钢结构技术在高层建筑中的应用

【摘要】文章分析了高层建筑钢结构施工的主要特点及影响焊接质量的主要因素，指出了高层建筑钢结构安装施工的难点，通过实践应用，提出质量控制的主要措施。为四川地区未来高层钢结构建筑发展提供了非常重要的研究价值。

【关键词】高层建筑；钢结构；应用

引言

本工程位于成都市成华区府青路一段3号四川油气田机关大院内，建筑类别为一类高层科研办公楼。总建筑面积为50316m2（其中：地上43479.45 m2、地下6836.55 m2）；建筑层数为28层（其中：地上26层、地下2层），建筑总高度为99.90m。结构类型为框架剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，总用钢量达3450t。

由于钢结构技术是高层房屋建筑中的新技术、新工艺，为此，无论从设计―材料―施工制作―验收―竣工资料等方面都严把质量关。

1 钢骨柱设计说明

本工程结构构件除中筒为剪力墙结构外，其余从基顶（-8.5m）至第十层（44.050m）为钢骨混凝土柱，第十一层至二十六层为钢筋混凝土柱。钢骨柱分别按7排4行布置，共26根，从基础面到第十层高度，总重量670多吨。钢柱为多节柱，在楼层板上+2200mm位置分段。

型钢采用Q345B的低合金结构钢钢板（厚度为14mm、16mm、18mm、24mm等规格）组焊；钢柱断面形式为十字形截面柱，型钢尺寸为550×300×14×18，550×300×16×24、550×300×20×34，截面尺寸为850×850，混凝土强度等级为C55。

2 施工中需解决的关键技术问题

2.1 钢骨柱的焊接应力变形及控制

2.2 钢骨柱定位

2.3 钢骨柱与柱、梁钢筋连接

2.4 钢骨柱模板支设

2.5 过渡层钢骨柱

2.6 混凝土浇筑

3 项目前期准备及实施过程

3.1 项目前期准备

首先熟悉相关规范、规程（JGJ138－2001《型钢混凝土组合结构技术规程》、04SG523《型钢混凝土组合结构构造》和JGJ81－2002《建筑钢结构焊接技术规程》），型钢混凝土组合结构施工工艺及型钢与梁钢筋的连接锚固、箍筋的绑扎、钢骨柱模板的设计与安装、混凝土的浇筑等工序施工方法与技术措施。明确钢骨柱制作、吊装、焊接、检测等施工工艺和相关节点的结构详图，审阅钢骨柱焊接工艺评定和施工方案。

