超高层建筑劲性钢结构施工技术.doc

超高层建筑劲性钢结构施工技术

[摘要]： 超高层建筑采用劲性钢筋混凝土结构，从材料的选用、构件的制作、安装焊接、构件校正、检查验收等方面加强施工工艺和特殊过程控制，严格把关，确保施工技术质量。
[关键词]：劲性钢筋混凝土，深化设计、全溶透焊、无损伤检验
1、工程概况
南京东渡城市广场工程，地下室二层，深10.250m，地上三十六层，建筑总高度为184M。框—筒结构，框架及抗震墙的抗震等级均为一级。结构设计中，地下二层到三十八层，由钢骨柱、梁形成劲性钢筋混凝土结构体系，地下室负二层、层高分别为4.400米、5.800米，主体标准层层高4.800米，避难层为5.1m和4.5m。
劲性钢骨柱由钢板焊接成“十”、“工”字形。劲性框架柱为“十”字形，截面尺寸1200*1200、1200*1400，钢骨柱截面尺寸为700*800、700*700;两筒区暗柱为“工”字形，截面尺寸600*800，钢骨柱截面尺寸为375*500。腹板厚-30，翼板厚-40，基础采用直埋式基础预埋。在二层至三十八层东西两个筒区间设置两道劲性钢梁，劲性钢梁长9700，截面尺寸1100/1400*500（2～35层）、900/1200*500（36～38层），劲性钢结构截面尺寸350*500，腹板厚-20，翼板厚30。梁柱通过500*900（700）-10连接板焊接。钢柱、钢梁上栓钉为ф19@150。
根据劲性钢筋混凝土结构体系的特殊施工技术、质量要求，在施工过程中必须针对其质量控制点和特殊过程，重点解决基础柱扭曲飘移、大件吊装、现场焊接质量控制、现场冬雨季施焊、无损伤探测等方面的施工工艺及技术问题。
2、材料及施工要求
型钢柱内钢骨、连接板、加劲板采用Q235B级碳素结构钢；型钢梁、连接板、加劲板采用Q235B级碳素结构钢。各种规格钢材的化学成分及物理力学性能应符合国家现行标准GB700《碳素结构钢》的相关要求。
钢骨混凝土构件中所用的栓钉，ф19长80，应符合国家现行标准GB10433《圆桩头焊钉》，规定，焊接采用专用设备，不得采用手工焊。栓钉设置范围为：(-10.250-18.550 m及90.550—96.550m。)
钢骨柱由钢板焊接而成，每一截钢骨长度为层高减4mm，十字形柱的接头在工地现场焊接，翼缘和腹板接头采用坡口全熔透焊缝，柱翼缘开V形坡口，腹板开K形坡口。焊条采用E50型，工地现场焊接遵照现行国家标准《手工电弧焊焊缝坡口的形式和尺寸》和《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》的规定，钢骨焊缝的焊接质量等级为一级，焊接连接处的焊缝强度不小于构件强度，并做焊接工艺评定试验。工地钢骨结构的焊缝应进行无损伤检验。
劲性钢构件，由专业厂家根据设计文件进行施工图深化设计，施工图深化设计文件送设计院审批、确认。钢骨按深化设计施工图在工厂的标准流水线工作平台上焊接、检测、调直。
现场施工单位必须事先做好详细的施工技术方案或施工组织设计，经业主现场工程师和监理工程师审定。钢骨柱、型钢梁，在工地连接、安装过程中，必须严格执行现行的规范、规程和施工技术方案的要求。施工中采取有效措施确保钢骨柱、型钢梁安装、焊接质量和尺寸、位置的正确性。
施工单位应密切配合钢结构厂，采取有效措施，确保钢结构的加工质量及钢结构上各预焊钢筋、钢筋预留洞等位置的正确性，确保钢骨在运输、吊装过程中不产生变形，以及受力钢筋位置和钢结构构件的连接质量。
3、劲性钢构件制作和验收
