CN101691787B - 中高层钢结构建筑逆向施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢结构体系施工领域，具体为一种中高层钢结构建筑逆向施工工艺，解决现有钢结构施工时钢楼板与钢结构框架同步施工，存在施工作业面少、工效低、周期长以及钢构件的制作无法满足整体安装的质量标准要求的问题，包括对钢结构框架连接节点进行细化扩大节点设计；按照扩大施工图纸加工组装钢结构构件；钢结构构件的运输与堆放；钢结构框架的安装；钢楼板的安装。采用先安装完成全部钢框架主体结构后，再进行各楼层板安装的逆向施工方法，既能在同一平面上施工，又能立体交叉作业，互不影响，加快了施工速度，提高了工效。工艺简单、施工方便、经济合理、安全可靠、安装精度高，可广泛应用于各种中高层钢结构建筑的施工。

Description

中高层钢结构建筑逆向施工工艺

技术领域

本发明涉及钢结构建筑体系施工领域，具体为一种中高层钢结构建筑逆向施工工艺。

背景技术

目前，大多数中高层建筑主要为传统混凝土结构，混凝土结构虽有比较成熟的设计和施工经验，但自重较大，基础投资比较高，建设速度慢，周期较长。近年来，随着社会经济和生产力的发展，钢结构建筑以其占地面积少、综合成本低、施工速度快、质量易保证、绿色环保等优点得到迅速发展，广泛应用于厂房、中高层或大型建筑上。现有钢结构建筑的施工过程为：先安装一层钢柱，再安装钢梁，完成第一层钢结构框架的施工，在此基础上进行第一层钢楼板的施工，然后安装二层钢柱及钢梁，完成第二层钢结构框架的施工后再进行第二层钢楼板的施工，如此循环往复至顶层，钢楼板与钢结构框架同步施工，即钢结构安装到哪里，压型钢板铺设到哪里，这样，必须在完成第一层钢结构框架及钢楼板的基础上，才能进行第二层的施工，无法进行上下交叉施工，同时施工的作业面少，工效低，造成施工周期较长。此外，设计院所出的建筑钢结构设计图仅提供构件规格布置，节点构造框图，钢结构构件制作时是按照设计图纸尺寸进行下料加工，但是在施工现场进行安装时，由于各种连接点种类较多，连接关系较复杂，而设计图纸上又没有对各种节点连接部位进行详细标注，所以造成钢结构构件安装时，尺寸偏差较大、现场组装不到位、安装精度低，使得钢构件的制作无法满足整体安装的质量标准要求。

发明内容

本发明为了解决现有钢结构施工时采用钢楼板与钢结构框架同步施工的方法，存在施工作业面少、工效低、周期长以及钢构件的制作无法满足整体安装的质量标准要求的问题，提供一种中高层钢结构建筑逆向施工工艺。

本发明是采用如下技术方案实现的：中高层钢结构建筑逆向施工工艺，包括以下步骤：(1)对钢结构框架连接节点进行细化扩大节点设计，具体做法为按照设计尺寸对钢结构框架连接节点结构按平、立、剖面进行1∶1绘图放样，然后将整体钢结构扩大详图标注尺寸，绘制成扩大施工图纸；(2)按照扩大施工图纸加工组装钢结构构件，其中组装钢构件时，钢柱的水平加劲与柱的翼缘及腹板焊接采用坡口全熔透焊缝，坡口角度30°～40°用气割坡口；H型钢柱在45°船形胎架上采用埋弧自动焊接；(3)钢结构构件的运输与堆放；(4)钢结构框架的安装：按施工平面形式分区段绘制吊装图，吊装分区先后次序为：在水平方向上，从中央顺次向四周扩展，同时采取对称安装、对称固定方式；在垂直方向上，由下至上，分层安装，同时按照先钢柱后钢梁、先主梁后次梁的顺序吊装，完成整体钢结构框架的施工；(5)钢楼板的安装：将压型钢板通过栓钉铺搭在钢梁上，然后绑扎钢筋网，再浇注混凝土，按照该方法对各层钢楼板进行施工，施工顺序是对一层或几层钢楼板同时进行压型钢板铺设、绑扎钢筋，同时先浇注第三层钢楼板混凝土，待该层混凝土达到初凝后，即可对第二层及其它层钢楼板浇注混凝土。

