浅谈多高层钢结构施工工艺及质量控制

2012-09-06 00:54周辉
城市建设理论研究 2012年22期
关键词:钢梁剪力墙吊装

周辉

【摘要】当前,钢结构建筑工程得到了极大发展,在钢结构工程施工过程中必须加强每个单项工程的质量控制、严格把控施工进度。本文介绍了钢结构施工工艺要点,进行了钢结构施工工艺及质量控制实证分析。

【关键词】钢结构施工工艺质量控制实证分析

中图分类号:TU391文献标识码:A 文章编号:

随着我国科技水平的快速提升,钢结构建筑工程得到了极大发展,在施工技术不断进步、完善的同时,为保证建筑质量,在钢结构工程施工过程中必须加强每个单项工程的质量控制、严格把控施工进度,而工程师应把好质量关、加强施工现场管理,由此才能保证钢结构建筑工程的施工质量。

一、钢结构施工工艺要点

1、平面布置与结构的选型

对于一些平面布置较为匀称、规整、凹凸幅度较小的建筑平面,采用钢结构设计较为适宜,而对于质心与形心距离较大、轴线错开较多、容易产生大幅扭转的建筑平面,倘若采用钢结构设计,不仅可能无法达到常规质量要求,甚至可能埋下质量安全隐患,影响建筑功能的正常使用。钢结构建筑设计,其主要针对地震荷载、风荷载作用下的水平位移进行控制,从而需要重点考虑建筑抗侧力结构部分的设计。一般情况下,钢结构建筑设计会将电梯间、楼梯间的墙体设计为抗侧力的主要结构,倘若水平位移控制效果仍然无法达到最低标准,可将建筑各单元间的分户墙体、卫生间与厨房的部分墙体作为抗侧力结构。

2、柱网的确定

常规情况下,柱网的确定是根据平面分割的具体情况,与梁的位置、截面的高度相结合,以及钢梁的隐蔽方法来决定。确定柱网的关键在于外墙位置的柱距,将沿外墙的钢梁与外墙窗上皮的高度关系处理好,柱网也就基本确定了。

3、建筑层高、层数的确定

建筑工程,可选用多种不同的结构形式,而所有结构形式都有其最佳的适用范围及高度。对于一些高层、超高层建筑,钢结构形式有着独特优势,由于高层建筑对于地震设防的要求较高,在条件相同的情况下,相较于钢筋混凝土梁、柱钢结构梁、柱虽然断面较小,但在住宅建筑的屋、室中,梁与柱的存在仍然显得十分尴尬。相比之下,就住宅建筑而言,我们认为钢结构形式应用在多层、中高层建筑工程中的优势较为明显。长期以来,住宅建筑的最佳设计就是大空间的自由分割,在墙体结构中,若要获得大的空间,需要通过大开间、大进深来实现,其必然会造成楼板厚度增加、结构与用钢量的加大,从而导致地震力的加大,由此将影响到剪力墙的厚度、强度、配筋。

4、变形限值

钢筋混凝土结构、钢结构均可作为建筑的抗侧力结构。当采用钢桁架作为抗侧力结构组成纯钢结构时,根据国家相关规范及规定:在风力的作用下,顶点位移1/500,层间位移1/400;在地震的作用下,顶点位移1/300,层间位移1/250。由此可以看出,倘若采用钢桁架作为建筑的抗侧力结构,将可能引起用钢指标的大幅提升,从而增加工程造价。若是根据1/300的钢结构限值进行抗侧力结构整体刚度的控制,在地震中待钢结构投入使用时,钢筋混凝土剪力墙将遭受结构破坏,此种考虑较为欠缺、不够安全。而若是按1/800的钢筋混凝土剪力墙限值进行抗侧力结构的整体刚度控制时,钢柱、钢梁的截面将随着地震力的加强而大幅增加。

