关于高层建筑钢结构施工设计的探讨

摘要：建筑设计一般包括：总体规划、基地环境、功能要求、结构施工、材料设备、建筑经济以及建筑艺术等多个方面。本文作者结合多年工作和理论研究实际，主要就高层建筑钢结构施工设计进行了简单探讨，仅供同行参考。

关键词：高层建筑；钢结构；施工设计；施工技术；建议

中图分类号： TU97文献标识码： A

引言

钢结构建筑具有抗震性能好、施工周期短、工业化程度高、环保效果好等特点，符合我国国民经济可持续发展的要求。因此近年来钢结构在高层建筑工程中的应用越来越广泛。下面本人结合多年从事建筑设计的经验，就高层建筑钢结构施工设计浅谈几点看法，仅供同行参考研究。

1 什么是高层建筑钢结构的结构体系

高层建筑钢结构的结构体系是用于高层建筑钢结构设计的各种结构体系。根据其抵抗侧向荷载的相对效能概括地分为下列类型: 一是钢框架结构体系。沿房屋的纵向和横向均采用框架作为承重和抵抗侧力的主要构件所构成的结构体系。二是钢框架――抗剪结构体系。靠梁柱的抗弯刚度来抵抗水平力的结构是纯框架结构,当纯框架结构在地震载或风荷作用下的侧移不符合要求或者是建筑物超过30层,则一般纯框架结构中都需要加上抗侧移构件,这样就成了钢框架――抗剪结构体系。

2高层建筑钢结构的特点

2.1钢结构的优点

用于建造高层建筑的钢结构有着许多的特点，其中优点有：结构自重轻.抗震性能好.施工速度快.施工周期短以及工业化程度高，用于施工的钢结构构件可以采用在工厂生产，运至现场进行安装，因而可以大大缩短施工周期。另外还有一个特点是钢结构无粉尘的干施工工艺及可回收并重复利用，这个特点符合可持续发展及环保的时代主题。

2.2钢结构的缺点

主要缺点有：耐火性差，钢材的导热系数远比钢筋混凝土的导热系数大的多，而且耐火性能比混凝土结构差很多，当温度达到600℃时，钢结构就基本上丧失了其所有的强度和刚度；耐腐蚀性差，钢材表面的铁原子在空气中发生反应生成氧化铁锈，锈蚀会使应力集中，使钢结构的使用受到安全危害，提前破坏了钢结构，所以防腐措施是必不可少的。

3 高层建筑钢结构施工的材料要求

在不同的结构中对材料的要求也会不同，在广州市天河区珠江新城商业.办公楼1幢B2-10地块（财富中心）地下部分钢结构安装方案中，则需要保证材料的抗拉强度.伸长率.屈服点.冷弯试验.冲击韧性合格，并保证硫.碳.磷含量符合要求。当钢板厚度≥36mm时，要求采用Q345GJC钢材。钢材应满足《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）的要求，钢材的抗拉强度与屈服强度的比值不应小于1.2。钢材应具有明显的屈服台阶，且伸长率δ应大于20％。钢材应具有良好的可焊性，同时应具有冷弯试验的合格保证。除标明外，钢板厚度≤35mm时，采用Q345B钢材；当钢板厚度36～100mm时，采用Q345GJC钢材,断面收缩率≥Z15。其中当钢板厚度≥50mm时，要求断面收缩率≥Z25。当钢板厚度≥36mm时，要求断面收缩率≥Z15。

4 高层建筑钢结构施工设计

高层建筑钢结构施工设计主要包括以下内容：①选择、布置及装拆塔吊；②构件进场、堆放与验收；③吊装；④测量控制；⑤焊接；⑥质量及工期控制；⑦施工的安全，下面结合多年工作经验，主要介绍六个方面：

4.1施工前准备工作

高层钢框架结构安装前的准备工作，除了一般性的准备工作，还包括：钢结构构件预检和配套、钢柱基础检查、安装流水段的划分、安装机械的选择等。钢构件在加工厂的制作程序为：首先进行编制构件制作指示书和原材料的矫正；然后进行放样、下料、切割等施工；制孔并进行边缘加工；经过组装和焊接，仔细对端部加工和磨擦面处理，并严格执行除锈和涂装步骤，最后验收和发运即可。

4.2测量定位

测量定位是施工中不可以忽视的事情。这个过程不仅是对钢结构变形控制需要有精确的定位，更重要的是在整体钢结构安装的质量和进度过程中，与测量工作的好坏密切相关，所以在钢结构施工工程中应积极采用先进的测量仪器，主要针对高层钢结构工程施工的难点和重点，充分应用工程施工的经验，并密切结合高层钢结构施工的特点，对钢结构的吊装和焊接质量进行正确的引导和实时监控。

4.2.1测量控制内容

钢框架结构安装测量工作的主要内容：验收土建平面控制基线或红线界桩点及标高基准点的位置正确，并作好书面记录；基础埋件的放线就位及标高等；设置并控制好垫板组、构件安装的标高和轴线；主轴线网的合理建立；平面控制网的测放；标高的引测；H型钢拄和箱形柱的校正等。

4.2.2测量控制基本方法

钢柱测控：采取全站仪复核轴线偏差、经纬仪校正垂直度两种方法相结合的控制方法；高程传递：可用大盘尺直接进行高程传递的常规测量方法；平面控制网的测放：根据施工现场通视条件，首先测设主控制轴线，然后加密各建筑轴线；平面控制网的垂直引测：使用激光铅直仪垂直引测已经测设好的轴线控制点。

