建筑工程的钢结构安装施工技术探讨

引言：随着城市化进程的加快，高层和超高层建筑日益增多。钢结构以其独特的优势在高层建筑领域得到广泛应用。2022 年 3 月，住房和城乡建设部印发的 ⟨⟨μ⟩ 十四五” 建筑业发展规划》提出，到2025 年装配式建筑面积占新建建筑面积比例达到 30% 以上，钢结构建筑的比例进一步提高。钢结构建筑不仅可以缩短工期、减少环境污染，而且有利于建筑的可持续发展。但钢结构施工对技术要求高，如何确保钢结构工程的施工质量和安全，是每个建设者必须面对的课题。

1 工程概况

文章以某市新建的商务办公综合楼为研究对象，该工程位于市中心黄金地段，建筑面积 12.6 万平方米，地上40 层，建筑总高178.4 米。主体结构采用钢混组合结构体系，外框为型钢柱，内筒为钢筋混凝土核心筒，梁柱节点采用高强螺栓连接。该项目钢结构用量 1.25 万吨，构件尺寸大，吊装难度高，对测量放样、施工组织和质量控制提出了严峻挑战。

2 施工准备

2.1 施工测量放样

钢结构工程施工测量是保证钢结构安装就位精度的重要手段，是钢结构施工的灵魂。该工程测量团队由项目总工程师牵头，配备了经验丰富的测量工程师和一整套先进的测绘仪器设备。施工前，利用全站仪和GPS 技术对场地进行控制测量，建立施工测量控制网，并结合BIM 模型数据在结构底板上精确标定各构件的安装位置和标高。同时引进三维激光扫描技术，对预埋件、地脚螺栓等关键部位进行高精度复核。在测量过程中严格执行了测量规范要求，确保每一个测点偏差控制在 3mm 以内。

2.2 材料与设备准备

钢结构工程施工的另一项重要准备工作是材料与设备的准备。该项目钢结构主要采用Q345B、Q345C、Q390 等高强度钢材，对钢材的规格、尺寸、力学性能、焊接性能等都有严格要求。项目部与供应商签订了长期战略合作协议，实行供应商准入制度，从源头上控制钢材质量。所有进场钢材均要求出厂合格证和第三方检测报告，确保批次可追溯。针对吊装难度大的大型构件，提前与厂家沟通，优化设计加工方案，采用工厂预制，现场拼装的方式，在确保施工精度的同时，最大限度降低了高空作业量[1]。吊装设备方面，根据现场条件和吊装工况，配置了1250 吨履带式起重机、80 吨汽车吊、200 吨液压提升装置等大型设备。同时针对构件的不同特点定制了多种吊装吊具和临时支撑装置，并委托专业机构进行了安全校核。

2.3 施工方案优化

科学合理的施工组织设计是确保钢结构工程顺利实施的关键。该工程钢结构专项施工方案由项目技术负责人组织编制，充分考虑了工程规模、场地条件、机械配置、技术难点等因素。针对工期紧、难度大的特点，方案采取流水施工、平行作业的方式，将施工过程划分为制作、运输、安装三个阶段，各阶段穿插进行，实现了工厂加工与现场安装的无缝衔接。在起吊顺序上，先从建筑内部开始，由中间向两侧对称进行;待核心筒钢柱施工完毕后，再完成外框柱的安装。在构件堆放方面，优先选择工程地块，缩短运输距离，并按照安装顺序分区堆放，减少二次倒运。

3 钢结构安装施工技术

3.1 锚栓预埋

钢结构安装的第一道工序是锚栓预埋，其施工质量直接关系到钢柱就位的精度和稳定性。该工程采用的锚栓主要为 4.8 级 M30 埋置式化学锚栓，全部采用工厂预制成套，运至现场后采用“ 十字交叉法” 进行安装定位。基础混凝土浇筑前，采用专用型钢制作的定位框架固定锚栓，拉线控制垂直度，保证锚板水平;混凝土浇筑时，严格控制振捣时间和力度，防止锚栓位移。待基础混凝土强度达到设计要求后，用无线经纬仪配合全站仪复核锚栓偏位数据，当偏位超过 3mm 时及时进行校正[2]。针对后浇带区域无法一次成型的锚栓，采取二次灌浆法补强，并在设计锚固长度的基础上适当延长。

