钢结构高层建筑施工

第四章钢结构高层建筑施工国内较有代表性的钢结构高层建筑第一节钢结构材料与结构构件一、钢结构材料建筑钢材分为普通碳素钢、优质碳素结构钢和普通低合金钢三类。我国目前在建筑钢结构中应用最普遍的是Q235钢其次是Q345钢。二、钢结构构件1、高层钢结构柱截面：宽翼缘工字形截面；箱形截面；十字形截面。宽翼缘工字形截面箱形截面十字形截面管材型钢截面2、高层钢结构梁截面：轧制或焊接的H型钢梁；复合截面；焊接箱形截面。高度受限制时，可在最大弯矩区焊以附加翼缘板（b），或在上翼缘焊上槽钢（c）以增加横向刚度等。适用于：高层建筑的大梁、悬臂梁，或悬挂结构的悬臂梁。3、钢结构构件截面选择首先选用轧制的H型钢其次选用焊接的H型钢（或焊接箱形截面）。4、钢结构构件的连接柱与柱的连接：H型钢柱：高强螺栓连接或混合连接（高强螺栓与焊接共同使用）；箱形截面柱：焊接。（a）H型钢柱的高墙螺栓连接；（b）H型钢柱的混合连接；（c）箱型截面柱的焊接连接。柱与梁的连接：柱与H型钢梁：高强螺栓连接、焊接或混合连接。（a）、（b）焊接连接；（c）、（d）高强螺栓连接；（e）、（f）混合连接。梁与梁，支撑与梁、柱的连接：高强螺栓连接或焊接连接。次梁与主梁连接节点支撑与梁柱连接节点支撑中间节点构造第二节高层钢结构安装一、结构安装前准备工作1、钢构件预检和配套钢构件出厂前：制作厂应将质量检查记录及产品合格证交安装单位。钢构件进场后：安装单位对主要构件在安装前进行复查。端部进行现场焊接的梁柱，长度尺寸按下列方法检查：(1)柱的长度：增加柱端焊接产生的收缩变形值和荷载使柱产生的压缩变形值；(2)梁的长度：增加梁接头焊接产生的收缩变形值。中转堆场的主要作用是：(1)储存钢构件；(2)根据安装施工流水顺序进行构件配套，组织供应；(3)对钢构件质量进行检查和修复。钢构件的配套：按安装流水顺序，以一个结构安装流水段为单元进行；配套中应注意附件的配套。一般对零星附件用螺栓或钢丝临时捆扎在安装节点上。2、定位轴线、标高和地脚螺栓检查框架的定位轴线的控制：采用在建筑物外部或内部设辅助线的方法。楼层标高控制：按相对标高控制时：建筑物高度的累积偏差不得大于各节柱制作允许偏差的总和；按设计标高控制时：应以每节柱为单位进行标高调整。第一节柱的标高，可利用柱脚底板下地脚螺栓上加一螺母进行精确调节。柱脚节点构造采用调整螺母控制标高1—地角螺栓2—止退螺母3—紧固螺母4—螺母垫板5—柱子底板6—调整螺母7—钢筋混凝土基础柱底板与基础间预留的空隙用无收缩砂浆用捻浆法填实规范规定的允许偏差为：建筑物定位轴线，L/20000(L为建筑长度或宽度)，且不大于3mm；基础上柱的定位轴线1mm；基础上柱底标高±2mm；地脚螺栓(锚栓)位移2mm。3、钢构件现场堆放尽量堆放到安装机械的回转半径以内。在施工现场矫正构件由运输造成的变形。安装用地面积不小于结构占地面积的1.5倍。4、安装机械的选择高层钢结构安装都用塔式起重机。附着式塔式起重机，应注意锚固点的选择。内爬式塔式起重机，应正确确定爬升位置。5、安装流水段划分平面流水段划分：划分原则：保证钢结构安装过程中的整体稳定性和对称性；平面安装顺序：一般由中央向四周扩展，以减少焊接误差。柱子安装顺序图北京长富宫钢结构安装平面流水段划分主梁安装顺序图北京长富宫钢结构安装平面流水段划分北京京城大厦钢结构安装平面流水段划分立面流水段划分：以一节钢柱(各节所含层数不一)为单元。每个单元安装所顺序：首先以主梁或钢支撑、带状桁架安装成框架；其次是次梁、楼板及非结构构件的安装。塔式起重机的提升、顶升与锚固，均应满足组成框架的需要。一个立面流水段内的安装顺序如下：安装顺序表的编制和要求：1)高层建筑钢结构安装前，应根据安装流水段和构件安装顺序，编制构件安装顺序表。