大体量建筑工程钢结构设计与施工技术实践探索

大体量建筑工程钢结构设计与施工技术实践探索

彭超

湖南省沙坪建设有限公司湖南长沙410000

摘要：本文以某建筑工程为实例，针对钢结构构件构造节点设计、构件定位穿孔设计、伸臂桁架节点设计进行了大体分析，围绕施工控制要点与分段原则、分项垂直同步施工设计、钢结构安装技术要点三个层面，探讨了大体量建筑工程钢结构施工技术的具体应用实践，以期为钢结构工程施工提供参考价值。

关键词：大体量建筑；钢结构设计；构造节点；伸臂桁架

引言：发展钢结构绿色节能建筑现已成为我国推进住宅产业化的重要战略目标，由此也推动了钢结构建筑市场规模的日趋扩大。通常大体量钢结构工程具有用钢量庞大、构件数量多、施工工期紧、技术精度要求高等特点，一定程度上加大了施工难度，对此还需强化对钢结构施工技术的管控，为施工质量平添重要保障。

1工程实例与钢结构设计分析

1.1工程概况

以某产业园项目建设为例，该工程项目位于我国中部某省份，三栋建筑被划分为8个独立的单体建筑作为办公单元，分别为、、，依靠钢连桥实现各办公单元的连接。该工程建筑物包含地下4层与地上14层，基础筏板面标高与结构顶板面标高分别为与，建筑总占地面积为万m2。其主体建筑采用箱型柱钢框架-核心筒结构，工程用钢量约为，采用焊接箱型柱作为外框柱，柱距控制在，柱截面为；在核心筒四角处设有十字型钢骨柱，采用钢框架连接外框柱与核心筒，楼面、底板分别采用钢混组合楼板与钢筋桁架楼承板。

1.2钢结构设计

本工程采用软件创立钢结构建筑三维实体模型，结合国家规范与工程建设要求进行钢结构的深化设计，针对构件长度、连接板尺寸、节点构造等参数进行精细化设计，致力于最大限度提高设计精度。

1.2.1构件构造节点设计

由于该工程项目的用钢量较大，涉及到不同类型的构件截面与多种连接节点，还需配合电气施工、混凝土施工等工艺环节进行施工要求的拟定，以此实现对不同截面、连接形式的合理分类与精确计算，保障各节点构造的可靠性与精确性[1]。以十字型钢骨柱的柱脚节点与焊接箱型柱角柱节点为例，其设计模型分别如图1、图2所示：

1.2.2构件定位穿孔设计

通常选取在外框柱柱壁处预留顶升孔，配合圆管、接口、活动封板、混凝土泵管向外框柱内注入混凝土，既有助于保障混凝土的密实度，同时还能够简化施工操作、节约成本、缩短工期，最大限度降低施工对环境造成的影响。同时，在针对核心筒、钢构件设计的过程中涉及到穿钢筋，对此施工方还需与土建方进行沟通配合，在针对工程所选用的钢筋进行放样后，在钢构件处进行定位穿孔与补强设计，保障构件连接的牢靠性，缩短施工建设工期、节约工程成本。以外框柱内灌混凝土的顶升孔设计为例，其设计模型如图3所示：

1.2.3伸臂桁架节点设计

由于高层建筑涉及到加强层设计，其伸臂桁架上下弦杆的截面较大、壁厚较宽，腹杆采用屈曲支撑形式，整体桁架高达、体积较大，一定程度上增加了运输环节与吊装环节的难度，且不利于施工定位。通过调查该工程项目施工现场情况，拟采用分段加工的形式进行伸臂桁架设计，分别在车间与施工现场完成伸臂桁架的预拼与终拼，在分段、分节点设计的过程中兼顾塔吊吊装性能，保障构件重量与塔式起重机的吊重范围相适应。

