高层钢结构吊装施工研究及应用

崔健国

中国五冶集团有限公司 上海 201900

随着城市现代化进程加快以及人们对土地利用率认知的增强，越来越多的高层建筑进入人们的视线，人们对建筑行业的要求也越来越高，进而呈现了更多的高层建筑钢结构工程。但是，如果要保证整个工程施工质量，必须合理安排高层钢结构安装的施工顺序，并且制定相关制度确保安装质量，才能形成完整的结构体系，吊装起重设备选择、吊装方式方法、梁柱吊装顺序等，都是高空钢结构施工的难点和控制要点。本文以某高层建筑工程为例，通过解析高层钢结构吊装施工技术在各阶段吊装的具体要求，了解施工过程中需要掌握的安装要点，以期在后续工程中得以借鉴。

1 工程概况

以某生产研发基地项目为案例，地下一层，地上三栋主楼分别为1-1#楼10层、1-2#楼8层、1-3#楼5层，地下室部分为钢筋混凝土结构，主楼地下室部分为钢管混凝土劲性柱，地面以上全部为钢框架结构，主要由钢柱、钢箱梁及压型钢板组成。根据总进度计划并结合现场实际情况，决定将钢结构吊装划分成三个阶段，即地下室、1-1#楼、1-2及1-3#楼三个阶段，所采用的吊装设备为现场已经安装好的塔吊。开始吊装前须做好如下准备工作：

2 技术准备

深化设计：在施工前，根据施工蓝图在不改变构件大小、尺寸和受力情况的前提下对图纸进行节点细化，分解成各个单独的构件和单元件，分别进行绘制，按照设计尺寸及施工规范要求，绘出每一个节点的大样图，经原设计单位审核确认，作为加工制作的深化设计图。

钢柱预埋锚栓安装：本工程钢结构钢柱支座均是埋设锚栓的形式，使用根据锚栓的螺母对钢柱的标高定位调整。故锚栓的埋设是本工程的重点，锚栓埋设的精密度和准确度直接影响地上钢结构能否顺利安装，故要求锚栓埋设精度高应进行重点控制。

加工顺序：在加工钢柱过程中，应根据建筑物的层高，从下到上按层分节加工，每节钢柱应比层高高出1.4m左右，便于现场组对、施焊。然后按照安装顺序运输到现场进行安装。

安装顺序：首先从地下开始，按照土建施工进度，从下到上逐段安装钢柱，土建施工进度直接影响施工进度，因此土建与钢结构施工进度相互衔接。

3 施工现场准备

3.1 预制构件存放场地的布置

构件进场堆放时应按吊装顺序、规格、构件型号及所用楼栋号等分区匹配堆放，并进行构件的编号和安装顺序合理的划分，并留出吊车和平板车转运的道路，堆场区域内设置标示牌和危险告知牌，标识标准化按文明施工工地要求执行。

3.2 施工道路的规划和保障

钢结构在安装前一定要保障现场道路的畅通，如果道路情况不好必须采取道路的硬化，保障在施工中车辆能够安全行驶。

编制合理的材料堆场方案、行车方案、卸车方案，并对方案合理性进行验证，确保安全。

钢构件进场时间及进场顺序应根据现场施工进度计划来确定，钢构件及材料进场按策划所定准确到每个构件的编号，构件最晚在吊装前24小时进场[1]，构件进场顺序提前策划，按照点菜式顺序构件进场，主要构件及辅助材料进场要考虑现场实际场地情况，尽量减少现场构件堆放，调度好现场安装与加工制作的关系，保证安装计划按需求进行。

构件进场后，按照加工厂所附材料清单复核所到构件的数量及编号是否与所提材料计划匹配，构件是否齐全，如果发现所进构件不一致，要立即启动预案，补发或替换构件，以确保现场进度不受影响。

构件进场应堆放整齐，防止变形和损坏，堆放时应放在稳定的枕木上。

严格按图纸要求和有关规范、办理构件验收和工序交接手续。

构件的标记应外露以便于识别和检验。

4 钢结构吊装施工技术

地下室的施工采用大开挖施工方式，地下钢柱均为单节柱，因现场堆放场地有限，故构件进场需根据土建施工顺序来定，拟采用的安装顺序为：1-2#楼吊装完成→1-3#楼吊装→转至吊装区间1-1#楼，采取交错施工方法。

钢筋绑扎完成，安装钢柱柱脚节段（柱脚下节段包括柱底埋件、钢柱柱脚）。

混凝土浇注，在浇注过程中随时监测柱脚下节段位置并作相应的调整；混凝土浇注完成达到设计强度后，安装上节钢柱，拉设缆风绳进行调整、固定与钢柱螺栓连接。防止混凝土浇筑过程中因振动导致钢柱产生位移。钢柱按焊接工艺要求进行焊接。

钢柱焊接完成并验收合格后，交土建施工。

5 施工方法

5.1 埋件安装

在钢柱平面布置图上根据预埋螺栓孔间距位置，计算出其定位板坐标值，用全站仪及坐标法先定位A的位置，以确定预埋螺栓中点位置，再用同样的方法定位出A1、A2的位置，控制预埋螺栓的轴线位置。