3.2 钢柱吊装

钢柱是钢结构的主要受力构件，其吊装质量对结构整体性能具有决定性影响。该工程钢柱分为内筒十字柱和外框箱型柱两种，最大柱截面尺寸达 1200mm×800mm×30mm ，单件重量超过25t。吊装前，根据柱段的长细比，合理选择吊点位置，并采用“ 顶部对称吊” 的方式，降低垂直度偏差。为避免吊装过程中产生碰撞，采用多机抬吊与顶推相结合的堆场分区存放法，合理划分堆放区、待吊区和安装区。吊装采用500t 履带吊与塔吊配合作业，履带吊负责构件的水平转运和起吊，塔吊进行高空散装和定位。内筒十字柱采取分层逐步往上的方式，外框柱则按角柱、边柱、腰柱的次序依次就位。柱就位后，用经纬仪配合钢尺、线坠检查柱的垂直度和轴线位置，当偏差超过5mm 时采用顶斧、千斤顶等工具进行调整，直至符合要求。

3.3 钢梁安装

钢梁是钢结构中重要的水平受力构件，起到传递荷载和连接柱的作用。该工程共计安装各类型钢梁 4000 余根，最大梁长达 18m 。钢梁安装严格执行"高空散装、分片吊装、预留调整"的施工原则。在工厂加工阶段，在梁端头焊接定位吊环，临时固定必要的加劲肋，并预留10mm 左右的安装余量。起吊前，在地面或安装层进行预拼装，确保构件的规格、尺寸和螺栓孔位置满足设计要求。高空散装时，每片钢梁采用两点吊装，严禁野蛮施工造成构件变形。对于洞口、阳台等特殊部位，制作专用吊装胎架，确保受力均匀，防止梁发生扭曲。梁吊装就位后，在高强螺栓达到 70% 的初步紧固状态下，利用经纬仪、水准仪、钢卷尺等工具复核梁的标高和垂直度，标高偏差超过± 3mm、垂直度偏差超过5mm 时采用垫板或顶丝进行校正。

3.4 节点连接施工

钢结构节点连接是保证结构整体性、发挥协同工作能力的关键。该项目采用了高强度螺栓和焊接两种连接方式。梁柱节点普遍采用高强度螺栓连接，螺栓等级主要为 10.9S 级，在连接前用“ 望、摸、敲、量” 的方法严格检查外观质量，淘汰缺陷螺栓，保证批号一致。螺栓孔对准后，先采用大扭矩电动扳手进行初拧，达到设计扭矩的 70% ，然后采用轻载预紧法或扭矩系数法进行终拧。对于无法采用高强螺栓连接或构件现场加工导致无法对孔的部位，采用焊接连接方式，焊接等级不低于二级。焊前检查坡口和表面质量，清理油污、锈蚀和杂物，采用 CO2 气体保护焊连续施焊，焊接电流控制在 100～200A 。焊后采用超声波探伤仪进行无损检测，不合格焊缝及时处理。同时加强焊工技能培训，推行焊工持证上岗制度，确保一次性焊接合格率[3]。该工程共完成高强螺栓连接1.5 万多个，一次终拧合格率 96%; 焊缝抽检全部一次性合格。

4 焊接质量控制

4.1 焊工资质要求

钢结构工程焊接质量的稳定性很大程度上取决于焊工的技能水平。该工程所有承担焊接任务的特种作业人员均需取得国家建设行政主管部门颁发的《特种作业操作证》，其中手工电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊等主要工艺的焊工必须具备高级技师以上资格，且从事焊接工作3 年以上。针对工程所采用的Q345 系列钢材，组织焊工进行强化培训，重点学习钢材的焊接工艺特性、常见缺陷类型和质量控制要点。培训结束后，由项目技术负责人、质检员、监理工程师联合组织理论考试和现场操作考核，综合评定成绩，对于不合格人员限期整改，经复核合格后方可上岗[4]。同时建立焊工台账，详细记录每位焊工的身份信息、培训情况、考核结果等，实行动态管理，杜绝无证焊工和不合格焊工进入施工现场。通过严格的资质管理，为焊接质量控制奠定良好的技能基础。

4.2 焊接工艺选择

焊接工艺的优化选择是提高焊接效率、保证焊缝质量的重要手段。该工程钢结构采用 Q345B、Q345C、Q390 等钢号材料，厚度在 20～40mm ，主要承担柱、梁等受力构件，因此焊接方法主要采用熔化极气体保护焊和手工电弧焊。针对全熔透焊缝，采用埋弧自动焊打底，手工电弧焊盖面的分层多遍焊工艺;对于厚度大于 25mm 的钢板，采用坡口角度 60^∘ 的 V 型坡口或 X 型坡口，以改善焊接熔合条件。实施焊接施工时，严格控制焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参数，电流控制在 90\~150A，电压控制在 20\~25V，焊接线能量控制在 14\~25kJ/cm。对于箱型截面构件，采取平焊、横焊、仰焊等焊接位置，纵向焊缝采用弧焊，环向焊缝采用埋弧焊。通过合理的工艺设计，在满足承载力要求的同时，最大限度地提高了焊接自动化水平，有效降低了焊工劳动强度。

