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高層建築鋼結構施工措施分析

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超高層建築的發展體現了發達國家的建築科技水平、材料工業水平和綜合技術水平,也是建設部門財力雄厚的象徵。那麼,下面是由小編為大家帶來的高層建築鋼結構施工措施分析,歡迎大家閱讀瀏覽。

高層建築鋼結構施工措施分析

  一、概況

高層鋼結構建築在國外已有110多年的歷史,1883年最早一幢鋼結構高層建築在美國芝加哥拔地而起,到了二次世界大戰後由於地價的上漲和人口的迅速增長,以及對高層及超高層建築的結構體系的研究日趨完善、計算技術的發展和施工技術水平的不斷提高,使高層和超高層建築迅猛發展。鋼筋混凝土結構在超高層建築中由於自重大,柱子所佔的建築面積比率越來越大,在超高層建築中採用鋼筋混凝土結構受到質疑;同時高強度鋼材應運而生,在超高層建築中採用部分鋼結構或全鋼結構的理論研究與設計建造可說是同步前進。

超高層建築的發展體現了發達國家的建築科技水平、材料工業水平和綜合技術水平,也是建設部門財力雄厚的象徵。

我國的高層與超高層鋼結構建築自改革開放以來已有20年的歷史,並在設計和施工中積累了不少經驗,已有我國自行編制的《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ 99-98。

東南網架集團的“東南科技研發中心”的初步設計已於2003年9月20日在蕭山賓館通過專家的論證和區政府領導的審查。這是一幢地下二層,地上二十六層,層高3.6m,集研發、設計、培訓、檢測為一體的多功能智慧大樓。建築物為總高度100m、建築總面積4.0萬平方米的全鋼結構超高層建築,建築造型新穎、美觀、大方,充分展示了鋼結構的特性和現代建築風格。

全鋼結構超高層建築,國內為數不多,在杭州市乃至浙江省屬於首創,這體現了東南網架集團對建設部授予“鋼結構產業化基地”的榮譽和責任。

東南網架集團已設計、製作、安裝了4000多項難度大、造型複雜鋼結構工程,如廣州新體育館主場館、廣州新白雲國際機場、廣州國際會展中心、黃龍體育中心、河南省體育場、杭州大劇院、寧波新橋化工辦公樓、廈門氣象局綜合樓等工程,在鋼結構方面已經積累了豐富的設計、製作、安裝經驗。為了進一步提高廣大員工在超高層鋼結構上的技術水平,從結構體系、材料選用、製作與安裝等方面加以闡述。

  二、高層及超高層結構體系

對於高層及超高層建築的劃分,建築設計規範、建築抗震設計規範、建築防火設計規範沒有一個統一規定,一般認為建築總高度超過24m為高層建築,建築總高度超過60m為超高層建築。

對於結構設計來講,按照建築使用功能的要求、建築高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則,選擇相應的結構體系,一般分為六大類:框架結構體系、剪力牆結構體系、框架—剪力牆結構體系、框—筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。

高層和超高層建築在結構設計中除採用鋼筋混凝土結構(代號RC)外,還採用型鋼混凝土結構(代號SRC),鋼管混凝土結構(代號CFS)和全鋼結構(代號S或SS)。

東南科技研發中心,建築高度100m,柱網為8.4m,抗震設防烈度為6度,採用框架—剪力牆或框—筒結構體系較為經濟合理,這種結構體系的剪力牆或筒體是很好的抗側力構件,常常承擔了大部分的風載和地震荷載產生的水平側力,總體剛度大,側移小,且滿足玻璃幕牆的外裝飾要求。

  三、材料的選用

鋼結構有很多優點,但其缺點是導熱係數大,耐火性差。隨著冶金技術的`提高,耐火鋼的研究成功並投入生產,為鋼結構的進一步發展創造了條件。

目前寶鋼投入生產的有B400RNQ和B490RNQ兩種型號的耐火鋼,其物理力學指標、化學效能及抗衝擊韌性和可焊性,都能達到結構鋼的要求。普通鋼材當達到600℃的高溫時已完全喪失承載能力,寶鋼生產的這兩個品種鋼材當達到600℃時其屈服強度還有150~220Mpa。

一般高層和超高層建築當採用框—剪、框—筒結構體系時的經濟性統計為:鋼結構造價=鋼材費用(約佔40%)+製作安裝費用(約佔30%)+防火塗料費用(約佔30%),防火塗料所佔總造價的比重較大。如果使用高強度耐火鋼雖價格略有上升,但防火塗料價格有較大幅度下降,可望部分抵消由此帶來的成本上升,而且可靠度及安全性有了一定的保障。

高強度耐火鋼的應用在高層及超高層建築中,也展示了東南集團在採用新材料、新技術上的重大創舉。

  四、製作與安裝

(一)統一測量儀器和鋼尺量具

建造一幢超高層大樓,涉及到土建、鋼結構、玻璃幕牆和各類裝置的安裝,使用的測量儀器和使用的鋼尺必須由國家法定的同一計量部門由同一標準鑑定。

高層、超高層建築施工週期較長,尚需定期對測量儀器和鋼尺量具進行定期校驗以保證建築物各項指標符合規定的指標。

一般以土建部門的測量儀器和鋼尺量具為準。

(二)定位軸線、標高和地腳螺栓

鋼柱的定位軸線可根據場地的寬窄,在建築物外部或內部設定控制軸線。本工程高度在100m,設定二個控制樁,以供架設經緯儀或鐳射儀控制樁的位置,要求以能滿足通視、可視為原則。

