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高层钢结构安装前的准备工作

【摘要】:现场钢结构的安装是根据规定的安装流水顺序进行的。

1.安装机械的选择

高层钢结构的安装都用塔式起重机,这就要求塔式起重机的臂杆足够长以使其具有足够的覆盖面;要有足够的起重能力,满足不同部位构件的起吊要求;钢丝绳容量要满足起吊高度要求;起吊速度要有足够挡位,满足安装需要;多机作业时,相互要有足够的高差,以避免互相碰撞。

如用附着式塔式起重机,锚固点应选择钢结构中便于加固、有利于形成框架整体结构和有利于玻璃幕墙安装的部位,对锚固点应进行计算。

如用内爬式塔式起重机,爬升位置应满足塔身自由高度和每节柱单元安装高度的要求。

塔式起重机所在位置的钢结构,在爬升前应焊接完毕,形成整体。

2.安装流水段的划分

高层钢结构的安装需按照建筑物平面形状、结构形式、安装机械数量和位置等划分流水段。总原则是:平面流水段的划分应考虑钢结构安装过程中的整体稳定性和对称性,安装顺序一般由中央向四周扩展,以减少焊接误差。立面流水段的划分,一般以一节钢柱高度内所有构件作为一个流水段。

高层钢结构中,由于楼层使用要求不同和框架结构受力因素,其钢构件的布置和规则也相应不同。例如,底层用于公共设施,则楼层较高;受力关键部位则设置水平加强结构的楼层;管道布置集中区则增设技术楼层等。这些楼层的钢构件的布置都是不同的,但是多数楼层的使用要求是一样的,钢结构的布置也基本一致,称为钢结构框架的“标准节框架”。

一个立面安装流水段内的安装顺序如图7-12所示,钢结构标准单元施工顺序如图7-13所示。

图7-12 一个立面安装流水段内的安装顺序

图7-13 钢结构标准单元施工顺序

标准节框架安装方法具体见表7-9。

表7-9 标准节框架安装方法

以上两种不同的安装方法各有利弊,只要构件供应能够保证,构件质量又合格,其生产工效的差异不大,就可根据实际情况进行选择。

在标准节框架的安装中,要进一步划分主要流水区和次要流水区。以框架可进行整体校正为划分原则,塔式起重机爬升部位为主要流水区,其余为次要流水区,安装施工工期的长短取决于主要流水区。一般主要流水区内构件由钢柱和框架梁组成,其间的次要构件可后安装,主要流水区构件一经安装完成,即开始框架整体校正。划分主要和次要流水区的目的是争取交叉施工,以缩短安装施工的总工期。

3.钢构件的运输和堆放

(1)运输。钢构件从制作厂发运前,应进行必要的包装处理,特别是构件的加工面、轴孔和螺纹,均应涂以油脂和贴上油纸,或用塑料布包裹,螺孔应用木楔塞住。装运时要防止相互挤压变形,避免损伤加工面。

(2)中转。现场钢结构的安装是根据规定的安装流水顺序进行的。钢构件必须按照流水顺序的要求供货到现场,但是构件加工厂是按构件的种类分批生产供货的,与结构安装流水顺序不一致。因此,宜设置钢构件中转堆场调节。中转堆场的主要作用如下:

1)储存制造厂的钢构件(工地现场没有条件储存大量构件)。

2)根据安装施工流水顺序进行构件配套,组织供应。

3)对钢构件质量进行检查和修复,保证把合格的构件送到现场。中转堆场应尽量靠近工程现场,同市区公路相通,符合运输车辆的运输要求,要求电源、水源和排水管道畅通,场地平整。堆场的规模,应根据钢构件储存量、堆放措施、起重机行走路线、汽车道路、辅助材料堆场、构件配套用地、生活用地等情况确定。

(3)配套。配套是指按安装流水顺序,以一个结构安装流水段为单元,将所有钢构件分别从堆场整理出来,集中到配套场地,在数量和规格齐全之后进行构件预检和处理修复,然后根据安装顺序,分批将合格的构件由运输车辆供应到工地现场。配套中应特别注意附件(如连接板等小型构件)的配套。