3.2 实施过程

3.2.1 材料选择

（1）钢材钢骨柱采用Q345B级焊接型钢板，钢材屈强比应≥1.2，其质量应符合GB/T1951《低合金高强度结构钢》的规定。

（2）焊接材料手工焊接用焊条应符合GB5118《低合金钢焊条》的规定，自动焊接或半自动焊接应符合GB/T14957《熔化焊用钢丝》的规定。

（3）螺栓与栓钉普通螺栓应符合（GB5780 GB5781）《六角头螺栓－C级》和《圆柱头焊钉》（GB10433）等有关标准。

（4）钢筋箍筋采用Ⅱ级热轧钢筋。

（5）混凝土钢骨混凝土结构的砼采用细粒径砼，最大骨料宜小于型钢外侧混凝土保护层厚度的1/3，且不宜大于25mm。

3.2.2 施工工艺

（1）钢骨柱分段情况：本工程从基顶（-8.5m）至第十层（44.050m）为钢骨混凝土柱，在楼层板上+2200mm位置分段，分段后构件长度为楼层层高。

（2）钢骨柱施工流程：钢骨柱加工钢骨柱运输和吊装钢骨柱焊接钢骨柱竖筋与梁筋安装固定钢骨柱模板支设钢骨柱砼浇筑。

（3）切割与组对：在切割时，一定要控制好火焰。在进行H（T）型构件加工制作时，控制好应力集中和变形及垂直度相互连接的中心位置，严格控制其尺寸偏移。

（4）焊接：对坡口形式的加工、焊接工艺参数的选择、焊缝位置、结构刚性、装配焊接顺序等均严格控制，从而才能保证焊接过程的稳定性。

3.2.3 钢骨柱的运输和安装

（1）水平运输采用7m车厢的20t汽车；垂直运输采用塔吊作为吊装机械，个别地方辅以汽车吊。

（2）底部钢柱吊装前，在钢柱底及基础上划出标高控制线、轴线。

（3）上部钢柱的安装，钢柱为多节柱，单根重量为2.2t。吊装时通过钢柱上的耳板和连接板进行定位，定位的同时要复核上下轴线是否对正，确保轴线正确。

（4）焊接十字形截面柱，采用翼缘、腹板完全焊透的坡口对接形式。现场钢骨柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量应符合设计规定。

（5）垂直度及标高控制吊装过程中用经纬仪和线坠观测控制钢骨柱的垂直度和轴线，水准仪控制标高。

3.2.4 梁筋安装固定

根据04SG523《型钢混凝土组合结构构造》规定，中间三根梁筋在翼缘边截断，与柱牛腿焊接，仅两边梁筋穿过腹板连通。

3.2.5、钢骨柱模板支设

由于钢骨柱无法在柱内设置对拉螺栓，因此采用了组合钢模板，柱平面尺寸较大（850×850），同时采用了16#槽钢作为柱箍，在柱外用两根φ14高强螺杆对拉，每600mm高设一道，以保证模板刚度，防止涨模。

3.2.6 钢骨柱混凝土浇筑

钢骨柱混凝土浇筑，应遵守有关混凝土施工的规范和规程，在梁柱接头处混凝土不易充分填满处，要仔细浇筑和捣实。

3.2.7 机械设备的配备

（1）工厂制作设备

（2）现场安装设备

（3）检测设备

3.2.8 施工技术措施

（1）钢骨柱加工的变形控制焊接时应考虑弯曲变形、扭曲变形、波浪变形对钢骨柱的影响，因此应从设计、工艺上采取措施。

（2）钢骨柱定位

a、底部钢柱的定位：采用四根L60角钢支撑杆件的方式进行固定，加固用的角钢支撑浇注于基础混凝土中。

b、上部钢柱的轴线定位：采用先四角、后中间的连接顺序。

（3）钢骨柱与柱、梁钢筋连接：梁钢筋与柱的连接锚固是本工程技术难点。在制作腹板时，确定了预留孔的位置、直径及误差范围，并严格钻孔施工。

（4）钢骨柱箍筋设置：由于牛腿伸出柱平面，直径较大（Ф16）的箍筋（矩形和八边形）不易就位，采用两个半箍搭接焊形成封闭。

（5）钢骨柱模板支设：采用16＃槽钢制作专用柱夹具，槽钢间用φ14螺栓连接。

（6）过渡层钢骨柱：本工程设置一层过渡层，型钢截面尺寸同标准层，过渡层内的型钢翼缘外侧设置栓钉。

（7）混凝土浇筑和养护：钢骨柱内钢材、钢筋密集，钢骨柱被腹板分割为四部分，因此砼不易浇筑密实。施工时采用细粒径砼，配合橡皮锤敲打、小型振动棒等措施。同时加强砼的养护工作。

3.2.9 质量控制措施

（1）制作、施工质量控制

a、原材料质量控制措施及原材料进场检测

b、加工制作质量控制措施

①在钢结构加工时，钢牛腿位置、大小的施工图均通过配合单位技术部门核对后再加工，避免配合单位在施工时的失误和返工。

②钢骨柱的焊接工程量大，质量要求高，特别是在现场焊接条件有限的情况下，对使用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊接位置进行焊接工艺评定，并对已确定的焊接工艺参数进行控制。

③H（T）型钢的焊接应在专门的制作夹具上进行。

④参加施焊的焊工必须持有特种作业焊工合格证。