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1、2023年2月24日星期五,高层建筑钢结构施工,一 钢结构材料安装前的准备工作,（一）钢的种类 高层建筑钢结构用钢有普通碳素钢、普通低合金钢和热处理低合金钢三大类。大量使用的仍以普通碳素钢为主。我国目前在建筑钢结构中应用最普遍的是Q235钢。高层建筑钢结构设计与施工规程规定:(1)基于高层钢结构的重要性，把冷弯试验、冲击韧性、屈服点、抗拉强度和伸长率并列为钢材力学性能的五项基本要求，这五项指标皆合格的钢材方可采用。(2)对于抗震高层钢结构，钢材的强屈比应不低于1.2，对8度以上设防的钢结构，应不低于1.5。(3)有明显的屈服台阶，伸长率应不小于20%，应具有良好的延性和可焊性。对于钢柱，为防止
2、厚板层状撕裂，对硫、磷含量需作进一步控制，应不大于0.04%.,（二）钢材品种 在现代高层钢结构中，广泛采用经济合理的钢材截面，见表6-1。应充分利用结构的截面特征值，发挥最大的承载能力。传统的工字钢、槽钢、角钢、扁钢有时仍有使用，但由于其截面力学性能欠佳，已渐被淘汰。,表6一1 钢材的品种及性能,返回,（三）钢结构构件 1.柱子 高层钢结构钢柱的主要截面形式有箱形断面、H形断面和十字形断面，一般都是焊接截面，热轧型钢用得不多。就结构体系而言，筒中筒结构、钢混凝土混合结构和型钢混凝土结构多采用H形柱，其他多采用箱形柱;十字形柱则用于枢架结构底部的型钢混凝土枢架部分。,2.梁和析架 高层钢结构的
3、梁的用钢量约占结构总用钢量的65%，其中主梁占35%40%。因此梁的布置力求合理，连接简单，规格少，以利于简化施工和节省钢材。采用最多的梁是工字截面，受力小时也可采用槽钢，受力很大时则采用箱形截面，但其连接非常复杂。,截面高度相同时，轧制H型钢要比焊接工字截面便宜。对于重荷载或传递弯矩，则采用焊接箱形梁。当净空高度受到限制时，也可采用双槽钢和钢板组焊而成的截面，钢梁内部必须作防锈处理。把析架用于高层钢结构楼盖水平构件，可作到大跨度、小净空，工程管线安装方便。平行弦析架是用钢量最小的一种水平构件，但制造比较费工费时。楼盖钢析架一般由平行的上下弦杆和腹杆(斜撑和竖撑或只用斜撑)组成。弦杆和腹杆可采
4、用角钢、槽钢、T型钢、H型钢、矩形和正方形截面钢管等钢材。,（四）钢结构的连接节点 连接节点是钢结构中极其重要的结构部位，它把梁、柱等构件连接成整体结构系统，使其获得空间刚度和稳定性，并通过它把一切荷载传递给基础。连接节点本身应有足够的强度、延性和可靠性，应能按照设计要求工作，制作和安装应当简单。连接节点按其传力情况分为铰接、刚接和介于两者之间的半刚接。设计中主要采用前两者，半刚接采用较少。在实际工程中真正的铰接和刚接是不容易做到的，只能是接近于铰接或刚接。按连接的构件分主要有钢柱柱脚与基础的连接、柱柱连接、柱梁连接、柱梁支撑连接、梁梁连接(梁与梁对接和主梁与次梁连接)、梁混凝土筒连接等。,（
5、五）钢结构的加工制造 由于高层建筑钢结构的精度要求高，因此，构件的加工制造一般由专门的钢结构加工厂在工厂预制完成。,（六）高层钢结构安装的特点 高层建筑钢结构安装的独有施工特点有:(1)由于结构复杂而使施工复杂化。(2)高空作业受天气的影响较大。(3)高空作业工作效率低。(4)施工安全问题十分突出。,（七）高层钢结构安装前的准备工作 1.安装机械的选择 高层钢结构安装都用塔式起重机，这就要求塔式起重机的臂杆足够长以使其具有足够的覆盖面;要有足够的起重能力，满足不同部位构件起吊要求;钢丝绳容量要满足起吊高度要求;起吊速度要有足够挡位，满足安装需要;多机作业时，相互要有足够的高差，互不碰撞。,2.