2大体量建筑工程钢结构施工技术的具体应用实践探讨

2.1施工控制要点与分段原则

在施工技术控制要点方面，首先应依照钢结构设计要求进行构件分类、命名，依照不同楼层、区域将构件按批次进行运输、堆放，避免构件产生磕碰、磨损与锈蚀问题；其次应依照施工方案进行分项工程的规划设计，严格依照分项工程设计要求指导具体施工；再次是加强对施工图纸设计、构件加工、钢结构安装等阶段的把控，围绕强度、精度、质量、进度四个指标强化施工质量保障，保障钢结构施工符合设计质量要求；接下来确定特殊构件与重点施工区域，完成施工专项方案的编制工作；最后针对钢结构施工质量进行严格审核验收，针对沉降、标高等指标进行复测、复核，加强对构件焊接变形问题的处理，在施工前预先将构件预热，避免因温度应力加剧焊缝变形程度，提高焊接质量。在钢结构分段设计上，需综合考察起重吊装设备、加工制作设备、焊接设备的性能，明确运输规格、运输单元重量，加强对设备、控制点与隐蔽焊缝的检验，并强化对焊接工艺、分段接口制作、连接板件设计、拼装质量的把控。

2.2分项垂直同步施工设计

鉴于该钢结构工程存在施工体量大、工期紧等问题，为保障如期、保质完成施工，拟采用分项垂直同步施工模式进行施工组织设计：首先完成核心筒内钢骨柱、预埋件的安装，其次进行外框柱、外框梁的安装，再次进行钢筋桁架组合楼板的安装，最后完成混凝土楼板浇筑作业。在此基础上，还需针对钢结构设计要点进行精细化分析，分别完成钢珠柱脚节点、钢骨柱与梁连接节点、支座埋件的深化设计，保障钢结构安装质量。

2.3钢结构安装技术要点

2.3.1安装思路

采用6台塔吊与2台塔吊进行钢柱分节吊装，围绕地下室与地上两部分区域进行分节吊装。其中在地下室部分，依照每2层一节的顺序进行核心筒钢柱吊装，针对T型角柱、H型柱、异形十字柱等钢柱依照每层一节的规律进行吊装；在地上部分，针对异形十字柱采用每层一节的模式吊装，其余钢柱则依照每2层一节的方式吊装，确保柱顶高度超出结构楼面左右。

2.3.2钢柱安装

由于该工程共包含8栋单体建筑，其钢柱大多安装在每栋单体建筑层的核心筒内部，结合施工要求采用焊接连接工艺，先运用手工电弧焊技术强化构件的刚性，随即配合埋弧自动焊与气体保护焊技术进行由内到外的分层连续焊接。具体来说，首先采用全站仪与水准仪针对地脚螺栓轴线、标高进行复核，选取十字红线标注在混凝土面上，并采用垫铁控制柱底板标高，待完成钢柱表面的清洁处理后，采用缆风绳牵引柱底完成钢柱起吊；待钢柱就位后，选取定位螺栓进行钢柱固定，针对其标高、轴线、垂直度等参数进行校正，完成地脚锚栓焊接，并采用无收缩水泥沙浆进行灌浆处理，完成钢筋绑扎、合模，并开展混凝土浇筑作业；待完成混凝土养护作业后，接下来进行第二节钢柱的吊装，采用千斤顶进行各项参数的校正，选取气体保护焊技术完成钢柱焊接。

2.3.3钢骨梁安装

在此应配合土建混凝土结构施工进行钢骨梁安装，首先搭设模板支撑架，完成钢骨混凝土梁底模的铺设，随即开始进行钢骨梁安装、校正作业，选取标准化焊接工艺完成结构焊接，开始钢筋绑扎，最后完成混凝土浇筑与养护作业。该工程主要涉及到轻型、重型两种钢骨梁的安装，针对轻型钢梁采用塔吊进行吊装，而重型钢梁最大重量可达，因此拟采用分段加工、分段吊装方式进行处理，并选取性能符合要求的塔吊进行吊装，保障钢骨梁安装质量。

结论：总而言之，钢结构工程质量与钢结构设计、施工技术水平存在密切关联，对此应在深化钢结构设计的基础上，引导施工方加强对施工控制要点、工艺流程、安装技术的把控，保障钢结构安全可靠、易于施工，从而实现缩短工期、节约成本、提高质量的目标，进一步提高钢结构建筑的施工质量。

参考文献：

[1]高永祥.大跨度穹顶钢结构设计与施工[J].建筑技术开发,2017,(6):85-86.