关键词：瀑布幕墙,焊前预热,电弧焊, 超高层建筑,钢结构,建筑论文范文
摘要：以某超高层建筑为例，探究了钢梁预埋件、核心筒钢柱、外框钢架、避难层桁架以及瀑布幕墙等钢结构安装工艺。在钢结构吊装到位并且进行误差校正后连接固定。其中，上下层钢柱连接、楼层钢梁与节点连接以及钢构件对接处，均采用焊接固定，并通过焊前预热、焊后保温措施提高焊接质量，避免裂纹等质量缺陷。梁-柱连接、梁-梁连接的腹板处采用高强度螺栓连接固定，经过初拧和终拧后确保螺栓预应力达标，提高钢结构的连接强度。
关键词：瀑布幕墙,焊前预热,电弧焊, 超高层建筑,钢结构
由于钢结构具有自重轻､强度大､寿命长等特点,在高层及超高层建筑中得到了广泛应用｡在钢结构施工中,影响安装质量的因素多种多样,除了钢构件自身的质量与性能外,吊装方式是否科学､安装误差是否符合规范以及组装连接是否可靠等,都会直接影响钢结构的稳定性与安全性｡除此之外,超高层建筑中的钢结构施工,由于钢柱的直径和钢板的厚度较大,很容易出现未焊透､变形､裂缝等焊接质量缺陷｡因此在超高层建筑的钢结构施工中,加强安装技术控制尤为重要｡
1、工程概况
某超高层建筑总高度208m,占地面积204711m2,主塔楼共45层,地上42层,1到5层为裙楼;地下3层,为车库与设备用房;在第12层､26层､40层设置避难层｡采用混凝土核心筒+外部钢框架结构,设计使用年限50年,抗震设防烈度8度｡该工程中钢构件主要有外框架柱､内核心柱､楼层梁以及预埋件､支撑件等,预计总用钢量22500t｡所用钢构件根据结构整体模型加工制作,检验合格后运输到施工现场,通过2台STT553-24型落地附着式平臂塔吊完成钢构件吊装,该塔吊臂长60m,最大吊重24t｡鉴于该工程体量大､构件数量多､连接节点复杂,因此对钢结构安装施工技术提出了严格要求｡
2、超高层建筑钢结构安装工艺
2.1钢梁预埋件的安装
本工程中所用钢梁预埋件由HRB335级锚筋和Q345B锚板两部分组成,两者之间焊接组成整体｡将预埋件布置在内筒剪力墙上,利用预埋件将内部核心筒与外框钢梁连接起来,钢梁腹板与埋件之间则使用高强度螺栓连接｡具体安装工序如下:测量人员使用钢尺､全站仪等工具,参考设计图纸开展现场测量,确定预埋件的位置,并保证坐标精度控制在±2mm以内,同时用红油漆笔在钢筋上标记埋件位置｡在安装埋件前使用BIM软件进行模拟,检查埋件与钢筋､箍筋是否有冲突｡如果埋件与钢筋､水平箍筋的位置冲突,需要调整埋件位置｡经BIM模拟确定不存在位置冲突后,在根据控制线进行埋件的定位安装[1]｡安装结束后,进行埋件表面清理,去除锈迹､油垢,然后再次测量埋件的标高与轴线,确认无误后将埋件与钢筋连接｡经监理人员验收合格后搭设模板｡钢梁预埋件的安装流程如图1所示｡
图1钢梁预埋件安装流程
2.2核心筒钢柱的安装
本工程的核心筒中包含了20根钢骨柱,以H型钢为主,有H10001×480×40×30和H500×250×40×30等多种规格｡对于地下室的钢柱,由于钢柱之间没有楼层钢梁作为连接,为了防止钢柱偏移等情况的发生,将1个楼层当成1个吊装单元;对于地上结构的钢柱,将地上1层作为1个安装单元,地上2到42层每两层作为1个安装单元｡核心筒钢柱的吊装流程如图2所示｡
图2核心筒钢柱安装流程
为保证钢柱吊装作业顺利和提高钢构件安装精度,现场采取以下控制措施:吊装前仔细检查钢丝绳和卡环,采用两点法起吊,两个吊点对称布置,保证两条钢丝绳受力均匀｡同时检查并清理钢柱连接处的坡口,以露出金属光泽为宜,为后续高空焊接创造便利｡由于核心筒的钢柱均采用独立设置,在后续施工过程中产生干扰可能会引起变形,为了杜绝此类情况再吊装核心筒钢柱后利用连接耳板予以固定｡
2.3外框钢柱的安装
建筑的外框钢柱有圆管柱和箱型柱两种类型,前者截面从φ1400×40mm变到φ800×15mm,后者截面从1200×800×40mm变到1000×600×20mm｡钢梁采用H型钢,截面从1000×600×40×60mm变到500×200×6×8mm｡为提高施工效率,以及出于减少结构积累误差的需要,外框钢柱吊装采取了2台塔吊首尾对称施工方式｡对于1､3､5等奇数楼层,北面的塔吊从西往东吊装作业,南面的塔吊从东往西吊装作业;对于2､4､6等偶数楼层,则刚好相反｡完成外框钢柱的吊装后,还要检查并调整垂直度,要求垂直度偏差不超过桩身高度1%｡在钢柱上安装两台垂直于钢柱的经纬仪,测量其垂直度,根据测量结果使用千斤顶进行微调,在垂直度符合要求后拧紧耳板上的安装螺栓,最后进行焊接固定[2]｡
2.4避难层桁架的安装