(4)现场堆放。钢构件应按照安装流水顺序配套运入现场,利用现场的装卸机械尽量将其就位到安装机械的回转半径内。因运转造成的构件变形,在施工现场均要加以矫正。一般情况下,结构安装用地面积宜为结构工程占地面积的1.0~1.5倍。

4.钢构件的预检

(1)出厂检验。钢构件在出厂前,制造厂应根据制作规范、规定及设计图的要求进行产品检验,填写质量报告和实际偏差值。钢构件交付结构安装单位后,结构安装单位在制造厂质量报告的基础上,根据构件性质分类,再进行复核或抽检。

(2)计量工具。预检钢构件的计量工具和标准应事先统一,质量标准也应统一。特别是对钢卷尺的标准要十分重视,有关单位(业主、土建、安装、制造厂)应各执统一标准的钢卷尺,制造厂按此尺制造钢构件,土建施工单位按此尺进行柱基定位施工,安装单位按此尺进行结构安装,业主按此尺进行结构验收。标准钢卷尺由业主提供,钢卷尺需同标准基线进行足尺比较,确定各地钢卷尺的误差值以及尺长方程式,应用时按标准条件实施。钢卷尺应用的标准条件为:拉力用弹簧秤称量,30m钢卷尺拉力值用98.06N,50m钢卷尺拉力值用147.08N;温度为20℃;水平丈量时钢卷尺要保持水平,挠度要加托。使用时,实际读数按上述条件,根据当时气温按其误差值、尺长方程式进行换算。实际应用时,如全部按上述方法进行,计算量太大,所以一般是关键性构件(如柱、框架大梁)的长度复检和长度大于8m的构件计量按上法,其余构件均可以实际读数为依据。

(3)预检。结构安装单位对钢构件预检的项目,主要是与施工安装质量和工效直接有关的数据,如几何外形尺寸、螺孔大小和间距、预埋件位置、焊缝坡口、节点摩擦面、附件数量规格等。构件的内在制作质量应以制造厂的质量报告为准。预检数量一般是关键构件全部检查,其他构件抽检10%~20%,应记录预检数据。

钢构件预检是项复杂而细致的工作,并需一定的条件。预检放在钢构件中转堆场配套时进行可省去因预检而进行构件翻堆所耗费的机械和人工,其不足之处是发现问题进行处理的时间比较紧迫。

构件预检宜由结构安装单位和制造厂联合派人参加,同时也应组织构件处理小组,对预检出的偏差及时给予修复,严禁不合格的构件运到工地现场,更不应该将不合格构件送到高空去处理。

现场施工安装应根据预检数据,采取相应措施,以保证安装顺利进行。

钢构件的质量对施工安装有直接关系,要充分认识钢构件预检的必要性,具体做法应根据工程的不同条件而定,如由结构安装单位派驻厂代表来掌握制作加工过程中的质量,将质量偏差清除在制作过程中是可取的办法。

5.柱基的检查

第一节钢柱是直接安装在钢筋混凝土柱基底顶上的。钢结构的安装质量和工效同柱基的定位轴线、基准标高直接相关。安装单位对柱基的预检重点是定位轴线间距、柱基顶面标高和地脚螺栓预埋位置。

(1)定位轴线的检查。定位轴线从基础施工起就应重视,先要做好控制桩。待基础浇筑混凝土后,再根据控制桩将定位轴线引测到柱基钢筋混凝土底板面上,然后检查定位轴线是否同原定位轴线重合、封闭,每根定位轴线总尺寸误差值是否超过控制数,纵、横定位轴线是否垂直、平行。定位轴线的检查在弹过线的基础上进行。检查应由业主、土建、安装三方联合进行,对检查数据要统一认可签证。

(2)柱间距的检查。柱间距的检查是在定位轴线认可后进行的。采用标准尺实测柱距。柱距偏差值应严格控制在±3mm范围内,绝不能超过±5mm。若柱距偏差超过±5mm,则必须调整定位轴线。原因是定位轴线的交点是柱基中心点,是钢柱安装的基准点,钢柱竖向间距以此为准。框架钢梁连接螺孔的孔洞直径一般比高强度螺栓直径大1.5~2.0mm,柱距过大或过小均将直接影响框架梁的安装连接和钢柱的垂直。

