高层建筑钢结构施工技术的研究分析

李少君 陕西建工集团有限公司建筑设计院

1 前言

随着社会经济飞速发展，人们生活水平不断提高，对衣食住行等方面提出更高要求。建筑工程作为人们赖以生存的必要物质条件，其施工质量受到社会群众高度关注。相关资料研究表明，人们处于良好的生活环境或工作环境中时，心理会得到极大满足，有利于更好的投入生活模式和工作状态中。

近年来，我国城市化进程不断深入，促进建筑工程建设规模逐渐扩大，为了有效节约土地资源，建筑工程逐渐向高层化、大型化趋势发展。钢结构作为高层建筑施工中的重要环节，其施工效果直接影响工程安全性和稳定性。所以，对钢结构施工技术进行深入研究，既是保障人民群众生命财产安全的必要需求，也是推动建筑行业长远发展的关键途径。

2 我国高层建筑钢结构发展现状及特点

2.1 钢结构施工技术发展现状

我国结构施工技术相对于发达国家而言起步较晚，加上钢结构施工成本高于混凝土结构，所以当前这种施工技术主要应用到高层建筑工程或大型建筑工程中。随着科技不断进步，钢结构施工技术也得到了一定优化和完善，并在一定程度上扩大了应用范围。尤其经济全球一体化背景下，国内外交流日益频繁，为钢结构建筑发展奠定了良好基础。具体可以从两个方面分析。

第一，钢结构施工技术逐渐由中外合作向国产化趋势发展。改革开放后，我国经济发展迅速，在对外交流过程中，逐渐积累了各种先进钢结构施工技术和施工经验，使我国高层钢结构建筑取得飞跃式进步。近年来，越来越多国内专家和学者开展钢结构建筑研究工作，已经实现了独立完成高层钢结构建筑施工这一目标[1]。

第二，逐渐向轻型钢结构趋势发展。新形势下，建筑行业发展势头迅猛，对钢结构性能提出更高要求，加上可持续发展战略的深入贯彻落实，使得建筑行业逐渐向节约化趋势发展。在这一背景下，轻钢结构应运而生，将其应用到高层建筑施工中，不仅安全可靠，而且节约大量钢材，因此受到行业高度青睐和广泛应用，已经成为建筑行业未来发展的必然趋势。

2.2 高层建筑钢结构施工特点

高层建筑钢结构施工普遍具备高、重、斜、扭、悬等特点。

第一，高：建筑工程高度越高，其存在的施工风险也就越大。

第二，重：钢结构施工用钢量大，所以构件重量较重，并且施工中对机械设备要求较高。

第三，斜：新形势下，城市地区各种形态的建筑结构拔地而起，其中包括人造斜塔等，由于倾斜角度较大，所以施工难度也较大。

第四，扭：如广州新电视塔，其钢结构外筒自上而下扭转45°，呈三椎倾斜状，在实际施工中不仅定位复杂，而且容易受外界因素影响降低工程质量。

第五，悬：例如中央广播电视台新台址，在高空中挑出巨大悬臂，在一定程度上增加了钢结构吊装难度和施工质量控制难度。

3 高层建筑钢结构施工过程需要注意的各项问题

在高层建筑钢结构施工过程中，可以将施工过程归纳为两个步骤：其一，加工和制作钢结构配件；其二，施工现场对钢结构配件进行安装，并做好防腐、防火处理工作。为了确保钢结构施工顺利进行，有效提高施工安全性和稳定性，需要在施工中注意以下问题。

3.1 保证钢结构配件尺寸合理，做好现场测量、放线工作

在钢结构配件加工制作过程中，需要将尺寸控制在误差允许范围内，同时严格按照标准规范，做好工程现场测量和放线工作，这对于钢结构后期安装而言意义重大[2]。

由于钢结构力学计算模型较为直观，所以在高层建筑施工中，对配件的尺寸和位置要求较高。在配件加工过程中，一旦尺寸控制不当，将会导致配件与设计需求产生差异，从而影响安装作业顺利进行，即便能够安装，也会影响工程承重效果和安全性能。

另外，高层建筑工程结构复杂、体型较大，需要应用到大量钢结构配件，在施工中容易形成面型误差积累。其中任何一个配件存在微小误差，都会对整个结构产生较大影响，甚至会破坏建筑工程受力性能，从而引发安全事故。

3.2 容易受气候条件等外界因素影响产生质量问题

建筑工程钢结构施工大多在露天环境下进行，容易受气候环境等外界因素影响，产生各种质量问题。具体来说，钢材本身防腐性能较差，在雨季如果没有做好防范工作，容易导致钢材出现腐蚀、损坏等问题，从而对安装质量产生不良影响。并且在钢构建连接过程中，无论施工人员选择焊接工艺还是拴接工艺，都与天气条件有密切联系，需要施工单位合理安排施工时间，避免在雨雪、大风等恶劣天气下作业。

