浅析高层建筑钢结构的施工
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摘要：计算技术的发展和施工技术水平的不断提高。使高层和超高层建筑迅猛发展，钢筋混凝土结构在高层和超高层建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面积比率比较大。在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到诸多限制；同时高强度钢材应运而生。在高层和超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。使得高层和超高层钢结构建筑越来越多。
关键词：高层建筑；钢结构 施工
前言 高层钢结构建筑在国外已有百年的历史，1883年最早一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起，到了二次世界大战后由于地价的上涨和人口的迅速增长，以及对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高，使高层和超高层建筑迅猛发展。钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面积比率比较大，在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到诸多限制；同时高强度钢材应运而生，在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。
一概述
对于高层及超高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定，一般认为建筑总高度超过24m 为高层建筑，建筑总高度超过100m 为超高层建筑。对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、抗震墙结构体系、框架―抗震墙结构体系、框―筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S 或SS）。
二、高层建筑钢结构的施工工艺
１．材料的选用
钢结构有很多优点，但其缺点是导热系数大，耐火性差。随着冶金技术的提高，耐火钢的研究成功并投入生产，为钢结构的进一步发展创造了条件。在选择中，首先钢筋的质量证明文件应齐全有效，且进场检验应符合规范和设计要求。连接套筒应有出厂合格证，材料一般为低合金钢、优质碳素结构钢，其设计抗拉承载力标准值应不小于被连接钢筋的受拉承载力标准值的1.2倍，套筒长为钢筋直径的二倍。
２．制作与安装
(一)统一测量仪器和钢尺量具
建造一幢超高层大楼，涉及到土建、钢结构、玻璃幕墙和各类设备的安装，使用的测量仪器和使用的钢尺必须由国家法定的同一计量部门由同一标准鉴定。
高层、超高层建筑施工周期较长，尚需定期对测量仪器和钢尺量具进行定期校验以保证建筑物各项指标符合规定的指标。一般以土建部门的测量仪器和钢尺量具为准。
(二)定位轴线、标高和地脚螺栓
钢柱的定位轴线可根据场地的宽窄，在建筑物外部或内部设置控制轴线。本工程高度在100m，设置二个控制桩，以供架设经纬仪或激光仪控制桩的位置，要求以能满足通视、可视为原则。
钢柱的长度以满足起重量的大小和运输的可能性，一般为2～3层为一节，对每一节柱子安装不得使用下一节柱子的定位轴线，应从地面控制轴线引到高空，以保证每节柱子安装正确无误，避免产生累积误差。
柱脚与钢筋混凝土基础的连接，一般采用埋入式刚性柱脚，地脚螺栓是在安装就位第一节钢柱时，控制平面尺寸和标高的临时固定措施。
(三)钢柱的制作与安装
钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件，在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。100m高的超高层钢柱一般分为8～12节构件，钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形，所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度，即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换，要求对每节钢柱应编号予以区别，正确安装就位。
矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊，不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式。
钢柱标高的控制一般有二种方式：
1. 按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm，不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形，建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格，这种制作安装一般在12层以下，层高控制不十分严格的建筑物。
2. 按设计标高制作安装。一般在12层以上，精度要求较高的层高，应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高，每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去。
无论采用何种安装方式，都应在翻样下料制作过程中充分表达出来，并应符合设计要求的总高度。
(四)框架梁的制作与安装
高层、超高层框架梁一般采用H型钢，框架梁与钢柱宜采用刚性连接，钢柱为贯通型，在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。
框架梁应按设计编号正确就位。
为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性，在工厂制造时，在框架梁所在位置设置悬臂梁(短牛腿)，悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝，腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接，上下翼缘的连接采用衬板(兼引弧板)全熔透焊缝，腹板采用高强螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求，当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时，腹板的连接板可开椭圆孔，椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0（d0为螺栓孔径），并应保证孔边距的要求。
框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度，需考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核，确定其翻样下料的精确长度。
框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接，目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接。施工时先焊下翼缘再焊上翼缘，先一端点焊定位，再焊另一端。
腹板则采用高强度螺栓连接，要充分理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓。采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理。
采用高强螺栓群连接时，孔位的精度十分重要。目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔，前者精度低，后者精度高，应优先考虑采用后者。当采用模板制孔时，应保证模板的精度，以确保高强螺栓的组装孔和工地安装孔的精度要求。如果孔位局部偏差，只允许使用铰刀扩孔。严禁使用气割扩孔，若用气割扩孔，则应按重大质量事故处理。
高强螺栓群应同一方向插入螺栓孔内，高强螺栓群的拧紧顺序应由中心按幅射方向逐层向外扩展，初拧和终拧都得按预先设定的鲜明色彩在螺帽头上加以表示。
三．施工安全措施
（1）钢梁上需铺设适当数量的走道板；
（2）吊装期间需布设安全网，分平网和竖网。
（3）在接柱处要设操作平台，固定在下节柱的顶部；
（4）在刚安装的钢梁上需设置存放施工设备用的平台；
（5）吊装前要先将登高钢梯固定在钢柱上，在柱梁节点下方安装挂篮脚手；
（6）施工用的电动机械和设备均须接地，电缆须集中，每层楼面须分别设置配电箱；
（7）高空施工当风速达10m/s时，有时吊装工作要停止，达15m/s时，一般应停止所有施工工作；
（8）注意防火，配备必要的灭火设备和消防人员。
四．结语：随着中国国民经济发展和人口城市化进程加快，我国高层建筑建设持续空前发展。钢结构体系因其本身所具有的自重轻、强度高、施工快等优点，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势，相信以后会有越来越多的凝聚高科技的高层和超高层钢结构建筑展现在我们面前。
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