第六章鋼結(jié)構(gòu)高層建筑施工2023/2/31濟南大學土建學院7-1鋼結(jié)構(gòu)加工制作工藝

鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、熱軋型鋼和冷加工成型的薄壁型鋼制造而成。與其他材料的結(jié)構(gòu)相比具有以下優(yōu)點：（1）材料強度高，鋼材質(zhì)量輕。（2）韌性、塑性好。（2）材質(zhì)均勻。（3）制造簡單，施工周期短。（4）密封性好。2023/2/32濟南大學土建學院鋼結(jié)構(gòu)的缺點有：（1）耐熱但不耐火150攝氏度時強度無變化，600攝氏度時強度約為0。（2）鋼材耐腐蝕性能差，維護費用高。2023/2/33濟南大學土建學院一、鋼結(jié)構(gòu)的加工制作（一）加工制作前的準備工作1.加工制作圖;2.加工制作前的施工條件分析;3.鋼卷尺：同一把尺;4.上崗培訓(xùn)、操作考核、技術(shù)交底二、鋼結(jié)構(gòu)加工制作的工藝程序1、放樣放樣是鋼結(jié)構(gòu)制作工藝中的第一道工序，其工作的準確與否將直接影響到整個產(chǎn)品的質(zhì)量，至關(guān)重要。放樣工作包括如下內(nèi)容：核對圖紙的安裝尺寸和孔距；以1:1的大樣放出節(jié)點；核對各部分的尺寸；制作樣板和樣桿作為下料、彎制、銑、刨、制孔等加工的依據(jù)2、號料

號料（也稱劃線），即利用樣板、樣桿或根據(jù)圖紙，在板料及型鋼上畫出孔的位置和零件形狀的加工界線。號料的一般工作內(nèi)容包括：檢查核對材料；在材料上劃出切割、銑、刨、彎曲、鉆孔等加工位置，打沖孔，標注出零件的編號等。2023/2/34濟南大學土建學院常采用以下幾種號料方法：①集中號料法

②套料法③統(tǒng)計計算法④余料統(tǒng)一號料法3、切割下料目的就是將放樣和號料的零件形狀從原材料上進行下料分離。鋼材的切割可以通過切削、沖剪、摩擦機械力和熱切割來實現(xiàn)。常用的切割方法有：機械剪切、氣割和等離子切割三種方法。4、坡口加工5、開孔

在鋼結(jié)構(gòu)制孔中包括鉚釘孔、普通螺栓連接孔、高強度螺栓孔、地腳螺栓孔等，制孔方法通常有沖孔和鉆孔兩種。6、組裝三、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的驗收、運輸、堆放2023/2/35濟南大學土建學院2023/2/36濟南大學土建學院四、鋼梁的吊裝與校正鋼梁吊裝前，應(yīng)于柱子牛腿處檢查標高和柱子間距，并應(yīng)在梁上裝好扶手和扶手繩，以便待主梁吊裝就位后，將扶手繩與鋼柱系牢，以保證施工人員的安全。鋼梁一般可在鋼梁的翼緣處開孔為吊點，其位置取決于鋼梁的跨度。為減少高空作業(yè)，保證質(zhì)量，并加快吊裝進度，可將梁、柱在地面組裝成排架后進行整體吊裝。要反復(fù)校正，符合要求。五、構(gòu)件間的連接鋼柱間的連接常采用坡口焊連接，主梁與鋼柱的連接一般上、下翼緣用坡口焊連接，而腹板用高強螺栓連。次梁與主梁的連接基本上是在腹板處用高強螺栓連接，少量再在上、下翼緣處用坡口焊連接。柱與梁的焊接順序，先焊接頂部柱、梁節(jié)點，再焊接底部柱、梁結(jié)點，最后焊接中間部分的柱、梁節(jié)點。高強螺栓連接兩個連接構(gòu)件的緊固順序是：先主要構(gòu)件，后次要構(gòu)件。工字形構(gòu)件的緊固順序是：上翼緣、下翼緣、腹板。同一節(jié)柱上各梁柱節(jié)點的緊固順序：柱子上部的梁柱節(jié)點、柱子下部的梁柱節(jié)點、柱子中部的梁柱節(jié)點。2023/2/37濟南大學土建學院7-2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的焊接一、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件常用的焊接方法焊接結(jié)構(gòu)根據(jù)對象和用途大致可分為建筑焊接結(jié)構(gòu)、貯罐和容器焊接結(jié)構(gòu)、管道焊接結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電性焊接結(jié)構(gòu)。主要焊接方法：手工電弧焊、氣體保護焊、自保護電弧焊、埋弧焊、螺柱焊、點焊a）手工電弧焊；b）自動電弧焊電弧焊1—電源；2—導(dǎo)線；3—夾具；4—焊條；5—電弧；6—焊件；7—焊縫；8—轉(zhuǎn)盤；9—漏斗；10——熔劑；11熔化的熔劑；12—移動方向2023/2/38濟南大學土建學院二、

