浅析高层钢结构建筑施工过程质量控制重点

盛于洲

摘  要：高层钢结构对施工技术和质量控制的要求高，测量定位、吊装、焊接等技术都是专业性很强的重要环节，其操作精度的高低直接影响到工程质量的好坏。本文通过对某一高层钢结构工程实例的分析、研究，探讨高层钢结构安装施工过程的主要质量控制手段，以期对类似工程有所借鉴。
关键字：钢结构  箱型柱  核心筒  焊接  吊装

一、工程概况
某工程位于钱塘江北岸，地下二层，地上十三层，主体总高108米，建筑物总高度128米，裙房高度为19.62m。整个建筑为轴对称八角形，主塔楼为同心圆形体，塔楼上小下大，主塔楼下部最大半径为68m，主塔楼上部最大半径为24m。
本工程钢结构总吨位约1600吨，主要由以下部分组成：核心筒的劲性钢结构、核心筒之外框架钢结构箱型柱、拱形支撑筒、飞檐钢结构、塔屋顶钢结构、塔楼梯钢结构等组成。标高75m以上结构由箱型柱、钢梁、楼梯、管桁架等组成。钢结构采用薄型光面材料，表面刷涂防火涂料，焊接工字型钢梁，楼板采用压型钢板上浇混凝土的组合楼板。
二、工程施工特点及难点
本工程主体结构由下至上分为三个部分，三层以下部分为钢筋混凝土核心筒－钢筋混凝土框架结构，内设钢骨柱，中部（三层～十层）为钢筋混凝土核心筒－框架结构体系，上部（十层以上）采用空间拱形支撑网筒－钢框柱组合结构。钢结构框架主体部分从基础承台（标高-11.16m）开始由中心核心筒内部八根钢骨柱和外围十六根箱型柱构成。塔身半径从四层的13.399m到十层10.781m逐渐缩小，九层以下的箱型柱在975mm长度范围内突变倾斜，十层以上柱子倾斜度为82度。钢柱主要有箱型钢柱和H型钢柱，箱型柱每二层一节钢柱，每段长度控制在6m左右，现场焊接，焊缝等级为二级。主体框架外为钢飞檐造型。
1、本工程为高层类型钢框架结构，斜面变化较多，主体钢结构柱有一定的倾斜角度，体型很不规则，从上到下的尺寸变化大，构件种类繁多，各构件的受力状况均不同。
2、箱型柱与H型钢焊接截面较大，且箱型柱层高较高，箱型柱的上下两节柱之间对接焊缝要求为全熔透焊接，且各层梁与柱间的连接基本采用栓焊连接，故如何选择合理的工艺顺序，并采取有效的措施，减少焊接变形及焊接应力尤为重要。
3、塔身中心点因受核心筒施工的影响，在施工测量时不能直接使用，可能导致施工测量误差增大。而由于本工程整体高度较高，由大至小呈不规则形状，如控制不好容易出现扭曲现象，故施工测量时应精益求精，才能保证各构件准确就位。
4、本工程属于高层钢结构建筑，高层钢结构建筑的垂直度控制至关重要。而在本工程中，轴对称布置的16根箱型柱，环形布置，四边形的钢柱外径和内径之间存在一定的弧度差，很难准确定位，对上部垂直度的控制尤为重要。
5、施工条件差，本工程周边有大面积水塘，作业条件有较大限制，且处于大江畔，风很大，对钢构件吊装、测量控制等都有很大影响。
三、钢结构安装措施
1、地脚螺栓的安装
本工程预埋螺栓采用直埋法，地脚螺栓固定架自成体系，避免与模板、脚手架相连，以免施工中受到振动冲击，造成螺栓变位，影响精度。在混凝土浇筑时，为避免振动，地脚螺栓埋入1/3后即对螺栓中心线进行复查。
基础混凝土浇筑好后，在钢结构构件进场准备吊装前，对预埋螺栓进行全方位的复核，取得最后有效数据，以备对螺栓做必要的校正和在安装过程中做调整。预埋螺栓复核主要检查中心线的偏移、同一组螺栓距离、螺纹长度、支撑面的标高及水平度等，发现偏差，及时纠正。
2 测量控制
平面控制点测量：本工程塔身中心点因受核心筒施工的影响，在施工测量时不能直接使用。因此地面测量箱型柱定位线时采用环向循环测回法。根据已知的控制点找出两个柱基的中心点，作为初始位置，从轴线1-2，2-3直至8-1循环测量一圈，最后一组数据如与第一次测量结果不闭合，则按照第一次测量的数据进行调整，把误差等分到八个角点，并重新测量一次，如还不闭合，再一次调整测量，直到测量结果误差控制在内角偏差小于6’’，柱距小于±1mm。
垂直方向引测：采用经纬仪矫正垂直度和全站仪复核轴线偏差相结合的双轨控制方法测量钢柱，设置钢结构柱子的定位轴线的基准线，把测量的基准点设在建筑物控制轴线的延伸线上，在相垂直的两边线每边引出两条轴线的延长线，每一节柱子的定位轴线都由这两条基线从地面引上来，作为上一节柱安装时的基准线。并采用激光铅直仪，对平面控制网根据已测设好的主轴线点向垂直方向引测。
