北京某科研办公楼 钢结构施工方案

'第二节钢结构工程施工方法本工程由地下一层开始生根劲性柱。根据设计图纸，Z1、Z2、Z3、Z3a、Z4、Z5a、Z7、Z7a、Z8、Z8a共计73根框架柱为劲性十字截面钢骨柱，钢柱底标高为地下一层楼板标高-6.00m和-5.750m，柱顶标高分别为+38.32m、+49.27m、+98.45m，工程量约4000吨。多功能厅梁为钢骨混凝土梁，钢骨梁主梁为四根转换梁，截面形式为H型截面，截面尺寸H1400×750×45×80，单根重量42吨左右。在四根转换梁上托起8根十字截面钢骨柱。6轴～9轴为中厅结构，该部分结构形式为钢结构框架。其中十层为箱形转换钢梁五根，截面规格为□1300×800×50×80，每根长度26.9米，单重约70吨。该部分楼面为闭口型压型钢板现浇钢筋混凝土楼板。1.工程简介1.1材质及连接形式劲性柱为十字型截面柱，翼缘厚度40mm，腹板厚度30mm；部分变截面处翼缘厚度80mm，腹板厚度50mm。钢材材质为Q345B（<50mm）、Q345B-Z15（≥50mm）。中厅及其结构下面钢结构的钢材材质为Q345GJ-C（t＜40）Q345GJZ15-C（t≥40）。拉杆与十层箱形梁及钢骨柱之间的焊缝等级为一级，中厅部分其余焊缝等级为二级，均要求100%探伤。普通螺栓采用4.6级螺栓，C级孔。高强螺栓采用10.9级扭剪型高强螺栓。焊接采用低氢型焊丝或E50系列低氢型焊条。现场考虑按楼层进行分节制作安装，柱与柱接头位于楼板标高以上1.3米左右，对接采用全熔透坡口对接焊缝。1.2防锈与防火1.2.1钢构件表面采用喷射（抛丸）除锈，除锈等级为Sa2.5级。2—2—23 1.2.2防锈底漆选用LS-水性无机富锌底漆，漆膜总厚度≥125mm微米。防锈底漆应具有耐盐雾实验10000小时，耐老化实验10000小时，钢材带涂层可焊可割的要求。1.2.3中间漆根据防火涂料的特性确定。1.2.4本工程耐火等级为一级，钢柱及钢支撑耐火极限为3.0小时，钢梁耐火极限2.0小时。中厅钢柱、钢梁、钢支撑均采用防火涂料保护。2.施工准备2.1组织有关人员进场，吊、索具、工装及焊接设备准备；2.2构件安装轴线的交接钢构件安装前，尚需与土建单位办理轴线交接检手续，统一核对钢尺，对土建单位所测设的结构安装轴线进行复验。2.3构件的现场检验接收钢构件进场后，现场施工质检员应组织对构件自检验收。验收内容应包括：构件的质量保证资料是否齐全；构件的外形几何尺寸是否与图纸相符；误差是否超标；数量是否与图纸相符。自检通过后报请监理审验、批准，方可进入安装工序。2.4主要吊装机械的选择本根据现场条件、结构特点、分段原则、构件重量及工期要求，选用现有的一台HK7030塔吊、一台FO/23B塔吊和一台SK560塔吊（二层以下为台HK7030）进行钢结构的安装。3.主要施工工艺3.1预埋件施工工艺本工程为高层框架结构，基础预埋工程非常关键，它影响第一节钢柱的安装精度乃至整个结构的安装质量。2—2—23 因预埋件埋在混凝土中，所以在绑扎钢筋和浇筑混凝土时，都可能使埋件受到水平力作用而偏移，导致埋件偏差。为保证预埋件的安装精度，将预埋件的上部钢板和地脚螺栓分开安装。8条地脚螺栓使用4根角钢固定成一体，将其整体固定于柱墩钢筋内，待浇筑完混凝土后，再安装上部钢板；上部钢板下方配有调节螺母，可以调整钢板的标高，且钢板和混凝土面之间50mm范围内混凝土后浇，待埋板调平并于螺栓焊接后再用灌浆料浇筑密实。上述方法，可以有效的防止埋件因浇筑混凝土而引起的偏差，保证下一步工序的安装精度。