質(zhì)量檢查1.焊前檢驗2.焊接生產(chǎn)中的檢驗：無損檢驗（外觀檢查、致密性檢驗、無損探傷）破壞性檢驗3.成品檢驗2023/2/39濟南大學土建學院7-3緊固件連接工程螺栓作為鋼結(jié)構(gòu)連接緊固件，通常用于構(gòu)件間的連接、固定、定位等。鋼結(jié)構(gòu)中的連接螺栓一般分普通螺栓和高強度螺栓兩種。普通螺栓或高強度螺栓而不施加緊固力，該連接即為普通螺栓連接；高強度螺栓并對螺栓施加緊固力，該連接稱高強度螺栓連接。一、普通螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)普通螺栓連接即將普通螺栓、螺母、墊圈機械地和連接件連接在一起形成的一種連接形式。普通螺栓的施工要求：（1）連接要求（2）直徑和長度選擇（3）螺栓緊固2023/2/310濟南大學土建學院二、高強螺栓連接高強度螺栓連接已經(jīng)發(fā)展成為與焊接并舉的鋼結(jié)構(gòu)主要連接形式之一，它具有受力性能好、耐疲勞、抗震性能好、連接剛度高，施工簡便等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用在建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)的工地連接中。

高強度螺栓連接按其受力狀況，可分為摩擦型連接、摩擦-承壓型連接、承壓型連接和張拉型連接等幾種類型，其中摩擦型連接是目前廣泛采用的基本連接形式。（1）高強度六角頭螺栓

鋼結(jié)構(gòu)用高強度大六角頭螺栓，分為8.8和10.9兩種等級，一個連接副為一個螺栓、一個螺母和兩個墊圈。高強度螺栓連接副應(yīng)同批制造，保證扭矩系數(shù)穩(wěn)定，同批連接副扭矩系數(shù)平均值為0.110~0.150，其扭矩系數(shù)標準偏差應(yīng)不大于0.010。

（2）扭剪型高強度螺栓

鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強度螺栓一個螺栓連接副為一個螺栓、一個螺母和一個墊圈，它適用于摩擦型連接的鋼結(jié)構(gòu)。2023/2/311濟南大學土建學院高強度螺栓施工只要包括以下幾個方面：

（1）施工的機具

a．手動扭矩扳手

各種高強度螺栓在施工中以手動緊固時，都要使用有示明扭矩值的扳手施擰，使達到高強度螺栓連接副規(guī)定的扭矩和剪力值。一般常用的手動扭矩扳手有指針式、音響式和扭剪型三種。b.扭剪型手動扳手