钢柱柱脚预埋件埋设与底板钢筋绑扎同步进行，根据深化图纸要求，将锚栓按照轴线位置关系一一进行定位固定。

为了保护地脚螺栓丝扣，需要在地脚螺栓丝扣位置裹缠塑料膜，并且用胶带纸缠裹严实。同时要求土建浇筑混凝土时均匀转圈浇筑；以防混凝土侧向挤压使得螺栓跑偏。专人现场进行旁站并进行自检与监理检查。

为避免预埋件在混凝土浇注过程中发生偏移，对地上钢结构安装产生不利因素，固采用定位板对锚栓进行固定。待混凝土浇筑完成后再取出定位板。

5.2 钢柱安装

钢柱安装时采用两台塔吊分区完成吊装, 上部的翼缘板上设置4个吊耳，实际吊装可采用二点吊装。

为防止钢柱在吊装过程中出现偏心现象，需在地下柱外围吊点处拉设缆风绳，吊装时缆风绳需有现场施工人员控制，避免出现偏心现象。

5.3 吊装准备

根据不同钢柱的重量，准备与之钢柱重量匹配的钢丝绳绳扣、卡环、绳卡、手搬葫芦、千斤顶、撬棍、吊装钩、榔头以及扳手等施工机具。

5.4 测量校正

操作工人通过钢爬梯上下劲性钢柱，禁止攀爬栓钉。上下爬梯时须将安全带挂在防坠器上，到达柱顶后再将安全带转挂在连接耳板上。

5.5 安装方法

钢柱吊装前在钢柱上设置溜绳，在钢柱吊装至就位位置附近，通过拉设溜绳进行纠偏，施工中土建钢筋初次绑扎往往不够准确，需要在钢柱安装后进行再次调整，从而造成钢柱偏移，安装精度无法控制。

钢柱吊装前，土建钢筋暂缓绑扎，混凝土柱钢筋延伸出混凝土面1.5m 左右，待钢柱吊装临时固定后，再往上继续绑扎钢筋，对于水平钢筋因钢柱的隔断，钢筋无法贯通，可采用相应规格的钢筋连接器与钢柱焊接。

5.6 钢梁安装

5.6.1 钢梁吊点设置

钢梁吊点位置的选择，主要从三个方面考虑：吊点位置尽可能选在钢梁重心位置，这样吊起后相对平衡，吊点位置要具备一定的强度和刚度，不应选择钢梁应力突变的位置。考虑起吊后钢梁好就位。为方便现场安装，钢梁在加工厂加工时，在钢梁上翼缘板位置均匀设置吊装孔或在两端设置吊耳，由于每层需要安装钢梁的数量不一，随着楼层不断的加高吊钩起升每次上下的时间也会不断延长，为提高塔吊利用率，参考塔吊额定起重参数在许可的范围内对部分钢梁进行一机多吊，即采用串吊/子母吊的方法进行吊装，见图1所示。

图1 钢梁吊点设置

5.6.2 钢梁绑扎与起吊

钢梁吊装前，应检查钢梁表面是否有污染，否则应当将污染物清理干净；由于在工厂提前加工的构件，长时间暴露在空气中，连接板和摩擦面可能会产生浮锈，因此在构件进场后吊装前可适当除锈，最终高强螺栓终拧后做油漆封闭前仍需使用钢刷除锈清理干净。等待吊装的钢梁应在地面组装好相配套的连接板，穿好临时安装螺栓，数量不少于接头螺栓数量的1/3，且不得少于3个[2]。吊装前，需仔细检查吊耳、吊装孔及卡玛板质量，确保无误后再进行吊装。钢梁吊到指定位置后，同步将连接板锁定，对存在偏差的螺栓孔洞应用冲钉或挫刀配合调整孔距，然后依次穿入安装螺栓拧紧。

5.7 高强螺栓安装要求

5.7.1 材料存放要求

进场的螺栓、螺母、垫圈均应附有出厂合格证及质量证明书，并应符合设计要求和国家标准的规定。

高强螺栓入库应按规格分类存放，并防雨、防潮。遇有螺栓、螺母不配套，螺纹损伤时，不得使用。螺栓、螺母、垫圈有锈蚀，应抽样检查紧固轴力，满足要求后方可使用，否则替换。

螺栓不得被泥土、油污粘染，保持洁净、干燥状态。必须按批号，同批内配套使用，不得混放、混用。

高强度螺栓要按包装箱上注明的批号、规格分类保管，室内架空存放，堆放不宜超过五层。

按照安装进度确定螺栓开箱数量，尽量减少多次开箱，对包装密封性产生破坏；如一次用不完整箱螺栓，在取出部分螺栓后立即封好原包装，避免沾染杂物和与空气接触产生锈蚀。

根据楼层安装进度，现场计算好所在层所使用的螺栓数量和规格进行领取，如当天未能将螺栓安装完成有所剩余，应装入干燥、洁净的容器内，妥善保管，不得乱放、乱扔。

在螺栓安装过程中，应对螺栓进行保护，保证螺栓表面干净螺纹无损伤；安装过程中如发现不能自由穿入，应停止使用该批螺栓，待检查确认无问题后再进行施工。

为了安全起见，高强螺栓存放半年就要复检，使用前最好进行复验，实验结果与产品合格证及质量证明书状态一致，方可投入使用。

5.7.2 高强螺栓施工注意事项

高强螺栓应能自由穿入螺栓孔，不得强行敲打，如不能自由穿入时，严禁用气割扩孔，要用绞刀或挫刀扩孔，修孔时需使板层紧贴，以防铁屑进入板缝，扩孔后要用砂轮打磨机清除孔边毛刺，并清除铁屑。修整后孔径应满足设计要求，且不得大于1.2倍孔距。

