高层与大跨建筑施工技术第2版第三章高层建筑钢结构与钢-混凝土组合结构工程

第3章 高层建筑钢结构与钢-混凝土组合结构工程,高层与大跨建筑施工技术 第2版,书名：高层与大跨建筑施工技术 第2版 书号：978-7-111-55046-4 作者：陈晋中 出版社：机械工业出版社,3.1.1 建筑钢结构用钢材及高层钢结构构件 1我国建筑钢结构用钢材 以碳素结构钢和低合金高强度结构钢为主： 碳素结构钢分为Q195、Q215、Q235和Q275四个牌号 低合金高强度结构钢分为Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690八个牌号 高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ992015）规定：主要承重构件所用钢材的牌号宜选用Q345钢、Q390钢，一般构件宜选用Q235钢。,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,2建筑结构钢材的品种、规格 品种：有钢板和钢带、普通型材（工字钢、槽钢、角钢）、轧制H型钢和剖分T型钢、冷弯型钢、厚度方向性能钢板、压型钢板、结构用钢管等。 （1）轧制H型钢和剖分T型钢 H型钢分为宽翼缘H型钢（HW）、中翼缘H型钢（HM）和窄翼缘H型钢（HN）、薄壁H型钢（HT）四类。 剖分T型钢由H型钢剖分而成，也分为宽翼缘剖分T型钢（TW）、中翼缘剖分T型钢（TM）和窄翼缘剖分T型钢（TN）三类 焊接H型钢的规定符号为WH，“W”为焊接的英文第一位字母，“H”代表H型钢。,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,H型钢和剖分T型钢的截面图示及标注符号,（2）厚度方向性能钢板 厚度方向性能钢板要求钢板在厚度方向有良好的抗层状撕裂性能 厚度方向性能钢板分为Q235GJ、Q345GJ、Q235GJZ、Q345GJZ（Z为厚度方向性能级别Z15、Z25、Z35的缩写）四个牌号。 （3）建筑用压型钢板 建筑用压型钢板分为屋面用板、墙面用板与楼盖用板 压型代号以“压”字汉语拼音的第一个字母“Y”表示；用途代号分别以“屋”、“墙”、“楼” 字汉语拼音的第一个字母“W”、“Q”、“L”表示；板型特征代号由压型钢板的波高尺寸（mm）与覆盖宽度（mm）组合表示。 如波高50mm,覆盖宽度600mm的楼盖用压型钢板，其代号为YL50-600。,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,楼盖板压型钢板典型板型示意图,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,3.钢柱 高层建筑钢结构中，钢柱常见的截面形式有宽翼缘H形截面、方管截面、十字截面、管材型钢截面，如图3-5所示。 宽翼缘H形截面包括轧制H型钢和由三块钢板焊接的H型钢两种。 箱形截面也是高层建筑钢结构中较常见的柱截面形式，一般由四块钢板焊接而成。 十字形截面钢柱一般由钢板、四个角钢等构成。,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,图3-5 高层建筑钢结构常用柱截面 a)宽翼缘H形截面 b)箱形截面 c)十字形截面 d)管材型钢截面,4.钢梁 高层建筑钢结构中的钢梁分为：实腹式钢梁、格构式钢梁、钢与混凝土组合梁 实腹式钢梁包括轧制H型钢梁、焊接组合H型钢梁、箱形梁、轧制槽钢梁等（图3-6图3-8）,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,图3-8 焊接箱形梁,图3-7 焊接H型钢梁 a)对称截面 b)非对称截面 c)变翼缘宽度和变腹板厚度钢梁,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,3.1.2 高层钢结构节点构造 高层建筑钢结构节点，按受力方式分为刚性连接和铰接连接两种。 柱与柱、柱与主梁多采用刚性连接，次梁与主梁多采用铰接连接。 