這是一種緊固扭剪型高強度螺栓使用的手動力矩扳手。配合扳手緊固螺栓的套筒，設(shè)有內(nèi)套筒彈簧、內(nèi)套筒和外套筒。這種扳手靠螺栓尾部的卡頭得到緊固反力，使緊固的螺栓不會同時轉(zhuǎn)動。內(nèi)套筒可根據(jù)所緊固的扭剪型高強度螺栓直徑而更換相適應(yīng)的規(guī)格。緊固完畢后，扭剪型高強度螺栓卡頭在頸部被剪斷，所施加的扭矩可以視為合格。

c．電動扳手

鋼結(jié)構(gòu)用高強度大六角頭螺栓緊固時用的電動扳手有：NR-9000A，NR-12和雙重絕緣定扭矩、定轉(zhuǎn)角電動扳手等，是拆卸和安裝六角高強度螺栓機械化工具，可以自動控制扭矩和轉(zhuǎn)角，適用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁、廠房建設(shè)、化工、發(fā)電設(shè)備安裝大六角頭高強度螺栓施工的初擰、終擰和扭剪型高強度螺栓的初擰，以及對螺栓緊固件的扭矩或軸力有嚴格要求的場合。

2023/2/312濟南大學土建學院轉(zhuǎn)角法施工分初擰和終擰兩步進行（必要時需增加復(fù)擰），初擰的要求比扭矩法施工要嚴，因為起初連接板間隙的影響，螺母的轉(zhuǎn)角大都消耗于板縫，轉(zhuǎn)角與螺栓軸力關(guān)系不穩(wěn)定。初擰的目的是為消除板縫影響，使終擰具有一致的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)角法施工在我國已有30多年的歷史，但對初擰扭矩尚沒有一定的標準，各個工程根據(jù)具體情況確定，一般地講，對于常用螺栓，初擰扭矩定在200~300N·m比較合適，初擰應(yīng)該使連接板縫密貼為準。終擰是在初擰的基礎(chǔ)上，再將螺母擰轉(zhuǎn)一定的角度，使螺栓軸向力達到施工預(yù)拉力。b．扭剪型高強度螺栓

扭剪型高強度螺栓連接副緊固施工比大六角頭高強度螺栓連接副緊固施工要簡便得多，正常的情況采用專用的電動扳手進行終擰，梅花頭擰掉標志著螺栓終擰的結(jié)束。2023/2/313濟南大學土建學院7-4多層及高層鋼結(jié)構(gòu)安裝工程用于鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的體系有：框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、組合筒體系及交錯鋼桁架體系等。鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、抗震性能好、施工速度快的優(yōu)點，所以在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。但同時對鋼量大、造價高、防火要求高。大跨度鋼結(jié)構(gòu)鋼屋架網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)拱架結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)2023/2/314濟南大學土建學院國家體育場國家體育場建筑體形上像鳥巢?？扇菁{8萬人。平面為橢圓形,長軸340m短軸292m。屋蓋中間有一個146m×76m的開口，這部分將設(shè)計成開合屋蓋。采用加肋薄壁箱形截面，總用鋼量達16萬t。2023/2/315濟南大學土建學院天津奧林匹克體育場俯瞰效果圖“綠色奧運”、“科技奧運”、“人文奧運”建筑底面面積為80,000m2，屋頂面積76,719m2，地上層數(shù)6層，最高點高度53.00m，可容納觀眾數(shù)60,000。屋頂結(jié)構(gòu)采用鋼桁架懸挑結(jié)構(gòu)。屋面桁架落地，形似露珠。2023/2/316濟南大學土建學院國家大劇院

位于北京人民大會堂西側(cè)，西長安街以南，總占地面積近12公頃，總建筑面積近15萬平方米，總投資26.88億元，目前已進行過網(wǎng)殼部分設(shè)計與施工驗收審查會議。該工程外部圍護結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285。內(nèi)設(shè)歌劇院（2416席）、音樂廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下。設(shè)計為法國巴黎機場公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計研究院參與主體設(shè)計

，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達6750t，195kg/m。

2023/2/317濟南大學土建學院上海環(huán)球金融中心

由日本森大廈株式會社的全額子公司森海外株式會社及日本具有代表性的銀行、保險公司、商社等36家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機構(gòu)日本海外經(jīng)濟協(xié)力基金(OECF)聯(lián)合投資的上海環(huán)球金融中心，總投資逾750億日元。位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建筑總面積335,420平方米，地下3層，地上94層。建成后的高度達460米。總用鋼量26000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱，目前正在施工基礎(chǔ)。2023/2/318濟南大學土建學院上海金茂大廈