与现有工艺相比，本发明对原钢结构设计图进行了细化扩大节点二次设计，绘制成扩大施工图纸，按照此图纸进行钢制构件的加工、下料，达到构件制作与整体安装的质量标准要求；采用先进的焊接工艺，防止了构件出现焊接变形，提高钢结构框架的安装精度；采用在保证空间框架刚度的前提下，先安装完成全部钢框架(柱、梁)主体结构后，再进行各层钢楼板安装的逆向施工方法，施工顺序是对一层或几层钢楼板同时进行压型钢板铺设、绑扎钢筋，同时先浇注第三层钢楼板混凝土，待该层混凝土达到初凝后，即可对第二层及其它层钢楼板浇注混凝土，经过多次施工验证，本发明先浇注第三层钢楼板混凝土，在此基础上，再对其它层进行浇注，可保证整体框架的稳定性，减少泵送混凝土时对整体框架的影响。总之，本发明所述的施工方法既能在同一平面上施工，又能立体交叉作业，互不影响，加快了施工速度，提高了工效。总之，本发明工艺简单、施工方便、经济合理、安全可靠、安装精度高、施工速度快，本方法尤其适用于各类多层、九层以下高层钢结构建(构)筑物。

附图说明

图1为本发明的钢结构构件制作工艺流程图

具体实施方式

中高层钢结构建筑物的逆向施工工艺，包括以下步骤：

一、对钢结构框架连接节点进行细化扩大节点设计

1、应用AUTOCAD2004绘图软件，按照设计尺寸对钢结构框架节点结构按平、立、剖面进行1∶1绘图放样，对各种节点连接部位节点进行详细研究。对原设计平面、立面以轴线为单元进行了扩大设计，并对构件进行编号；

2、利用钢结构连接节点计算软件进行各类构件的连接受力计算，以CAD绘图软件为图形设计平台，对复杂连接节点和复杂构件放大样，建立钢结构节点图库，实现图形信息微机化；

3、各种连接节点种类较多，连接关系较复杂，提出设计方案与设计院沟通共同解决，将各构件的详图摘编出来，对梁、柱连接进行了细化扩大节点二次设计；

4、将整体钢结构扩大详图标注尺寸，绘制成扩大施工图纸，达到构件制作与整体安装的质量标准。

二、按照扩大施工图纸加工组装钢结构构件

1、钢构件制作方法，如图1所示，

(1)投料：在完成施工详图设计工作后，根据图纸材料表计算出各种材质、规格、材料净用量的损耗提出材料预算计划，预算计划可按实际用量所需的数值再增加10％进行备料。

(2)原材料矫正

①钢材表面质量满足不了质量要求的，应进行矫正。钢材和零件的矫正应采用平板机或型材矫直机进行，较厚钢板也可用压力机或火焰加热进行。碳素结构钢在环境温度低于-16℃，低合金结构钢在低于-12℃时，不应进行冷矫正和冷弯曲。

②矫正后的钢材表面，不应有明显的凹面和损伤，表面划痕深度不得大于0.5mm，且不应大于该钢材厚度负允许偏差的1/2。

(3)号料

①核对钢材规格、材质、批号，并应清除钢板表面油污、泥土及赃物。

②号料时预留的焊接收缩余量及切割，边缘加工等余量应符合允许偏差，板材号料应号出基准检查线和规孔线。号料后应在零件上注明零件号、数量、加工方法等，并根据零件不同的材质，采用不同颜色标注。