6、安装流水段的划分 高层钢结构安装需按照建筑物平面形状、结构形式、安装机械数量和位置等划分流水段。总原则是:平面流水段划分应考虑钢结构安装过程中的整体稳定性和对称性，安装顺序一般由中央向四周扩展，以减少焊接误差。立面流水段划分，一般以一节钢柱高度内所有构件作为一个流水段。一个立面安装流水段内的安装顺序如图6-1所示，钢结构标准单元施工顺序如图6-2所示。,图6一1 一个立面安装流水段内的安装顺序,图6一2 钢结构标准单元施工顺序,返回,3.钢构件的运输和堆放(1)运输。(2)中转。(3)配套。(4)现场堆放。4.钢构件预检(1)出厂检验。(2)计量工具。(3)预检。,5.柱基检查(1)定位轴线检
7、查。(2)柱间距检查。(3)单独柱基中心线检查。(4)柱基地脚螺栓检查。(5)基准标高实测。,6.标高块设置及柱底灌浆(1)标高块设置。柱基表面采取设置临时支承标高块的方法来保证钢柱安装控制标高，要根据荷载大小和标高块材料强度确定标高块的支承面积。(2)柱底灌浆。一般在第一节钢框架安装完成后即可开始紧固地脚螺栓并进行灌浆。灌浆前必须对柱基进行清理，立模板，用水冲洗基础表面，排除积水，螺孔处必须擦干，然后用自流平砂浆连续浇灌，一次块，到时试压，作为验收资料完成流出的砂浆应清除干净，加盖草包养护。砂浆必须做试。,三、钢结构构件的连接,1.焊接连接 现场焊接方法一般用手工焊接和半自动焊接两种方法。焊
8、接母材厚度不大于30mm时采用手工焊，大于30mm时采用半自动焊，此外尚需根据工程焊接量的大小和操作条件等来确定。手工焊的最大优点是灵活方便，机动性大;缺点是焊工技术素质要求高，劳动强度大，影响焊接质量的因素多。半自动焊接质量可靠，工效高，但操作条件相应比手工焊要求高，并且需要同手工焊结合使用。高层钢结构构件接头的施焊顺序，比构件的安装顺序更为重要。焊接顺序不合理，会使结构产生难以挽回的变形，甚至会因内应力而将焊缝拉裂。,(1)柱与柱的对接焊，应由两名焊工在两相对面等温、等速对称焊接。(2)梁、柱接头的焊缝，一般先焊H型钢的下翼缘板，再焊上翼缘板。梁的两端先焊端，待其冷却至常温后再焊另一端。(
9、3)柱与柱、梁与柱的焊缝接头，应试验测出焊缝收缩值，反馈到钢结构制作单位，作为加工的参考。要注意焊缝收缩值随周围已安装柱、梁的约束程度的不同而变化。,2.高强度螺栓连接 钢结构高强度螺栓连接，一般是指摩擦连接。它借助螺栓紧固产生的强大轴力夹紧连接板，靠板与板接触面之间产生的抗剪摩擦力传递同螺栓轴线方向相垂直的应力。因此，螺栓只受拉不受剪。施工简便而迅速，易于掌握，可拆换，受力好，耐疲劳，较安全，已成为取代铆接和部分焊接的一种主要的现场连接手段。,高强度螺栓的类型，除厂大六角头普通型外，广泛采用的是扭剪型高强度螺栓。扭剪型高强度螺栓是在普通大六角头高强度螺栓的基础上发展起来的。区别仅是外形和施工
10、方法不同，其力学性能和紧固后的连接性能完全相同。高强度螺栓连接的运输、装卸、保管过程中，号、规格分类保管。在安装使用前严禁任意开箱。高强度螺栓施工包括摩擦面处理、螺栓穿孔、要防止损坏螺纹。应按包装箱上注明的批螺栓紧固等工序。,三、高层钢结构安装,（一）钢结构构件的安装工艺 1.钢柱安装 第一节钢柱是安装在柱基临时标高支承块上的，钢柱安装前应将登高扶梯和挂篮等临时固定好。钢柱起吊后对准中心轴线就位，固定地脚螺栓，校正垂直度。其他各节钢柱都安装在下节钢柱的柱顶(采用对接焊)，钢柱两侧装有临时固定用的连接板，上节钢柱对准下节钢柱柱顶中心线后，即用螺栓固定连接板作临时固定。钢柱起吊有两种方法，一种是双
