劉文昊

江西省檢驗檢測認(rèn)證總院鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架檢驗檢測院 江西 撫州 344000

引言

工程施工控制是工程建設(shè)中的核心關(guān)鍵，這一管理任務(wù)的精細(xì)化、覆蓋面程度直接決定了最終的投入成本和經(jīng)濟效益。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑作為目前較為常見的一種建筑工程項目，但受到多方面因素的影響，實際施工過程中存在諸多技術(shù)問題的情況。不僅如此，現(xiàn)行的施工控制模式在建筑工程全過程施工控制中的應(yīng)用并不明確。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑工業(yè)化程度已經(jīng)達到了一定程度，可以借助預(yù)制完成相應(yīng)的內(nèi)容，將全過程施工控制融入其中，可以讓經(jīng)濟效益得到進一步提高。

1 工程案例

鋼材作為一種高強度、自重輕的材料，此外，鋼材的其他性能也讓其更適合高層建筑這種特殊性質(zhì)的建筑項目。最為關(guān)鍵的是，鋼結(jié)構(gòu)的耐熱性較強，對于焊接、再制造等工程項目而言，非常合適。所有材料會回收，符合國家可持續(xù)發(fā)展的要求。為了更好地分析鋼結(jié)構(gòu)高層建筑工程施工控制，以某高層建筑為實際案例，總建筑面積32173m2，新增建設(shè)投資29700萬元，總占地面積388000m2。工程全過程施工控制工作可以讓資源利用最大化，取得良好的投資效益，但如何確保全過程施工控制工作的有效性，是現(xiàn)階段的重點。全過程施工控制貫穿整個項目，需要進行多次工程設(shè)計，工作人員要深入工程之中不斷接近實際工程造價，對工程進行核算。

2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)分析

鋼結(jié)構(gòu)施工是高層建筑施工過程中最為主要的結(jié)構(gòu)類型，在提高施工效率、施工質(zhì)量上效果突出。對于鋼結(jié)構(gòu)而言最為關(guān)鍵的是，焊接和吊裝，這兩個環(huán)節(jié)直接關(guān)系到最終的施工效果和建筑質(zhì)量。

2.1 焊接技術(shù)分析

焊接工作開展前，需要針對鋼材料本身進行判斷，選擇合適的焊接方法，并且對鋼材表面進行處理，確保焊接面符合焊接要求。對于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)而言，焊接管工作要先從整體結(jié)構(gòu)入手，然后對節(jié)點進行焊接，最終完成全面焊接。焊接過程中，以架梁、鋼板支托為主，自下而上地完成焊接。焊接結(jié)束后，需要對焊縫進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)焊縫存在的缺陷，避免裂紋出現(xiàn)。根據(jù)前文分析可知，焊接設(shè)備的選擇非常關(guān)鍵，不僅需要選擇安全性較高、性能較高的焊接設(shè)備，同時還需要科學(xué)地確定焊接施工方式，以此從根本上保證焊接質(zhì)量。目前，二氧化碳保護焊施工技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，施工成本較低，焊接質(zhì)量較高。從實際應(yīng)用情況來看，在焊接前需要先對焊縫進行清理，根據(jù)不同的鋼結(jié)構(gòu)情況選擇不同的焊接順序。在焊接平面鋼結(jié)構(gòu)的過程中，從內(nèi)向外擴散焊接，立體鋼結(jié)構(gòu)則要從上到下進行焊接，最后完成壓型鋼板支托。焊接完成后要展開相應(yīng)的檢查，確認(rèn)沒有問題后，再開展后續(xù)的工作。需要注意的是，在焊接過程中可能會出現(xiàn)變形、裂紋、焊瘤等諸多問題，這就需要施工人員在焊接前展開系統(tǒng)檢查，最大限度避免上述問題的出現(xiàn)。從變形問題角度來看，需要落實預(yù)變形技術(shù)，包括構(gòu)件加固法、反變形法，可以根據(jù)不同鋼結(jié)構(gòu)元件選擇合適的預(yù)變形處理技術(shù)。中小鋼結(jié)構(gòu)可采用構(gòu)件加固法，中長型鋼結(jié)構(gòu)則可以采用反變形法?；蛘呖梢圆捎寐窕∽詣雍腹に嚕尯附有实玫教岣?，這需要得到重視。

