超高层钢结构工程安装施工难点及处理办法

刘艳国 河北省秦皇岛经济技术开发区城乡建设局工程质量监督站

1 前言

型钢混凝土结构不仅具有较高的强度和刚度，还能有效地提升建筑物结构整体的稳定性、防腐性和防火性，为进一步提高现代建筑物结构的整体质量和性能打下坚实的技术基础。

2 项目概况

2.1 工程概况

寰宇花园（11号地块）总承包工程项目位于昆明市官渡区巫家坝旧机场内，飞虎大道和官渡409号路之间。项目占地面积25655.66m2，总建筑面积155334.06m2，地上建筑面积115450.47m2，地下建筑面积39883.59m2。本项目地下部分为两层大型车库，地上部分由1栋～8栋楼组成，其中6栋/8栋为两层商业裙楼，建筑高度9.7m～10.3m；3栋/4栋/5栋/7栋为29层～39层一类高层住宅，建筑高度88.0m～117.5m，2栋为27层高层办公楼，建筑高度120m。本工程塔楼基础形式为桩基+筏板基础，地下车库桩承台基础+抗水板，结构形式为框架-剪力墙结构，小商业（6栋/8栋）框架抗震等级为二级，住宅及办公楼（2栋/3栋/4栋/5栋/7栋）剪力墙结构抗震等级为一级；本工程抗震设防烈度8度，建筑结构设计使用年限50年。

2.2 结构特点

本项目11号地块2栋楼、5栋楼、7栋楼采用钢结构主要材料为墙柱内钢骨柱，截面连接形式为“H”型钢柱，钢柱通过M22锚栓与钢结构墙柱进行连接。

3 型钢混凝土施工流程

3.1 吊装前准备工作

详细检查并核对所有钢柱支撑构件的合格编号，确保真实无误。清理钢柱吊装构件表面的灰尘渣土、浮锈等，检查吊装钢柱的主体长度、几何面的尺寸、油漆、变形等在吊装前进行校正和修补，并对钢柱的中线，轴线、标记进行检查。

3.2 柱轴线测放

①吊装前对钢柱的对接口进行弹线，并做出测量控制点，以备安装定位和校正。②测量下节柱的顶标高，量测待装钢柱长度、及时分析处理。

3.3 钢柱起吊、就位、临时固定

①可以根据吊装构件的单重及吊装连接板的型式选择合适的吊装卡扣，钢柱的吊装由专业的起重工指挥吊车绑钩并且由负责操作人员指挥其吊装。钢柱的起吊采用旋转法，边起吊吊钩边缓慢回转，先使上方的柱子竖直地吊起来，再使上节柱垂直地起吊，缓慢地回转吊车臂，落到下节柱上方。这时起重工必须站好吊车的位置，用手扶稳上方的柱子，对准下方的一节钢柱。同时起重工可以指挥吊车借助撬棍用力撬柱底，使下方的钢柱安全就位，然后由专业的起重工负责指挥下方的吊车缓慢地落下吊钩。当柱底与下节柱相接触时，停止缓慢地落下吊钩。这时利用夹板上的螺栓等，按照上节柱的轴线、标高、垂直度的顺序对下节柱进行调整，最后利用螺栓紧固夹板上的螺母，或者利用焊接螺栓使夹板永久固定。②上节一段钢柱的回旋耳板安装到位后，两侧中芯线与下面一段钢柱的中芯线完全吻合，并四面中芯线兼顾，活动双夹板平稳地插入下节柱对应的定位安装回旋耳板上，穿好对应的连接螺栓，连接好临时的连接板，具体安装轴线如图1（每一节钢柱的回旋耳板定位安装轴线不允许直接使用下一节钢柱的回旋耳板定位安装轴线，而是从控制点引到高空，以有效地保证每节一段钢柱的安装正确、定位无误，避免产生过大的积累和偏差）。③吊装时利用型钢两端耳板第三个孔作为吊点，孔径为40mm，钢丝绳使用直径16mm吊装，卸扣使用3t卸扣。④放置完成后，进行连接板安装，连接板使用M20普通螺栓进行连接，连接板长度×宽度×厚度为645mm×90mm×12mm。连接板距边45mm开孔，孔径为22mm，孔与孔中心距为80mm，连接顺序由靠近焊缝位置向外进行。

