多层与高层钢柱吊装安装：装配式建筑构件吊装技术

建筑钢结构的安装，必须按照建筑物的平面形状、结构形式、安装机械的数量和位置等，合理划分安装施工流水区段。

（1）施工流水段的划分和安装顺序图表的编制

① 流水段划分原则及安装顺序。

平面流水段的划分应考虑钢结构在安装过程中的对称性和整体稳定性。其安装顺序一般应由中央向四周扩展，以利焊接误差的减少和消除。钢结构吊装按划分的区域，平行顺序同时进行。当一片区吊装完毕后，即进行测量、校正、高强度螺栓初拧等工序，待几个片区安装完毕后，对整体再进行测量、校正、高强度螺栓终拧、焊接。焊后复测完，接着进行下一节钢柱的吊装。柱与柱的接头宜设在弯矩较小位置或梁柱节点位置，同时要照顾到施工方便。每层楼的柱接头宜布置在同一高度，便于统一构件规格，减少构件型号。

立面流水以一节钢柱（各节所含层数不一）为单元。每个单元以主梁或钢支撑、带状桁架安装成框架为原则；其次是次梁、楼板及非结构构件的安装。塔式起重机的提升、顶升与锚固，均应满足组成框架的需要。多层与高层钢结构吊装一般需划分吊装作业区域，柱长度一般1～2 层楼高为一节，也可3～4 层为一节，视起重机性能而定。当采用塔身起重机进行吊装时，以1～2 层楼高为宜；对4～5 层框架结构，采用履带式起重机进行吊装时，柱长可采用一节到顶的方案。图4-17 为高层钢结构安装工程安装顺序举例图。

② 安装顺序表的编制和要求。

多层或高层建筑钢结构安装前，应根据安装流水段和构件安装顺序，编制构件安装顺序表。表中应注明每一构件的节点型号、连接件的规格数量、高强度螺栓规格、栓焊数量及焊接量、焊接形式等。构件从成品检验、运输、现场核对、安装、校正到安装后的质量检查及在地面进行构件组拼扩大安装单元时都使用该图表。

图4-17　高层钢结构柱、主梁吊装安装顺序

1、2、3……——钢柱吊装安装顺序；（1）（2）（3）……——钢梁吊装安装顺序

（2）钢柱的吊装

① 吊点设置。

吊点位置及吊点数，根据钢柱形状、断面、长度、起重机性能等具体情况确定。多层与高层钢结构框架柱，由于长细比较大，吊装时必须合理选择吊点位置和吊装方法，必要时应对吊点进行吊装应力和抗裂度验算。一般情况下，钢柱弹性和刚性都很好，吊点采用一点正吊。吊点设置在柱顶处，柱身竖直，吊点通过柱重心位置，易于起吊、对线、校正。对于柱长14～20 m 的长柱则应采用两点绑扎起吊，应尽量避免采用多点绑扎，以防止在吊装过程中构件受力不均而产生裂缝或断裂。

② 耳板设置。

当柱与柱焊接时，为了保证施工时能抗弯和便于校正上下翼缘的错位，需预先在柱端上安装耳板作临时的固定。为了保证吊装时索具安全，吊装钢柱时，应设置吊耳，吊耳应基本通过钢柱重心的铅垂线，吊耳设置如图4-18 所示。对于H 型钢柱，耳板应焊接在翼缘两侧的边缘上，以提高稳定性和便于施焊。考虑阵风和其他施工荷载的影响，耳板用厚度不小于10 mm 的普通钢板做成；对于工字形柱，耳板设置于柱翼缘两侧，以便发挥较大作用对于方管柱的耳板仅设置一个方向，这对工地焊接比较方便。

耳板在节点焊接完后应割除磨平。

图4-18　吊耳的设置

③ 起吊方法。

多层与高层钢结构工程中，钢柱一般采用单机起吊，对于特殊或超重的构件，也可采取双机抬吊，如图4-19 所示。

双机抬吊应注意的事项：

A. 尽量选用同类型起重机；

B. 根据起重机能载分配；

C. 各起重机的荷载不宜超过其相应起重能力的90%；

D. 在操作过程中，要可相配合动作协调，如采用铁扁担起吊，尽量使铁扁担保持平衡，倾斜角度小，以防一台起重机失重而使另一台起重机超载，造成安全事故；

图4-19　钢柱起吊示意

1—吊耳；2—垫木

E. 信号指挥，分指挥必须听从总指挥

钢柱起吊前，应从柱底板向上500～1 000 mm 处，划一水平线，以便安装固定前后作复查平面标高基准用。

钢柱吊装施工中为了防止钢柱根部在起吊过程中变形，钢柱吊装一般采用双机抬吊，主机吊在钢柱上部，辅机吊在钢柱根部，待柱子根部离地一定距离（约2 m 左右）后，辅机停止起钩，主机继续起钩和回转，直至把柱子吊直后，将辅机松钩。