2)表中应注明每一构件的节点型号、连接件的规格数量、高强度螺栓规格数量、栓焊数量及焊接量、焊接形式等。3)构件从成品检验、运输、现场核对、安装、校正到安装后的质量检查，统一使用上述图表。4)在地面进行构件组拼扩大安装单元时，亦按上述图表执行。下图为大连云山大厦钢结构安装工程安装顺序图。立面示意图大连云山大厦钢结构安装工程安装顺序图柱子安装顺序图大连云山大厦钢结构安装工程安装顺序图主梁安装顺序图大连云山大厦钢结构安装工程安装顺序图次梁安装顺序图大连云山大厦钢结构安装工程安装顺序图二、钢结构构件安装与校正高层钢构件的吊装应根据事先编制的安装顺序图表进行。一般钢结构标准单元施工顺序如下图所示。1、构件的吊点设置与起吊1)钢柱。平运2点起吊，安装1点立吊。立吊时，需在柱子根部垫上垫木，以回转法起吊，严禁根部拖地。1—吊耳2—垫木吊装H型钢柱、箱形柱时，可利用其接头耳板作吊环，配以相应的吊索、吊架和销钉。2)钢梁。距梁端500mm处开孔，用特制吊卡2点平吊或串吊。3)组合件。因组合件形状、尺寸不同，可计算重心确定吊点，采用2点吊、3点吊或4点吊。凡不易计算重心者，可加设倒链协助找重心，构件平衡后起吊。4)钢构件的零件及附件应随构件一并起吊。尺寸较大、重量较重的节点板，钢柱上的爬梯、大梁上的轻便走道等，应牢固固定在构件上。2、钢柱的安装与校正(1)首节钢柱的安装与校正安装前，应对建筑物的定位轴线、首节柱的安装位置、基础的标高和基础混凝土强度进行复检，合格后才能进行安装。1)纵横十字线对正。首节钢柱安装时，在塔式起重机吊钩不脱钩的情况下，利用制作时在钢柱上划出的中心线就位。2)柱顶标高调整。利用柱子底板下地脚螺栓上的调整螺母调整柱底标高，以精确控制柱顶标高。采用调整螺母控制标高1—地角螺栓2—止退螺母3—紧固螺母4—螺母垫板5—柱子底板6—调整螺母7—钢筋混凝土基础柱底板与基础间预留的空隙用无收缩砂浆用捻浆法填实3)垂直度调整。用两台呈90度的经纬仪投点，采用缆风法校正。在校正过程中不断调整柱底板下螺母，校毕将柱底板上面的2个螺母拧上，缆风松开，使柱身呈自由状态，再用经纬仪复核。如有小偏差，微调下螺母，无误后将上螺母拧紧。(2)上节钢柱安装与校正安装上节钢柱时，为使上下柱不出现错口，尽量做到上、下柱定位轴线重合。注意每节柱的定位轴线应从地面控制轴线直接引上来，不得从下层柱的轴线引出。上节钢柱安装就位后，按照先调整标高，再调整扭转，最后调整垂直度的顺序校正。上节钢柱的安装，可采用缆风校正法或无缆风校正法。目前多采用无缆风校正法。无缆风校正法示意图无缆风校正法示意图1)标高调整。钢柱标高可按相对标高或设计标高进行控制。通常情况下采用相对标高安装、设计标高复核的方法，将每节柱的标高控制在同一水平面上(在柱顶设置水平仪测控)。2)扭转调整。钢柱的扭转偏差是在制造与安装过程中产生的；调整时可在上柱和下柱耳板的不同侧面夹入一定厚度的垫板加以调整，然后微微夹紧柱头临时接头的连接板。钢柱的扭转每次只能调整3mm，若偏差过大只能分次调整。3)垂直度调整。钢柱垂直度的校正应选用两台经纬仪，在相互垂直的位置投点。调整时，在钢柱偏斜方向的同侧锤击钢楔或微微顶升千斤顶，在保证单节柱垂直度不超标的前提下，将柱顶偏轴线位移校正至±0.000，然后拧紧上下柱临时接头的大六角高强度螺栓至额定扭矩。4)垂直度监测。在安装主梁时，应对柱的垂直度进行监测。监测内容：1）监测一根梁两端柱子的垂直度变化；2）监测相邻各柱因梁连接而产生的垂直度变化。监测方法：采用4台经纬仪对相应钢柱进行跟踪观测。若钢柱垂直度不超标，只记录下数据；若钢柱垂直度超标，应复核构件制作误差及轴线放样误差，针对不同情况进行处理。在钢梁安装的过程中不能再次调整钢柱的垂直度。3、钢梁的安装与校正1)钢梁安装：同一列柱，应先从中间跨开始对称地向两端扩展；同一跨钢梁，应先安上层梁再安中下层梁。