图2-2-1埋件图3.1.1预埋件的定位在底板定位放线时，准确的放出钢柱的中心及边线，做出明确的标识，以作为埋件的定位依据；同时在基坑边做出标高控制点，以控制埋件的高度。柱地脚螺栓的埋设精度直接影响到上部钢结构的安装精度，对地脚螺栓中心位置和标高要严格控制。安装前检验项目：基础实际坐标（水平、纵向、横向）偏差→基础水泥保养期及强度检验报告→构件加工偏差。3.1.2预埋件的安装2—2—23 预埋件的安装步骤如下：核对各预埋件标准线（水平、纵向、横向间距）→画出预埋件表面中心线→使用水准仪、经纬仪调整地脚螺栓的标高、位移，并将地脚螺栓与梁钢筋固定→地脚螺栓固定后，移交给土建绑筋、浇筑混凝土，混凝土浇筑高度为低于预埋板底部设计标高50mm→混凝土养护合格后，使用水平仪调整地脚螺栓顶部的调节螺母，达到设计标高→调整好标高后，将上部的预埋钢板安装在调节螺母上，将锚栓孔按照设计要求塞焊→焊缝打磨处理。钢柱安装钢柱基础地脚螺栓的埋件精度，直接影响到钢柱的质量与进度。所以必须对预埋螺栓的轴线、标高及螺栓的伸出长度进行认真的检查、验收。特别是标高，因为本工程的钢柱就放在预埋件上，基本上没有调节的余地，故标高以及水平度的调整一定精确，确保钢柱就位。3.2劲性柱施工工艺根据现场实际情况，劲性钢柱采用分段吊装，地下一层及首层吊装机械利用现场塔吊。二层以上按照将现有的2#HK7030塔吊换成SK560塔吊考虑。（换塔方案已经专家论证，监理批复）因每节柱的分段重量及平面分布位置不同，拟采用三种方法进行钢柱的吊装，以下施工方法以第一节钢柱为例进行阐述说明。以上各节在本方案中不在赘述，在安装到具体位置前编制详尽的施工技术交底指导施工。3.2.1塔式单机吊装施工方法使用现有塔吊直接进行吊装。施工步骤及顺序：调整预埋件标高，并放出钢柱中心线及定位控制线→钢柱进厂检验合格后使用对应塔吊卸至就位位置→塔吊将钢柱吊至安装位置进行安装→钢柱吊装就位后，使用2台经纬仪校正垂偏及位移→校正合格后，将地脚螺栓拧紧固定，并使用缆风绳加固→（验收合格后，交给土建绑筋、浇筑混凝土）→下一节钢柱吊装→2—2—23 校正→焊接→验收合格后进入下道工序施工3.2.2双机抬吊施工方法钢柱分段后，因重量较大，无法使用1台塔吊直接进行吊装，采用双机抬吊的方法。施工方法：钢柱进场后，使用2#塔将其就位于结构顶板上的钢柱就位位置，钢柱就位位置处于塔吊的允许吊重范围内。在结构顶板上放置1台运输小车，将钢柱平吊至小车上，沿楼板上的运输路线运至安装位置。2台塔吊同时将钢柱吊起进行安装。因塔吊的起重半径不同，每台塔承担钢柱的重量也不尽相同，为了保证双塔同步作业，使用铁扁担调整双塔的吊点进行钢柱的吊装，吊点根据每根钢柱的重量及分布位置计算得出。施工步骤及顺序：调整预埋件标高，并放出钢柱中心线及定位控制线→钢柱进厂检验合格后使用2#塔吊卸至结构顶板的就位位置1→利用两台塔吊将钢柱运输至安装位置2→双机抬吊进行安装→使用两台经纬仪校正垂偏及位移→校正合格后，将地脚螺栓拧紧固定，并使用缆风绳加固→（验收合格后，交给土建绑筋、浇筑混凝土）→下一节钢柱吊装→校正→焊接→验收合格后进入下道工序施工3.2.3土法吊装施工方法钢柱由于重量超重，塔式无法满足安装的需要。施工方法：在钢柱安装位置两侧对应混凝土梁的位置安放提升支架，在支架顶部放置一根横梁，钢丝绳通过横梁中部的滑子使用卷扬机将运至安装位置的钢柱吊起并安装，钢柱使用小车沿运输路线将其滑移到安装位置。采用提升滑移法施工的提升支架采用：1.2×1.2×6m的桅杆组成。见下图：2—2—23 图2-2-2桅杆组成图钢管材质采用日本STK490钢管焊接而成，共用12节。