(3)单独柱基中心线的检查。检查单独柱基的中心线同定位轴线之间的误差,调整柱基中心线使其同定位轴线重合,然后以柱基中心线为依据,检查地脚螺栓的预埋位置。

(4)柱基地脚螺栓的检查。检查柱基地脚螺栓,其内容有:检查螺栓的螺纹长度是否能保证钢柱安装后螺母拧紧的需要;检查螺栓垂直度是否超差,超过规定必须矫正,矫正方法包括冷校法和火焰热校法;检查螺纹有否损坏,检查合格后在螺纹部分涂上油,盖好帽盖加以保护;检查螺栓间距,实测独立柱地脚螺栓组间距的偏差值,绘制平面图表明偏差数值和偏差方向;检查地脚螺栓相对应的钢柱安装孔,根据螺栓的检查结果进行调查,如有问题,应事先扩孔,以保证钢柱的顺利安装。

地脚螺栓预埋的质量标准:任何两只螺栓之间的距离允许偏差为1mm;相邻两组地脚螺栓中心线之间距离的允许偏差为3mm。实际上由于柱基中心线的调整修改,工程中有相当一部分地脚螺栓不能达到上述标准,但可通过地脚螺栓预埋方法的改进来实现这一指标。

目前高层钢结构工程柱基地脚螺栓的预埋方法有直埋法和套管法两种。

图7-14 用套管法预埋地脚螺栓

1—套埋螺栓;2—无收缩砂浆;3—混凝土基础面;4—套管

1)直埋法就是用套板控制地脚螺栓之间的距离。其优点是:立固定支架控制地脚螺栓群不变形,在柱基底板绑扎钢筋时将地脚螺柱埋入控制位置,同钢筋连成一体,整浇混凝土,可一次固定;其缺点是:难以再调整。采用此法实际上产生的偏差较大。

2)套管法就是先安套管(内径比地脚螺栓大2~3倍),在套管外制作套板,焊接套管并立固定架,将其埋入浇筑的混凝土中,待柱基底板上的定位轴线和柱中心线检查无误后,再在套管内插入螺栓,使其对准中心线,通过附件或焊接加以固定,最后在套管内注浆锚固螺栓(图7-14)。注浆材料按一定级配制成。此法对保证地脚螺栓的定位质量有利,但施工费用较高。

(5)基准标高的实测。在柱基中心表面和钢柱底面之间,考虑到施工因素,设计时都考虑留有一定的间隙作为钢柱安装时的标高调整,该间隙一般规定为50mm。基准标高点一般设置在柱基底板的适当位置,四周加以保护,作为整个高层钢结构工程施工阶段标高的依据。以基准标高点为依据,对钢柱柱基表面进行标高实测,将测得的标高偏差绘制为平面图,作为临时支承标高块调整的依据。

6.标高块的设置及柱底灌浆

(1)标高块的设置。柱基表面采取设置临时支承标高块的方法来保证钢柱安装控制标高,要根据荷载大小和标高块材料强度确定标高块的支承面积。标高块一般用砂浆、钢垫板和无收缩砂浆制作。一般砂浆强度低,只用于装配钢筋混凝土柱杯形基础;钢垫块耗钢多、加工复杂;无收缩砂浆是高层钢结构标高块的常用材料,它有一定的强度,柱底灌浆也用无收缩砂浆,传力均匀。

临时支承标高块的埋设方法如图7-15所示。柱基边长小于1m时,设一块;柱基边长为1~2m时,设十字形块;柱基边长大于2m时,设多块。标高块的形状为圆形、方形、长方形、十字形均可。为了保证表面平整,标高块表面可增设预埋钢板。标高块用无收缩砂浆时,其材料强度应不小于30N/mm2

图7-15 临时支承标高块的埋设方法

(a)单独方形;(b)单独圆形;(c)四块;(d)十字形

(2)柱底灌浆。一般在第一节钢框架安装完成后即可开始紧固地脚螺栓并进行灌浆。灌浆前必须对柱基进行清理,立模板,用水冲洗基础表面,排除积水,螺孔处必须擦干,然后用自流平砂浆连续浇灌,一次完成。流出的砂浆应清除干净,加盖草包养护。砂浆必须做试块,到时试压,作为验收资料。