钢柱安装属于竖向垂直吊装，为使吊起的钢柱保持下垂，便于就位，需根据钢柱的种类和高度确定绑扎点。具有牛腿的钢柱，绑扎点应靠牛腿下部，无牛腿的钢柱按其高度比例，绑扎点设在钢柱全长2/3 的上方位置处，防止钢柱边缘的锐利棱角，在吊装时损伤吊绳，应用适宜规格的钢管割开一条缝，套在棱角吊绳处，或用方形木条垫护。注意绑扎牢固，并易拆除。钢柱柱脚套入地脚螺栓，防止其损伤螺纹，应用铁皮卷成筒套到螺栓上，钢柱就位后，取去套筒。

为避免吊起的钢柱自由摆动，应在柱底上部用麻绳绑好，作为牵制溜绳的调整方向。吊装前的准备工作就绪后，首先进行试吊，吊起一端高度为100～200 mm 时应停止吊装，检查索具牢固和吊车稳定板位于安装基础时，可指挥吊车缓慢下降，当柱底距离基础位置40～100 mm 时，调整柱底与基础两基准线达到准确位置，指挥吊车下降就位，并拧紧全部基础螺栓螺母临时将柱子加固，达到安全方可摘除吊钩。

如果进行多排钢柱安装，可继续按此做法吊装其余所有的柱子。钢柱吊装调整与就位如图4-20 所示。起吊时钢柱必须垂直，尽量做到回转扶直，根部不拖。起吊回转过程中应注意避免同其他已经吊装好的构件相碰撞，吊索应有一定的有效高度。

图4-20　钢柱吊装就位示意

A—溜绳绑扎位置

（3）钢柱的固定

① 第一节钢柱是安装在柱基上的，多为插入式基础杯口，吊装和固定方法与单层工业厂房柱相同。钢柱安装前应将登高爬梯和挂篮等挂设在钢柱预定位置并绑扎牢固，起吊就位后临时固定地脚螺栓，校正垂直度。

② 上下柱与柱连接。在高层钢结构中，钢框架一般采用工字形、H 形柱或箱形截面柱，一般柱子从上到下是贯通的。柱与柱连接是把预制柱段（为了便于制造和安装，减少柱的拼接连接节点数目，一般情况下，柱的安装单元以2～4 个楼层高度为一根，特大或特重的柱，其安装单元应根据起重、运输、吊装等机械设备的能力来确定）在工地垂直对接。柱与柱的拼接连接节点，理想的情况应是设置在内力较小的位置。但是，在现场从施工的难易和提高安装效率方面考虑通常柱的拼接连接节点设置在距楼板顶面大约1.1～1.3 m 的位置处。

当为H 型钢，可用高强度螺栓连接也可以采用焊缝连接，或高强度螺栓与焊接共同使用的混合连接，如图4-21 所示。

图4-21　H 形框架柱安装拼接节点及坡口形式示意

如为箱形截面，应采用完全焊透的V 形坡口焊缝，如图4-22 所示。

图4-22　上柱与下柱连接构造

坡口电焊连接应先做好准备（包括焊条烘焙，坡口检查，设电弧引入、引出板和钢垫板并点焊固定，清除焊接坡口、周边的防锈漆和杂物，焊接口预热）。柱与柱的对接焊接采用二人同时对称焊接，柱与梁的焊接亦应在柱的两侧对称同时焊接，以减少焊接变形和残余应力。

对于厚板的坡口焊，打底层多用直径4 mm 焊条焊接，中间层可用直径5 mm 或6 mm 焊条，盖面层多用直径5 mm 焊条。三层应连续施焊，每一层焊完后及时清理。盖面层焊缝搭坡口两边各2 mm，焊缝余高不超过对接焊件中较薄钢板厚的1/10，但也不应大于3.2 mm。焊后，当气温低于0°以下，用石棉布保温使焊缝缓慢冷却，焊缝质量检验均按二级检验。

