高層建築鋼結構安裝工程的質量控制

【摘要】近年來，鋼筋混凝土核心筒—鋼結構外框架結構型式的高層建築日益增多，高層建築中鋼結構安裝施工質量的優劣直接影響建築物的使用安全與抗震性能。

本文通過工程實例，從施工工藝角度提出鋼結構安裝施工中的質量控制要點，從而保證工程質量。

【關鍵詞】高層建築；鋼結構安裝；質量控制

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一、工程概況

某大廈主樓地下3層，地上53層，高度242.40m，設計採用內核心筒—外框柱結構體系，平面尺寸44.55m×44.55m，核心筒平面尺寸25.1m×25.3m，+0.000以上外框採用全鋼框架結構、金屬壓型鋼板和現澆混凝土樓板，鋼柱內灌混凝土，內筒和外框之間用鋼樑連接，外框柱為箱型截面，標準層鋼柱為三層一節，約12.3m長，標準柱間距4.05m，鋼樑主要為H型截面。

所用鋼材材質：外框架柱為Q345C、鋼樑為Q345B、Q235B。

外框柱與鋼樑之間為剛性連接（腹板栓接、翼緣焊接），其餘鋼樑連接為鉸接。

本工程鋼結構安裝內容包括鋼柱安裝、鋼樑安裝、高強螺栓安裝、壓型鋼板安裝。

二、鋼結構安裝的質量控制要點

1.進場構件的質量控制

（1）構件進場時，要對構件尺寸、變形、螺栓孔、坡口、摩擦面、標識全面檢查。

特別應對鋼柱的旁彎和扭曲進行檢查。

構件的坡口形式與尺寸必須與設計一致。

摩擦面要有良好的保護措施。

（2）對柱、梁等主要構件在安裝現場進行的檢查，凡其偏差大於規定之允許偏差時，安裝前應在地面進行修理。

2. 安裝準備工作

鋼結構安裝前，對建築物的定位軸線、平面封閉角、底層柱的位置線、基礎的標高和混凝土強度等進行複查，合格後方能開始安裝。

地腳螺栓的螺紋應受到保護。

3.鋼結構安裝的質量控制

1）鋼柱安裝

鋼結構垂直度控制的好壞是鋼結構安裝順利與否的關鍵，垂直度的控制穿插於整個安裝過程中。

1）鋼柱的吊點，直接利用鋼柱頂部的臨時耳板，當柱子吊至安裝位置時，上柱耳板插入已安裝好的下柱連接板內，用臨時螺栓固定後方可摘吊鉤。

2）鋼柱的安裝順序，平面上應從中間向四周擴展，本工程南、北各設置一台塔吊，按照上述原則進行鋼柱安裝。

3）柱的安裝應先調整標高，再調整位移，最後調整垂直偏差。

調整柱標高應按上下柱的標高線間距進行調整，以最高的下柱和最長的上柱標高線間距為準，這樣處理可以保證新安裝的各柱柱頂標高差不超過5mm。

第一節柱的標高，採用在底板下的地腳螺栓上加一螺母的方法精確控制，螺母止退可採用雙螺母，或用電焊將螺母焊牢。

此外，標高控制時應考慮柱接口焊接收縮量（2-3mm）。

當上柱和下柱發生扭轉錯位時，採用在連接上柱和下柱的臨時耳板處加墊板的方法進行調正。

最後進行柱垂直度的校正，以下柱的軸線標記與上柱柱頂中心線標記為基準線，至少用兩台經緯儀從兩個不同方向測控，用千斤頂來調整。

最終將柱頂偏差控制在2mm之內，擰緊連接板上臨時螺栓，必要時可將臨時連接板與耳板點焊，以達到固定柱子的目的。

4）結構安裝時，還要考慮日照的影響，複測一般以晨時為準。

本工程所有柱垂直度複測工作都在早晨7點前完成。

5）框架柱定位軸線的控制，採用在建築物內部設輔助線的方法。

每一節柱子高度範圍內的全部構件在完成安裝、焊接、栓接並驗收合格後，方能從地面引放上一節柱的定位軸線。

6）結構的樓層標高可按相對標高或設計標高進行控制。

本工程柱的標高採用相對標高控制，設計標高校核。

（2）鋼樑安裝

1）安裝順序：外框架鋼柱之間的主梁——外框架柱與核心筒之間的次梁，先下層梁，再中層梁，最後上層梁，平面上應從中間向四周擴展。

2）在安裝柱與柱之間的主梁構件時，應對柱的垂直度進行監測。

除監測一根梁兩端柱子的垂直度變化外，還應監測相鄰各柱因梁連接而產生的垂直度變化。

如安裝梁過程中柱子發生較大偏移，要對柱子重新校正。

3）安裝次梁時，預先在核心筒預埋件上投放梁底標高線，在預埋件上焊接角鋼，將梁先擱置在預埋件的角鋼上，然後根據實際情況調整連接板尺寸，鋼樑另一頭靠鋼柱一端用臨時螺栓與鋼柱固定。