钢结构构件制作，由专业加工厂制作，按照《钢结构工程施工及验收规范》进行制作。
采用全熔透焊进行焊接，必须确保划线、切割、焊接、组装的施工工艺和技术参数要求，在出厂前应有测试合格报告，对全熔透焊的连接进行100%的超声波焊缝探伤检测。全部钢构件出厂前由工厂进行预验收，合格后运至工地正式验收，不合格产品，严禁出厂。钢构件出厂时除提供产品合格证，并提供钢材、连接材料等材料的质量证明书、各项试验报告。运输时，对超长、超宽构件，按交管部门相关手续和规定执行。
现场验收钢构件的外观，包括：钢构件的表面及焊缝清理、有无损伤、钢构件的长度、截面尺寸、是否扭曲、牛腿的标高、穿筋孔的位置、大小及数量等，并做好详细的检验记录。
4、劲性钢结构施工
4.1、劲性钢柱分段
分段原则上，主要按设计要求的连接节点，结合塔机最大起重臂长及起重量、卸料区塔机起重臂长及起重量、楼层钢柱每节重量，确定钢柱长度及重量。
楼层平面位置上，距塔机最远端钢柱的塔机臂长36.3m,塔机最大起重量为4.36t；钢柱运输卸料区的塔机臂长21m，塔机最大起重量为7.6t。根据建筑物标准层层高4.8m，最大层高为5.1m，标准层钢柱重量3.33t，最大楼层钢柱重量为3.53t。据此，按每一楼层进行分节加工、起吊、安装。
大底板施工时，塔吊没有安装，不能吊装，故钢柱柱脚高度尽量减小。连接处设置在大底板板面上1200处，底脚预埋入大底板1400，钢柱脚高度为2600
约重1.8吨，上部每节高为4800，5100分别重3.36吨、4.6吨。
4.2.柱脚施工
钢柱脚埋设采用直埋式。用套板控制地脚螺栓和钢柱底板，设立固定支架，使地脚螺栓和钢柱底板不变形、不漂移，与柱基锚固筋和底板钢筋焊连在一体，以控制位置、标高，整体浇筑混凝土一次固定。
泵送混凝土浇筑时，对钢骨柱基础的埋件及支架的冲击力较大，易产生位移，故采取柱脚的稳固和支撑加固措施，对控制柱脚的尺寸、位置、标高、扭曲、变形十分重要。
钢柱底脚采用Φ16钢筋与工程桩锚固筋连接，形成各向拉接网格。底脚采用角钢马凳支撑，角钢套箍限位，上表同样设角钢套箍与大底板钢筋网格焊接。底部钢筋垫块分二种厚度垫设，减小每块垫块所受的压力。下方1800*1800范围内混凝土垫层加厚至300厚，并内配Φ10@100双向钢筋，增强下方垫层混凝土的承载能力。
楼层接长时，四周加支撑固定：作L100*10，一端焊在钢柱制作时预留的突出钢板上，另一端焊在预埋件上。
4.3、吊装
为确保钢骨柱的吊装，配备了JL150内爬式塔式起重机，在整个建筑物平面及卸料区内，均满足钢骨的起吊重量要求。由于钢骨柱的长度不太长、板材较厚，整个强度和稳定性均满足吊装要求。
为节约成本，将翼板外侧的耳板去除，夹板连接孔调至钢柱腹板上。钢柱吊装时，利用钢柱腹板上的连接孔吊装。钢柱就位后，利用连接板作临时固定。柱就位时，使上下柱接头处两个方向的安装线对齐，用高强螺栓（充当临时螺栓）把连接板和连接夹板连接，并充分拧紧。
操作人员上下，禁止直接攀缘柱外侧的抗剪栓钉上下，必须搭设专用云梯。
4.4、校正
钢结构柱、梁等安装就位后，应立即进行校正和固定。当天安装的钢构件应形成稳定的空间体系。用两台经纬仪分别在钢柱相互垂直的两个方向对型钢柱进行初步校正。加强测量控制。安装精度（标高、位移、垂直度、错边量）直接影响钢柱中的牛腿和穿筋孔。
底脚安装时，在角钢支撑马凳上测设十字向轴线标志，并与钢柱底脚钢板上的十字线对应；标高控制，通过钢支撑马凳来控制。利用钢柱底脚螺母进行调节。在马凳与钢柱底板间设置双螺母。精调后螺栓上下双面围焊。如图。