当钢柱需要改变截面时，一般应尽可能地保持截面高度不变，而采用改变翼缘厚度（或板件厚度）的办法。若需改变柱截面高度时，一般常将变截面段设于梁与柱连接节点，使柱在层间保持等截面。这样，柱外带悬臂梁段的不规则连接在工厂完成以保证制作和安装质量。变截面段的坡度，一般可在1∶4～1∶6 的范围内采用，通常取1∶5 或1∶6。图4-23 是箱形变截面柱的接头形式举例。

图4-23　变截面柱与柱的连接

③ 钢柱安装到位，对准轴线，必须等地脚螺栓固定后才能松开吊索。

④ 重型柱或较长柱的临时固定，在柱与柱之间需加设水平管式支撑或设缆风绳。多层框架长柱，由于阳光照射的温差对垂直度有影响，使柱产生弯曲变形，因此，在校正中须采取适当措施。例如，可在无强烈阳光（阴天、早晨、晚间）进行校正；同一轴线上的柱可选择第一根柱在无温差影响下校正，其余柱均以此柱为标准；柱校正时预留偏差。

（4）钢柱校正

钢柱校正主要做三件工作：柱基标高调整，柱基轴线调整，柱身垂直度校正。

① 第一节柱的校正。

A. 柱基标高调整。

放上钢柱后，利用柱底板下的螺母（如图4-24 所示）或标高调整块控制钢柱的标高[因为有些钢柱过重，螺栓和螺母无法承受其重量，故柱底板下需加设标高调整块（钢板）调整标高]，精度可达到±1 mm 以内。柱底板下预留的空隙，可以用高强度、微膨胀、无收缩砂浆以捻浆法填实。当使用螺母作为调整柱底板标高时，应对地脚螺栓的强度和刚度进行计算。

图4-24　柱基标高调整示意

1—地脚螺栓；2—止退螺母；3—紧固螺母；4—螺母垫板；5—柱子底板；6—调整螺母

B. 第一节柱底铀线调整。

在起重机不松钩的情况下，将柱底板上的四个点与钢柱的控制轴线对齐，缓慢降落至设计标高位置。如果这四个点与钢柱的控制轴线有微小偏差，可借线。

C. 第一节柱身垂直度校正。

采用缆风绳校正方法或用两台呈90°的经纬仪找垂直。在校正过程中，不断微调柱底板下螺母，直至校正完毕，将柱底板上面的两个螺母拧上，缆风绳松开不受力，柱身呈自由状态，再用经纬仪复核，如有微小偏差，再重复上述过程，直至无误，将上螺母拧紧。地脚螺栓上螺母一般用双螺母，可在螺母拧紧后，将螺母与螺杆焊实。(www.xing528.com)

② 上下节柱的校正。

A. 上下两节柱的柱轴线调整。

为使上下柱不出现错口，尽量做到上下柱中心线重合。如有偏差，钢柱中心线偏差调整每次3 mm 以内，如偏差过大，分2～3 次调整。注意每一节钢柱的定位轴线决不允许使用下一节钢柱的定位轴线，应从地面控制线引至高空，以保证每节钢柱安装正确无误，避免产生过大的积累误差。上节钢柱安装就位后，按照先调整标高，再调整位移，最后调整垂直度的顺序校正。

B. 柱顶标高调整和其他节框架钢柱标高控制。

柱顶标高调整和其他节框架钢柱标高控制可以用两种方法：一是按相对标高安装，建筑物标高的累积偏差不得大于各节柱制作允许偏差的总和；另一种是按设计标高安装，按设计标高安装时，应以每节柱为单位进行柱标高的调整工作，将每节柱接头焊缝的收缩变形和在荷载作用下的压缩变形值，加到制作长度中去。通常情况下采用相对标高安装、设计标高复核的方法，将每节柱的标高控制在同一水平面上（在柱顶设置水平仪测控）。钢柱吊装就位后，合上连接板，用大六角高强度螺栓固定连接上下钢柱的连接耳板，但不能拧得太紧，通过起重机起吊，撬棍可微调上下柱间间隙。量取上柱柱根标高线与下柱柱头标高线之间的距离，符合要求后在上下耳板间隙中打入钢楔子，点焊限制钢柱下落，考虑到焊缝及压缩变形，标高偏差调整至4 mm 以内。正常情况下，标高偏差调整至±0.000。若钢柱制造误差超过5 mm，则应分次调整，不宜一次调整到位。