5、结构体系选择

对于六层以下的建筑,可采用框架体系或框架——支撑体系,而高于六层的建筑可采用框架支撑体系或框架——混凝土剪力墙(核心筒)体系。此外,多层房屋通常采用双重体系。框架柱,其主要分为H型钢柱、钢骨砼柱、钢管砼柱三种,其中钢骨、钢管砼柱为组合柱。对于小型高层建筑,相较于H型钢柱,采用组合柱能够节省更多的钢材。与钢支撑相比,剪力墙的延性较低,在发生地震时,延性低则地震力大,延性高的地震力较小,就抗震性能而言,钢支撑优于砼剪力墙。钢框架——砼剪力墙体系属混合结构,迄今为止,对于其抗震性能的研究尚未成熟,没有将其列入抗震规范,在实际应用的过程中,应仔细分析建筑特点,有针对性的做出选择。核芯筒宜用小钢柱加强,由此也利于安装。

二、钢结构施工工艺及质量控制实证分析

1、工程概况

某大厦工程是一个集办公、酒店、商业为一体的大型多功能综合性建筑,总建筑面积为267345m2,地下3层,地上22层,檐口高度为75m。建设单位一方面为追求建筑设计上的标新立异,以便将该工程建成繁华商业中心的地标性建筑,另一方面为在有限的规划区域内获得更多的使用空间,在设计上选择了跨度较大的悬挑结构,形成了三层以上同一、二层不同的结构布局, 需要通过转换层完成其从上层到下层不同柱网轴线布置的变化。由于结构本身的特殊性, 转换构造仅在悬挑部位设置。转换结构采用墙梁式,墙梁本身既起到承担柱网尺寸变化而增加的荷载的作用,本身也充当隔断墙,充分利用了空间,具有很强的独创性。

2、钢结构工程主要施工技术

(1)施工流程设计

钢结构施工是本工程的重点之一。钢结构主要有两大部分,一是交叉的两根斜撑钢梁和上下两根水平的H型钢梁,二是轴交点处的竖向方钢柱子。确定合理的钢结构安装顺序,制定完善的过程控制措施, 才能既保证工程质量和施工安全,又要确保施工进度。

设计安装流程如下:

安装14轴十字型钢柱→安装下部H型钢梁→安装15轴方钢柱→安装上部H型钢梁→安装通长的600×300×30的方钢斜梁→安装另一根方钢斜梁下肢→安装另一根方钢斜梁上肢→浇筑方钢梁柱内的自密性混凝土→绑扎墙梁钢筋。上述流程使各构件较快地组合成比较稳定结构,施工过程易于控制,能够最大限度地保证施工过程安全和整体安装质量。

(2)钢结构施工技术

第一、钢结构安装

多层与高层钢结构工程施工中, 钢构件在加工厂制作, 现场安装, 工期较短, 机械化程度高,采用的机具设备较多。

在多层与高层钢结构安装旌工中, 由于建筑较高、大, 吊装机械多以塔式起重机、履带式起重机、汽车式起重机为主。

多层与高层钢结构吊装, 在分片分区的基础上,多采用综合吊装法,其吊装程序一般是:平面从中间或某一对称节间开始,以一个节间的柱网为一个吊装单元,按钢柱→钢梁→支撑顺序吊装,并向四周扩展,垂直方向由下至上组成稳定结构后,分层安装次要结构,一节间一节间钢构件、一层楼一层楼安装完,采取对称安装、对称固定的工艺,有利于消除安装误差积累和节点焊接变形,使误差降低到最小限度。

第二、钢结构的连接

焊接连接:

焊接连接的优点是构造简单, 加工方便, 不削弱焊件截面, 节约钢材, 易于采用自动化操作。除少数直接承受动力荷载结构的某些连接,焊接可广泛应用于建筑钢结构的连接。

钢结构的焊接方法有电弧焊、电阻焊等。电弧焊的质量比较可靠,是最常用的一种焊接方法。电弧焊可分为手工电弧、自动或半自动埋弧、气体保护焊等。电阻焊常用于冷弯薄壁型钢的焊接。焊接时根据焊缝的截面形状, 分为对接焊缝和角焊缝两种形式。