(4)划线

利用加工制作图、样杆、样板及钢卷尺进行划线。样板可采用厚度0.50～0.75mm的铁皮或塑料板制作，样杆一般用铁皮或扁铁制作，当长度较短时可用木尺杆。样杆、样板应注明工号、图号、零件号、数量及加工边、坡口部位、弯折线和弯折方向、孔径和滚圆半径等。制成的样板，样板杆应经过检查确认，样板各部允许偏差+0.0mm，-0.5mm。

(5)切割下料

钢材的切割包括气割、等离子切割等高温热源的方法，也有的采用剪切、切削、摩擦热等机械力的方法。要考虑切割能力、切割精度、切剖面的质量及经济性来确定。切割下料尺寸必须保证准确、平直。

(6)边缘、端部加工及制孔

边缘加工和端部加工的方法主要有：铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、气割和坡口机加工等。常见的制孔方法如下：机械打孔；气体开孔；钻模和板叠套钻制孔；数控钻孔。制孔后应用磨光机清除孔边毛刺，并不得损伤母材。

2、钢构件组装

①组装钢构件时，各部件应经检查合格，连接面和沿焊缝边缘50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢应清除干净。

②构件组装前应对部件料进行矫正。

③柱的水平加劲与柱的翼缘及腹板焊接采用坡口全熔透焊缝。在梁翼缘上下500mm范围内，柱翼缘板与腹板连接焊缝采用坡口全熔透焊缝。坡口角度30°～40°用气割坡口，根据实际情况调节堆焊层数及焊速。

④组装可采用胎夹具方法，当在平台上组装时，平台的平面高低差不得超过4mm。

⑤构件的组装应根据结构形式，焊接方法和焊接顺序等因素，确定合理的组装顺序。

⑥除工艺要求外零件组装的间隙不得大于1.0mm，对顶紧接触面应有75％以上的面积紧贴，用0.3mm塞尺检查，其塞入面积不得大于25％，边缘最大间隙不得大于0.8mm。接口错边±5.0mm。

⑦H型钢在45°船形胎架上采用埋弧自动焊接，焊丝H08A，焊剂431，手工焊接采用E43XX型焊条。

⑧H型钢焊接后，用翼缘矫正机矫正角度变形，用火焰矫正倾斜度。

⑨H型钢成品切头，铣床平头。

⑩H型钢、节点板制孔。

3、焊接

①依据图纸核对零部件尺寸，确定无误后，再进行组装。

②在梁、柱的节点处划线，再将节点板定位，用角尺复核垂直度，用钢卷尺复核间距尺寸，进行点焊，两边对点焊，每点焊处大于10mm。

③单件产品组装完毕后，进行核对各部尺寸，然后进行焊接。焊接时，根据经验确定焊接顺序，以减小变形。

4、钢构件矫正、修磨

①构件焊接后用加热矫正挠度、侧弯及端板翘曲，当采用火焰矫正焊后的变形时，同一部位加热不宜超过两次，加热温度不得超过900℃，加热矫正后应缓慢自然冷却。

②修补焊接缺陷，局部焊点，毛刺进行打磨。

③摩擦面的处理

高强度螺栓摩擦面处理后的抗滑移系数值应符合设计的要求(一般为0.45～0.55)。摩擦面的处理可采用喷砂、喷丸、酸洗、砂轮打磨等方法，一般应按设计要求进行，设计无要求时施工单位可采用适当的方法进行施工。采用砂轮打磨处理摩擦面时，打磨范围不应小于螺栓孔径的4倍，打磨方向宜与构件受力方向垂直。高强度螺栓的摩擦连接面不得涂装，高强度螺栓安装完后，应将连接板周围封闭，再进行涂装。

5、柱脚制作拼装与栓焊

根据连接板相应位置进行划线钻孔，然后修磨毛刺，再精确划出H型钢的位置，进行点焊，用角尺测量各个方向的垂直度，点焊加肋板，再用钢尺、角尺、复核各部尺寸无误后进行焊接。待栓钉进入现场后，吊装前按要求进行栓焊。

