栓擰緊。安裝多層柱節時，應首先固定頂層梁，再固定下層梁，最后固定中層梁。
3.3 斜撐安裝
為確保鋼框架的整體性，在單個構件柱、主梁、次梁校正完畢后進行永久固定之前，先將構件間的斜撐或隅撐安裝好，以增強鋼框架的剛度，不受其它區域結構安裝或塔吊晃動的影響。
3.4樓梯和其他構件安裝
根據現場情況穿插安裝，十層以上的空間拱形支撐網筒在地面拼裝成安裝塊后，分塊吊裝，高空組焊。地面拼裝在胎架上進行，從而保證現場拼裝精度。塔頂特鋼結構分成兩部分進行吊裝。
4焊接控制
本工程材質均采用Q235B、Q345B。鋼柱連接采用坡口全熔透或坡口半熔透焊接，鋼柱與梁連接大部分采用腹板高強螺栓、翼板焊接剛性連接，梁與梁主要采用腹板高強螺栓鉸接。以CO2氣體保護焊為主，手工焊為輔。總的焊接順序由中心向四周擴展，采用結構對稱、節點對稱、全方位對稱焊接，在同一節點處采用雙人對稱的焊接方法。嚴禁兩端同時焊接，避免焊后熱膨脹，冷卻后收縮扭曲變形，以減小應力集中。
箱型柱焊接前厚鋼板采用電加熱或火焰加熱進行局部預熱，并在制作過程中進行矯正，焊接后進行后熱和保溫熱處理。柱與梁的連接焊縫采用先栓后焊的順序，即高強螺栓擰緊后再進行焊接。
冷卻到工作環境后采用超聲波探傷無損檢測，對超限的缺陷，進行碳弧刨清除缺陷，并進行校正或以原先相同的焊接工藝進行補焊，以同樣的標準進行檢驗。
5 鋼構件涂裝
本工程鋼結構工程量較大，施工周期相對較長，現場防腐涂料施工與鋼結構安裝同步進行。除埋入混凝土的鋼構件外，其余均在工廠噴射或拋丸除銹后，涂裝溶劑型無機富鋅底漆兩遍，環氧中間漆兩遍及聚氨脂面漆兩遍；鋼構件涂裝完畢后，涂層干漆膜厚度室外為150цm，室內為125цm。對現場一、二級焊縫，無損探傷檢驗完畢并合格后方可進行油漆涂裝，并應用漆膜厚度儀隨時檢測，以便控制漆膜厚度。
四 結語
隨著鋼結構的廣泛應用，鋼結構的技術難度會越來越大，隨之而來安裝精度要求也越來越高，質量問題也會愈來愈受關注。由于本工程結構的特殊性，施工過程中，根據現場適用條件，采取循環測回法確定平面控制點、雙軌控制方法引測垂直方向等測量方法；嚴格吊裝順序，并在吊裝后嚴格進行初校、復校，以保證吊裝精度；探索焊接變形規律，優化焊接順序，嚴格控制焊接質量，切實有效地進行施工管理。既要做好質量預控工作，也要重視過程控制和成果校核。本文通過上述施工過程的主要質量控制手段總結，以期對類似高層鋼結構工程的施工提供一定的參考作用。