11、机抬吊法;另一种是单机吊装法。,2.框架钢梁安装 钢梁在吊装前，应于柱子牛腿处检查标高和柱子间距。主梁吊装前，应在梁上装好扶手杆和扶手绳，待主梁吊装就位后，将扶手绳与钢柱系牢，以保证施工人员的安全。钢梁采用两点起吊，一般在钢梁上翼缘处开孔，作为吊点。吊点位置取决于钢梁的跨度。为加快吊装速度，对质量较小的次梁和其他小梁，常利用多头吊索一次吊装数根。水平析架的安装基本同框架梁，但吊点位置选择应根据析架的形状而定，需保证起吊后平直，便于安装连接。安装连接螺栓时严禁在情况不明的情况下任意扩孔，连接板必须平整。,3.墙板安装 装配式剪力墙板安装在钢柱和楼层框架梁之间，剪力墙板有钢制墙板和钢筋混凝土墙板两
12、种。剪力支撑安装部位与剪力墙板吻合，安装时也应采用剪力墙板的安装方法，尽量组合后再进行安装。4.钢扶梯安装 钢扶梯一般以平台部分为界限分段制作，构件是空间体，与框架同时进行安装，然后再进行位置和标高调整。在安装施工中常作为操作人员在楼层之间的工作通道，安装工艺简便，定位固定较复杂。,（二）高层钢框架的校正 1.框架校正的基本原理(1)校正流程。(2)校正时的允许偏差。(3)标准柱和基准点选择。2.高层钢框架结构的校正方法,（三）楼面工程及墙面工程 高层钢结构中，楼面由钢梁和混凝土楼板组成。它有传递垂直荷载和水平荷载的结构功能。楼面应当轻质，并有足够的刚度，易于施工，为结构安装提供方便，尽可能快
13、地为后继防火、装修和其他工程创造条件。1.楼板种类 高层钢结构中，楼板种类有压型钢板现浇楼板、钢筋混凝土叠合楼板、预制楼板和现浇楼板。(1)压型钢板现浇楼板。(2)钢筋混凝土叠合楼板。(3)预制楼板。(4)现浇楼板。,2.墙面工程 高层钢框架体系一般采用在钢框架内填充与钢框架有效连接的剪力墙板(亦称框架一剪力墙结构)。这种剪力墙板可以是预制钢筋混凝土墙板、带钢支撑的预制钢筋混凝土墙板或钢板墙板，墙板与钢结构的连接用焊接或高强度螺栓固定，也可以是现浇的钢筋混凝土剪力墙。为减轻自重，对非承重结构的隔墙、围护墙等，一般广泛采用各种轻质材料，如加气混凝土、石膏板、矿渣棉、塑料、铝板、玻璃围幕等。,（四
14、）安全施工措施 钢结构高层和超高层建筑施工，安全问题十分突出，应该采取有力措施以保证安全施工。(1)在柱、梁安装后而未设置压型钢板的楼板时，为便于人员行走和施工方便，需在钢梁上铺设适当数量的走道板。(2)在钢结构吊装期间，为防止人员、物料和工具坠落或飞出造成安全事故，需铺设安全网。安全网分平网和竖网.(3)为便于接柱施工，并保证操作工人的安全，在接柱处要设操作平台，平台固定在下节柱的顶部。,(4)钢结构施工需要许多设备，如电焊机、空气压缩机、氧气瓶、乙炔瓶等，这些设备需随着结构安装而逐渐升高。为此，需在刚安装的钢梁上设置存放施工设备用的平台。固定平台钢梁的临时螺栓数要根据施工荷载计算确定，不能