按连接方式分为焊接连接、高强度螺栓连接和混合连接三种。 焊接连接是接头全部用焊缝连接；螺栓连接是接头全部用高强度螺栓连接；混合连接是一个接头既有焊缝又有高强度螺栓的连接。 焊接连接分全焊透（等强连接）焊缝和部分焊透焊缝两种。 一般柱与柱、主梁与柱接头用等强连接。在单个构件中，传力较大的接头用等强连接，其余构件可用部分焊透焊缝。 混合连接多用在主梁与柱的接头，其中梁的翼缘与柱用焊缝连接，梁的腹板与柱用高强度螺栓连接。 高层建筑钢结构中常见的几种节点构造见图3-9至图3-16,3.1 高层建筑钢结构材料、构件及节点构造,3.2.1 施工流水段的划分和安装顺序图表的编制 1流水段划分原则及安装顺序 高层钢结构宜划分多个流水作业段进行安装，流水段宜以每节框架为单位。 流水段划分应符合下列规定： 1）流水段内的最重构件应在起重设备的起重能力范围内； 2）起重设备的爬升高度应满足下节流水段内构件的起吊高度； 3）每节流水段内的柱长度应根据工厂加工、运输堆放、现场吊装等因素确定，长度宜取23 个楼层高度，分节位置宜在梁顶标高以上1.0m1.3m 处； 4）流水段的划分应与混凝土结构施工相适应； 5）每节流水段可根据结构特点和现场条件在平面上划分流水区进行施工。,3.2 高层建筑钢结构安装,平面流水段的划分：应考虑钢结构在安装过程中的对称性和整体稳定性，其安装顺序一般应由中央向四周扩展，以利焊接误差的减少和消除。 立面流水段的划分：以一节钢柱（各节所含层数不一）为单元，每个单元首先是以主梁或钢支撑、带状桁架安装成框架为原则；其次是次梁、楼板及非结构构件的安装。塔式起重机的提升、顶升与锚固，均应满足组成框架的需要。,3.2 高层建筑钢结构安装,2安装顺序表的编制和要求 1）安装前应根据安装流水段和构件安装顺序，编制构件安装顺序表。 2）表中应注明每一构件的节点型号、连接件的规格数量、高强度螺栓规格数量、栓焊数量及焊接量、焊接形式等。 3）构件从成品检验、运输、现场核对、安装、校正到安装后的质量检查，统一使用上述图表。 4）在地面进行构件组拼扩大安装单元时，亦按上述图表执行。,3.2 高层建筑钢结构安装,图3-17 大连云山大厦钢结构安装顺序图 a)立面示意图 b)柱子安装顺序图 c)主梁安装顺序图 d)次梁安装顺序图,3.2.2 柱脚施工 地脚螺栓可采用地脚螺栓一次或二次埋设方法。螺栓丝扣长度及标高、位移值必须符合图纸和规范要求。地脚螺栓丝扣在安装前应抹黄油防锈并妥善保护，防止碰弯及损伤螺纹。 第一节柱的标高，可采用在底板下的地脚螺栓上加一螺母的方法精确控制（图3-18）。 柱底板与基础面间预留的空隙应用无收缩砂浆，以捻浆法垫实。 地脚螺栓的紧固力由设计文件规定。 螺母止退可采用双螺母紧固或用电焊将螺母与螺杆焊牢。 柱的支承面、地脚螺栓（锚栓）的允许偏差应符合表3-2的规定。,3.2 高层建筑钢结构安装,3.2 高层建筑钢结构安装,图3-18 采用调整螺母控制标高 1-地脚螺栓 2-止退螺母 3-紧固螺母 4-螺母垫板 5-柱子底板 6-调节螺母 7-钢筋混凝土基础,3.2.3 构件吊装与校正 高层钢构件的吊装应根据事先编制的安装顺序图表进行。 一般钢结构标准单元施工顺序：,3.2 高层建筑钢结构安装,1构件的吊点设置与起吊 1）钢柱 平运2点起吊，安装1点立吊。 立吊时，需在柱子根部垫上垫木，以回转法起吊 （图3-20）。 吊装H型钢柱、箱形柱时，可利用其接头耳板作吊环，配以相应的吊索、吊架和销钉（图3-21）。,图3-20 钢柱起吊示意图 a）钢柱起吊 b）钢柱用自动卡环吊装,图3-21 钢柱吊索、吊架,3.2 高层建筑钢结构安装,2）钢梁 宜采用2点起吊或串吊（图3-22）。 当单根钢梁长度大于21m，采用两点吊装不能满足构件强度和变形要求时，宜设置34个吊装点吊装或采用平衡梁吊装，吊点位置应通过计算确定。,图3-22 钢梁吊装示意图 a)卡具设置示意 b)钢梁吊装,3.2 高层建筑钢结构安装,3）组合件 因组合件形状、尺寸不同，可计算重心确定吊点，采用两点吊、3点吊或4点吊。 凡不易计算者，可加设倒链协助找重心，构件平衡后起吊。 4）钢构件的零件及附件应随构件一并起吊。