每一根钢柱用两组为一套顶升支架(4节)，现场共用3套顶升支架倒用。支架提升滑移过程见下图：图2-2-3支架提升滑移示意图（一）2—2—23 图2-2-4支架提升滑移示意图（二）图2-2-5支架提升滑移示意图（三）2—2—23 图2-2-6支架提升滑移示意图（四）施工步骤及顺序：土建浇筑楼板混凝土前，安放提升支架预埋件及缆风绳预埋件→楼板混凝土达到强度后，调整钢柱预埋件标高，并放出钢柱中心线及定位控制线→使用塔吊将提升支架、横梁吊到安装位置并组装→塔吊将钢柱平吊至运输小车上→使用小车将钢柱沿运输路线滑移至安装提升位置→使用提升支架将钢柱提升并安装→使用两台经纬仪校正垂偏及位移→校正合格后，将地脚螺栓拧紧固定，并使用缆风绳加固→（验收合格后，交给土建绑筋、浇筑混凝土）→下一节钢柱吊装→校正→焊接→验收合格后进入下道工序施工钢柱在结构顶板上运输时，需保证下面结构连续两层支顶。3.2.4钢柱就位方法因现场施工场地狭小，且结构周边均为土建单位的各类加工场地，给现场构件的运输及吊装带来很大难度。又因大部分钢柱重量较大，现场塔吊无法直接将其就位安装，因此需要使用2#2—2—23 塔将钢柱卸至结构顶板上的就位位置，利用运输小车运至安装位置，再采用双机抬吊或土法进行安装。3.2.5钢柱分段原则因钢柱采用分段吊装，钢柱的分段长度、数量及重量，直接影响到钢柱的吊装方法和施工进度，每根钢柱由于所处的平面位置不同，其塔吊对应的起重量也不尽相同，这就要求每根钢柱的分段重量要与塔吊的起重量相对应；另外，考虑吊装的方便及安装的精度，每节钢柱最多保证两层混凝土楼板的高度。根据此原则将钢柱进行分段后，73根钢柱共分680节。3.2.6钢柱吊装顺序随着土建的施工顺序分区分段吊装。3.2.7安装要点安装前应对建筑物的定位轴线、安装位置线，标高进行复查，合格后才能进行安装。3.3劲性梁施工工艺3.3.1多功能厅钢梁的安装3.3.1.1吊装机械的选择该部位钢梁位于2#塔（SK560）、1#塔（FO/23B）回转半径范围内，采用这两台塔吊进行安装。3.3.1.2劲性梁的分段位于F、G、H、J轴四根钢梁截面规格H1400×750×45×80，长为26.9m。单根重量在42t左右。根据两台塔式的机械性能分四段进行吊装，分段后单根重量在11t左右，单机的起重能力难以满足吊装要求，考虑利用两台塔吊进行抬吊。其余劲性梁的截面尺寸相对较小，利用单机基本满足吊装要求。3.3.1.3劲性梁安装工艺2—2—23 土建搭设脚手架支撑→测量放线并找出标高控制点，并与土建轴线校核→在脚手架上放置木方子→分段安装钢粱→千斤顶调整校正→焊接→验收→卸荷后交给土建支模板、绑筋、浇筑混凝土3.3.2其它位置劲性梁的安装其它位置劲性梁主要布置在中厅钢骨柱十层以上与核心筒的联系，及I区、II区北侧十一层位置。吊装方法主要才采用西塔、南塔进行安装。安装工艺相似于多功能厅劲性梁。3.4中厅施工工艺中庭位于+34.670m标高处的转换钢梁为箱型梁，截面尺寸□1300×800×50×80，重量约80吨/根，此梁无法用塔吊直接就位安装。根据现场条件考虑将钢梁分段，在地面分段拼装成提升单元后，整体提升的施工方法。3.4.1施工方法将每根转换钢梁分为四段，每段重约10吨，构件按照计划进场并使用塔吊或汽车吊就位于-0.300m的底板上，将其在地面上拼装成提升单元，提升单元包括两根转换钢梁和上一层的两根钢梁，以及钢梁之间的次梁和支撑等。如下图：图2-2-7钢梁地面拼装立面示意图2—2—23 主楼结构施工到十三层时，在钢骨柱侧面作提升的临时牛腿，牛腿上放置提升的工装设备，将在地面拼装好的提升单元进行整体提升。