6、除锈、涂装、标号。

三、钢结构构件的运输与堆放

(1)构件的运输

①发运的构件，单件超过3t的，宜在易见部位用油漆标上重量及重心位置的标志，以免在装、卸车和起吊过程中损坏构件；节点板、高强度螺栓连接面等重要部分要有适当的保护措施，零星的部件等都要按同一类别用螺栓和铁丝紧固成束或包装发运。

②大型或重型构件的运输应根据行车路线、运输车辆的性能来编制运输方案。在运输方案中要着重考虑吊装工程的堆放条件、工期要求来编制构件的运输顺序。

③运输构件时，应根据构件的长度、重量断面形状选用车辆；构件在运输车辆上的支点、两端伸长的长度及绑扎方法均应保证构件不产生永久变形、不损伤涂层。构件起吊必须按设计吊点起吊，不得随意。

④公路运输装运的高度极限4.5m，如需通过隧道时，则高度极限4m，构件长出车身不得超过2m。

(2)构件的堆放

①构件一般要堆放在工厂的堆放场和现场的堆放场。构件堆放扬地应平整坚实，无水坑、冰层，地面平整干燥，并应排水通畅，有较好的排水设施，同时有车辆进出的回路。

②构件应按种类、型号、安装顺序划分区域，插竖标志牌。构件底层垫块要有足够的支承面，不允许垫块有大的沉降量，堆放的高度应有计算依据，以最下面的构件不产生永久变形为准，不得随意堆高。钢结构产品不得直接置于地上，要垫高200mm。相同型号的构件叠放时，每层构件的支点要在同一垂直线上。

③在堆放中，发现有变形不合格的构件，则严格检查，进行矫正，然后再堆放。不得把不合格的变形构件堆放在合格的构件中，否则会大大地影响安装进度。

④对于已堆放好的构件，要派专人汇总资料，建立完善的进出厂的动态管理，严禁乱翻、乱移。同时对已堆放好的构件进行适当保护，避免风吹雨打、日晒夜露。

⑤不同类型的钢构件一般不堆放在一起，同一工程的钢构件应分类堆放在同一地区，便于装车发运。

四、钢结构框架的安装

(1)构件验收、矫正

钢结构件在进入安装现场后，由专业质量检测人员对构件的垂直度、平整度、侧向弯曲度、焊缝尺寸、焊接质量、几何尺寸、高强度螺栓连接附件及连接孔直径、位置、构件编号一一进行详细的检查。弹出钢柱的安装轴线(中线)，若发现在运输过程中钢构件发生变形缺陷后，马上进行矫正和处理，处理合格后方可安装。

(2)地脚螺栓安装工艺

为了准确放置与固定预埋螺栓，采用二次浇筑法，应用钢样板方法固定地脚螺栓。

①先制作两块与钢柱脚底板规格相同的钢样板，并标出十字中轴线(以便轴线对中)，将地脚螺栓全部用上、下螺帽固定在钢样板上(临时固定以保证垂直度)，并检查其垂直度，然后将其放入测定的轴线位置上，并根据定位轴线调整其尺寸误差和标高，待各部位尺寸合格后，用Φ8的钢筋将地脚螺栓焊接固定在基础主筋上。钢样板的底面标高应比实际钢柱底板标高低50mm，预留调节空隙，待钢柱脚调整固定完毕后，再将空隙填实。

②为了保证预埋地脚螺栓的准确性，防止由于浇灌混凝土而引起位置变化，还需在混凝土初凝前，先对钢样板进行水平度测试，对个别不符合水平度和轴线公差的样板进行局部调整，并控制水平误差、轴线误差不得大于1mm。待混凝土初凝后，便松开样板上的螺母，将钢样板取出，对螺栓部分加以保护。