图1 钢柱耳板

3.4 钢柱校正

①先将所装钢柱柱底轴线对齐与下节钢柱上事先弹好轴线对齐并控制错边不超过3mm，采用在钢柱上架设千斤顶调整。②千斤顶的校正方法与钢柱的垂直度校正同样可以通过千斤顶校正来实现具体校正，钢柱的垂直度校正工作完成后把紧连接板上的高强螺栓。③校正完成后，摘除吊钩使柱成自由状态，复测柱垂直度。

3.5 钢柱焊接

腹板及翼缘进行焊接，焊接为坡口焊，焊缝宽度为5mm，本工程腹板有30mm和20mm两种规格，腹板焊接衬板为20mm×40mm。①钢柱焊接前，应在人工焊接其上安装的顶层钢梁后，再自行开始焊接全部的钢柱。钢柱进行焊接时，采用2人对称方式进行焊接，先焊翼缘板后焊钢柱腹板，每次每条钢柱对焊缝进行堆焊1/3高度的循环进行焊接，至全部的焊接工作完成。②钢柱焊接前在安装操作的平台上搭设焊接钢柱操作的平台。钢柱安装操作的平台用l50mm×5mm角钢制作，与焊接钢柱之间采用高强螺栓进行连接。操作平台的扶手高度不高于1.3m，内满挂下铺防火脚手架及密目网踢脚板，外满挂上铺防火脚手架及密目网；焊接时将安装操作平台的踢脚板用“三防布”包裹了起来，并做好排风防护措施。

3.6 焊缝检测

焊接完成24h后，进行超声波探伤。

4 施工难点及处理方法

4.1 钢结构安装施工技术要点

（1）塔式起重机选型。该项目6层以下、以上施工分别采用不同的塔式起重机，具体选择方案如下。①6层以下南、北各设1台起重机，分别为D1250-80型、S1200-M64型，臂长分别为80m、60m；②6层及以上选用2台LH800-63动臂塔式起重机。

（2）钢结构分段计划。该项目钢柱、钢板墙分段计划如下：①钢柱分段。-4层至2层，4个角钢柱分为8节（最重为31t），中间柱分为6节；2层至15层，2层为1节（最重为15t）；16层以上，3层为1节（最重为15t）。②钢板墙分段、分块，最重钢柱（附带钢板墙）为17.7t。

（3）钢结构安装工艺。该项目钢结构安装具体情况如下：①地脚锚栓安装。使用槽钢、角钢制作地脚锚栓支架，并使用塔机将其安装到位，连接每组支架，并对柱脚底部进行灌浆处理。②钢板剪力墙安装。钢板墙每层分为东、西两部分，南北塔机同时安装，西南、西北钢板墙分别由中间向外顺时针、逆时针安装；东南、东北钢板墙分别由中间向外逆时针、顺时针安装。③钢柱安装。外框钢柱由角点朝着两侧对称安装，吊装就位后校正、焊接。④钢梁安装。钢梁在地面穿完端头连接板后，绑扎吊绳、起吊，吊至设计位置后临时固定，矫正后更换高强螺栓固定。⑤核心筒钢柱钢梁安装。依次吊装钢柱、钢梁后，绑扎核心筒钢筋、浇筑混凝土。⑥桁架安装。悬挑桁架在地面拼装然后采用两点吊装，环桁架依次安装下弦杆、腹杆、上弦杆。在所有钢结构安装中，必须落实焊接质量控制工作，尤其是厚板焊接时，焊缝层间温度应为100℃～120℃，一次性焊万接头，严禁出现层状撕裂问题，必要时选用超低氢型焊条，保证所有构件焊接牢固。此外，该项目全面落实了各项安全防护措施，包括水平通道、梁下水平兜网、安全绳等，切实保证钢构件安装施工安全。