随着建筑工程建设规模逐渐扩大，我国相关部门也针对钢结构施工出台了一系列规章制度和技术规范，要求施工人员在作业中严格落实制度、遵循规范，如果自然条件与规范不符，则不能开展施工活动。在条件允许的情况下，施工单位可以采取措施改善施工条件，确保施工安全。

3.3 钢结构施工对机械设备有较高要求

钢结构施工就是对预制构件进行合理装配，由于构件重量较大、体积较大，所以需要采用运输、吊装等机械设备进行操作。并且高层建筑涉及诸多高空作业，在吊装过程中对起重机操作人员专业水平要求较高[3]。同时，吊装施工时，机械设备荷载需要严格控制在承重范围内。

在钢构件运输、起吊、就位过程中，需要严格按照施工组织计划和专项吊装方案进行。针对施工中存在的一些特殊工艺技术，对机械设备的要求会更加严格，包括同步顶升施工技术、高空滑移施工技术等。

3.4 钢构件防火、防腐处理

由于钢材本身防火、防腐性能较差，所以应用到建筑工程中使，为了确保其安全性，需要做好防火、防腐处理工作，并且在实际施工中，避免将钢构件堆放在火源或水源附近。

4 高层建筑钢结构施工技术要点

4.1 预埋地脚螺栓施工要点

预埋地脚螺栓是提高钢结构施工质量的重要前提，能够确保钢柱安全、稳定。在实际施工过程中，施工人员需要结合轴线位置，选择合理的定位点，通常情况下，被选择的轴线误差范围需要控制在2mm以内，同时需要准确选择标高基准点，其误差范围需要控制在5mm以内。施工单位在制定好螺栓预埋方案后，可以组织施工人员进行预埋作业，确保预埋深度达标。

在实际施工中，施工单位需要结合工程具体情况和施工面积等要素，确定螺栓预埋参数。只有严格按照需求做好螺栓预埋工作，才能够为钢柱安装奠定良好基础。

另外，施工单位在完成螺栓预埋工作后，需要做好系统检查工作，一般检查要分两次进行，首次重点检查螺栓位置、标高；第二次需要在混凝土浇筑完毕后进行，重点检查螺栓是否存在位移情况。确保两次检查均在标准规范范围内，从而提高钢结构施工质量。

4.2 钢柱安装要点

钢柱安装是高层建筑钢结构施工总的关键环节，只有在确保螺栓预埋满足需求的情况下，才能够展开钢柱安装作业。由于钢柱重量较大、体积较大，所以需要采用吊装法施工。在吊装作业前，施工人员应将施工过程中涉及的所有部位进行分离，使各部位成为独立区域，而后采用平行吊装法施工[4]。

为了保证施工安全，需要在吊装过程中做好预埋螺栓保护工作，可以在螺栓上加设保护套，避免其在作用力下受到损害。同时，施工人员在作业过程中，还要时刻关注钢柱位置、垂直度以及标高等各项指标，严格按照施工流程和技术规范操作，将误差控制在允许范围内。

除此之外，还要仔细检查钢柱质量，并采取合理措施对钢柱进行临时固定，避免其出现失稳问题，从而引发质量事故或安全事故。

4.3 钢梁搭建和链接要点

确保钢框架梁稳定性良好，能够为钢柱链接提供安全保障。因此，在高层建筑钢结构施工过程中，需要施工人员做好钢框架梁搭建作业。现阶段，在施工过程中，大部分施工单位都会采用“工”字框架梁结构或“H”型框架梁结构，并且连接过程中主要应用性能较高的刚性材料。

另外，框架梁的钢材有上翼和下翼，在钢结构施工中可以发挥横加肋力的功能，可以通过这一功能区分框架梁和钢柱的连接位置[5]。

在二者连接过程中，需要施工人员准确区分钢梁编号，并明确连接点。框架梁吊装时，需要严格按照施工工序进行，尽可能将吊装作业、校正作业和固定作业连续完成，避免产生累积偏差。

4.4 螺栓安装要点

螺栓安装和焊接，是提高高层建筑钢结构施工安全性和稳定性的重要保障。在实际施工中，需要施工人员按照由内及外顺序，完成螺栓穿孔作业，避免更换顺序。另外，如果穿孔过程中遇到不符合标准尺寸的孔洞或螺栓，导致穿入困难，需要施工人员及时使用工具校正螺栓，确保其顺利入孔，避免强制穿入[6]。

完成穿孔作业后，需要对螺栓进行固定。施工人员应结合高层建筑结构节点，进行分步安装，通常情况下，钢结构节点都存在一定差异，对于大型节点，需要先完成螺栓穿孔工作，而后检查钢板是否存在变形问题，最后拧紧、固定。

5 结束语

综上所述，虽然我国在高层建筑工程钢结构施工方面与发达国家相比起步较晚，但是发展速度较快，当前已经能够独立完成施工作业，并且逐渐与国际先进水平接轨。随着社会不断发展，科技不断进步，我国也要进一步加大钢结构施工技术研究方面的投入，并优化和完善施工技术标准，一方面有效提高建筑工程质量，为人们生命财产安全提供保障，另一方面推动建筑行业稳定发展，为社会经济建设奠定基础。