钢结构安装施工工法

高层钢结构安装施工工法

一：前言

钢结构建筑工程是我国建筑行业中蓬勃发展的一项即古老又崭新的行业，是推动传统建筑业高薪技术发展的重要排头兵。目前高度在100mm以上的超高层建筑大部分为钢结构，钢结构柱和梁截面大都为钢板焊接，形式为圆形、工字形和十字形。钢结构工程质量的好坏，除材料合格、制作精度高之外，还要依靠合理的安装工艺，就安装方法而言如何科学的根据多种因素在质量优良、安全生产、成品低廉，采取最优方案是技术专家和经济学家最关心的问题，直接关系到百年大计、人命关天的大事。由中铁建工集团承建的天津地铁大厦工程是一高度为164m的超高层钢结构建筑，在钢柱、钢梁的安装过程中积累了一定的经验并形成此工法。

二：工法特点

(一)钢柱、钢梁长、重，且均在工厂加工。根据现场进度需要进行运输吊装安装，由于施工存在危险性因此施工难度大，必须严密组织施工。

(二)需严格控制焊接质量，采用先进的焊接工艺。

(三)工人必须持证上岗。

（四）钢结构安装精度要求高，必须严格控制好其定位和垂直度。

(五)工程质量和安全生产采取全面质量管理。

三：适用范围

该工法适用于高层、超高层钢结构建筑钢柱、钢梁的安装。

四：工艺原理：

高层和超高层钢结构工程运用机械安装原理，根据结构平面选择适当位置先做样板间成稳定结构采用“节间综合法”：钢柱——柱间支撑（或剪力墙）——钢梁（主梁、次梁、隅撑）由样板间向四周发展。

五：施工工艺

１.施工准备

１.１参加图纸会审，与业主、设计、监理充分沟通，确定钢结构各节点、构件分节细节及工厂制作图已完毕。根据施工图测算各主耗材料（如焊条、焊丝等）的数量，做好订货安排，确定进场时间，此外根据现场实际情况确定进场路线。

１.２各专业工种施工工艺确定，编制具体的吊装方案、测量监控方案、焊接及无损检测方案、高强度螺栓施工方案、塔吊装拆方案、临时用电用水方案、质量安全环保方案审核完成。

１. ３组织劳动力进场，并对土建单位做的钢筋混凝土基础进行测量技术复核。

２.工艺流程

3.操作工艺

3.1钢结构的吊装顺序

多层与高层钢结构的吊装需划分吊装作业区域，钢结构吊装按划分的区域，平行顺序同时进行。当一片区吊装完毕后，即进行测量、校正、高强度螺栓初拧等工序，待几个片区安装完毕后，对整体在进行测量、校正、高强度螺栓终拧、焊接。焊后复测完，接着进行下一节钢柱的吊装。并根据现场实际情况进行本层压型钢板吊放和部分铺设工作等。

3.2螺栓预埋

柱位置的准确性取决于预埋螺栓位置的准确性。预埋螺栓标高偏差控制在+5mm以内，定位轴线的偏差控制在+2mm，

3.3钢柱安装工艺

3.3.4第一节钢柱吊装

3.3.

4.1吊点设置：

吊点位置及吊点数，根据钢柱形状、断面、长度、起重机性能等具体情况确定。

一般钢柱弹性和刚性都很好，吊点采用一点正吊。吊点设置在柱顶处，柱身竖直，吊点通过柱中心位置，易于起吊、对线、校正。

3.3.

4.2起吊方法

1）多层与高层钢结构工程中，钢柱一般采用单机起吊，对于特殊或超重的构件，也可采取双机抬吊，双机抬吊应注意的事项：a 尽量采用同类型的起重机 b 根据起重机能力，对其吊点进行荷载分配； c 起重机的荷载不宜超过其相应起重能力的80%； d 在操作过程中，要相互配合，动作协调，图采用铁扁担起吊，尽量使铁扁担保持平衡，倾斜角度小，以防一台起重机失重而是另一台起重机超载，造成安全事故； e 信号指挥，分指挥必须听从总指挥。

2）起吊时钢柱必须垂直，尽量做到回转垂直，根部不拖。起吊回转过程中应注意避免同其他已吊好的构件相碰撞，吊索应有一定的有效高度。

3）第一节钢柱是安装在柱基上的，钢柱安装前应将登高爬梯和挂篮等挂设在钢柱预定位置并绑扎牢固，起吊就位后临时固定地脚螺栓，校正垂直度。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。

4）钢管柱安装到位，对准轴线，必须等地脚螺栓固定后才能松开吊索。

3.3.