往高空引柱的定位轴线前，必须在柱子和主梁的焊缝焊完，下层柱的柱顶位移和标高测量完成并作好记录后，再把下一节柱的定位轴线引到高空，并在柱顶进行放线工作，校核内角和弦长。在安装主梁时，受主梁安装的影响，柱子顶位置就会变动，产生超出规定的位移偏差，因此安装主梁时必须跟着校正柱子，保证柱顶的精确位置，以确保整体垂直度。
3 钢结构吊装
根据施工现场实际情况，本工程以自升式塔吊作为垂直运输工具。塔吊中心距塔体中心点约20m，钢构件主要分布在距本工程圆心点约18m范围内，安装塔身高度约140m，起重臂长60m，根据起重量和楼层布置状况划分吊装单元，以楼层梁或临时支撑作为施工阶段外框筒结构径向稳定构件，自下而上，柱、钢支撑、钢梁和钢楼梯同步施吊。按照设计图纸中构件的平面布置，构件种类，选择构件安装的起点，从建筑物的中心顺次向外扩展安装，每一边又是从中间向两边对称安装。
3.1钢柱安装
钢柱吊点设置在预先焊好的吊耳连接件处，采用专用吊具装卡，防止吊耳起吊时变形，钢柱的起吊方法，采用单机回转法起吊，同时钢柱上绑上爬梯以便人员上下。
钢柱标高调整：首层钢柱标高调整利用四个调整螺母进行标高调整。依靠调整螺母并用大钢楔做辅助，采用两台经纬仪监测。标准层钢柱标高调整则以安装在吊装柱上的双夹板平衡插入基础柱对应的安装耳板上，穿好连接螺栓临时固定，校正后进行焊接，翼缘采取全熔透的对接焊缝，腹板采用双坡口对接焊缝。
钢柱垂直度调整：垂直度变化利用用经纬仪对钢柱及钢梁的安装跟踪观测，保证垂直偏差受控。为防止钢柱向内变形，外柱无法借助外力进行焊后校正，在校正时最外侧钢柱向外侧预留5mm，以抵消焊缝收缩的影响。
3.2 钢梁吊装
吊装固定钢梁时，同样采用经纬仪进行测量监控，保证梁水平度调整和已校正单元框架整体安装精度。钢梁吊升到位后，注意钢梁的起拱，正、反方向和钢柱上连接板的轴线。较长梁的安装，用冲钉将梁两端孔打紧、逼正，然后，再用普通螺栓拧紧。安装多层柱节时，应首先固定顶层梁，再固定下层梁，最后固定中层梁。
3.3 斜撑安装
为确保钢框架的整体性，在单个构件柱、主梁、次梁校正完毕后进行永久固定之前，先将构件间的斜撑或隅撑安装好，以增强钢框架的刚度，不受其它区域结构安装或塔吊晃动的影响。
3.4楼梯和其他构件安装
根据现场情况穿插安装，十层以上的空间拱形支撑网筒在地面拼装成安装块后，分块吊装，高空组焊。地面拼装在胎架上进行，从而保证现场拼装精度。塔顶特钢结构分成两部分进行吊装。
4焊接控制
本工程材质均采用Q235B、Q345B。钢柱连接采用坡口全熔透或坡口半熔透焊接，钢柱与梁连接大部分采用腹板高强螺栓、翼板焊接刚性连接，梁与梁主要采用腹板高强螺栓铰接。以CO2气体保护焊为主，手工焊为辅。总的焊接顺序由中心向四周扩展，采用结构对称、节点对称、全方位对称焊接，在同一节点处采用双人对称的焊接方法。严禁两端同时焊接，避免焊后热膨胀，冷却后收缩扭曲变形，以减小应力集中。
箱型柱焊接前厚钢板采用电加热或火焰加热进行局部预热，并在制作过程中进行矫正，焊接后进行后热和保温热处理。柱与梁的连接焊缝采用先栓后焊的顺序，即高强螺栓拧紧后再进行焊接。
冷却到工作环境后采用超声波探伤无损检测，对超限的缺陷，进行碳弧刨清除缺陷，并进行校正或以原先相同的焊接工艺进行补焊，以同样的标准进行检验。
5 钢构件涂装
本工程钢结构工程量较大，施工周期相对较长，现场防腐涂料施工与钢结构安装同步进行。除埋入混凝土的钢构件外，其余均在工厂喷射或抛丸除锈后，涂装溶剂型无机富锌底漆两遍，环氧中间漆两遍及聚氨脂面漆两遍；钢构件涂装完毕后，涂层干漆膜厚度室外为150цm，室内为125цm。对现场一、二级焊缝，无损探伤检验完毕并合格后方可进行油漆涂装，并应用漆膜厚度仪随时检测，以便控制漆膜厚度。
四 结语
随着钢结构的广泛应用，钢结构的技术难度会越来越大，随之而来安装精度要求也越来越高，质量问题也会愈来愈受关注。由于本工程结构的特殊性，施工过程中，根据现场适用条件，采取循环测回法确定平面控制点、双轨控制方法引测垂直方向等测量方法；严格吊装顺序，并在吊装后严格进行初校、复校，以保证吊装精度；探索焊接变形规律，优化焊接顺序，严格控制焊接质量，切实有效地进行施工管理。既要做好质量预控工作，也要重视过程控制和成果校核。本文通过上述施工过程的主要质量控制手段总结，以期对类似高层钢结构工程的施工提供一定的参考作用。