各节钢柱间的连接，采用楔块校正。从钢柱接头处的四处耳板间隙打入钢楔块，通过打入钢楔块的深度校正钢柱的垂直度、标高以及钢柱组装对接间隙。校正后紧固高强螺栓完成终拧。如图。
钢柱标高出现误差时，及时反馈给钢构件加工单位，让加工厂下料时及时控制和调整构件长度。
4.5、焊接
钢柱的接头在工地现场焊接，翼缘接头采用V形坡口焊，腹板接头采用K形坡口焊。采用E50XX焊条，工地焊接遵循现行国家标准《手工电弧焊焊缝坡口的形式和尺寸》和《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》的规定。焊缝质量等级为一级，焊接连接处的焊缝强度 不小于构件强度。及时做好焊接工艺试验。工地钢骨结构的焊缝进行无损伤检验。
4.5.1.焊接工艺顺序
钢柱的焊接工艺顺序为：焊前检查---安装垫板及引弧板---预热测温---焊接---保温或后热---检验---记录。
4.5.2.焊接材料的选用及管理
本工程母材为Q345B，焊接材料选用低氢碱性焊条E5016（506）。焊条在使用前应进行360℃的烘焙，保温1小时后，将温度降至110℃恒温，使用时置于保温筒内，随用随取，焊条的露放时间不得超过4小时，用不完的焊条回收后再烘焙使用，但焊条回烘不得超过两次。焊条入库、烘焙、领用必须专人负责记录。
4.5.3.焊接前的准备工作
1)焊接坡口由制造厂加工，坡口型式按图纸要求进行，坡口要求不得产生裂纹且光顺，并没有大于1mm的深缺口；
2)焊接时，采用直流正极，电流输出应稳定，焊机接线牢固；
3)定位点焊，采用碱性焊条，焊条直径为3.2mm，定位点焊缝处不得有裂纹、弧坑等缺陷产生；
4)焊接前将所有焊缝边缘的氧化皮、毛刺等杂质清理干净；
5)T型接头的角焊缝和对接接头的平焊缝，在两端应装引、收弧板，材质及坡口型式与被焊工件相同，规格为60*50mm；
6)在寒冷的气温下（低于-5℃时）或雨雪天气时应禁止焊接，风速大于5m/s时，焊接采取有效的防风措施；
7)如焊区表面潮湿或有冰雪时，清除并加热使其全部干燥后，方能焊接，同样在寒冷的气温下，采取预热措施；
8)焊接施工前，检查脚手架或操作平台的安全可靠性，确认安全后方可焊接。
4.5.4.焊接参数及工艺要求
1)所有构件安装结束后应以质量检查部门（或监理）检查合格后方能进行焊接；
2)构件接头的焊接顺序在平面上由中间向四周并对称扩展焊接，先焊顶层梁，再从下往上焊梁与柱的接头，柱与柱的接头可以先焊，也可以后焊；
3)焊接工作完成后，记入焊工代号，便于监督和管理；
4)焊接工艺参数应按下表执行。

焊条直径
（mm）
焊接电流A
平焊
横焊
Ф3.2
90--130
80—110
Ф4.0
140--210
120--160
4.5.5. 焊接操作
施焊时，第一层焊道要封住坡口内母材与垫板的连接处，然后逐道逐层累焊，填满坡口，每焊完一道焊缝都要清理铲磨，出现焊接缺陷及时磨去并修补。每道焊接层间温度控制在50--80℃，温度太低时重新预热，太高时暂停焊接。一个接口必须连续焊完，否则再焊时要重新预热。
现场焊接注意焊接顺序，每根柱由两名焊工对称同步等速焊接。按“先翼板后腹板，同时对称”的施焊原则。采用手工电弧焊，方法为多道横向焊，每个方向焊接了一层后，换一个方向焊接，并随时观测垂直度变化，如发现钢柱某个方向的垂直度和位置发生偏差时，应立即停止该方向的焊接，再在相对的方向多焊几层，待纠偏调好后，再开始同步对称焊接；上下柱平缝必须一次焊完，以免在焊缝处出现裂缝。