4.3构件进场

高层钢结构建筑项目如果位于城市的繁华中心地带，在白天的时候构件运输车辆不能进场，只能在晚上进场，这就给构件的卸车提出了较高的要求，必须在六个小时内卸完一天内要安装的构件，这需要加强和制作厂的协调工作。如果构建需要两层叠放在一起，则中间要垫枕木，以防止运输中破坏构件上的栓钉和构件外表等。构件进场前，要认真仔细的熟悉图纸，选好要进场构件的吊点．避免因吊点选择的错误出现安全事故，避免因选择吊点而耽误构件卸车的时间。现场拼装成整体的构件，需通过验收后方可进入吊装工序。按图纸和钢结构验收规范对构件的尺寸、构件的配套情况、损伤情况进行验收，验收检查合格后，确认签字，作好检查记录。

4.4钢结构安装

(1)安装工艺。钢结构安装在垂直方向上的目标状态是：钢结构一节安装完成后，土建单位立即将此节每一楼层的压型钢板吊运到位，并把最上面一层的压型钢板铺好，从而使上部的钢结构吊装和下部的压型钢板铺设和土建施工过程有效隔离。竖向安装顺序（以一节三层为例）：钢柱安装下层框架梁中层框架梁上层框架粱测量校正螺栓初拧、测量校正、终拧高强螺栓铺上层压型钢板铺下、中层压型钢板下、中、上层钢梯、平台安装。

(2)钢柱的安装。1)钢柱安装顺序：先内筒的安装，后外筒的安装，先中部后四周，按照吊装分区进行施工，先下后上的安装顺序进行安装。2)吊点的选择：钢柱吊点设置在钢柱的顶部，直接用临时连接板(连接板至少4块)。在临时连接的耳板上设置吊装孔。3)吊装与解钩：利用选好的吊点穿好卡环，绑好钢丝绳，检查一切完毕后开始起吊。把钢柱初步就位后拉好缆风绳，然后解钩。4)钢柱就位。

(3)钢粱的安装。1)吊装顺序：总体随钢柱的安装顺序进行，相邻钢柱安装完毕后，及时连接之间的钢梁使安装的构件及时形成稳定的框架，并且每天安装完的钢柱必须用钢粱连接起来，不能及时连接的应拉设缆风绳进行临时稳固。先主梁后次梁，先下层后上层的安装顺序进行安装。2)吊点的选择：钢梁的吊点一般在离钢梁两端1/3处设置吊耳。3)钢梁吊装、就位。

4.5连接工艺

随着高强螺栓、焊接连接方式的大量采用，工程中对被连接件的要求越来越严格。如构件位移、垂直度、水平度、磨平顶紧的密贴程度、连接间隙、孔的同心度、板叠摩擦面的处理等，都必须经过质量监督部门检查认可，方能进行下一步的紧固和焊接，以免留下难以处理的隐患。

高强度螺栓的拧紧分为初拧和终拧两步进行，可减小先拧与后拧的高强度螺栓预拉力的差别。对大型节点应分为初拧、复拧和终拧三步进行，增加复拧是为了减少初拧后过大的螺栓预拉力损失，为了使被连接板叠密贴，在施工过程中应从螺栓群中央依次顺序向外拧，为了防止高强度螺栓连接的表面处理涂层发生变化，并影响预拉力的现象产生，要求应在当天终拧完毕。高强度大六角头螺拴施拧用的扭矩扳手，一般采用电动定扭矩扳手或手动扭矩扳手，在检查中使用的扭矩扳手一般为手动指针式扣矩扳手或带百分标的扭矩扳手。该工具在班前和班后都需要严格进行扭矩校正，施拧用扳手的扭矩为±5％，捡查用扳手的扭矩为±3％。扭剪型高强度螺拴可采用目测的方法检查螺栓尾部梅花头是否被拧掉；高强度大六角头螺栓可采用小锤敲击的方法进行检查，即用手指紧按住螺母的一个边，用0．3～0．5kg重的小锤敲击螺母的另一边，如果过程中手指感到轻微颤动即为合格，颤动较大的则是因为欠拧或漏拧，完全不颤动即为超拧。

4.6安全施工

安全施工是钢结构施工中的重要环节，高层建筑钢结构施工的特点是悬空.高空.作业点多。在施工过程中，仅高强螺栓就很多，这些零件虽小，但如果从l00m以上的高空掉下去砸到人头顶，后果就不堪设想了。针对这些高层建筑钢结构施工的特点，必须采取事前与过程控制相结合的方法，首先加强对施工人员的安全教育，坚持日安全巡视制度。然后采取防护措施比如带安全帽.走安全梯.缆风绳.防坠板.防坠器等。

5对高层钢结构施工的几点建议

在施工的过程中，要对节点图充分理解，制定合理施工工艺；根据实际的工程特点来选用合理机械设备，特别是选用塔式起重机，需要考虑其装拆的可行性；根据结构不同的特点.气候条件和焊接形式，合理选用焊接参数和工艺，不能盲目照搬，一概而论；钢结构构件的进场数量和加工顺序要根据实际情况考虑到吊装设备的吊运能力和现场堆放条件；严格规定制作工艺，使现场处理数量减少；控制测量要做到分阶段.分层次.分区段进行闭合，减少并校正累计产生的误差；及时跟进安全防护，严密措施，到位检查。

6结束语

我国正在大力发展高层钢结构建筑，我们应及时总结已建成的高层钢结构设计与施工的经验，设计出满足各类建筑安全性能、环境性能、适用性能、耐久性能、经济性能等多方面要求的钢结构，为钢结构在高层建筑中的应用做出积极的贡献。