4.3钢管柱校正

钢管柱校正要做三件工作：柱基标高调整，柱基轴线调整，柱身垂直度校正。

柱基标高调整

放上钢柱后，利用柱底板下的螺母或标高调整块控制钢柱的标高（因为有些钢柱过重，螺栓和螺母无法承受起重量，故柱底板下需加设标高调整块-----钢板调整标高），精度可达到±1mm内。柱底板下预留的空隙，可用高强度、微膨胀、无收缩砂浆以捻浆法填实。

当使用螺母作为调整柱底板标高时，应对地脚螺栓的强度和刚度进行计算。

现在有很多高层钢结构地下室部分钢柱是劲性钢柱，钢柱的周围都布满了钢筋，调整标高和轴线时，都要适当的将钢筋梳理开，才能进行，工作起来较困难些。

第一节柱底轴线调整

对线方法：在起重机不松钩的情况下，将柱底板上的四个点与钢柱的控制轴线对齐缓慢降落至设计标高位置。如果这四个点与钢柱的控制轴线有微小偏差，可借线。

第一节柱身垂直度校正

采用缆风绳校正方法。用两台呈90度的经纬仪找垂直。在校正过程中，不断微调柱底板下螺母，直至校正完毕，将柱底板上面的两个螺母拧上，缆风绳松开不受力，柱身呈自由状态，再用经纬仪复核，如有微小偏差，再重复上述过程，以致无误，将上螺母拧紧。

地脚螺栓上螺母一般用双螺母，可在螺母拧紧后，将螺母与螺杆焊实。

柱顶标高调整和其他节框架钢柱标高控制

柱顶标高调整和其他节框架钢柱标高控制可用两种方法：一是按相对标高安装，另一种是安设计标高安装，一般采用相对标高安装。钢柱吊装就位后，用大六角高强度螺栓固定连接上下钢柱的连接耳板，但不能拧得太紧，通过起重机起吊，撬棍可微调逐渐间隙。量取上下柱顶预先标定的标高值，符合要求后打入钢楔、点焊限制钢柱下落，考虑到焊缝及压缩变形，标高偏差调整至4mm以内。

第二节柱轴线调整

为使上下柱不出现错口，尽量做到上下柱中心线重合。如有偏差，钢柱中心线调整，每次3mm以内，如偏差过大分2~3次调整。

注意：每一节钢柱的定位轴线绝不允许使用下一节钢柱的定位轴线，应从地面控制线引至高空，以保证每节钢柱安装无误，避免产生过大的积累误差。

第二节钢柱垂直度校正

钢柱垂直度校正的重点是对钢柱有关尺寸预检，即对影响钢柱垂直度因素的预先控制。经验值测定：梁与柱一般焊缝收缩值小于2mm；柱与柱焊缝收缩值一般在3.5mm。为确保钢

结构整体安装质量精度，在每层都要选择一个标准框架结构体（或剪力筒），依次向外发展安装。

安装标准化框架的原则：指建筑物核心部分，几根标准柱能组成不可变的框架结构，便于其他柱安装及流水段的划分。

标准柱的垂直度校正：采用两台经纬仪对钢柱及钢梁安装跟踪观测。钢柱垂直度校正可分两步。

第一步，采用无缆风绳校正。在钢柱偏斜方向的一侧打入钢楔或顶升千斤顶。

注意：临时连接耳板的螺栓孔硬币螺栓直径达4mm，利用螺栓孔扩大足够余量调节钢柱制作误差-1~+5mm。

第二步：将标准框架体的梁安装上。先安装上层梁，在安装中、下层梁，安装过程会对垂直度有影响，可采用钢丝绳缆索（只适宜跨内柱）、千斤顶、钢楔和手拉葫芦进行，其他框架柱依据标准框架体向四周发展，其做法与上同。