如下图：图2-2-8钢梁提升立面示意图钢梁提升到位后，在每根转换钢梁的底部1/3跨度处做硬性支撑，支撑使用标准节，保证中厅在安装过程中不会产生下挠。见下图：图2-2-9钢梁立面支撑示意图2—2—23 用同样的方法，将剩余的钢梁在地面拼装，然后整体提升就位。转换层的钢梁提升完成后，以上的构件均重量较轻，使用塔吊即可吊装就位并安装，其余部分采用常规方法进行安装。3.4.2施工顺序及步骤钢梁分段按照计划进场→使用塔吊或汽车吊将构件吊装到-0.300m的底板上→在底板上将钢梁及支撑拼装成提升单元→提升单元校正合格后进行焊接，并同时在钢骨柱上作提升的工装设备→提升单元焊接完毕后经检验合格，准备提升→提升单元提升就位，校正合格后加固→在钢梁底部做支撑→在地面进行下一单元的拼装，并将提升设备移到下一个提升位置→依照前面的步骤将所有提升单元提升到设计位置→进行中厅其余钢结构部分的安装图2-2-10钢梁地面拼装平面示意图2—2—23 图2-2-11钢梁提升平面示意图图2-2-12钢梁提升完成平面示意图2—2—23 3.4.3楼板加固由于中厅钢结构设计思路为整个中厅结构构成整体桁架，并且十一层以上节点不能焊接，中厅结构荷载要通过标准节支撑传递到楼板，经核算，楼板的承载力不足，地下室部分需要脚手架加固。脚手架间距为900X900，步距为1200mm。地下四层需连续加固。具体搭设方法见下图：2-2-13中厅地下室加固示意图3.5高强螺栓施工工艺该工程设计要求采用10.9级摩擦型高强螺栓，选用扭剪型高强螺栓，抗滑移系数≥0.5。高强螺栓按下述方法施工：3.5.1高强螺栓应按包装箱上注明的批号、规格分类保管，室内存放，堆放不宜过高，防止生锈和沾染赃物。3.5.2钢构件安装前摩擦面应进行抗滑移系数的检验，用的试件与所代表的构件应为同一材质、同一摩擦面处理工艺，同批制作，使用同一性能等级、同一直径的高强螺栓连接副，并在相同条件下同时发运。2—2—23 图2-2-14高强螺栓抗滑移系数实试件示意图抗滑移系数μ按下式计算：μ=N/nf∑Pt式中N——滑移载荷；nf——传力摩擦面的nf=Z；∑Pt——紧固轴力之和试验出的μ值应大于等于0.5。3.5.3高强螺栓连接处摩擦面应采用机械喷砂处理并保证摩擦系数大于等于0.5。3.5.4不得用高强螺栓兼做临时螺栓，以防损伤螺纹引起扭距系数的变化。3.5.5高强螺栓的穿入，应在结构中心位置调整后进行，其穿入方向应以施工方便为准，力求一致；安装时要注意垫圈的正反面，即：螺母带圆台的一侧应朝向垫圈有倾倒的一侧。3.5.6高强螺栓的安装应能自由穿入孔，严禁强行穿入，如不能自由穿入时，该孔应用绞刀进行休整，休整后孔的最大直径应小于1.2倍螺栓直径。修孔时，为了防止铁屑落入板迭缝中，铰空孔前应将四周螺栓全部拧紧，使板迭密贴后再进行，严禁气割扩孔。3.5.7安装高强螺栓时，构件的摩擦面应保持干燥，不得在雨中作业。2—2—23 3.5.8高强螺栓连接副出厂时应分别随箱带有扭矩系数和预拉力的检验报告。3.5.9高强螺栓施工质量应有下列原始检查验收记录：高强螺栓连接副复验数据、抗滑移系数试验数据、施工质量检查验收记录等。3.5.10高强螺栓螺栓连接时，按照《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）高强螺栓应在施工现场安装的螺栓中随机抽取。每批应抽取8套连接副件进行复验，若8套螺栓紧固拉力平均值达标，即为合格。3.5.11检查外形尺寸螺纹损伤有无杂质、锈蚀，运输要防止损坏，存放中注意防潮。3.5.12高强螺栓的检查：目测检查是否有漏拧现象、螺纹损伤，是否有接触不密合现象，是否有垫圈、螺母反置现象。