钢梁与钢柱相接区的连接，利用双侧腹部夹板进行普通螺栓连接，且在夹板周边进行焊接，在相对立的梁体翼部同时采用全熔透对接焊。
焊接后热处理消除残余应力，同时还可溢出残留氢。在焊缝区板厚的2-3倍范围内，用气焊枪均匀加热矫正，并尽可能缓慢冷却至常温。
4.5.5.1.柱与柱的焊接
1)总的原则：由两个焊工在柱子两个相对边的对称位置的大致相等的速度逆时针方向施焊；
2)每层焊接接头错开30—50mm，且每层焊后要彻底清除溶渣，确认无明显超差缺陷，才焊第二层，焊到柱棱角处要放慢焊条的运行速度，使柱棱成为方角，具体焊接顺序如图示；
3)坡口底层焊道采用直径3.2mm的焊条，中间层可采用直径4.0mm的焊条，盖面层采用直径3.2mm的焊条；
4)上、下柱的对接采用多层多道焊接法，每道焊缝宽度不得大于6mm；
5)引弧应在焊道处引弧板上进行，严禁在焊道区处的母材上打火引弧。
4.5.5.2.梁与柱的焊接
1)总的原则：先焊梁的下翼缘板，再焊其上翼缘板，先焊梁的一端，待其焊缝冷却至常温后，再焊另一端，不允许对一根梁的两端同时施焊；
2)梁与柱的连接形式为角接，是单面全焊透的节点形式（背面加垫板），为保证焊透及结构的可靠，背面垫板一定要实靠无间隙，垫板与梁及柱的连接为连续焊，焊脚高度符合设计要求；
3)引弧板焊缝的长度不小于引弧板的2/3，且焊完后割去引弧板时应留5—10mm；
4)焊接时采取多层多道焊法，第一层打底时采用直径3.2mm的焊条，中间各层可采用直径4.0mm焊条，盖面时采用直径3.2mm焊条，每道沓缝的宽度不行老太太于10mm；
5)严格做好层间清理工作，每层焊后应将焊渣等杂质全部清理干净后，并确认无明显超差缺陷后方能焊下一层。
4.6、测量控制
劲性钢柱的人为加工误差、吊装就位误差，均对钢结构安装精度产生影响，安装中采取有效措施，严格控制安装垂直误差和安装水平标高误差。
4.6.1.安装垂直度偏差的控制。
根据已安装劲性钢柱的垂直偏差值和拟安装劲性钢柱可能出现的垂直度偏差变化方向和数值，预留预倾量，在安装焊接过程中，将其抵消，保证钢柱垂直度。安装劲性钢柱时，临时支撑稳固，进行初次校正、支撑，对钢柱进行竖向投点、控制网闭合、排尺、放线，根据垂偏记录，安排施焊顺序。焊接完毕后，再进行劲性钢柱竖向投点、控制网闭合、排尺、放线，作为下一循环的轴线。
4.6.2.水平标高误差控制
水平标高误差控制方法：根据楼层标高的设计，测量劲性钢柱的标高误差，控制在允许的范围内。依据已安装劲性钢柱顶标高、拟安装劲性钢柱的预检长度，每节劲性钢柱制作时，就控制钢柱尺寸为“负值”，即比原下料尺寸 略小点，控制在5㎜以内，比照拟安装劲性钢柱柱顶标高，计算差额，决定处理方案。由于制作时，控制钢柱尺寸为负值，柱接头之间就产生了缝隙，加钢垫片调整，但垫片厚度不大于5㎜。
4.6.3.采取可靠的测控措施。
安装劲性钢柱之前，先进行基础验线，根据控制桩各选出两条纵横向轴线进行闭合，然后依此轴线排尺、放出方格网，同时将水准点引入基坑。
测量的轴线，把控制点引至周围基坑支护桩环梁上。基准轴线测量，在安装基础节前在钢支撑马凳上引测出柱中心相交轴线，以便同时用经纬仪在相交轴线上校正钢柱的垂直度，达到尺寸控制要求。
每一层的层高控制逐层引出，通过激光经纬仪打出各柱轴线和标高，控制柱在两个轴线方向的垂直度。
钢结构测量受日照影响很大，要控制测量时间，宜在早晨或傍晚进行垂直度，轴线、标高的测量工作，以求准确。
劲性钢柱均采用经纬仪跟踪校正，以测量、安装、焊接三位一体，有效地运用预检、预测、预控的方法，掌握日照、温差、焊接变形规律。
4.7、钢筋工程