15、只投人少量的临时螺栓。(5)为便于施工登高，吊装钢柱前要先将登高钢梯固定在钢柱上。为便于进行柱梁节点紧固高强度螺栓和焊接，需在柱梁节点下方安装吊篮脚手架。,(6)施工用的电动机械和设备均需接地，绝对不允许使用破损的电线和电缆，严防设备漏电。施工用电器设备和机械的电缆，需集中在一起，并随楼层的施工而逐节升高。每层楼面须分别设置配电箱，供每层楼面施工用电需要。(7)高空施工，当风速达10m/s时，有些吊装工作要停止;当风速达到15m/s时，一般应停止所有的施工工作。(8)施工期间应该注意防火，配备必要的灭火设备和消防人员。,四、钢网架结构安装,网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成的空间杆
16、系结构。网架结构根据外形可分为平板网架和曲面网架。通常情况下，平板网架称为网架；曲面网架称为网壳。网架、网壳结构为一种空间杆系结构，具有三维受力特点，能承受各方向的作用，并且网架结构一般为高次超静定结构，倘若一杆局部失效，超静定次数仅减少一次，内力可重新调整和分布，整个结构一般并不失效，具有较高的安全储备。,施工工艺,施工工艺：放线、验线安装平面网格安装立体网格安装上弦网整体提升网架高空合拢网架验收。（1）放线、验线：1）柱顶放线与验线：标出轴线与标高，检查柱顶位移,网架安装单位对提供的网架支承点位置、尺寸、标高经复验无误后才能正式安装。2）网架地面安装环境应找平放样，网架球各支点应放线，标明
17、位置与球号。3）网架球各支点砌砖墩。墩材可以是钢管支承点，也可以是砖墩上加一小截圆管作为网架下弦球支座。4）对各支点标出标高，如网架有起拱要求时，应在各支承点上反映出来，用不同高度的支承钢管来完成对网架的起拱要求。,（2）钢网架平面安装：,1）放球：将己验收的焊接球，按规格、编号放入安装节点内同时应将球调整好受力方向与位置。一般将球水平中心线的环形焊缝置于赤道方向。有肋的一边在下弦球的上半：2）放置杆件：将备好的杆件，按规定的规格布置钢管杆件放置杆件前，应检查杆件的规格、尺寸，以及坡口、焊缝间隙将杆件放置在二个球之间，调整间隙，点固。3）平面网架的拼装应从中心线开始，逐步向四周展开，先组成封闭
18、四方网格，控制好尺寸后，再拼四周网格，不断扩大。注意应控制累积误差，一般网格以负公差为宜。4）平面网架焊接，焊接前应编制好焊接工艺和网接顺序，防止平面网架变形。,5）平面网架焊接应按焊接工艺规定，从钢管下侧中心线左边2030mm处引弧，向右焊接，逐步完成仰焊、主焊爬坡焊、平焊等焊接位置。6）球管焊接应采用斜锯齿形运条手法进行焊接，防止咬肉。7）焊接运条到圆管上侧中心线后，继续向前焊20-30mm处收弧。8）焊接完成半圆后，重新从钢管下侧中心线右边20-30mm处反向起弧，向左焊接，与上述工艺相同，到顶部中心线后继续向前焊接，填满弧坑，焊缝搭接平稳，以保证焊缝质量。,（3）网架主体组装：,1）检
19、查验收平面网架尺寸、轴线偏移情况，检查无误后，继续组装主体网架。2）将一球四杆的小拼单元(一球为上弦球，四杆为网架斜腹杆)吊入平面网架上方。3）小拼单元就位后，应检查网格尺寸，矢高，以及小拼单元的斜杆角度，对位置不正、角度不正的应先矫正，矫正合格后才准以安装。4）安装时发现小拼单元杆件长度、角度不一致时，应将过长杆件用切割机割去，然后重开坡口，重新就位检查。5）如果需用衬管的网架，应在球上点焊好焊接衬管。但小拼单元暂勿与平面网架点焊，还需与上弦杆配合后才能定位焊接。,（4）钢网架上弦组装与焊接：,1）放入上弦平面网架的纵向杆件，检查上弦球纵向位置、尺寸是否正确。2）放入上弦平面网架的横向杆件，
