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摘 要结合实际工程，主要论述了高层钢结构建筑施工难点——钢管柱承插施工关键技术的应用，并详细介绍了具体的施工工艺，可供相关专业人士参考。
关键词高层建筑；钢结构；钢管柱承插施工
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)011-0147-01
1工程概况
某高层建筑，总建筑面积5489m2，建筑高度95m，大楼主体采用钢结构。工程设计耐久年限50年，结构安全等级为一级，基础采用1.2m厚筏板式钢筋混凝土基础，强度等级C35。内为地下三层，地上十四层。工程施工中遇到了很多困难，钢管柱承插施工关键技术就是其中之一。
2钢管柱承插施工关键技术
2.1技术特点及难点
该高层建筑主体为钢结构，结构形式采用钢框架—支撑体系。其中钢柱为直径600mm，厚度为30mm、25mm、20mm的焊接直缝钢管，用钢量2380余吨。材质除钢柱Q345C外，其余均为Q345B。每个楼层在明层外框的角柱上沿着45度角平分线向内收缩，内收200-300mm不等，该承插节点钢柱共计96根。
图1钢管柱吊装
结构逐层内收式的钢管柱承插施工技术应用的比较少。但该工程中的主体钢结构，采用的正是这一技术。俗称“移位法”，即随着每层高度的升高，柱子向内按一定的比例的位移，使柱向一侧产生“内收”。
通过研究分析可知，钢管柱承插施工技术难点主要有：①钢管柱节点的组对：由于该节点处是上下钢管互相承插，并通过牛腿将上下钢管柱、周边框架梁连接成整体结构。因此钢管的承插轴线控制，以及多个框架梁连接节点板的标高、方位控制，直接影响结构的标高、垂直度安装质量和结构安全性，因此该节点组对是一个关键控制点，同时也是施工中最大的技术难点。②焊接难度大：该节点处的零部件多，结构复杂，空间有限，且为多方位焊接，焊接质量要求高。③钢管柱的安装：钢柱标高、轴线、垂直度的方向控制也是施工中的又一个技术难点。
2.2解决方案
刚开始时把牛腿部分分开，先完成钢管的承插连接，后组对牛腿部分的上下翼缘和连接腹板，结果上下钢管柱的收缩量及轴线偏差严重超差，质量不符合要求；后来为了保证楼层钢管柱的收缩量和轴线，把下柱和牛腿部分组对好焊接成型，上柱在高空安装时直接插入牛腿上翼缘和下柱的承插口，这样虽然收缩量和轴线保证了，但是高空工作量太大，不易操作，并且还得用钢架管搭设高空操作平台，成本高。经过论证，找到了解决难点的突破口。首先对牛腿部分提前制作，然后上柱、下柱、牛腿在1：1的胎具上组对成整体，最后进行焊接，经过检测所有的质量指标都满足要求，形成了成熟的施工方案用来指导施工。
2.3工艺的实施过程
1）确定工艺流程。施工准备→承插节点放样→制作胎具→牛腿部分组对→牛腿部分焊接→上下钢管柱下料→上下钢管柱焊接内环板→上下钢管柱开槽→在胎具上组装上下钢柱及牛腿→焊接→探伤检验→验收→钢柱安装→校正→焊接→探伤检验→验收。
2）放实样制作钢柱承插收缩胎具。牛腿部分零件的放样准确度是确保制作质量的关键，用0.5mm的白铁皮制作样板，准确无误地放出构件大样，特别是上下翼缘板处柱身穿插口，该圆口直径要比钢管柱直径大出2mm。牛腿部分提前组装好，并焊接成型，包括中间的穿心腹板也要提前焊接，否则内部空间太小，将无法进行操作。该钢柱重达6.5吨，因此制作胎具场地必须平整坚硬，选择了20mm厚的钢板作为制作胎具的材料，并且加固牢靠。上下钢柱与牛腿组对是在制作的1：1胎膜上进行，组对时先组对下柱与牛腿，然后组对上柱。
3）钢管柱节点的焊接。对组装好的钢柱进行焊接时，由于该节点处的焊接任务大，焊接质量要求高，因此焊接该节点处分别有两个焊工进行对称焊接，以防变形过大无法校正，焊接采用CO2气体保护焊和手工电弧焊，对坡口处认真打磨清理，焊完后打上代表焊工的钢印号。该钢管柱承插节点处焊缝为一级焊缝，要求100%探伤检测，其牛腿翼缘、腹板与钢柱焊缝为二级，要求20%探伤检测，对发现不合格焊缝用电弧气刨刨掉，然后清渣、打磨、重新施焊，重新探伤检查，直到合格为止。