穿入高强螺栓用扳手拧紧后，再将临时螺栓拆下，用高强螺栓替换普通螺栓。不得在雨天进行高强螺栓安装，并要保证摩擦面处于干燥状态。

运抵现场的钢构件，其摩擦面无油污及氧化铁皮，如有需要用钢丝刷清理干净，以保证摩擦面的摩擦系数。

同一高强度螺栓初拧和终拧的时间间隔，要求不得超过一天。

安装前对连接板及摩擦面进行打磨除锈。

终拧检查标准为螺栓尾部卡头拧断后即表明终拧完毕，检查外露丝扣不得少于2扣，对螺栓节点及时进行油漆封闭。

5.8 压型钢板施工

楼板采用闭口型压型钢板，型号为YXB65-185-555(B)，厚度1.2mm，镀锌层重量正反面之和275g/㎡，屈服强度不小于410MPa。

闭口型压型钢板的安装穿插在工程总施工工序中进行，即安排在该层所有柱、梁安装完毕，高强度螺栓终拧完毕，焊接完毕报验合格后及时吊装-铺设

即：本层钢结构主体验收合格—吊装—铺设—安装焊接—栓钉焊接—交验。

按照铺板图确定铺设方向，将板两端搁置在钢梁上，遇柱子采用角钢承托，板在钢梁上的搭接长度不小于50mm。

压型钢板铺设前需检查钢梁的平整度，清扫钢梁顶面的杂物，如有吊耳，需将其割除磨平。压型钢板在安装前钢结构已经施工多层，原则上先安装最上层压型钢板，再依次向下安装，这样做的好处是安装好的上层压型钢板可有效阻挡高空坠物，保证在下层铺设钢板的人员安全。

压型钢板在大面初步完成铺设后，应先采取临时固定，采用压型钢板端部与钢梁搭接区临时点焊固定，间距为185mm，压型钢板纵向铺设较长与主梁连接时，需会跨越次梁，因此采用跳焊固定，间距450mm～600mm，相邻两块压型钢板完成搭接后，采用穿透式栓钉直接透过压型钢板植焊于钢梁上，确保铺设面形成稳固的整体。

压型钢板纵向铺设跨度大于3m时，混凝土浇筑过程中由于各种荷载的增加，同时混凝土强度没有达到设计要求，因此压型钢板会产生下挠现象，影响结构质量及安全，所以混凝土浇筑前应根据计算在板相应位置设置临时支撑。

压型钢板铺设时以母扣起始边作为基准点，按照先远后近的原则进行依次铺设。

5.9 操作要求

5.9.1 钢柱吊装

钢柱在吊装前应在构件表面标出安装用的控制线作为校正的依据，在钢柱上贴反光贴进行坐标监测，时时进行纠偏，避免越往上安装造成累积误差越大。

起吊前先进行试吊，保证柱重心偏移(柱保持平衡)，确认无误后正式起吊，钢柱吊至位置后，由工人找准中心位置，采用两台经纬仪从不同角度对钢柱垂直度进行校正，如有偏差可采用撬棍进行微调，最终轴线重合后分别用高强螺栓连接副连接钢梁和钢柱的螺孔，待螺母全部套上后进行初拧、复拧和终拧，此步骤需在24小时内完成[3]。

垂直度调整。利用千斤顶朝柱子垂直度偏差方向的反向顶动，然后根据经纬仪观测的数据调整柱子垂直度，将柱顶偏轴线位移校正至“零”。

5.9.2 质量控制

柱垂直度监测，对钢柱垂直度在允许偏差范围内的，只统计数据；对超出偏差允许范围的，应对构件编号进行核对，其次对轴线进行核对，针对不同情况采取不同的处理方法[4]。

6 结束语

综上概述,高层建筑钢结构吊装是一项综合性非常强的施工内容，在施工过程中必然会产生各种技术问题和遇到施工难点等，因此必须予以高度重视，尤其是钢结构在吊装前应该先划分吊装区域与吊装顺序，可以围绕着场地布置、结构形式、立面形状、塔吊的数量和位置、工程现场的施工条件等多个因素分析。吊装的速度与质量都将会影响到整个工程。总而言之，吊装在高层建筑钢结构施工中是一项非常重要的内容，因此施工单位必须对钢结构吊装施工的安全性、经济性、适用性进行综合考虑,确保钢结构吊装施工质量和安全，提升高层建筑钢结构吊装施工技术水平。