高层建筑钢结构施工过程中的变形控制与精度保障

引言

随着城市化进程的不断加快，高层建筑已成为城市建筑的主流形态，而钢结构以其独特的优势在高层建筑中占据着重要地位。钢结构具有强度高、韧性好的特点，能够承受较大的荷载，同时自重较轻，可有效降低建筑基础的负担，并且钢结构构件多为工厂预制，现场安装便捷，能显著提高施工效率。

一、高层建筑钢结构施工变形产生的原因

1.1 材料因素

钢材的性能是影响钢结构变形的重要内在因素。不同牌号的钢材在力学性能上存在差异，如屈服强度、弹性模量等。若选用的钢材性能不稳定，在受力过程中就容易产生较大的变形。部分钢材的塑性较差，在承受较大荷载时可能发生脆性破坏，进而导致结构变形。钢材的残余应力也是引发变形的重要原因。在钢材轧制、切割、焊接等加工过程中，由于温度变化不均匀，会在钢材内部产生残余应力。

1.2 施工工艺因素

焊接是高层建筑钢结构施工中的关键工序，焊接工艺不当极易导致结构变形。焊接时，高温会让焊缝及周边金属受热膨胀，冷却后又发生收缩，这种热胀冷缩的不均衡变化会产生焊接应力，进而造成结构变形。若焊接顺序不合理、焊接参数选择不当，比如焊接电流过大、焊接速度过慢等，会加剧焊接应力的产生，使得变形程度增加。吊装工艺对钢结构变形也有较大影响。在吊装过程中，若吊点设置不合理，会使构件在吊装时受力不均匀，产生弯曲或扭转变形。

1.3 环境因素

环境影响因素中最影响高层建筑钢结构变形的就是温度的变化。钢材的线膨缩系数较大，当外界环境温度变化时，钢结构会因此产生伸缩变形。对于高层建筑的施工来说，结构高度较高，各楼层、各部位的温度存在较大差异，这种温度差异会使结构产生不均匀的伸缩变形，进而产生弯曲、扭转等变形。其次，风力的变化也是不容忽视的环境影响因素。对于在建高层建筑钢结构的施工来说，此时结构尚未形成结构体系，结构的抗风能力较差。较大的风力会对钢结构产生水平的推力作用，导致结构产生侧向变形。当在台风等强风天气影响下，风力的作用会使结构产生较大的振动和变形，甚至引发施工危险。

二、高层建筑钢结构施工变形控制措施

2.1 设计优化

设计阶段应考虑钢结构施工过程中容易产生的变形，通过合理的设计来防止结构变形。合理地选择结构体系，选用受力合理、变形能力较强的体系。例如，选择高层建筑钢结构时，可选用框架 - 剪力墙钢结构体系，这种体系具有较强的结构整体刚度，能够抵消一部分由水平荷载产生的结构变形。合理布局结构的构件与节点。构件布置时应使结构所受的内力比较均匀，避免出现局部的应力集中现象。节点设计应保证连接的可靠性，避免出现节点位置的变形过大。在设计阶段需合理安排相应的变形余量，可以有计划地弥补施工过程中可能会产生的变形。可以通过有限元等技术方法对钢结构的施工过程进行模拟，预测钢结构在不同施工阶段所产生的变形状况，依据模拟结果及时优化设计、提前做好相应的预防措施。

2.2 施工工艺改进

合适的焊接工艺是把控焊接变形的关键手段。通过焊接顺序设计、对称焊接、分段焊接等方式，能在焊接过程中控制变形量，减轻焊接应力的产生。对于结构件这类大型构件，采用从中间往两端焊接的方法，可让焊接时的热量保持平衡，从而减少变形程度。同时，调整焊接参数，对焊接电流、电压、速度等进行把控，保证焊接的稳定，减少焊接中的缺陷及变形量。吊装工艺中，需要合理地布置吊点，合理地确定吊装吊点的位置，以满足构件在吊装施工过程中的稳定受力需求。在吊装过程中缓慢起吊，减小构件在吊装过程中的摆动，对吊装过程进行严密的控制，及时调整吊装的姿态，避免结构产生变形。安装过程中及时进行构件的位置和姿态的固定，保证构件的临时安装的固定，可以利用临时的支撑、缆风绳等，对构件的位置进行控制，待结构形成受力体系后再拆除临时的固定的设施。