该超高层建筑在第12层､26层､40层设置避难层,其中第12~13层设有腰桁架与转换桁架,第26~27层除了腰桁架与转换桁架外还有伸臂桁架,第40~41层则只有转换桁架｡所有桁架高度均为一个结构楼层高度,在安装桁架时按照“先内后外”的顺序,即先进行核心筒内伸臂桁架安装,再完成核心筒外伸臂桁架安装,最后安装位于两个伸臂桁架之间的腰桁架[3]｡
2.5瀑布幕墙钢结构安装
该超高层建筑的第11层~42层设置瀑布幕墙,分别在12层､15层､25层､30层､35层､40层设置了6个型钢平台层,使用H型钢板梁作为主体结构,层间为竖向吊杆体系,层与层之间的吊杆与钢板梁用销轴连接｡使用“倒装法”进行瀑布幕墙钢板梁的施工,在上层平台上布置2台8t卷扬机,以上层平台为基础向外悬挑设置托架平台,该平台采用Q235B钢焊接而成,周边设置1100mm高的防护栏｡该提升装置的组成如图3所示｡
图3瀑布幕墙钢结构提升系统示意
作业流程如下:安装卷扬机､钢板梁托架平台后,连接上层吊杆｡移动钢板梁提升托架到指定位置,提升就位后现场人员使用钢尺､水准仪等测量钢板梁的标高与平直度[4]｡如果误差超过标准需要进行调整,在符合施工要求后进行焊接固定｡最后将托架平台落下,准备下一层钢板梁的安装,重复此过程｡
3、超高层建筑钢结构连接工艺
3.1钢结构现场焊接技术
该超高层建筑中有大量高空焊接任务,作业条件较为复杂;焊接方面有平焊､立焊､横焊等多种形式,加上钢板多为厚度在30mm以上的中厚板,因此对钢结构的现场焊接施工提出了较高的要求｡准备了两种电焊机,一种是交流弧焊机,主要用于预埋件安装;另一种是CO2电焊机,主要用于钢管柱､H型钢柱的对接焊接,以及钢柱节点焊接｡本工程中用到的焊接方法以及焊接参数见表1｡
表1焊接方法及参数
为了提高焊接质量､减少焊接缺陷,在焊接作业前仔细检查焊材有无质量问题,是否符合焊接施工需要｡同时对焊接处的坡口进行打磨清洁,确保符合焊接条件｡高空作业必须做好防风措施,检测确定风速､湿度等条件均满足作业要求后方可开始焊接｡为了减小焊接过程中的热应力和形变应力,防止焊接部位出现变形､裂缝等质量缺陷,本工程中焊接钢结构前进行了预热[5]｡焊前预热条件如下:
(1)对于厚度在25mm以上的钢板,作业条件温度在0℃以下的,需要进行预热｡
(2)对于厚度在16mm以下的钢板,作业条件温度在-5℃以下的,需要进行预热｡
以坡口边缘为界向外延伸15cm作为预热范围,预热温度以100~180℃为宜,具体情况见表2｡
除了焊前预热外,在环境温度不足5℃情况下还采取了焊后保温措施,通过减小残余应力降低焊接部位发生裂缝的概率｡通过覆盖石棉的方式予以保温,石棉布宽度不小于500mm｡
3.2钢结构高强度螺栓连接技术
该超高层建筑中高强度螺栓主要应用在梁-柱连接､梁-梁连接的腹板处,有M20和M24两种规格｡在施工准备阶段,开展了高强度螺栓梁截面摩擦系数试验和扳手校验,确定检验合格后方可使用｡同时检查并清理钢构件的连接面,清除铁锈､飞刺与油垢｡在完成上述准备工作后,开始钢构件的吊装,在吊装就位后先用临时螺栓加以固定,方便进行位置校正,保证精度达标｡在天气条件允许情况下拆除临时螺栓,替换为高强度螺栓｡分两次拧紧,初拧的扭矩控制在终拧的50%左右,初拧完毕后在螺母上涂红色油漆作为标记,以便于检查｡初拧和终拧必须在同一天内进行,终拧后需要达到螺栓的设计预拉力,保证连接强度｡终拧后进行质量检验,如果螺栓预拉力达不到要求,需要更换螺栓或者重新拧紧｡高强度螺栓的连接作业流程如图4所示｡
4、结束语
在超高层建筑的钢结构安装施工中,需要落实全过程施工控制,才能确保钢结构的可靠性与安全性｡在施工准备阶段对钢构件的规格与质量进行检验,确保钢构件满足安装要求;在吊装作业阶段,要严格控制钢构件的安装精度,并根据钢构件的位置､类型等采取焊接､高强度螺栓连接等恰当方式进行固定;在验收阶段,对钢构件吊装情况进行仔细检验,发现问题后及时处理,为后续其他部分工程的施工提供支持｡
参考文献:
[1]董永新,陈西鹏.超高层建筑钢结构安装施工技术的应用要点分析[J].建筑技术开发,2024(2):51-52.
[2]左海峰,徐进.超高层塔楼钢结构的钢骨巨柱安装施工关键技术[J].上海建设科技,2024(15):66-68.
[3]黄小虎,左银,贾兴文.超高层建筑避难层异型钢结构安装施工关键技术[J].建材与装饰,2022(28):18-20.
[4]韩佩.基于BIM的超高层建筑复杂钢结构施工技术研究[D].西安:西安建筑科技大学,2020.
[5]史兰兰,黎再国.超高层建筑中钢结构加工和安装施工技术[J].建材发展导向,2020(7):201-202.