C. 扭转调整。

钢柱的扭转偏差是在制造与安装过程中产生的，可在上柱和下柱耳板的不同侧面夹入一定厚度的垫板加以调整，然后微微夹紧柱头临时接头的连接板。钢柱的扭转每次只能调整3 mm，若偏差过大只能分次调整。塔式起重机至此可松钩。

D. 上下两节钢柱垂直度校正。

钢柱垂直度校正的重点是对钢柱有关尺寸预检，即对影响钢柱垂直度因素的预先控制。如梁与柱一般焊缝收缩值小于2 mm；柱与柱焊缝收缩值一般在3.5 mm。

为确保钢结构整体安装质量精度，在每层都要选择一个标准框架结构体（或剪力筒），依次向外发展安装。安装标准化框架的原则：指建筑物核心部分，几根标准柱能组成不可变的框架结构，便于其他柱安装及流水段的划分。

标准柱的垂直度校正：采用两台经纬仪对钢柱及钢梁安装跟踪观测，钢柱垂直度校正可分两步。

第一步，采用无缆风绳校正。在钢柱偏斜方向的一侧打人钢楔子或顶升千斤顶，在保证单节柱垂直度不超标的前提下，将柱顶偏轴线位移校正至±0.000，然后拧紧上下柱临时接头的大六角高强度螺栓至额定扭矩。注意临时连接耳板的螺栓孔应比螺栓直径大4 mm，利用螺栓孔扩大足够余量调节钢柱制作误差－1～＋5 mm，螺栓孔扩大后能有够的余量将钢柱校正准确

第二步，将标准框架体的梁安装上。先安装上层梁，再安装中、下层梁，安装过程会对柱垂直度有影响，可采用钢丝绳缆索（只适宜跨内柱）、千斤顶、钢楔子和手拉葫芦进行（如图4-25 所示），其他框架柱依标准框架体向四周发展，其做法与上同。在安装柱与柱之间的主梁构件时，应对柱的垂直度进行监测，除监测一根梁两端柱子的垂直度变化外，还应监测相邻各柱因梁连接而产生的垂直度变化。可采用4 台经纬仪对相应钢柱进行跟踪观测。若钢柱垂直度不超标，只记录下数据；若钢柱垂直度超标，应复核构件制作误差及轴线放样误差，针对不同情况进行处理。

图4-25　钢柱的校正方法

1—钢柱；2—钢梁；3—1 000 kN 液压千斤顶；4—钢楔子；5—20 kN 倒链；6—钢丝绳

③ 柱子校正时的注意事项。

A. 对每根柱子需重复多次校正和观测垂直偏差值，先在起重机脱钩后电焊前进行初校，由于电焊后钢筋接头冷却收缩会使柱偏移，电焊完后应再做二次校正，梁、板安装后需再次校正。对数层一节的长柱，在每层梁安装前后均需校正，以免产生误差累积，校正方法同单层工业厂房柱。

B. 当下节柱经最后校正后，偏差在允许范围以内时便不再进行调整。在这种情况下吊装上节柱时，中心线如果根据标准中心线，则在柱子接头处的钢筋往往对不齐，若按照下节柱的中心线则会产生积累误差。一般解决的方法是：上节柱的底部在柱就位时，可对准下节柱中心线和标准中心线的中点各借一半，如图4-26 所示；而上节柱的顶部，在校正时仍应根据标准中心线为准，以此类推。

在柱校正过程中，当垂直度和水平位移均有偏差时，如垂直度偏差较大，则应先校正垂直度，然后校正水平位移，以减少柱倾覆的可能性。柱的垂直度偏差容许值为H/1000（H 为柱高），且不大于15 mm。水平位移容许偏差值应控制在±5 mm 以内。上、下柱接口中心线位移不得超过3 mm。

图4-26　上下节柱校正时中心线偏差调整简图

（5）框架钢梁的安装与校正。

① 吊装前对梁的型号、长度、截面尺寸和牛腿位置、标高进行中心线偏差调整简图检查。装上安全扶手和扶手绳（就位后拴在两端柱上）；钢梁安装采用两点起吊。安装前，根据规定装好扶手杆和扶手绳。钢梁吊装宜采用专用卡具，而且必须保证钢梁在起吊后为水平状态。主梁采用专用卡具，卡具放在钢梁端部500 mm 的两侧，如图4-27（a）所示。