4）同一根梁兩端的水平度控制在（L/1000）+3mm（L為梁長），且不大於10mm。

（3）高強螺栓安裝

本工程採用的高強螺栓有大六角頭和扭剪型高強度螺栓兩種。

在安裝過程中，究竟是先焊後栓，還是先栓後焊，國家規範中沒有明確規定，經有關各方協商論證，最後確定採用先栓後焊的方法。

1）鋼結構製作和安裝單位分別進行高強度螺栓連接摩擦面的抗滑移係數試驗和復驗，現場處理的構件摩擦面單獨進行摩擦面抗滑移係數試驗，其結果應符合設計要求。

2）高強度螺栓應自由穿入螺栓孔，嚴禁用榔頭強行打入或用搬手強行擰入。

一個節點中的擴孔數不宜多於該節點孔數的1/3，高強度螺栓孔不應採用氣割擴孔，允許用鉸刀擴孔，擴孔後的孔徑不應超過1.2d（d為螺栓直徑）。

3）高強度螺栓通過初擰、終擰達到擰緊，擰緊的順序，應從螺栓群中部開始，向四周擴展，逐個擰緊。

終擰前檢查接頭處各層鋼板是否充分緊貼。

4）高強度大六角頭螺栓連接副終擰完成1h後、48h內應進行終擰扭矩檢查。

（4）鋼結構焊接

本工程主要焊接接頭為柱與柱、梁與柱焊縫，設計要求全焊透，柱與柱接頭焊縫為一級焊縫，梁與柱接頭焊縫為二級焊縫，採用CO2氣體保護焊（柱與柱接頭）和手工電弧焊（柱與梁接頭）。

重點控制焊接順序。

1）鋼結構安裝前，對主要焊接接頭（柱與柱、梁與柱）的焊縫進行焊接工藝試驗，制定所用鋼材的焊接材料、有關工藝參數和技術措施。

焊接試驗完畢後，將焊接工藝全過程記錄下來，測量出焊縫的收縮值，反饋到鋼結構製作廠，作為柱和梁加工時增加長度的依據。

2）持證焊工必須在其考試合格項目及其認可範圍內施焊。

3）完成構件的安裝、校正、固定（包括預留焊接收縮量）後確定構件接頭合理的焊接順序。

利用焊接收縮變形對鋼柱的垂直度進一步糾偏。

構件接頭的焊接順序，平面上從中部對稱地向四周擴展，豎向可採取有利於工序協調、方便施工、保證焊接質量的順序。

本工程外框三層一節柱的焊接順序為先焊上層梁，焊柱-柱接頭，再焊下層梁，最後焊接中層梁。

樑柱接頭先焊腹板，然後焊下翼緣，再焊上翼緣，懸挑構件先焊上翼緣，再焊下翼緣。

4）柱與柱接頭焊接，應由兩名焊工在相對稱位置以相等速度同時施焊。

加引弧板焊接柱與柱接頭時，柱兩相對邊的焊縫首次焊接的層數不宜超過4層。

焊完第一個4層，切去引弧板和清理焊縫表面後，轉90°焊另兩個相對邊的焊縫，這時可焊完8層，再換至另兩個相對邊，如此循環直至焊滿整個柱接頭的焊縫為止。

不加引弧板焊接柱與柱接頭時，由兩名焊工在相對位置以逆時針方向在距柱角50mm處起焊，焊完一層後，第二層及以後各層均在離前一層起焊點30～50mm處起焊，每焊一遍應認真清渣，焊到柱角處要稍放慢速度，使柱角焊縫飽滿，最後一層蓋面焊縫，可採用直徑較小的焊條和較小的電流進行焊接。

5）梁和柱接頭的焊接，先焊梁的一端，待其焊縫冷卻至常溫後，再焊另一端，不宜對一根梁的兩端同時施焊。

焊後割去引弧板時應留5～10mm。

6）進行手工電弧焊時當風速大於5m/s，氣體保護焊時當風速大於3m/s，應採取防風措施後施焊。

7）完成焊接24h，焊縫外觀檢查合格後，要進行焊縫內部缺陷的檢驗。

本工程的一、二級焊縫均採用超聲波探傷。

缺陷焊縫同一部位的一條焊縫返修不宜超過2次。

（5）壓型鋼板安裝

1）在該層鋼樑焊接完成後開始鋪設壓型鋼板。

一節柱的壓型鋼板先安裝最上層，再安裝下兩層。

安裝壓型鋼板時，相鄰兩排壓型鋼板端頭的波形槽口應對準，壓型鋼板在鋼樑上的排列錯位允許偏差為15mm。

2）栓釘焊接前進行焊接工藝試驗，測定焊接工藝參數，栓釘焊接時按位置線排列整齊，焊後進行彎曲試驗檢查。

3）鋼構件安裝和鋼筋混凝土樓板的施工應相繼進行，兩項作業相距不宜超過5層。

三、結束語

如何保證高層鋼結構的安裝質量滿足規範要求，在施工工藝上關鍵要控制好鋼柱的垂直度和接頭的焊接順序與質量，同時測量工作也很重要。