20、检查上弦球横向位置、尺寸是否正确。3）通过对立体小拼单元斜腹杆的适量调整，使上弦的纵向与横向杆件与焊接球正确就位。对斜腹杆的调整方法是，既可以切割过长杆件，也可以用倒链拉开斜杆的角度，使杆件正确就位。保证上弦网格的正确尺寸。,4）调整各部间隙，各部间隙基本合格后，再点焊上弦杆件。5）上弦杆件点固后，再点焊下弦球与斜杆的焊缝，使之连系牢固。6）逐步检查网格尺寸，逐步向前推进。网架腹杆与网架上弦杆的安装应相互配合着进行。7）网架地面安装结束后，应按安装网架的条或块的整体尺寸进行验收。8）待吊装的网架必须待焊接工序完毕，焊缝外观质量，焊缝超声波探伤报告合格后，才能起吊(提升)。,（5）网架整体吊装(
21、提升)：,1）钢网架整体吊装前的验收，焊缝的验收，高空支座的验收。各项验收符合设计要求后，才能吊装。2）钢网架整体吊装前应选择好吊点，吊绳应系在下弦节点上，不准吊在上弦球节点上。如果网架吊装过程中刚度不够，还应采用办法对被吊网架进行加固。一般加固措施是加几道脚手架钢管临时加固，但应考虑这样会增加吊装重量，增加荷载。3）制订吊装(提升)方案，调试吊装(提升)设备。对吊装设备如把杆、缆风卷扬机的检查，对液压油路的检查，保证吊装(提升)能平稳、连续、各吊点同步。,4）试吊(提升)：正式吊装前应对网架进行试提。试提过程是将卷扬机起动，调整各吊点同时逐步离地。试提一般在离地200300mm之间。各支点全
22、部撤除后暂时不动，观察网架各部分受力情况。如有变形可以及时加固，同时还应仔细检查网架吊装前沿方向是否有碰或挂的杂物或临时脚手架，如有应及时排除。同时还应观察吊装设备的承载能力，应尽量保持各吊点同步，防止倾斜。5）连续起吊：当检查妥当后，应该连续起吊，在保持网架平正不倾斜的前提下，应该连续不断地逐步起吊(提升)。争取当天完成到位，防止大风天气。6）逐步就位：网架起吊即将到位时，应逐步降低起吊(提升)速度，防止吊装过位。,6）高空合拢：,1）网架高空就位后，应调整网架与支座的距离，为此应在网架上方安装几组倒链供横向调整使用。2）检查网架整体标高，防止高低不匀，如实在难以排除，可由一边标高先行就位，
23、调整横向倒链，使较高合格一端先行就位。,质量标准,（1）保证项目应符合下列规定：1）高空散装法安装网架结构时，节点配件和杆件，应符合设计要求和国家现行有关标准的规定。配件和杆件的变形必须矫正。检验方法：观察检查和检查质量证明书、出厂合格证或试验报告。2）基准轴线位置、柱顶面标高和混凝土强度，必须符合设计要求和国家现行有关标准的规定。检验方法：检查复测记录和试验报告。,（2）基本项目应符合下列规定：,1）网架结构节点及杆件外观质量：合格：表面干净，无明显焊疤、泥砂、污垢。优良：表面干净，无焊疤、泥沙、污垢。检查数量：按节点数量抽查5，但不应少于5个节点。检验方法：观察检查。2）网架结构在自重及屋
