盛于洲

摘  要：高層鋼結(jié)構(gòu)對施工技術(shù)和質(zhì)量控制的要求高，測量定位、吊裝、焊接等技術(shù)都是專業(yè)性很強(qiáng)的重要環(huán)節(jié)，其操作精度的高低直接影響到工程質(zhì)量的好壞。本文通過對某一高層鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)例的分析、研究，探討高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程的主要質(zhì)量控制手段，以期對類似工程有所借鑒。
關(guān)鍵字：鋼結(jié)構(gòu)  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(jié)構(gòu)總噸位約1600噸，主要由以下部分組成：核心筒的勁性鋼結(jié)構(gòu)、核心筒之外框架鋼結(jié)構(gòu)箱型柱、拱形支撐筒、飛檐鋼結(jié)構(gòu)、塔屋頂鋼結(jié)構(gòu)、塔樓梯鋼結(jié)構(gòu)等組成。標(biāo)高75m以上結(jié)構(gòu)由箱型柱、鋼梁、樓梯、管桁架等組成。鋼結(jié)構(gòu)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(diǎn)及難點(diǎn)
本工程主體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)鋼骨柱，中部（三層～十層）為鋼筋混凝土核心筒－框架結(jié)構(gòu)體系，上部（十層以上）采用空間拱形支撐網(wǎng)筒－鋼框柱組合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)框架主體部分從基礎(chǔ)承臺（標(biāo)高-11.16m）開始由中心核心筒內(nèi)部八根鋼骨柱和外圍十六根箱型柱構(gòu)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(nèi)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(jié)鋼柱，每段長度控制在6m左右，現(xiàn)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(jié)構(gòu)，斜面變化較多，主體鋼結(jié)構(gòu)柱有一定的傾斜角度，體型很不規(guī)則，從上到下的尺寸變化大，構(gòu)件種類繁多，各構(gòu)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(jié)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(yīng)力尤為重要。
3、塔身中心點(diǎn)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(dǎo)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(guī)則形狀，如控制不好容易出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，故施工測量時應(yīng)精益求精，才能保證各構(gòu)件準(zhǔn)確就位。
4、本工程屬于高層鋼結(jié)構(gòu)建筑，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的垂直度控制至關(guān)重要。而在本工程中，軸對稱布置的16根箱型柱，環(huán)形布置，四邊形的鋼柱外徑和內(nèi)徑之間存在一定的弧度差，很難準(zhǔn)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(yè)條件有較大限制，且處于大江畔，風(fēng)很大，對鋼構(gòu)件吊裝、測量控制等都有很大影響。
三、鋼結(jié)構(gòu)安裝措施
1、地腳螺栓的安裝
本工程預(yù)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(jìn)行復(fù)查。
基礎(chǔ)混凝土澆筑好后，在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)場準(zhǔn)備吊裝前，對預(yù)埋螺栓進(jìn)行全方位的復(fù)核，取得最后有效數(shù)據(jù)，以備對螺栓做必要的校正和在安裝過程中做調(diào)整。預(yù)埋螺栓復(fù)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(biāo)高及水平度等，發(fā)現(xiàn)偏差，及時糾正。
2 測量控制
平面控制點(diǎn)測量：本工程塔身中心點(diǎn)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(huán)向循環(huán)測回法。根據(jù)已知的控制點(diǎn)找出兩個柱基的中心點(diǎn)，作為初始位置，從軸線1-2，2-3直至8-1循環(huán)測量一圈，最后一組數(shù)據(jù)如與第一次測量結(jié)果不閉合，則按照第一次測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，把誤差等分到八個角點(diǎn)，并重新測量一次，如還不閉合，再一次調(diào)整測量，直到測量結(jié)果誤差控制在內(nèi)角偏差小于6’’，柱距小于±1mm。
垂直方向引測：采用經(jīng)緯儀矯正垂直度和全站儀復(fù)核軸線偏差相結(jié)合的雙軌控制方法測量鋼柱，設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)柱子的定位軸線的基準(zhǔn)線，把測量的基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)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(jié)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(jié)柱安裝時的基準(zhǔn)線。并采用激光鉛直儀，對平面控制網(wǎng)根據(jù)已測設(shè)好的主軸線點(diǎn)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(biāo)高測量完成并作好記錄后，再把下一節(jié)柱的定位軸線引到高空，并在柱頂進(jìn)行放線工作，校核內(nèi)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(chǎn)生超出規(guī)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?shù)木�確位置，以確保整體垂直度。