框架梁安装原则上是一根一吊，次梁和小梁可采用多头吊索一次吊装数根，如图4-27（b）所示，以充分发挥吊车起重能力。梁间距离应考虑操作安全。水平桁架的安装基本同框架梁，但吊点位置选择应根据桁架的形状而定，须保证起吊后平直，便于安装连接。

图4-27　钢梁吊装示意

节柱一般有2 层、3 层或4 层梁，原则上竖向构件由上向下逐件安装，由于上部和周边都处于自由状态，易于安装且保证质量。

一般在钢结构安装实际操作中，同一列柱的钢梁从中间跨开始对称地向两端扩展安装，同一跨钢梁，先安装上层梁再安装中下层梁。

② 在安装和校正柱与柱之间的主梁时，会使柱与柱之间的轴线尺寸发生变化。可先把柱子撑开，测量必须跟踪校正，预留偏差值，预留出节点焊接收缩量，柱产生的内力在焊接完毕焊缝收缩后也就消失了。梁校正完毕，用高强螺栓临时固定，再进行柱校正，紧固连接高强螺栓，焊接柱节点和梁节点，进行超声波检验。

③ 主梁与钢柱的连接一般上、下翼缘用坡口电焊连接，而腹板用高强螺栓连接。次梁与主梁的连接基本上是在腹板处用高强螺栓连接，少量再在上、下缘处用坡口电焊连接，如图4-28 所示。

柱与柱节点和梁与柱节点的焊接应互相协调，一般可以先焊接顶部柱梁节点，再焊接底部柱梁节点，最后焊接中间部分的柱梁节点。柱与主梁翼板柱的节点可以先焊，也可以后焊。

对整个框架而言，柱梁刚性接头焊接顺序应从整个结构的中间开始，先形成框架，然后再纵向继续施焊。同时梁应采取间隔焊接固定的方法，避免两端同时焊接，而使梁中产生过大的温度收缩应力。柱与梁接头钢筋焊接，全部采用V 形缺口焊，也应采用分层轮流施焊，以减少焊接应力。

图4-28　柱与梁的连接构造

④ 各层次梁根据实际施工情况，确定吊装顺序，一层一层安装完成。同一根梁两端的水平度，允许偏差（L/1 000）；最大不超过10 mm；如果钢梁水平度超标，主要原因是连接板位置或螺栓位置有误差，可采取更换连接板或塞焊原孔重新制孔处理。次梁可三层串吊安装，与主梁表面允许偏差为±2 mm。

⑤ 当一节钢框架吊装完毕，即需对已吊装的柱、梁进行误差检查和校正。对于控制柱网的基准柱用线锤或激光仪观测，其他柱根据基准柱用钢卷尺量测。安装连接螺栓时严禁在情况不明的情况下任意扩孔，连接板必须平整。一节柱的各层梁安装校正后，应立即安装本节柱范围内的各层楼梯，并铺好各层楼面的压型钢板，进行叠合楼板施工。每一流水段的全部构件安装、焊接、拴接完成并验收合格后，方可进行下一流水段钢结构的安装工作。

（6）剪力墙板的安装

装配式剪力墙板安装在钢柱和楼层框架梁之间，剪力墙板有钢制墙板和钢筋混凝土墙板两种。安装方法多采用下述两种。

① 先安装好框架，然后再装墙板。进行墙板安装时，先用索具吊到就位部位附近临时搁置，然后调换索具，在分离器两侧同时下放对称索具绑扎墙板，再起吊安装到位。此法安装效率不高，临时搁置尚须采取一定的措施，如图4-29 所示。

图4-29　剪力墙板吊装方法（一）

1—墙板；2—吊点；3—吊索

② 先同上部框架梁组合，然后再安装。剪力墙板是四周与钢柱和框架梁用螺栓连接，再用焊接固定的，安装前在地面先将墙板与上部框架梁组合，然后一并安装，定位后再连接其他部位。组合安装效率高，是个较合理的安装方法，如图4-30 所示。

图4-30　剪力墙板吊装方法（二）

1—墙板；2—框架梁；3—钢柱；4—安装螺栓；5—吊索；6—框架梁与墙板连接处（在地面先组合成一体）；7—墙板安装时与钢柱连接部位

剪力支撑安装部位与剪力墙板吻合，安装时也应采用剪力墙板的安装方法，尽量组合后再进行安装。