2.3 监测技术应用

在高层建筑钢结构施工中，应构建钢结构变形监控体系，及时对钢结构的变形数据进行监测，为变形控制提供依据。运用全站仪、水准仪、测斜仪对结构的位移、沉降、倾斜等变形参数展开定期监控，将监测点设置在结构的各个关键部位（如柱顶、梁端、节点等），使监测数据基本涵盖结构的变形。基于BIM（建筑信息模型）的变形监测技术是目前一项较先进的技术。通过搭建出钢结构的BIM 模型，并与监测数据建立联系，通过BIM 技术对结构变形进行可视化管理。可以有效对比实际监测变形与设计预期变形之间的差异情况，及时采取措施进行调整，同时通过利用 BIM 技术对施工过程进行模拟，能提前预测出钢结构在后期的施工阶段变形情况，从而为前期采取控制措施提供了根据。

三、高层建筑钢结构施工精度保障策略

3.1 构件加工精度控制

构件的制作精度是保证钢结构工程施工精度的基础，在工厂加工过程中严格按照设计图样以及规范的要求加工，控制构件的尺寸偏差、形状偏差等。对于一些关键构件，比如钢柱、钢梁等采用高精度的加工设备进行加工，如数控切割机床、数控焊接机器人，提升构件的加工精度。加大对构件加工的质量检验，对于构件的每道工序完成后都要进行严格的检验，合格之后才能进入下一道工序。检验内容包括构件的长度、宽度、高度、垂直度、平整度等尺寸参数，焊缝质量等。对于不符合要求的构件应及时进行返修或者报废，不要将不合格构件运到施工场地。

3.2 安装精度控制

钢结构安装应制定安装方案，明确钢结构构件的安装顺序、位置精度要求等，安装前对基础轴线、标高进行复测，检查基础的精度达到安装的精度要求。大型构件的安装，可以采用预拼装方法，在工厂或现场进行预拼装，检查构件的节点连接精度和整体尺寸偏差，及时消除存在问题。安装中应利用高精度测量仪器，进行测量校正，如高精度全站仪来定位测量，以保证构件的安装位置精确无误。对安装中存在的安装偏差要认真纠偏，切忌偏差积累，对连接节点的安装精度，应严加控制，以保证节点的质量和节点的刚度要求。

3.3 施工管理强化

进一步加强施工管理，是保证钢结构施工精度的基本途径。要进一步完善质量管理体系，细化各级部门及人员的质量责任，强化施工过程控制。要在施工前对施工人员做好技术交底和技术培训，让施工人员认真熟悉施工工艺及精度要求，掌握相关操作技术；要切实加强施工机具及测量仪器的管理，定期校正或维修机具、仪器的误差，确保其正常发挥性能、精确测控；要做好施工记录，将构件加工、安装、监测等数据的准确记录，为保证工程质量，可追溯提供依据。

结论

高层建筑钢结构施工的变形控制与精度保障对工程质量和安全至关重要。变形由材料、施工工艺、环境等因素引发，可通过设计优化、改进施工工艺、应用监测技术控制。保障精度需控制构件加工精度、安装精度及强化施工管理。实际施工中，要结合工程具体情况，综合运用各类方法技术，不断探索创新，提升控制与保障能力，以确保结构安全稳定，推动行业健康发展。

参考文献

[1] 高峰 . 超高层建筑钢结构施工的关键技术体系探究 [J]. 建材发展导向 ，2025，23（09）：76-78.DOI：10.16673/j.cnki.jcfzdx.2025.0386.

[2] 贺卜 ， 程庚 ， 陈剑 ， 等 . 超高层建筑钢结构施工关键技术及措施分析 [J].中国建筑装饰装修 ，2024，（07）：163-165.