鋼柱的長度以滿足起重量的大小和運輸的可能性,一般為2~3層為一節,對每一節柱子安裝不得使用下一節柱子的定位軸線,應從地面控制軸線引到高空,以保證每節柱子安裝正確無誤,避免產生累積誤差。

柱腳與鋼筋混凝土基礎的連線,一般採用埋入式剛性柱腳,地腳螺栓是在安裝就位第一節鋼柱時,控制平面尺寸和標高的臨時固定措施。

(三)鋼柱的製作與安裝

鋼柱是高層、超高層建築決定層高和建築總高度的主要豎向構件,在加工製造中必須滿足現行規範的驗收標準。

100m高的超高層鋼柱一般分為8~12節構件,鋼柱在翻樣下料製作過程中應考慮焊縫的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形,所以鋼柱的翻樣下料長度不等於設計長度,即使只有幾毫米也不能忽略不計。而且上下兩節鋼柱截面完全相等時也不允許互換,要求對每節鋼柱應編號予以區別,正確安裝就位。

矩形或方形鋼柱內的加勁板的焊接應按現行規範要求採用熔嘴電渣焊,不允許採用其他如在箱板上開孔、槽塞焊等形式。

鋼柱標高的控制一般有二種方式:

1. 按相對標高製作安裝。鋼柱的長度誤差不得超過3mm,不考慮焊縫收縮變形和豎向荷載引起的壓縮變形,建築物的總高度只要達到各節柱子製作允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和就算合格,這種製作安裝一般在12層以下,層高控制不十分嚴格的建築物。

2. 按設計標高製作安裝。一般在12層以上,精度要求較高的層高,應按土建的標高安裝第一節鋼柱底面標高,每節鋼柱的累加尺寸總和應符合設計要求的總尺寸。每一節柱子的接頭產生的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形應加到每節鋼柱加工長度中去。

無論採用何種安裝方式,都應在翻樣下料製作過程中充分表達出來,並應符合設計要求的總高度。

(四)框架樑的製作與安裝

高層、超高層框架樑一般採用H型鋼,框架樑與鋼柱宜採用剛性連線,鋼柱為貫通型,在框架樑的上下翼緣處在鋼柱內設定橫向加勁肋。

框架樑應按設計編號正確就位。

為保證框架樑與鋼柱連線處的節點域有較好的延性以及連線可靠性和樓層層高的精確性,在工廠製造時,在框架樑所在位置設定懸臂樑(短牛腿),懸臂樑上下翼緣與鋼柱的連線採用剖口熔透焊縫,腹板採用貼角焊縫。框架樑與鋼柱的懸臂樑(短牛腿)連線,上下翼緣的連線採用襯板(兼引弧板)全熔透焊縫,腹板採用高強螺栓連線。

由於鋼筋混凝土施工允許偏差遠遠大於鋼結構的精度要求,當框架樑與鋼筋混凝土剪力牆或鋼筋混凝土筒壁連線時,腹板的連線板可開橢圓孔,橢圓孔的長向尺寸不得大於2d0(d0為螺栓孔徑),並應保證孔邊距的要求。

框架樑的翻樣下料長度同樣不等於設計長度,需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用經驗公式計算再按實際加工之後校核,確定其翻樣下料的精確長度。

框架樑上下翼緣的連線可採用高強螺栓連線或焊接連線,目前大部分採用帶襯板的全熔透焊接連線。施工時先焊下翼緣再焊上翼緣,先一端點焊定位,再焊另一端。

腹板則採用高強度螺栓連線,要充分理解設計時採用摩擦型還是承壓型高強螺栓。採用摩擦型高強螺栓的摩擦係數應選用合理。

採用高強螺栓群連線時,孔位的精度十分重要。目前制孔一般採用模板制孔和多軸數控鑽孔,前者精度低,後者精度高,應優先考慮採用後者。當採用模板制孔時,應保證模板的精度,以確保高強螺栓的組裝孔和工地安裝孔的精度要求。如果孔位區域性偏差,只允許使用鉸刀擴孔。嚴禁使用氣割擴孔,若用氣割擴孔,則應按重大質量事故處理。

高強螺栓群應同一方向插入螺栓孔內,高強螺栓群的擰緊順序應由中心按幅射方向逐層向外擴充套件,初擰和終擰都得按預先設定的鮮明色彩在螺帽頭上加以表示。

  五、樓蓋的設計

高層、超高層建築的樓板和屋蓋具有很大的平面剛度,是豎向鋼柱與剪力牆或筒體的平面抗側力構件,同時使鋼柱與各豎向構件(剪力牆或筒體)起到變形協調作用。

一般鋼結構建築物的樓板和屋蓋,都採用軋製的壓型鋼板加現澆鋼筋混凝土(簡稱鋼承混凝土)樓板和屋蓋,厚度一般不小於150mm。目前在設計鋼承混凝土樓板和屋蓋時沒有考慮鋼承混凝土樓板和屋蓋與鋼樑共同作用。主要是對於板底呈波形的計算原理不甚瞭解或認為計算繁瑣,就按平板計算,這樣既不安全又增加了鋼樑的用鋼量。

如果採用鋼樑與鋼承混凝土樓板共同作用,簡稱MST組合樑,只要計算正確,配筋合理,栓釘可靠,則可以節約樓層和屋蓋鋼樑的用鋼量20%左右,而且不需對鋼樑進行穩定驗算。