3.4钢梁安装工艺

钢梁安装采用两点吊

钢梁吊装已采用专用卡具，而且必须保证钢梁在起吊后为水平状态。

一节柱一般有2层、3层或4层梁，原则上竖向构件由上向下逐件安装，由于上部和周边都处于自由状态，易于安装且保证质量。一般在钢结构安装实际操作中，同一列柱的钢梁从中间跨开始对称的向两端扩展安装，同一跨钢梁，先安装上层梁再安装下层梁。

在安装柱与柱之间的主梁时，会把柱与柱之间的开档撑开或缩小。测量必须跟踪校正，预留偏差值，留出节点焊接收缩量。

柱与柱节点和梁与柱节点的焊接，以互相协调为好。一般可以先焊一节柱的顶层梁，在从其下向上焊接各层梁与柱的节点。柱与柱的节点可以先焊，也可以后焊。

次梁根据实际施工情况一层一层安装完成。

3.5柱底灌浆

在第一节柱及柱间钢梁安装完成后，即可进行柱底灌浆。

3.6补漆

补漆为人工涂刷，在钢结构安设计安装就位后进行。

补漆前应清渣、除锈、去油污，自然风干，并经检查合格。

３.５测量工艺

３.５.１建筑物测量验线

钢结构安装前，土建部门已做完基础，为确保钢结构安装质量，进场后首先要求土建部门提供建筑物轴线、标高及其轴线基准点、标高基准点，依次进行复测轴线及标高。

３.５.１.１轴线复测：复测方法根据建筑物平面形状不同而采取不同的方法。宜选用全站仪进行。

矩形建筑物的验线宜选用直角坐标法。

任意形状建筑物的验线宜选用极坐标法。

对于不便量距的点位，宜选用角度（方向）交会法。

３.５.１.２验线部位：定位依据桩位及定位条件。

建筑物平面控制图、主轴线及其控制桩。

建筑物标高控制网及0.000标高线。

控制网及定位轴线中的最弱部位。

建筑物平面控制网主要技术指标见下表

３.５.１.3误差处理：

验线成果与原放线成果两者之差略小于或等于1/1.414限差时，可不必改正放线成果或取两者的平均值。

验线成果与原放线成果两者之差超过1/1.414限差时，原则上不予验收，尤其是关键部位。若次要部位可令其局部返工。

３.５.２测量控制网的建立

建立基准控制点：

根据施工现场条件，建筑物测量基准点有内控法和外控法。

地下部分：可采用外控法。建立井字形控制点，组成一个平面控制格网，并测设出纵横轴线。

地上部分：控制点的竖向传递采用内控法.

３.５.３平面轴线控制点的竖向传递

柱顶轴线（坐标）测量

利用传递上来的控制点，通过全站仪或经纬仪进行平面控制网放线，把轴线（坐标）放到柱顶上。

悬吊钢尺传递标高

1利用标高控制点，采用水准仪和钢尺测量的方法引测。

2多层与高层钢结构工程一般用相对标高法进行测量控制。

3根据外围原始控制点的标高，用水准仪引测水准点至外围框架钢柱处，在建筑物首层外围钢柱处确定+1.000m标高控制点，并做好标记。

4从做好标记并经过复测合格的标高点处，用50m标准钢尺垂直向上量至各施工层，在同一层的标高点应检测相互闭合，闭合后的标高点则作为该施工层标高测量的后视点并做好标记。

5当超过钢尺长度时，另布设标高起始点，作为向上传递的依据。

钢柱垂直度测量

1钢柱吊装时，刚柱垂直度测量一般选用经纬仪。用两台经纬仪分别架设在引出的轴线上，对钢柱进行测量校正。当轴线上有其他的障碍物阻挡时，可将仪器偏离轴线150mm以内。