尺寸较大、重量较重的节点板，钢柱上的爬梯、大梁上的轻便走道等，应牢固固定在构件上。,3.2 高层建筑钢结构安装,2钢柱的安装与校正 高层钢结构安装校正应依据基准柱进行，宜选择角柱为基准柱。 同一流水作业段、同一安装高度的一节柱验收合格后，应从地面引放上一节柱的定位轴线。,3.2 高层建筑钢结构安装,（1）首节钢柱的安装与校正 1）纵横十字线对正。首节钢柱安装时，在塔吊钓钩不脱钩的情况下，利用制作时在钢柱上划出的中心线就位。 2）柱顶标高调整。利用柱子底板下地脚螺栓上的调整螺母调整柱底标高，以精确控制柱顶标高。 3）垂直度调整。用两台呈90°的经纬仪投点，采用缆风法校正。在校正过程中不断调整柱底板下螺母，校毕将柱底板上面的2个螺母拧上，缆风松开，使柱身呈自由状态，再用经纬仪复核。如有小偏差，微调下螺母，无误后将上螺母拧紧。,3.2 高层建筑钢结构安装,（2）上节钢柱安装与校正 安装上节钢柱时，先使上、下柱定位轴线重合，然后按照先调整标高，再调整扭转，最后调整垂直度的顺序校正。 上节钢柱的安装，可采用缆风法校正法或无缆风校正法。 目前多采用无缆风校正法，即利用塔吊、钢楔、垫板、撬棍以及千斤顶等工具，在钢柱呈自由状态下进行校正。,图3-23 无缆风校正法示意图,3.2 高层建筑钢结构安装,1）标高调整：通常情况下采用相对标高安装，设计标高复核的方法，将每节柱的标高控制的同一水平面上（在柱顶设置水平仪测控） 钢柱吊装就位后，合上连接板，穿入大六角高强度螺栓，但不夹紧，通过钓钩起落与撬棍拨动调节上下柱之间间隙。量取上柱柱根标高线与下柱柱头标高线之间的距离，符合要求后在上下耳板间隙中打入钢楔，用以限制钢柱下落。 2）扭转调整 钢柱的扭转偏差是在制造与安装过程中产生的，可在上柱和下柱耳板的不同侧面夹入一定厚度的垫板加以调整，然后微微夹紧柱头临时接头的连接板。,3.2 高层建筑钢结构安装,3）垂直度调整 钢柱垂直度的校正应选用两台经纬仪，在相互垂直的位置投点（图3-24）。调整时，在钢柱偏斜方向的同侧锤击钢楔或微微顶升千斤顶。,4）垂直度监测 在安装柱与柱之间的主梁构件时，应对柱的垂直度进行监测，除监测一根梁两端柱子的垂直度变化外，还应监测相邻各柱因梁连接而产生的垂直度变化。 注意：为达到调整标高和垂直度的目的，临时接头上的螺栓孔应比螺栓直径大4.0mm。由于钢柱制造允许误差一般为15mm，螺栓孔扩大后能有足够的余量将钢柱校正准确。,3.2 高层建筑钢结构安装,3钢梁的安装与校正 1）钢梁安装时，同一列柱，应先从中间跨开始对称地向两端扩展，同一跨钢梁，应先安上层梁再安中下层梁。 2）在安装和校正柱与柱之间的主梁时，可先把柱子撑开，跟踪测量、校正，预留接头焊接收缩量，这时柱产生的内力，在焊接完毕焊缝收缩后也就消失了。 3）同一根钢梁两端顶面水平度，允许偏差为L/1000，且不应大于10.0mm，如果钢梁水平度超标，主要原因是连接板位置或螺栓位置有误差，可采取更换连接板或塞焊原孔重新制孔处理。 4）次梁可三层串吊安装，与主梁表面允许偏差为±2mm。 一节柱的各层梁安装校正后，应立即安装本节柱范围内的各层楼梯，并铺好各层楼面的压型钢板，进行叠合楼板施工。,3.2 高层建筑钢结构安装,3.2.4 现场连接 1.焊接连接 （1）焊接连接的一般要求 高层建筑钢结构在安装前，必须对主要的焊接连接（柱与柱、梁与梁）的焊缝进行焊接工艺试验，制定出切实可行的方案。 针对所用钢材材质，确定相应焊条、焊丝、焊剂的规格和型号；需要烘烤的条件；需用的焊接电流；厚钢板焊前预热温度；焊接顺序；引弧板的位置；层间温度的控制；可以停焊的部位；焊后热处理（后热）和保温等各项参数及相应的技术措施。 施工期间如出现负温度，应以当地最低温度值进行负温焊接工艺试验。 焊接工艺开始前，应对坡口组装质量进行检查，同时应对坡口进行清理，去除水分、脏物、铁锈、油污、涂料等。 凡在雨、雪天气中施焊，必须设有防护措施，否则应停止作业,3.2 高层建筑钢结构安装,（2）焊接连接的操作工艺 高层建筑钢结构焊接，应从建筑平面中心向四周扩展，采取结构对称、节点对称和全方位对称焊接。,图3-25为京城大厦单元焊接顺序,3.2