4）钢柱轴线、标高、垂直度等偏差的控制。首先对节点构件组装后进行复核，主要复核上下钢柱轴线、垂直度、内收尺寸和与钢梁连接的各个腹板的位置，经过检测复核，组装偏差控制在0.5mm以内，攻克了制作时轴线偏差超差的技术难题。其次是安装时的轴线、标高、垂直度的控制，根据现场情况采用外控法，根据楼层采用十字控制，在建筑物中心轴线上设置桩位，另外设置角桩即角部钢柱45°轴线位置处设立控制点，相邻柱中心间距的测量允许偏差值为1mm，下一层钢柱至上一层钢柱间距的标高测量允许值亦为1mm，每节柱的定位轴线应从地面控制轴线引上来，不得从下层柱的轴线引出。标高可采用相对标高控制法，在连接耳板上、下留15-20mm间隙，柱吊装就位后临时固定上、下连接板，利用起重机起落调节柱间隙，符合规定标高后打入钢楔，点焊固定，拧紧耳板高强螺栓，为防止焊缝收缩及柱自重压缩变形，标高偏差调整为+5mm为宜。钢柱扭转调整，可在柱连接耳板的不同侧面加入垫板，拧紧高强螺栓，钢柱扭转每次调整3mm。钢管柱对接焊接过程，必须采用两台经纬仪打90°跟踪校正，由于焊工施焊进度、风向、焊缝冷却速度不同，柱－柱节点装配间隙不同，焊缝熔敷金属不同，该过程就会出现偏差，可利用焊接来纠偏。
3实施效果
承插的钢管柱制作改为地面进行，牛腿部分提前制作，然后上柱、下柱、牛腿在1：1的胎具上组对成整体，并采用反变形、火焰矫正焊接，整体吊装等措施，减少高空作业工作量，确保钢柱标高、轴线、垂直度、焊接等施工质量，提高施工效率。该整套施工工艺，具有结构受力合理，抗震性能好、高空作业工作量少，施工周期短、工程质量易于保证等特点，值得借鉴。
参考文献
[1]邱文雄.钢结构施工技术在高层建筑中的应用[J].建筑科学,2009,19(1):85.
[2]张爱青.高层建筑的施工技术[J].工程施工技术,2009,6(1):142-144.
[3]游大江,乔聚甫,高永祥,巨型框架结构体系超高层钢结构施工技术[J].施工技术,2006,35(12):78-81.
[4]王宏,欧阳超,陈韬,中央电视台新台址CCTV主楼钢结构施工技术[J].施工技术,2006,35(12):54-58.
[5]黄新伦,李建业.超高空钢结构安装的安全防护技术[J].建筑安全,2009,10:35-38.
关键词高层建筑；钢结构；钢管柱承插施工
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)011-0147-01
1工程概况
某高层建筑，总建筑面积5489m2，建筑高度95m，大楼主体采用钢结构。工程设计耐久年限50年，结构安全等级为一级，基础采用1.2m厚筏板式钢筋混凝土基础，强度等级C35。内为地下三层，地上十四层。工程施工中遇到了很多困难，钢管柱承插施工关键技术就是其中之一。
2钢管柱承插施工关键技术
2.1技术特点及难点
该高层建筑主体为钢结构，结构形式采用钢框架—支撑体系。其中钢柱为直径600mm，厚度为30mm、25mm、20mm的焊接直缝钢管，用钢量2380余吨。材质除钢柱Q345C外，其余均为Q345B。每个楼层在明层外框的角柱上沿着45度角平分线向内收缩，内收200-300mm不等，该承插节点钢柱共计96根。
图1钢管柱吊装
结构逐层内收式的钢管柱承插施工技术应用的比较少。但该工程中的主体钢结构，采用的正是这一技术。俗称“移位法”，即随着每层高度的升高，柱子向内按一定的比例的位移，使柱向一侧产生“内收”。
通过研究分析可知，钢管柱承插施工技术难点主要有：①钢管柱节点的组对：由于该节点处是上下钢管互相承插，并通过牛腿将上下钢管柱、周边框架梁连接成整体结构。因此钢管的承插轴线控制，以及多个框架梁连接节点板的标高、方位控制，直接影响结构的标高、垂直度安装质量和结构安全性，因此该节点组对是一个关键控制点，同时也是施工中最大的技术难点。②焊接难度大：该节点处的零部件多，结构复杂，空间有限，且为多方位焊接，焊接质量要求高。③钢管柱的安装：钢柱标高、轴线、垂直度的方向控制也是施工中的又一个技术难点。
2.2解决方案