③待首层所有的钢柱、钢梁、次钢梁全部安装完毕后，对整体尺寸进行全面检测和校正，并对所有钢柱的底板下预留空隙用高强度微膨胀细石混凝土进行二次灌注。

(3)安装与校正

①安装顺序：按施工平面形式分区段绘制吊装图，吊装分区先后次序为：在水平方向上，从中央顺次向四周扩展，同时采取对称安装、对称固定方式；在垂直方向上，由下至上，分层安装，同时按照先钢柱后钢梁、先主梁后次梁的顺序吊装，使每个工作日完成的工作量均可形成一个单元，构成空间构架，以保证其刚度，提高抗风稳定性和安全性，有利于吊装精度的控制，减小积累误差，完成整体钢结构框架的施工，即先安装一层钢柱，在此基础上安装钢梁，二层的各种钢构件安装，安装顺序同首层安装顺序，待第二层的所有主梁、次梁、楼梯等安装检测合格后，对高强度螺栓进行终拧，对首层的主梁进行焊接，在高强螺栓终拧1h以后24h之内进行扭矩检查，并做详细记录。以此类推直到全部安装完毕。

②钢柱的安装

A钢柱分段根据结构体系、结构平面形状、塔吊的性能、塔吊至各钢柱的距离、道路及施工堆放场地等情况，尽量采用加长柱的原则。每节钢柱绝大部分都相当于两楼层的高度，通常在7.2～7.6m之间，减少现场连接数量及焊接量，从而提高安装速度和精度，降低工程成本，提高安全可靠性。

B为了便于调整柱的垂直度，在预埋螺栓上先拧上数个螺母(至少四个)，全部拧到接触基础面，并用水平仪找平后，开始吊装钢柱(采用汽车起重机或塔式起重机)。

C吊装钢柱时，为了防止意外事故出现(如雷雨天气，必须停工)，在柱的上端活系四根揽风绳，可以四个方向临时固定，也可用来调整垂直度。

D测量校正

钢柱吊装就位后，用螺母将其初步固定，然后用线锤、钢尺对其进行初调，使柱的中心线与轴线误差符合设计和规范要求，再用两台经纬仪和水平仪对钢柱进行测控，微调通过调整柱底脚板下的螺母来实现(揽风绳可适当配合)。

松开绳索再对其进行测试，校正后，对底板间隙部位进行二次浇灌(固定揽风绳)。

E钢柱加长连接

钢柱是分段连接而成，连接方法是用高强螺栓将腹板两侧夹板紧固。在连接时，为避免造成轴线的积累误差，则必须注意每节柱的定位轴线均应从地面控制轴线直接引出，以保证整根柱在允许偏差范围内。并用两台经纬仪对其轴线和垂直度进行检测。调整好后，连接进行高强度螺栓初拧，待本层第一个空间结构受力单元安装完毕并检测合格后，对钢柱连接螺栓进行终拧，以此类推直到全部安装完毕。

③钢梁(主次横梁)的安装

在第一个空间受力单元的四根钢柱安装完后，便可安装柱之间的主横梁和次横梁。

A钢柱和横梁的连接是属于高强度螺栓连接后再加焊缝连接，在连接前，必须对连接处的磨擦面进行处理。磨擦面要求达到平整、干燥，表面不得有氧化铁皮、毛刺、焊疤、油漆和油污。

B要求在吊装过程中，钢梁尽量保持水平状态，并对吊点进行计算和试验。

C在安装过程中，使用专用圆锥型撬棍和临时螺栓(备用)，先用撬棍插入钢梁两端的螺孔内，再将临时螺栓拧入，待结构安装精度调整达到标准规定后，再将高强度螺栓自由穿入栓孔内，不允许强行敲打。如果有个别螺栓不能自由穿入，则采用铰刀或锉刀加以轻微修整，修整后的孔径不能超过1.2倍螺栓直径，严禁采用火焰切割扩孔。高强度螺栓的穿入方向须一致，以便操作。