2)在安装和校正柱与柱之间的主梁时，由于预留主梁接头焊接收缩量，因此柱子被撑开，应跟踪测量、校正，焊接完毕焊缝收缩后柱产生的内力消失、柱子垂直。3)同一根钢梁两端顶面水平度，允许偏差为L／1000(L为钢梁净跨长度)，且不应大于10.00mm。水平度超标的主要原因：连接板位置或螺栓位置有误差。处理方法：更换连接板或塞焊原孔重新制孔。4)次梁可三层串吊安装，与主梁表面允许偏差为±2mm。一节柱的各层梁安装校正后，应立即安装本节柱范围内的各层楼梯，并铺好各层楼面的压型钢板，进行叠合楼板施工。每一流水段的全部构件安装、焊接、栓接完成并验收合格后，方可进行下一流水段钢结构的安装工作。每天安装的构件，应形成空间稳定体系，确保安装质量和结构安全。三、钢结构构件的连接(一)钢结构构件焊接工艺1、高层钢结构焊接顺序平面焊接顺序：从中心向四周扩展，采用结构对称、节点对称的焊接顺序。京城大厦柱子焊接顺序长富宫柱子焊接顺序立面一个流水段(一节钢柱高度内所有构件)的焊接顺序是：①上层主梁压型钢板；②下层主梁压型钢板；③中层主梁压型钢板；④上、下柱焊接。2、焊接的工艺流程柱与柱、柱与梁之间的焊接多为坡口焊，其工艺流程如下图所示。坡口焊工艺流程3、焊接工艺(1)预热厚度大于50mm的碳素结构钢和厚度大于36mm的低合金结构钢，施焊前应进行预热，焊后应进行后热。预热作用：（1）减缓焊接区的激热和速冷，避免产生裂纹。（2）对约束力大的接头，预热后可以减小收缩应力。（3）预热还可排除焊接区的水分和湿气，从而排除产生氢气根源。预热、后热温度确定：预热温度宜为100～150℃；后热温度应试验确定。预热区：在焊道两侧，每侧宽度应大于焊件厚度的2倍，且不应小于100mm。环境温度低于0℃时，预热、后热温度应由工艺试验确定。(2)焊接。柱与柱的对接焊：应由两名焊工在两相对面等温、等速对称焊接。梁和柱接头的焊缝：一般先焊H型钢的下翼缘板，再焊上翼缘板。梁的两端先焊一端，待其冷却至常温后再焊另一端。柱与柱、梁与柱的焊缝接头：应试验测出焊缝收缩值，反馈到钢结构制作单位，作为加工的参考。焊缝收缩值受周围已安装柱、梁的影响，约束程度不同收缩亦异。4、焊缝质量检验钢结构焊缝质量检验分三级：1级检验的要求：全部焊缝进行外观检查和超声波检查，焊缝长度的2％进行x射线检查，并至少应有一张底片；2级检验的要求：全部焊缝进行外观检查，并有50％的焊缝长度进行超声波检查；3级检验的要求：全部焊缝进行外观检查。钢结构高层建筑的焊缝质量检验属于2级检验。检查时如发现有焊缝不合格，必须进行返修，按同样的焊接工艺进行补焊，再经检查。同一部位的同一条焊缝，修理不宜超过2次，否则要更换母材，或会同设计和质检部门协商处理。发现焊接引起母材裂纹或层状撕裂时，宜更换母材。(二)钢结构构件高强度螺栓连接1、高强度螺栓连接副高强螺栓连接副包括一个螺栓、一个螺母和一个垫圈。高强度螺栓连接分为摩擦型连接和承压型连接两种。摩擦型连接在荷载设计值下，以连接件之间产生相对滑移，作为承载能力极限状态；承压型连接在荷载设计值下，以螺栓或连接件达到最大承载能力，作为承载能力极限状态。承压型连接不得用于承受动力荷载、反复荷载以及冷弯薄壁型钢构件连接。高层钢结构中都是应用摩擦型连接。摩擦型连接在环境温度为100～150℃时，设计承载力应降低10％。2、高强螺栓连接施工(1)高强度螺栓连接副的安装和紧固。高强螺栓接头各层钢板如发生错孔，允许用铰刀扩孔。装高强螺栓时，应将螺栓自由投入。一组高强螺栓宜按同一方向穿入螺孔。安装高强度螺栓时，构件的摩擦面应保持干净，不得在雨中安装。当梁与柱接头为腹板栓接、翼缘焊接时，宜按先栓后焊的方式进行施工。高强螺栓的拧紧顺序：从螺栓群中部开始向四周扩散，逐个拧紧。大六角头高强度螺栓施工所用的扭矩扳手，班前必须校正：其扭矩误差不得