3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝
根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，本工程以自升式塔吊作為垂直運(yùn)輸工具。塔吊中心距塔體中心點(diǎn)約20m，鋼構(gòu)件主要分布在距本工程圓心點(diǎn)約18m范圍內(nèi)，安裝塔身高度約140m，起重臂長60m，根據(jù)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(jié)構(gòu)徑向穩(wěn)定構(gòu)件，自下而上，柱、鋼支撐、鋼梁和鋼樓梯同步施吊。按照設(shè)計圖紙中構(gòu)件的平面布置，構(gòu)件種類，選擇構(gòu)件安裝的起點(diǎn)，從建筑物的中心順次向外擴(kuò)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(diǎn)設(shè)置在預(yù)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(jī)回轉(zhuǎn)法起吊，同時鋼柱上綁上爬梯以便人員上下。
鋼柱標(biāo)高調(diào)整：首層鋼柱標(biāo)高調(diào)整利用四個調(diào)整螺母進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整。依靠調(diào)整螺母并用大鋼楔做輔助，采用兩臺經(jīng)緯儀監(jiān)測。標(biāo)準(zhǔn)層鋼柱標(biāo)高調(diào)整則以安裝在吊裝柱上的雙夾板平衡插入基礎(chǔ)柱對應(yīng)的安裝耳板上，穿好連接螺栓臨時固定，校正后進(jìn)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(diào)整：垂直度變化利用用經(jīng)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(nèi)變形，外柱無法借助外力進(jìn)行焊后校正，在校正時最外側(cè)鋼柱向外側(cè)預(yù)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(jīng)緯儀進(jìn)行測量監(jiān)控，保證梁水平度調(diào)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(jié)時，應(yīng)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(gòu)件柱、主梁、次梁校正完畢后進(jìn)行永久固定之前，先將構(gòu)件間的斜撐或隅撐安裝好，以增強(qiáng)鋼框架的剛度，不受其它區(qū)域結(jié)構(gòu)安裝或塔吊晃動的影響。
3.4樓梯和其他構(gòu)件安裝
根據(jù)現(xiàn)場情況穿插安裝，十層以上的空間拱形支撐網(wǎng)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(jìn)行，從而保證現(xiàn)場拼裝精度。塔頂特鋼結(jié)構(gòu)分成兩部分進(jìn)行吊裝。
4焊接控制
本工程材質(zhì)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(qiáng)螺栓、翼板焊接剛性連接，梁與梁主要采用腹板高強(qiáng)螺栓鉸接。以CO2氣體保護(hù)焊為主，手工焊為輔。總的焊接順序由中心向四周擴(kuò)展，采用結(jié)構(gòu)對稱、節(jié)點(diǎn)對稱、全方位對稱焊接，在同一節(jié)點(diǎn)處采用雙人對稱的焊接方法。嚴(yán)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(yīng)力集中。
箱型柱焊接前厚鋼板采用電加熱或火焰加熱進(jìn)行局部預(yù)熱，并在制作過程中進(jìn)行矯正，焊接后進(jìn)行后熱和保溫?zé)崽幚怼Ｖ�與梁的連接焊縫采用先栓后焊的順序，即高強(qiáng)螺栓擰緊后再進(jìn)行焊接。
冷卻到工作環(huán)境后采用超聲波探傷無損檢測，對超限的缺陷，進(jìn)行碳弧刨清除缺陷，并進(jìn)行校正或以原先相同的焊接工藝進(jìn)行補(bǔ)焊，以同樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。
5 鋼構(gòu)件涂裝
本工程鋼結(jié)構(gòu)工程量較大，施工周期相對較長，現(xiàn)場防腐涂料施工與鋼結(jié)構(gòu)安裝同步進(jìn)行。除埋入混凝土的鋼構(gòu)件外，其余均在工廠噴射或拋丸除銹后，涂裝溶劑型無機(jī)富鋅底漆兩遍，環(huán)氧中間漆兩遍及聚氨脂面漆兩遍；鋼構(gòu)件涂裝完畢后，涂層干漆膜厚度室外為150цm，室內(nèi)為125цm。對現(xiàn)場一、二級焊縫，無損探傷檢驗(yàn)完畢并合格后方可進(jìn)行油漆涂裝，并應(yīng)用漆膜厚度儀隨時檢測，以便控制漆膜厚度。
四 結(jié)語
隨著鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)難度會越來越大，隨之而來安裝精度要求也越來越高，質(zhì)量問題也會愈來愈受關(guān)注。由于本工程結(jié)構(gòu)的特殊性，施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場適用條件，采取循環(huán)測回法確定平面控制點(diǎn)、雙軌控制方法引測垂直方向等測量方法；嚴(yán)格吊裝順序，并在吊裝后嚴(yán)格進(jìn)行初校、復(fù)校，以保證吊裝精度；探索焊接變形規(guī)律，優(yōu)化焊接順序，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，切實(shí)有效地進(jìn)行施工管理。既要做好質(zhì)量預(yù)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(zhì)量控制手段總結(jié)，以期對類似高層鋼結(jié)構(gòu)工程的施工提供一定的參考作用。