2.2 吊裝技術(shù)分析

從目前來看，螺栓預(yù)埋技術(shù)在確定鋼柱位置、提高鋼柱吊梁精確度等方面效果突出，但需要明確基礎(chǔ)軸線的具體位置和標(biāo)高基準(zhǔn)點，誤差處理工作也需要得到穩(wěn)定有序落實。比如：在前文施工案例中，施工人員在吊裝前針對具體的軸線位置和標(biāo)高基準(zhǔn)點進行了兩次測量，將標(biāo)高誤差和軸線誤差分別控制在5mm和2mm以內(nèi)。吊裝正式開始前針對高層建筑的平面、立體形狀，對吊裝分區(qū)和吊裝順序展開了全面的基礎(chǔ)，配合BIM技術(shù)模擬仿真分析吊裝流程，根據(jù)具體的吊裝區(qū)域展開相應(yīng)的施工區(qū)域劃分。在該施工案例中一共分為了四個區(qū)域，并且對四個塔吊的位置進行了定位，確保吊裝工作能夠由內(nèi)向外、由低到高展開吊裝工作?？紤]到在該施工工程中涉及豎向立體吊裝施工和平面吊裝施工，先對下層框架梁進行吊裝施工，然后對中層和上層框架梁進行吊裝，并且借助無人機等信息化設(shè)備實現(xiàn)了實時監(jiān)控，讓整個吊裝施工可以順利完成。在進行平面吊裝過程中，則沿著核心筒展開，確保整體吊裝工作可以順利完成。

2.3 綜合分析

除了上述幾個方面之外，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)實際應(yīng)用過程中，必須要對前期準(zhǔn)備工作提高重視，施工人員、設(shè)計人員都需要掌握施工原則、施工思想、施工流程、施工注意事項等內(nèi)容。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中需要應(yīng)用到先進的吊裝設(shè)備，吊裝技術(shù)的選擇也非常關(guān)鍵，需要在正式施工前，對吊裝設(shè)備、吊裝技術(shù)進行反復(fù)確認(rèn)，通過系統(tǒng)的檢查、評估工作確保吊裝環(huán)節(jié)沒有任何問題，并且對可能存在的風(fēng)險設(shè)計相應(yīng)的應(yīng)急措施。

3 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系節(jié)點設(shè)計技術(shù)分析

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中連接質(zhì)量的控制非常關(guān)鍵，因此需要結(jié)合可視情況對體系梁柱節(jié)點進行科學(xué)合理的設(shè)計以明確連接節(jié)點的基本特征，分析具體的連接方式同時針對其中存在的問題展開綜合性分析，以此最大限度確保連接效果，讓建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，確保建筑施工安全。

3.1 節(jié)點設(shè)計分析

從高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的過往施工案例來看，剛性連接節(jié)點、半剛性連接節(jié)點、鉸鏈連接節(jié)點都是較為常見的連接方式，綜合具體應(yīng)用效果來看，剛性連接節(jié)點應(yīng)用頻率最高，相比較另外兩種連接方式來看，剛性連接節(jié)點耐受力更強，不僅受力性能突出，風(fēng)荷載、地震位移等方面的抵抗效果優(yōu)勢突出。鉸鏈連接節(jié)點AI抗荷載、受力等方面的效果并不突出，雖然施工流程簡單，但對建筑本身以及建筑所在區(qū)域的情況有著一定的要求，半剛性連接節(jié)點也是如此，在實際連接過程中焊接、剛強度螺栓、高強度螺栓等都是目前主要的連接方式，其中高強度螺栓和剛強度螺栓混合連接的方式效果突出，能夠?qū)煞N連接方式的優(yōu)點最大化。在連接過程中要根據(jù)板件厚度情況展開綜合分析，以此最大限度確保連接強度。在選擇具體的鋼結(jié)構(gòu)體系梁柱連接階段方式的過程中，要對螺栓強度、剛度、耐久性進行綜合性分析，最大限度確保連接工作順利完成，避免對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成負(fù)面影響。從高層建筑角度來看，焊接是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，那么鋼結(jié)構(gòu)的承載力也會受到影響，輕則影響施工經(jīng)濟效益，重則影響到生命財產(chǎn)安全。需要注意的是，高層建筑施工難度較大，混合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)較為復(fù)雜，操作不當(dāng)可能會影響到鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因此，大部分情況以高強度螺栓或全焊型螺栓為主，具體的連接設(shè)計根據(jù)板材厚度進行確定[1]。

3.2 節(jié)點要素分析

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，成本問題和安全問題十分關(guān)鍵，材料選型、焊接問題、連接節(jié)點是其中主要問題。鋼結(jié)構(gòu)材料、連接節(jié)點材料都需要具備良好的耐腐蝕、抗銹蝕性能，以此確保高層建筑的后續(xù)應(yīng)用壽命。從根本上規(guī)避安全隱患。另外，在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，材料的防火性、耐火性也要得到系統(tǒng)的控制，必須要確保材料符合鋼結(jié)構(gòu)的實際需求。焊接工作為鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的主要內(nèi)容，會對最終的質(zhì)量造成負(fù)面影響，如：夾渣、氣孔等問題，鋼結(jié)構(gòu)的承載力會隨之下降。大部分情況下，施工人員會采用無損檢測技術(shù)判斷焊縫焊接情況，及時發(fā)現(xiàn)其中可能存在的隱患問題。連接節(jié)點設(shè)計要和鋼結(jié)構(gòu)體系進行綜合分析，明確具體的結(jié)構(gòu)體系內(nèi)容，確保連接節(jié)點設(shè)計貼合鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力，讓鋼結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力的傳遞始終保持在直接、連續(xù)狀態(tài)下。在連接節(jié)點設(shè)計中需要對順序進行科學(xué)的控制，避免因為順序被破壞，導(dǎo)致整體出現(xiàn)不利影響[2]。