金茂大廈是由中國上海對外貿(mào)易中心股份有限公司獨家投資5.6億美元建設(shè)的一座88層的超高層大廈，建筑高度420.5米，建筑面積28.9萬平方米，于1998年8月28日竣工。總用鋼量14000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。設(shè)計者為美國S.O.M事務(wù)所。2023/2/319濟南大學土建學院央視新臺址央視新臺址建設(shè)工程位于北京朝陽區(qū)東三環(huán)中路、北京商務(wù)中心區(qū)的核心地段，占地面積18.7萬平方米，總建筑面積55萬平方米,230m。央視新臺址建設(shè)工程總投資約50億元人民幣，2003年10月開工建設(shè)，2008年正式運行。2023/2/320濟南大學土建學院臺北101

長寬各150m，總面積30277m2，塔高508m，世界第一高，26層以上以8層為一單元。主要由巨柱、核心系統(tǒng)及外伸桁架梁。巨柱自地下5層至地上90層，最大尺寸為2.4mx3m。直徑5.5m，中670t的阻尼器

2023/2/321濟南大學土建學院高聳建筑電視塔、微波塔、通訊塔等東方明珠電視塔東方明珠廣播電視塔座落在上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以其468米的高度成為亞洲第一高塔。她于1991年3月開始建造，1994年11月完工，總重量達12萬噸，總投資8.3億元人民幣。東方明珠塔由三根直徑為九米的擎天立柱、太空艙、上球體、下球體、五個小球、塔座和廣場組成。