3.6焊接工艺3.6.1材质及焊缝形式劲性柱为十字型截面柱，翼缘厚度40mm，腹板厚度30mm；部分变截面处翼缘厚度80mm，腹板厚度50mm。钢材材质为Q345B（<50mm）、Q345B-Z15（≥50mm）。劲性柱对接焊缝焊接材料选用低氢型药芯焊丝或Ｅ50系列焊条。现场对接焊缝为全熔透二级焊缝，腹板及翼缘均为坡口焊，焊缝质量为二级。个别位置为一级焊缝。其焊接节点如下图：图2-2-15翼缘板现场对接节点示意图2—2—23 图2-2-16腹板现场对接节点示意图3.6.2焊工现场焊接施工操作的焊工均持焊工合格证上岗，上岗焊工人员名单及焊工证复印件交工程监理备案。3.6.3焊接准备根据构件吊装顺序和进度安排焊接准备工作，提前合理排放焊机风铲和手砂轮机，检查焊接平台（脚手架），及防风围护设施，布置好焊工作业环境，以保证焊工能安全、连续、无障碍作业；焊接前，检查节点坡口间隙，钢衬垫状况及坡口面质量等，消除影响焊接质量的局部缺陷和污物，坡口面及接头附近打磨。3.6.4焊接顺序3.6.4.1为控制钢柱焊接变形，钢柱安装节点的焊接接头采用双人双机对称焊接，换人不停机。3.6.4.2两人以均速对称焊接，打底3～4层，每层起收弧处错开30～50㎜，成阶梯状，焊到柱转角处应放慢速度，使柱角焊缝饱满；按1）焊接原则和步骤连续焊接，直至该柱节点焊接完成。焊最后一层盖面焊缝时，应适当减小电流，使外观成形良好。3.6.4.3十字柱的具体焊接顺序见下图示意2—2—23 图2-2-17十字柱焊接示意图3.6.4.4中厅钢结构竖向焊接顺序施工层段高强螺栓全部终拧结束→柱/柱接头→顶层梁→下层梁→中层梁3.6.4.5柱与梁连接采用腹板为高强螺栓连接，翼缘为焊接，焊接形式为先栓后焊，即梁腹板高强螺栓终拧后再焊接上下翼缘板。3.6.4.6柱与梁焊接顺序柱梁节点上对称安装的两根梁应同时焊接，待其焊缝冷却至常温后再焊另一端。如对称方向无梁节点，也只能先焊梁的一端，同一根梁的梁端不得同时焊接作业；3.6.5焊接工艺3.6.5.1焊接的一般程序为焊前检查→清洁坡口面→焊接任务书→预热→焊接→检验（外观、UT）→填写焊接作业记录3.6.5.2焊前检查坡口角度、间隙及错口量，坡口内和两侧之锈斑、油污、氧化皮等清除干净。垫板与母材应贴紧、焊实，引弧板与母材连接牢固；3.6.5.32—2—23 厚板多层焊时应连续施焊，每一焊道焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质量的缺陷时，应清除后方可再焊。在连续焊接过程中应控制焊接区母材温度，遇有中断施焊的情况，应采取适当的后热、保温措施，再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度。3.6.5.4不应在焊缝以外的母材上打火、引弧。十字形接头主焊缝两侧，必须设置引弧板和引出板，其材质应和被焊母材相同，坡口形式应与被焊焊缝相同，禁止使用其他材质的材料充当引弧板和引出板。3.6.5.5手工电弧焊和气体保护电弧焊缝引出长度应大于25mm，其引弧板和引出板宽度应大于50mm，长度宜为板厚的1.5倍且不小于30mm，厚度应不小于6mm。焊接完成后，应用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整，不得用锤击落引弧板和引出板。