24、面工程完成后的挠度值：合格：测点的挠度平均值为设计值的112115倍。优良：测点的挠度平均值为设计值的112倍。检查数量：小跨度网架结构测量下弦中央一点；大中跨度网架结构测量下弦中央一点及下弦跨度四等分点处。检验方法：用钢尺和水准仪检查,（3）允许偏差项目应符合下列规定：,高空散装法安装网架结构的允许偏差项目和检验方法应符合表641的规定。,五、钢结构防火与防腐,（一）防火工程 钢结构高层建筑要特别重视火灾的预防。因为钢材热传导快，比热小，虽是一种不燃材料，但极不耐火。当钢构件暴露于火灾高温之下时，其温度很快上升，当其温度达到600 时，钢的结构发生变化，其抗拉强度、屈服点和弹性模量都急剧下降
25、(如屈服点可下降60%)。另外，钢柱以及承重钢梁会由于挠度的急剧增大而失去稳定性，导致整个建筑物坍垮。,钢结构防火工程的目的，在于用防火材料阻断火灾热流传给钢构件的通路，延缓传热速率(延长钢构件升温达到临界温度的时间)，使钢结构在某一个特定时间内能够继续承受荷载。,1.耐火极限等级 钢结构构件的耐火极限等级，是根据它在耐火试验中能继续承受荷载作用的最短时间来分级的。耐火时间大于或等于30min，则耐火极限等级为F30，每一级都比前一级长30min，所以耐火时间等级分为F30,F60,F90,F120,F150,F180等。钢结构构件耐火极限等级的确定，依建筑物的耐火等级和构件种类而定;而建筑物
26、的耐火等级又是根据火灾荷载确定的。火灾荷载，是指建筑物内如结构部件、装饰构件、家具和其他物品等可燃材料燃烧时产生的热量。,与一般钢结构不同，高层建筑钢结构的耐火极限又与建筑物的高度相关，因为建筑物越高，重力荷载也越大。高层钢结构的耐火等级分为、两级，其构件的燃烧性能和耐火极限应不低于表6-2的规定。,表6一2 建筑构件的燃烧性能和耐火极限,2.防火材料 钢结构的防火保护材料，应选择绝热性好，具有一定抗冲击振动能力，能牢固地附着在钢构件上，又不腐蚀钢材的防火涂料或不燃性板型材。选用的防火材料，应具有国家检测机构提供的理化、力学和耐火极限试验检测报告。防火材料的种类主要有:热绝缘材料;能量吸收(烧
27、蚀)材料;膨胀涂料。,大多数最常用的防火材料实际上是前两类材料的混合物。采用最广的具有优良性能的热绝缘材料有矿物纤维和膨胀骨料(如蛙石和珍珠岩);最常用的热能吸收材料有石膏和硅酸盐水泥，它们遇热释放出结晶水。(1)混凝土。(2)石膏。(3)矿物纤维。(4)氯氧化镁。(5)膨胀涂料。(6)绝缘型防火涂料。,3.防火工程施工方法 钢结构高层建筑的防火是十分重要的，它关系到居住人员的生命财产安全和结构的稳定。高层钢结构防火措施的费用一般占钢结构造价的18%20%，占结构造价的9%10%，占整个建筑物造价的5%6%。,（二）防腐工程 1.钢结构腐蚀的化学过程与防腐蚀方法 钢结构腐蚀的程度和速度，与相对大气温度以及大气中侵蚀性物质的含量密切有关。研究表明，当相对大气湿度小于70%时，钢材的腐蚀并不严重;只有当相对大气湿度超过70%时，才会产生值得重视的腐蚀。在潮湿环境中，主要是氧化腐蚀，即氧气与钢材表面的铁产生化学作用而引起锈蚀。防止氧化腐蚀的主要措施是把钢结构与大气隔绝。如在钢结构表面现浇一定厚度的混凝土覆面层或喷涂水泥砂浆层等，不但能防火，也能保护钢材免遭腐蚀。另外，在钢结构表面增加一层保护性的金属镀层，也是一种有效的防腐方法。,