4.3 焊缝质量检测

焊缝质量检验是判断焊接工程是否满足设计和规范要求的重要依据。该工程严格执行焊缝质量“ 三检制” ，即焊前检查、焊中检查和焊后检查。焊前重点检查焊条烘焙情况、焊丝外观和焊剂成分，确保批次符合要求;焊中采取巡视检查，重点关注焊工操作是否规范、层间温度和预热温度是否满足要求、焊接参数是否符合规定;焊后24 小时内采用外观检查和无损探伤相结合的方法进行成品质量检验[5]。外观检查重点关注焊缝表面是否存在裂纹、焊瘤、电弧擦伤等缺陷，以及焊缝的余高、焊脚尺寸、波纹外形是否符合要求。对于一、二级焊缝，采用超声波探伤和射线探伤;对于三级焊缝，可采用染色渗透探伤或磁粉探伤。该工程共完成焊缝外观检查1.2 万余条，一次验收合格率 98% ;无损探伤检测2000 余条，一次检测合格率95‰ 。对于检出的不合格焊缝，及时进行修补或返工，经复验合格后，方可进入下道工序，从而为钢结构工程的安全和耐久性提供可靠保障。

5 安全与环保措施

5.1 高空作业防护

钢结构工程施工必然涉及大量的高空作业，做好高空防护是确保施工安全的头等大事。该工程严格落实“ 高挂、早挂、双挂” 的安全防护理念，在基础施工阶段即完成附着式升降脚手架的搭设，架体设计荷载不小于 2.5kN/m2 。在钢柱吊装过程中，在柱外侧设置带防护栏的操作平台，作业人员全部佩戴安全帽、安全带，高挂安全绳，做到防坠落、防砸伤、防触电“ 三防” 。针对 10m 以上高空临边作业，设置 1.2m 高的硬质防护栏，严禁攀爬、外挑和跨越防护栏作业。在防护设施验收合格后，由专人进行日常巡查和维护，及时消除安全隐患。全员签订《高处作业安全承诺书》，确保安全责任落实到人。在全体参建人员的共同努力下，该工程未发生一起高处坠落事故。

5.2 起重吊装管理

起重吊装是钢结构施工的关键环节，直接关系到构件和人员的安全。该工程吊装设备由500t 履带吊和80t 塔吊组成，均委托有资质的第三方专业机构进行定期检测和维修保养，确保设备的安全状态。特种设备操作人员必须持证上岗，吊装作业严格执行"十不吊"规定，重点做好起吊前、吊装中、落地后三个环节的安全确认。吊装索具采用合格品，严禁带损使用，动态载荷不超过额定载荷的 25‰ 。吊装方案须由技术负责人审核、施工单位和监理单位会签后方可实施。吊装作业时，采用专用的无线通讯设备进行指挥，划定警戒区域，严禁无关人员进入。塔吊基础处每天安排专人巡视，发现地基下陷、倾斜等情况立即停止作业。通过科学管理，该工程起重吊装作业实现零事故、零伤亡。

6 结语

钢结构建筑施工是一项复杂的系统工程，涉及测量放样、吊装、焊接、螺栓连接等多个专业。只有严格按照施工方案组织实施，严把质量安全关，才能确保钢结构工程的顺利完成。本文通过对某高层办公大楼钢结构施工的全过程分析，总结了一些行之有效的施工技术措施，如科学制定施工方案、加强测量放样精度控制、合理选用吊装设备、优化节点连接做法、强化焊接质量检验等。随着钢结构建筑的不断发展，建设者还需要与时俱进，不断优化完善施工工艺，提升项目管理水平，为推动绿色建筑、智慧建造贡献力量。

参考文献：

[1]崔士翔.高层建筑工程中钢结构的安装施工技术要点探讨[J/OL].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术,2023(8):67-70.

[2]马颖菲,王洪旗,符炼.浅谈建筑工程施工中钢结构安装的技术探讨和质量控制[J/OL].中国科技期刊数据库工业 C,2015(04):18-18.

[3]王昱昊.建筑工程施工中钢结构安装的技术探讨和质量控制研析讨论[J].2021

[4]孙燕利,王冬雪,李冠铭.高层建筑工程中钢结构的安装施工技术探讨[J].数码精品世界,2023(5):121.

[5]冯均才.超高层商业办公建筑钢结构安装施工技术探讨[J].四川水泥,2023,(08):134-136.