3.6.5.6定位焊必须由持相应合格证的焊工施焊，所用焊接材料应与正式施焊相当，定位焊焊缝应与最终焊缝有相同的质量要求，钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊焊缝厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，定位焊焊缝长度宜大于40mm，间距宜为500～600mm，并应填满弧坑。定位焊预热温度应高于正式施焊预热温度，当定位焊焊缝上有气孔或裂纹时，必须清楚后重焊。3.6.5.7对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用，以控制焊接产生的变形。为避免构件局部加热集中，还宜采用跳焊法。3.6.5.8焊接作业区风速当手工电弧焊超过8m/s、气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊超过2m/s时，应设防风棚或采取其他防风措施。3.6.5.9焊接作业区的相对湿度不得大于90%，当焊件表面潮湿时，应采取加热去湿除潮措施。3.6.6焊缝检查3.6.6.1焊缝外观焊缝质量的外观检查，应按设计文件规定的标准在焊缝冷却后进行。应在完成焊接工作24h后，对焊缝及热影响区是否存在裂缝进行复查。3.6.6.22—2—23 焊缝表面应均匀、平滑，无折皱、间断，并与基本金属平缓连接，严禁有裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿、弧坑、针状气孔和熔合性飞溅等缺陷。现场对接焊缝满足二级焊缝的质量要求。3.6.6.3清除缺陷时应将刨槽加工成四侧边斜面角大于10°的坡口，并应修整表面、磨出气刨渗碳层，必要时应用渗透探伤和磁粉探伤方法确定裂纹是否彻底清除。3.6.6.4焊补时应在坡口内引弧，熄弧时应填满弧坑；多层焊的焊层之间接头应错开，焊缝长度应不小于100mm；当焊缝长度超过500mm时，应采用分段退焊法。3.6.6.5所有焊缝均应进行外观检查，当发现有裂纹时，可用磁粉探伤或着色渗透探伤进行复查。3.6.6.6焊缝正、反面各作为一个部位，同一部位返修不宜超过两次。3.6.6.7超声波检测1)超声波探伤在焊缝外观质量检验合格后进行；2)修整打磨焊缝两侧至满足超声波探伤要求；3)本工程现场对接焊缝按设计要求为全熔透二级焊缝，进行100%超声波检测，检查等级按《钢焊缝手工超声波探伤结果的分级》GB11345-89中规定的等级要求执行。3.6.6.8焊缝检查记录1)焊工应做好焊前和焊中焊接记录；2)专职检查人员焊后进行100%外观检查并填写焊缝质量检查记录；3)焊接检查记录应真实，标明焊工号，焊接位置，焊缝编号等记录上可追溯的内容。4质量标准4.1安装质量标准：表2-2-1项目允许偏差（㎜）图例钢结构定位轴线L/200002—2—23 柱定位轴线1.0地脚螺栓位移2.0柱底座位移3.0上柱和下柱扭转3.0柱底标高±2.0单节柱的垂直度h/10002—2—23 同一层柱的柱顶标高±5.0同一根梁两端的水平度（l/1000）+310压型钢板在钢梁上的排列错位15建筑物的平面弯曲L/2500建筑物的整体垂直度（H/2500）+10≤50建筑物总高度按相对标高安装（ah+aw）按设计标高安装±302—2—23 4.2焊缝外观的质量要求表2-2-2项次项目示意图允许偏差（㎜）1贴角焊厚度（S）注：（L）焊角宽（E）贴角焊缝的偏差0≤E≤32贴角焊的余高（C）注：（L）焊角宽（S）贴角焊厚度0≤C≤33对焊接的余高（C）焊缝宽度余高（C）B＜20，C≤320≤B，C≤44对焊接的错边（C）d＜0.1t且≤25咬边（E）E=0.05t且E≤0.5㎜，连续长度≤100㎜，且焊缝两侧咬边总长≤10%焊缝全长2—2—23'