2023/2/322濟南大學土建學院7-5鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝工程網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由多根桿件按照一定的規(guī)律布置，通過結(jié)點連接而成的網(wǎng)格狀桿系結(jié)構(gòu)。具有空間受力特點網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體性好，能有效地承受各種非對稱荷載、集中荷載、動力荷載。其構(gòu)件和節(jié)點可定型化，適用于工廠成批生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝方法：高空拼裝法、整體安裝法、高空滑移法2023/2/323濟南大學土建學院一、高空拼裝法先在地面上搭設(shè)拼裝支架，然后用起重機把網(wǎng)架構(gòu)件分件或分塊吊至空中的設(shè)計位置，在支架上進行拼裝的方法。網(wǎng)架的總的拼裝順序是從建筑物的一端開始向另一端以兩個三角形同時推進，待兩個三角形相反后，則按人字形逐漸向前推進，最后在另一端的正中閉合。每榀塊體的安裝順序，在開始的兩個三角形部分是由屋脊部分開始分別向兩邊拼裝，兩個三角形相交后，則由交點開始同時向兩邊推進。二、整體安裝法1.多機抬吊法準備工作簡單，安裝快速方便，適用于跨度40m左右、高度在25m左右的中小型網(wǎng)架屋蓋吊裝。2.提升機提升法在結(jié)構(gòu)柱上安裝升板工程用的電動穿心式提升機，將地面正位拼裝的網(wǎng)架直接整體提升到柱頂橫梁就位。本方法不需大型吊裝設(shè)備，機具和安裝工藝簡單，提升平穩(wěn)，勞動強度底，工效高，施工安全，但準備工作量大。適用于跨度50~70m左右、高度在40m以上、重復(fù)較大的大、中型周邊支承網(wǎng)架屋蓋吊裝。2023/2/324濟南大學土建學院3.桅桿提升法網(wǎng)架在地面錯位拼裝，用多根獨腳桅桿將其整體提升到柱頂以上，然后進行空中旋轉(zhuǎn)和移位，落下就位安裝，本法起重量大，可達1000~2000kN，桅桿高度可達50~60m，但所需設(shè)備數(shù)量大、準備工作的操作較復(fù)雜，適用于安裝高、重、大（跨度80~100m）的大型網(wǎng)架屋蓋吊裝。4.千斤頂頂升法是利用支承結(jié)構(gòu)和千斤頂將網(wǎng)架整體頂升到設(shè)計位置。其設(shè)備簡單，不用大型吊裝設(shè)備；頂升支承結(jié)構(gòu)可利用永久性支承，拼裝網(wǎng)架不需要搭設(shè)拼裝支架，可節(jié)省費用，降低施工成本，操作簡便安全。但頂升速度較慢，且對結(jié)構(gòu)頂升的誤差控制要求嚴格，以防失穩(wěn)。適用于安裝多支點支承的各種四角錐網(wǎng)架屋蓋。三、高空滑移法不需大型設(shè)備；可與室內(nèi)其他工種作業(yè)平等進行，縮短總工期；用工省，減少高空作業(yè)；施工速度快。適用于場地狹小或跨越其他結(jié)構(gòu)、起重機無法進入網(wǎng)架安裝區(qū)域的中小型網(wǎng)架。2023/2/325濟南大學土建學院7-6鋼桁架施工案例工程概況體育場懸挑鋼管桁架也是龍體飄帶的第二段，同時又是體育場的看臺雨篷呈半面扇形狀。體育場屋面由18榀矩形桁架，桁架之間有連接支撐、剪力撐等組成，桁架上弦設(shè)檁條、彩鋼板等。矩形桁架設(shè)計成超長型懸臂，分兩只擱置支點，采用雙肢柱，一肢為勁性鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼絞線，另一肢為鋼筋混凝土預(yù)埋螺桿，柱頂面設(shè)預(yù)埋件，最大標高35.864m最小標高24.065，作為矩形桁架支腳連接點。體育場懸挑雨篷長68.829m（包括W支腳），最大重量為65t，標高由45.733m~50.318m。4.2.2機械布置體育場大跨度懸臂鋼桁架選用300t履帶吊一臺進行安裝，吊機沿體育場外圍砼平臺邊緣開行吊裝。道路寬度12m，地耐力16t/m2。300t吊機選用性能：跨外接54m主臂、54m副臂，安裝支座及三角部分，跨內(nèi)接42m主臂、36m副臂，安裝跨內(nèi)段懸臂鋼桁架，另外，在跨內(nèi)安裝屋面支撐及檁條時，改用54m主臂、54m副臂的性能?？鐑?nèi)吊機開行道路沿主看臺邊緣設(shè)置，道路寬度12m，地耐力16t/m2。（詳見附圖二）2023/2/326濟南大學土建學院4.2.3安裝方法4.2.3.1懸臂鋼桁架分段：懸臂鋼桁架安裝時采取分段安裝的方法，即：跨內(nèi)一段，長度為44.7m，重量為31t，跨外段（包括W形支座部分及三角桁架），其中W形支座部分分兩次進行安裝，安裝重量分別為10.6t和10.63t，三角桁架部分重5.3t。（詳見附圖七）4.2.3.2吊機選用性能：300t吊機選用性能：跨外接54m主臂、54m副臂，安裝支座及三角部分，跨內(nèi)接42m主臂、36m副臂，安裝跨內(nèi)段懸臂鋼桁架，另外，在跨內(nèi)安裝屋面支撐及檁條時，改用54m主臂、54m副臂的性能。以上工況能滿足整個體育場屋蓋結(jié)構(gòu)的施工。4.2.3.3跨內(nèi)段懸臂鋼桁架安裝時桁架根部與支座部分桁架連接，端部為懸空狀態(tài)，因此安裝過程中選用φ609*16鋼管作臨時支撐，待整段鋼桁架安裝到位后，再用KH-180（50t）履帶吊將臨時支撐安裝到位，待焊固后方可拆除吊裝千斤。安裝跨內(nèi)段桁架吊機選用性能：L主=42m、L副=36m，R=34m，Q=33.06t，H=63m。待相鄰兩榀桁架安裝完畢后，立即安裝桁架之間的部分支撐系統(tǒng)，保證整個桁架的穩(wěn)定性。（詳見附圖六）