劲性混凝土柱、梁节点处，在劲性梁翼缘或框架梁上下排纵向主筋相对应处增设水平加劲板，并在柱钢骨翼缘上加焊“工”形钢牛腿，采用钢板焊成。既可加强被削弱的钢柱、钢梁，又便于焊接纵向钢筋。劲性梁体受力主筋与-24劲性柱钢骨处，中央主筋直接焊接于-24加劲板上，边端主筋夹住翼缘板通过，并穿过梁腹板预留孔，使混凝土梁体主筋在钢柱节点处满足设计要求。
此类柱上水平加劲板，外侧可稍向上形成一定的坡度，以便混凝土浇筑对内部气体排出，确保混凝土的密实性，而不形成内部空洞。
4.8、高强混凝土工程
劲性钢柱根据层高进行分段施工，每层劲性钢柱模板采用一次支模成型，分层浇筑的方式，每层浇筑高度约为400-600，采用插入式振捣器振捣。由于劲性柱不同于普通钢筋混凝土柱，钢结构限制了砼的流动，振捣棒需从四面插入振捣，投料也需四面下料，保证混凝土浇筑的密实性。
严格控制混凝土浇筑高度，切不可超高，防止堵塞穿筋孔。
浇筑混凝土时，不要让输送泵的输送口直接对准钢柱，以减少混凝土对柱身的冲击力 加强施工过程监控，浇筑混凝土时，在相互垂直的方向架设两台经纬仪，随时监控，发
生偏差及时进行调整。
4.9、冬、雨季施焊：
在距焊口1米处范围内，用钢丝轮磨光机除去表面铁锈及杂物，形成宽1米的干净无锈带。用薄塑料膜、海绵胶带压紧、密贴防雨顶部，并用凡士林密封。用彩条布搭成带坡度的普通雨蓬。
冬季在气温较低的情况下，不宜进入施焊，必须采取有效措施，加大周边环境温度。采取围护、典卤灯等加温措施。
5、钢结构质量要求
5.1、焊接质量要求
1)、钢结构工程所采用的钢材、连接材料，应具有质量证明书，并应符合设计要求。
2)、矫正后的钢材表面，不应有明显的凹面或损伤，划痕深度不得大于0.5MM。
3)、钢结构安装前应对建筑物的定位轴线、基础轴线和标高锚栓位置等进行检查，并应进行基础检测和办理交接验收。
4)、焊接球表面不得有裂纹、折皱，并应经机械加工坡口后焊成圆球。
5)、焊接连接组装的允许偏差应符合以下规定：对口错边允许偏差t/10且不大于3.0㎜，，间隙允许偏差±1.0㎜，搭接长度允许偏差±5.0㎜，缝隙允许偏差1.5㎜，垂直度允许偏差b/100且不大于2.0㎜，中心偏移允许偏差±2.0㎜。
6)、栓钉焊接后应进行弯曲试验检查，检查数量不应少于1%；当用锤击焊钉头，使其弯曲至30°时，焊缝和热影响区不得有肉眼可见裂纹。
7）、所有对接及角接焊缝的焊波应均匀，不得有裂纹，未熔合夹渣、焊瘤、咬边、焊穿、弧坑及针状气孔等缺陷，焊接区无飞溅残留物；
8）、对不要磨平的焊缝咬边深度不得大于0.5mm，且累计总长度不得超过沓缝隙长度的10%，对要求修磨的焊缝，不允许产生咬边；
9）、对接焊缝的余高不得低于母材，且不高于3.5mm；
10）、焊缝的错边量不得大于0.1t，且不大于2mm；
11）、焊缝与母材应平滑过渡，其弧面切角小于900。
5.2．焊接质量检查及超声波探伤
1）、所有焊接外观检查应在焊接24小时后方可进行，检查一般按三级检查制，即：自检、互检、专检，检查标准以《建筑钢结构焊接规程》为依据；
2）、对要求全焊透的角接缝和单面焊的对接缝，应作超声波无损伤检查，检查标准以《手工钢焊缝超声波探伤》为依据，并以二级焊缝为合格。受拉B1级，受压B2级。
5.3、焊缝超差缺陷的处理
1)、对外观有超差缺陷存在时，应用砂轮机将超差缺陷磨掉，用小直径的焊条进行补焊，补焊再磨成与原连接焊缝平滑过渡；
2)、对于内部有超差缺陷，应用碳弧气刨，刨出焊缝内部缺陷，确认无缺陷后，再进行焊接；
3)、返修所用的焊条与原焊缝、焊条型号相同。