刚开始时把牛腿部分分开，先完成钢管的承插连接，后组对牛腿部分的上下翼缘和连接腹板，结果上下钢管柱的收缩量及轴线偏差严重超差，质量不符合要求；后来为了保证楼层钢管柱的收缩量和轴线，把下柱和牛腿部分组对好焊接成型，上柱在高空安装时直接插入牛腿上翼缘和下柱的承插口，这样虽然收缩量和轴线保证了，但是高空工作量太大，不易操作，并且还得用钢架管搭设高空操作平台，成本高。经过论证，找到了解决难点的突破口。首先对牛腿部分提前制作，然后上柱、下柱、牛腿在1：1的胎具上组对成整体，最后进行焊接，经过检测所有的质量指标都满足要求，形成了成熟的施工方案用来指导施工。
2.3工艺的实施过程
1）确定工艺流程。施工准备→承插节点放样→制作胎具→牛腿部分组对→牛腿部分焊接→上下钢管柱下料→上下钢管柱焊接内环板→上下钢管柱开槽→在胎具上组装上下钢柱及牛腿→焊接→探伤检验→验收→钢柱安装→校正→焊接→探伤检验→验收。
2）放实样制作钢柱承插收缩胎具。牛腿部分零件的放样准确度是确保制作质量的关键，用0.5mm的白铁皮制作样板，准确无误地放出构件大样，特别是上下翼缘板处柱身穿插口，该圆口直径要比钢管柱直径大出2mm。牛腿部分提前组装好，并焊接成型，包括中间的穿心腹板也要提前焊接，否则内部空间太小，将无法进行操作。该钢柱重达6.5吨，因此制作胎具场地必须平整坚硬，选择了20mm厚的钢板作为制作胎具的材料，并且加固牢靠。上下钢柱与牛腿组对是在制作的1：1胎膜上进行，组对时先组对下柱与牛腿，然后组对上柱。
3）钢管柱节点的焊接。对组装好的钢柱进行焊接时，由于该节点处的焊接任务大，焊接质量要求高，因此焊接该节点处分别有两个焊工进行对称焊接，以防变形过大无法校正，焊接采用CO2气体保护焊和手工电弧焊，对坡口处认真打磨清理，焊完后打上代表焊工的钢印号。该钢管柱承插节点处焊缝为一级焊缝，要求100%探伤检测，其牛腿翼缘、腹板与钢柱焊缝为二级，要求20%探伤检测，对发现不合格焊缝用电弧气刨刨掉，然后清渣、打磨、重新施焊，重新探伤检查，直到合格为止。
4）钢柱轴线、标高、垂直度等偏差的控制。首先对节点构件组装后进行复核，主要复核上下钢柱轴线、垂直度、内收尺寸和与钢梁连接的各个腹板的位置，经过检测复核，组装偏差控制在0.5mm以内，攻克了制作时轴线偏差超差的技术难题。其次是安装时的轴线、标高、垂直度的控制，根据现场情况采用外控法，根据楼层采用十字控制，在建筑物中心轴线上设置桩位，另外设置角桩即角部钢柱45°轴线位置处设立控制点，相邻柱中心间距的测量允许偏差值为1mm，下一层钢柱至上一层钢柱间距的标高测量允许值亦为1mm，每节柱的定位轴线应从地面控制轴线引上来，不得从下层柱的轴线引出。标高可采用相对标高控制法，在连接耳板上、下留15-20mm间隙，柱吊装就位后临时固定上、下连接板，利用起重机起落调节柱间隙，符合规定标高后打入钢楔，点焊固定，拧紧耳板高强螺栓，为防止焊缝收缩及柱自重压缩变形，标高偏差调整为+5mm为宜。钢柱扭转调整，可在柱连接耳板的不同侧面加入垫板，拧紧高强螺栓，钢柱扭转每次调整3mm。钢管柱对接焊接过程，必须采用两台经纬仪打90°跟踪校正，由于焊工施焊进度、风向、焊缝冷却速度不同，柱－柱节点装配间隙不同，焊缝熔敷金属不同，该过程就会出现偏差，可利用焊接来纠偏。
3实施效果
承插的钢管柱制作改为地面进行，牛腿部分提前制作，然后上柱、下柱、牛腿在1：1的胎具上组对成整体，并采用反变形、火焰矫正焊接，整体吊装等措施，减少高空作业工作量，确保钢柱标高、轴线、垂直度、焊接等施工质量，提高施工效率。该整套施工工艺，具有结构受力合理，抗震性能好、高空作业工作量少，施工周期短、工程质量易于保证等特点，值得借鉴。
参考文献
[1]邱文雄.钢结构施工技术在高层建筑中的应用[J].建筑科学,2009,19(1):85.
[2]张爱青.高层建筑的施工技术[J].工程施工技术,2009,6(1):142-144.
[3]游大江,乔聚甫,高永祥,巨型框架结构体系超高层钢结构施工技术[J].施工技术,2006,35(12):78-81.
[4]王宏,欧阳超,陈韬,中央电视台新台址CCTV主楼钢结构施工技术[J].施工技术,2006,35(12):54-58.
[5]黄新伦,李建业.超高空钢结构安装的安全防护技术[J].建筑安全,2009,10:35-38.