2钢柱安装测量工艺流程

3钢结构安装工程中的测量顺序

测量、安装、高强度螺栓安装与紧固、焊接四大工序的协同配合是高层钢结构安装工程质量的控制要素，而钢结构安装工程的核心是安装过程中的测量工作。

A初校。初校是钢柱就位中心线的控制和调整，调整钢柱扭曲、垂偏、标高等综合安装尺寸的需要。

B重校。在某一施工区域框架形成后，应进行重校，对柱的垂直度偏差，梁的水平度偏差进行全面的调整，使柱的垂直度偏差，梁的水平度偏差达到规定标准。

C高强度螺栓终拧后的复校。在高强度螺栓终拧以后应进行复校，其目的是掌握在高强度螺栓终拧时钢柱发生的垂直度变化。这时的变化只有考虑用焊接顺序来调整。

D焊后测量，在焊接达到验收标准以后，对焊接后的钢框架柱及梁进行全面的测量，编制单元柱（节柱）实测资料，确定下一节钢结构构件吊装的预控数据。

E通过以上钢结构安装测量程序的运行，测量要求的贯彻、测量顺序的执行，使钢结构安装的质量自始至终都处于受控状态，以达到不断提高钢结构安装质量的目的。

六：劳动力组织

所有生厂工人都要进行上岗前培训，取得相应资质的上岗证书，做到持证上岗。尤其是焊工、起重工、塔吊操作工、塔吊指挥工等特殊工种。本工法施工时的人员配备如下：有焊工证的电焊工8人，探伤工2人，运输工10人，吊装工8人，电工2人，测量工3人、砼工10人、钢筋工10人。

七：机具设备

主要机具有：塔式起重机、汽车式起重机、履带式起重机、交直流电焊机、CO2气体保护焊机、空压机、碳弧气刨、砂轮机、超声波探伤仪、磁粉探伤、着色探伤、焊缝检查量规、大六脚头和扭剪型高强度螺栓扳手、高强度螺栓初拧电动扳手、栓钉机、千斤顶、葫芦、卷扬机、滑车及滑车组、钢丝绳、索具、经纬仪、水准仪、全战仪等。

八：质量控制

８.1重视施工准备工作，依据施工组织设计，分别编写“钢结构安装施工方案”、“钢结构装焊接施工要领书”、“焊接施工方案细则”、“测量方案”、“超声波探伤方案”，并在施工中开展全面质量管理，各工序的施工及验收都按要领书的规定执行。

８.２在多层与高层钢结构工程施工现场施工中，吊装机具的选择，吊装方案、测量监控方案、焊接方案等的确定尤为关键。

８.３对焊接点处必须严格按无损检测方案进行检测，必须做好高强度螺栓连接和高强度螺栓连接件抗滑移系数的实验报告。对钢结构安装的每一步都应作好测量监控。

８.４严格按规定要求进行检验，每道工序生产过程都需有车间检验员首检，巡检和完工检，生产人员必须全过程参检，加工完毕后由专职检验员专检，确保加工的几何尺寸、形位公差等符合规定要求。

九、安全措施

９.1攀登和悬空作业人员，必须经过专业培训及专业考试合格，持证上岗；熟悉本岗位的安全操作规程。

９.2吊车司机、起重工密切配合，协调作业信号清晰；起吊前对索具进行严格检查。

９.３钢柱安装登高时，应使用钢挂梯或设置在钢柱上的爬梯。钢柱安装时应使用梯子或安装平台。

９.４登高安装钢梁时，应视钢梁高度，在两端设置挂梯或搭设钢管脚手架。

９.５结构安装过程中，各工种进行上下立体交叉作业时，不得在同一垂直方向上操作。

９.６严禁超载吊装，禁止斜吊。

９.７在高空用气割或电焊切割时，应采取有效措施并派专人监控防止割下的金属或火花落下伤人。

9.8遇到4级以上大风停止吊装作业。

十：工程实例及技术经济分析

由中铁建工集团承建的天津地铁大厦工程，地下三层，地上４0层，建筑面积87912m2, 建筑高度为164米.该工程是天津市重点工程同时也是中铁建工集团的重点工程，2005年被评为科技示范工程。本工程运用本工法进行施工保证了工程质量，焊缝经探伤检测全部合格；钢柱安装位置、垂直度符合规范要求；施工进度比原计划工期提前四天；施工成本低，钢柱、钢梁原材加工采用双向C02 气体半自动保护焊比手弧焊工效提高4.5 倍，焊丝耗用比焊条节约用量5%左右；克服了现场吊装难度大等缺点。

采用本工法进行施工受到了天津建筑设计院、天津华泰监理公司、天津海顺置业有限公司领导的高度赞誉，取得了良好的社会效益和一定的经济效益。