D高强度螺栓的安装顺序原则上是以接头处刚度较大的部位向约束较小的方向进行，高强螺栓拧紧顺序是由螺栓群中心向四周顺序进行；为了保证高强度螺栓丝扣与螺母的丝扣接触，螺栓丝扣应保证露出螺母以外2～3扣；为了使接头处的各个高强度螺栓受力均匀，紧固至少分两次进行。即分为初拧和终拧，初拧扭矩一般控制在终拧扭矩的50％左右。

④焊接

A梁、柱安装采用手工电弧焊的施工，保证钢结构安装质量。焊接时采用对称焊接和增加反变形以及预留变形，尽可能减少变形和焊接残余应力，原则是采用结构对称，节点对称、全方位对称焊接。

B为了防止裂缝的产生，针对钢板厚度、气候、风力等不同情况采取焊接预热、后热和保持施焊中的层间温度等措施。

C多层焊接宜连续施焊，每一层焊道焊完后应及时清理检查，清除缺陷后再焊。焊接接头要求熔透焊的对接和角接焊缝，

D多层梁柱焊接时，应根据安装情况先焊顶层柱与梁节点，再焊底部柱与梁节点，后焊中间部分的柱与梁节点，在焊接顶层柱与梁节点时，应先焊柱顶垂直偏差较大的部位，以利用焊接后收缩变形应力达到减少柱顶垂直偏差。焊接顺序宜从中间轴线柱向四周扩散施焊。

E焊接完毕，焊工应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅物，检查外观质量，检查合格后在焊缝部位标注记印，并作好书面资料记录，清理焊接现场工具、物品等转移下个焊接点。

五、钢楼板的安装

基面采用压型钢板，规格为YX-76-344-688，厚度为1mm，压型钢板与钢梁之间用专用设备(栓焊机)焊接(穿透焊)，栓钉规格为Φ16×110mm，间距400mm，在压型钢板凹槽内绑扎Φ14的螺纹钢筋，面层绑扎两层16×4mm冷轧扭钢筋后，梁间用方木(150×60mm)和1.2m间距的碗扣式脚手架满支撑，满浇注C30砼。按照该方法对各层钢楼板进行施工，施工顺序是对一层或几层钢楼板同时进行压型钢板铺设、绑扎钢筋，同时先浇注第三层钢楼板混凝土，待该层混凝土达到初凝后，即可对第二层及其它层钢楼板浇注混凝土。经实践验证，本发明所述的施工工艺已成功应用于山西省榆次市经纬制造工艺基地科技中心大楼及新品试验室工程钢框架结构。

Claims (1)

1.一种中高层钢结构建筑逆向施工工艺，包括以下步骤：(1)对钢结构框架连接节点进行细化扩大节点设计，具体做法为按照设计尺寸对钢结构框架连接节点结构按平、立、剖面进行1∶1绘图放样，然后将整体钢结构扩大详图标注尺寸，绘制成扩大施工图纸；(2)按照扩大施工图纸加工组装钢结构构件；(3)钢结构构件的运输与堆放；(4)钢结构框架的安装：按施工平面形式分区段绘制吊装图，吊装分区先后次序为：在水平方向上，从中央顺次向四周扩展，同时采取对称安装、对称固定方式；在垂直方向上，由下至上，分层安装，同时按照先钢柱后钢梁、先主梁后次梁的顺序吊装，完成整体钢结构框架的施工；(5)钢楼板的安装：将压型钢板通过栓钉铺搭在钢梁上，然后绑扎钢筋网，再浇注混凝土，按照该方法对各层钢楼板进行施工；

其特征是：步骤(2)中，组装钢构件时，钢柱的水平加劲与柱的翼缘及腹板焊接采用坡口全熔透焊缝，坡口角度30°～40°用气割坡口；H型钢柱在45°船形胎架上采用埋弧自动焊接；步骤(5)中，钢楼板的施工顺序是对一层或几层钢楼板同时进行压型钢板铺设、绑扎钢筋，同时先浇注第三层钢楼板混凝土，待该层混凝土达到初凝后，即可对第二层及其它层钢楼板浇注混凝土。

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