4.2 钢柱吊运施工难点

钢构件截面大，现场施工吊装就位困难。处理方法：在钢柱吊装运送至施工现场后，对钢柱的扭转度和内部弯曲度指标进行检测，各项指标必须满足焊接施工相关技术规范要求，才可进行吊装施工，可采用超声波无损检测焊缝，确保焊缝内部不存在任何裂纹及其他质量缺陷。

4.3 焊接操作空间小施工难点

钢柱与竖向钢筋之间间距小，导致在钢柱拼装过程中容易发生偏位，最外围箍筋阻挡其焊接，不能保证焊接始终处于最佳施焊角度。处理方法：寰宇花园项目钢柱深化图纸中，箍筋和拉筋设置成不穿过型钢腹板及翼缘板，而是在型钢外围环绕，因此在施工时可将此类箍筋焊接于型钢上，进一步提高箍筋的稳定性。

4.4 对拉螺杆加固困难施工难点

本项目标准层以上采用铝合金模板，铝模在拼装过程中，对拉螺杆无法直接穿过型钢柱腹板及翼缘板，导致剪力墙端柱铝模板拼装困难。处理方法：①根据钢柱深化图中，钢柱所在位置和对拉螺栓间距及数量，需对型钢柱进行开孔，此过程需在钢柱加工场进行，严禁现场开孔，要求孔洞的标高及孔径大小要精准，这样施工中对拉螺杆才能一步装到位，起到加固的作用，通过采取对拉螺栓加固，能够很好地保证铝模板的适用性和安全性，进而保证型钢混凝土柱的成型质量。②也可在型钢上对拉螺杆的位置采用焊接对拉螺栓的连接头，将对拉螺杆直接固定于型钢上，施工中可以达到较好的加固效果，并且不对型钢安全和施工稳定性产生太大的影响。

4.5 混凝土浇筑难点

在对型钢柱浇筑施工时，剪力墙外侧的保护层厚度较薄，梁柱节点连接处的钢筋较为密集，因此在浇筑振捣时施工操作难度较大，经常出现粗骨料卡在钢柱处和钢筋密集处，导致型钢柱内部混凝土出现分层现象。处理方法：①混凝土在浇筑时应分层浇筑和人工振捣，分层浇筑高度宜为1m，浇筑完成后，可以采用小直径振捣棒进行人工手动振捣。②在人工振捣时，为了提高型钢柱内混凝土的强度和流动性，可增加混凝土的坍落度，确保型钢柱内混凝土的强度和密实性，避免混凝土出现蜂窝麻面等质量缺陷，影响混凝土结构强度和施工质量。③在混凝土浇筑过程中，振捣的持续时间不宜过长，一般每个振捣点时间不超过3s，还需实施外部辅助振捣措施，如振捣时利用橡皮锤敲击混凝土剪力墙的侧模，柱子转角处的墙模板应多做敲击，这样可以保证混凝土浇筑密实度，还有利于排除混凝土内部的小气泡。

5 结束语

型钢混凝土组合结构施工充分发挥了钢筋混凝土自身的抗压能力和混凝土型钢优越的抗拉抗压性能，使组合结构施工时具有很高的强度和承载力。其组合结构施工形式主要是将型钢和传统的钢筋混凝土紧密地组合在一起，施工工序比传统的钢筋混凝土复杂，施工中不仅要注意型钢和混凝土结构各自施工技术要点，还要根据重点解决混凝土结构上钢筋交叉的施工技术难题，主要体现在节点交叉处钢筋密集，钢筋交叉穿钢柱腹板施工难度大，混凝土浇筑困难。