对接焊缝分为完全焊透焊缝和不焊透对接焊缝。对接焊缝的主要特点是用料经济, 传力简洁、均匀, 受力性能好和疲劳强度高等,但焊件边缘需要开坡口,且尺寸要求精确,故制造较费工。

角焊缝分为直角角焊缝和斜角角焊缝。直角角焊缝又分为正面角焊缝和侧面角焊缝。角焊缝构造简单, 旌工方便, 但承受动载性能差。

螺栓连接:

普通螺栓采用的钢材通常为Q235钢,实际工程中常用的钢筋直径为16、20、22和24,其优点是施工简单,拆装方便。普通螺栓根据螺栓的加工精度分为A、B、C三级,C级螺栓加工粗糙,精度要求不高,可用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构的次要连接、可拆装的连接、承受拉力的安装连接、不重要的连接和作为安装时的临时固定。A、B级螺栓由于制造和安装比较复杂,成本高,目前极少采用。

高强度螺栓采用经热处理的高强度钢材制造,目前国内常用高强度螺栓的性能等级有10.9级和8.8级, 常用螺栓直径为M16-M30,根据高强度螺栓的受力特征可分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。

3、钢结构工程施工质量控制

钢梁安装前必须搭设钢梁下部钢管支撑和满堂红脚手架、铺梁底模板放出钢梁位置线后进行钢梁吊装。

钢结构的测量、放线和校正。测量工作是钢结构安装质量控制最重要的工作之一,在每一个构件进行吊装就位前必须对标高、轴线进行测量和校正,结构无误后方可进行吊装,吊装后再进行复测。

当钢梁(柱)吊到就位上方200mm时,应停机稳定, 对轴线或和十字线后, 缓下落,下落中应避免磕碰牛腿地脚螺栓丝扣, 如有不符应立即调整, 调整后的偏差应在3mm以内。

钢梁就位后, 必须用高墙螺栓将其暂时和十字型钢柱牛腿锁定, 锁定后测量无变位方可吊装悬挑端头的方钢柱。

悬挑端头的方钢柱吊装就位后, 将其柱根部牛腿临时和钢梁锁定,并在柱中轴线4个方向上用揽风绳拉紧稳定。

当上部位钢梁就位后调整好位置应立即与十字柱和方钢柱进行施焊,以便使上下钢梁和钢柱形成整体钢框架,加强整体稳定性。

在吊装斜钢梁之前必须测量钢柱对角线之间的钢梁实际尺寸,然后在施工现场对斜梁构件进行放样和裁减(因有安装偏差) ,利用塔吊吊至整体钢框架外侧再有人工推到位,在上钢梁架子上挂倒链进行定位调整。

高强度螺栓紧固。在每段钢梁安装后,经复测,确认符合设计要求后,每个节点的高强螺栓由中间向两侧依次对称紧固。使其高强螺栓达到初拧值,然后依照初拧紧固顺序进行高强螺栓的终拧。最后进行上下翼缘的焊接, 焊接完毕进行超声波探伤检测。

参考文献:

[1] 李成杰. 箱型桁架钢结构安装施工测量的关键控制技术[J]. 中国高新技术企业, 2011,(36) .

[2] 谢吉贤. 浅析如何进行钢结构工程的安装[J]. 中国新技术新产品, 2011,(24) .

[3] 杨忠,贺国宏. 箱式钢结构控制变形焊接措施[J]. 新疆化工, 2003,(04) .

[4] 王丰岭. 建设单位在大型化工项目中对焊接质量的控制[J]. 现代焊接, 2009,(02) .

[5] 朱光照. 重型厂房钢结构的制作、安装和焊接[J]. 现代焊接, 2007,(11) .

[6] 蔡钿,杨新明,姜志龙,杨金,张念东. 大型造船用龙门起重机主梁钢结构的制造工艺[J]. 船海工程, 2011,(06) .

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