3.3 節(jié)點數(shù)據(jù)分析

由上可知，鋼結(jié)構(gòu)體系內(nèi)梁柱節(jié)點非常關(guān)鍵，加強對抗震性能分析、受力性能分析是現(xiàn)階段重點。在實際施工過程中可以采用SAP2000軟件進行結(jié)構(gòu)分析，借助有限元模型，了解鋼結(jié)構(gòu)體系情況，確保梁柱節(jié)點應(yīng)滿足規(guī)范化施工發(fā)展需求。以某建筑工程項目為例，采用的是工字鋼梁柱節(jié)點的功能方式，采用了半剛性節(jié)點這一施工方式，為了科學(xué)地計算結(jié)構(gòu)體系本身的受力性能，從工字鋼梁柱節(jié)點的彎矩－轉(zhuǎn)角曲線進行分析，明確彎曲剛度修正系數(shù)，綜合判斷工字鋼梁柱節(jié)點本身的質(zhì)量，確保連接節(jié)點滿足高層建筑的實際需求。在對抗震性進行分析的過程中，可以應(yīng)用ABAQUS有限元模型，對比分析梁柱節(jié)點的骨架曲線以及鋼筋應(yīng)力情況，通過模擬分析判斷建筑本身的效果[3]。從實際分析結(jié)果來看，節(jié)點承載性能、剛度、延性等方面都有著一定的變化，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)可以更好地判斷柱結(jié)構(gòu)情況，明確梁柱節(jié)點的抗震效果。但計算結(jié)果和實際數(shù)值之間會存在一定的誤差，因此需要采取確保材料本身的均勻性、施工工序必須要得到控制，以此降低誤差，讓鋼結(jié)構(gòu)施工得到穩(wěn)定落實，降低誤差。在實際計算分析基礎(chǔ)上，可以對節(jié)點展開進一步優(yōu)化，提高節(jié)點承載能力。以鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑梁柱節(jié)點抗震性能為例，通過模擬仿真分析后，圍繞著強節(jié)點、弱桿件的抗震原則，根據(jù)具體的力學(xué)性能指標(biāo)，最終通過提高柱壁厚度的方式來提高節(jié)點初始剛度、承載力和耗能能力，以此可以有效避免節(jié)點柱出現(xiàn)彎曲破壞問題。根據(jù)實際的計算分析，擋板厚度應(yīng)大于柱壁厚度。想要確保節(jié)點同時具有較優(yōu)的延性和耗能，需要確保曲板厚度大于柱壁厚度。傳力板也是如此，如果厚度過薄，可能會影響到節(jié)點的延性和耗能。在實際設(shè)計過程中需要展開綜合性的參數(shù)計算，以此根據(jù)具體的參數(shù)分析結(jié)果提出切實可行的節(jié)點設(shè)計方法。在進行節(jié)點設(shè)計的過程中，需要對節(jié)點剛度、螺栓、擋板、曲板、傳力板進行科學(xué)設(shè)計，根據(jù)具體的模型研究結(jié)果提出切實可行的節(jié)點設(shè)計方案。公式（1-4）分別為擋板、曲板的高度、厚度以及傳力板的參數(shù)計算。其中hd、hq、Hz、hdt、hzt、hqt、het分別為曲板高度、擋板高度、柱截面寬度、擋板厚度、柱壁厚度、曲板厚度、傳力板厚度，所有單位均為mm。表1為幾個節(jié)點試件力學(xué)性能指標(biāo)，從具體數(shù)據(jù)情況來看，節(jié)點柱軸壓比取值應(yīng)≤0.2，軸壓比確定后，再根據(jù)具體的柱壁厚度確定其他構(gòu)件的厚度[4]。

表1 節(jié)點試件力學(xué)性能指標(biāo)

4 結(jié)束語

綜上所述，在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，焊接和吊裝工藝至關(guān)重要，需要結(jié)合具體的施工項目展開綜合性分析，以此才能夠確保建筑工程本身的施工質(zhì)量，落實科學(xué)系統(tǒng)的控制，明確具體的吊裝順序、焊接順序，強化工序之間的銜接性，確保施工操作的準(zhǔn)確性，以提高施工質(zhì)量。節(jié)點方面的設(shè)計也非常關(guān)鍵，必須要得到重視。