李潤章

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

基于我國城市的發(fā)展現(xiàn)狀，各種高層、超高層建筑物數(shù)量持續(xù)增多。其與普通建筑物相比，在同樣的占地面積下可提供更大的室內(nèi)建筑面積，滿足了城市集約用地要求。結(jié)合我國超高層建筑修建現(xiàn)狀來看，鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用越來越多，其主要優(yōu)勢在于輕質(zhì)高強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝施工效率高、質(zhì)量可控性好、可反復(fù)回收利用等。文章主要圍繞超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)展開詳細(xì)分析。

1 超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展概述

隨著我國城市的發(fā)展，超高層建筑逐漸增多，一方面實(shí)現(xiàn)了城市用地的高效利用；另一方面，充分展現(xiàn)了現(xiàn)代建筑施工技術(shù)、材料的發(fā)展，尤其是我國鋼材產(chǎn)量持續(xù)增加，鋼結(jié)構(gòu)的制造、安裝工藝日趨成熟，憑借其優(yōu)越的抗震、抗風(fēng)性能與標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化施工技術(shù)得到了大范圍的推廣應(yīng)用。文章具體列舉了我國近年來興建的高度超過400m的超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑如表1所示。其中大多數(shù)為城市的重要名片，不僅能為人們提供多元化、綜合性的服務(wù)，還是一道亮麗的風(fēng)景。

表1 超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑

目前，隨著超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的不斷發(fā)展，在滿足基本結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)，開始追求更具美感的造型，相應(yīng)的各種傾斜、彎曲結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)，給實(shí)際安裝施工帶來了較大的挑戰(zhàn)，對此文章主要圍繞超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)展開詳細(xì)分析，切實(shí)保證結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量與精度滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，整個(gè)建筑物后期運(yùn)行安全可靠。

2 超高層鋼結(jié)構(gòu)的組成及其安裝施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 超高層鋼結(jié)構(gòu)的組成

從超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑實(shí)際情況分析可知，其多采用鋼框架與地面、混凝土核心筒固接，并設(shè)多道加強(qiáng)層桁架；框架柱主要是通過連系梁與核心筒連接，設(shè)鋼筋桁架板，由此構(gòu)成水平結(jié)構(gòu)層，超高層鋼結(jié)構(gòu)的組成示意圖如圖1所示。

圖1 超高層鋼結(jié)構(gòu)組成示意圖

（1）外框柱。①鋼管混凝土柱：普通的混凝土柱無法滿足超高層建筑承載力要求，鋼管混凝土柱結(jié)合了鋼材、混凝土材料的優(yōu)勢，自重小、吊裝施工便利，施工速度快。②斜撐與斜交網(wǎng)格：隨著建筑高度的持續(xù)增加，傳統(tǒng)垂直梁柱無法滿足結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力要求，立面斜撐由此產(chǎn)生，通過斜交網(wǎng)格同時(shí)承受水平、豎向荷載，結(jié)構(gòu)性能方面更具優(yōu)勢。

（2）連系梁。①核心筒外鋼梁：多采用工字鋼，與核心筒鉸接或剛接，與外框柱剛接。②核心筒內(nèi)鋼梁：使用較少，吊裝難度大，工序煩瑣。

（3）水平加強(qiáng)層桁架。此構(gòu)件安裝目的在于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，通常占據(jù)2～3個(gè)結(jié)構(gòu)層，外框架周圍設(shè)環(huán)帶桁架，且核心筒與外框架間設(shè)伸臂桁架，具體結(jié)構(gòu)型式如表2所示。

表2 水平加強(qiáng)層桁架結(jié)構(gòu)型式

2.2 超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工要點(diǎn)

超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工相對便捷，鋼構(gòu)件在加工廠已經(jīng)完成制作，運(yùn)輸至現(xiàn)場后使用吊裝機(jī)械按照施工圖將不同的構(gòu)件吊裝到位即可。結(jié)合超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析可知，由于項(xiàng)目體量大、高度高，安裝作業(yè)中必須制訂專項(xiàng)施工方案，精心組織作業(yè)，保證安裝精度達(dá)標(biāo)、連接牢固，具體安裝施工要點(diǎn)分析如下。

（1）施工機(jī)械選擇。在進(jìn)行超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工時(shí)，施工機(jī)械的選擇十分關(guān)鍵，鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)場卸貨、堆放、搬運(yùn)、安裝等，均要由吊裝機(jī)械設(shè)備完成。對此，超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工前，必須做好現(xiàn)場實(shí)地考察，綜合分析項(xiàng)目情況、場地大小以及最大構(gòu)件尺寸、重量等因素，合理開展吊裝設(shè)備的選型工作。

（2）主要構(gòu)件分析統(tǒng)計(jì)。超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝構(gòu)件包括預(yù)埋件、鋼柱、柱間支撐、樓層梁、轉(zhuǎn)換桁架等，主要存在構(gòu)件種類多、數(shù)量大的問題，且不同構(gòu)件的尺寸、重量存在較大差異，這也就對吊裝設(shè)備、方法等提出了不同的要求。對此，施工現(xiàn)場必須科學(xué)組織作業(yè)，制訂合理的安裝方案，對主要構(gòu)件規(guī)格、類型以及使用部位等進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，保證現(xiàn)場安裝效率、質(zhì)量。

（3）鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工方法。超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方法眾多，不同施工方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，可適用于不同規(guī)格、部位的鋼構(gòu)件安裝作業(yè)。①高空散裝法：小拼單元、散件在設(shè)計(jì)位置總拼，整個(gè)工藝流程相對復(fù)雜，一般無須使用大型起重設(shè)備。②分條（塊）安裝法：地面拼裝后吊裝至高空，對各單元上、下弦桿、腹桿等進(jìn)行連接，高空作業(yè)量較小。③高空滑移法：通過滑軌的方式進(jìn)行條狀單元拼接。④整體吊裝法：地面總拼后吊裝就位，拼裝質(zhì)量高、施工速度快。⑤整體提升法：地面整體拼裝后，利用起重設(shè)備提升至設(shè)計(jì)位置，效率高、工期短。

上述幾種吊裝施工方法適用范圍各有不同，具體可歸納如表3所示。鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，需嚴(yán)格根據(jù)項(xiàng)目情況，綜合考慮進(jìn)度、質(zhì)量、安全等因素，合理選擇吊裝方法，同時(shí)注意落實(shí)吊點(diǎn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算工作，保證整個(gè)施工過程安全可靠。

表3 不同吊裝方法適用范圍

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

現(xiàn)以某超高層建筑工程項(xiàng)目為例展開分析，此項(xiàng)目主要由塔樓、裙樓鋼結(jié)構(gòu)組成，塔樓高度為350m，鋼結(jié)構(gòu)總量為3萬t，采用框架核心筒鋼混結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外部分別為型鋼混凝土核心筒與鋼骨柱、外框梁，整體鋼結(jié)構(gòu)安裝工程量大，部分重要構(gòu)件必須合理優(yōu)化安裝工藝，保證鋼結(jié)構(gòu)安裝精確、焊接牢固，整體質(zhì)量可靠。

3.2 塔樓結(jié)構(gòu)組成

該項(xiàng)目塔樓結(jié)構(gòu)組成包括核心筒、外框鋼柱、桁架以及塔冠結(jié)構(gòu)，具體如表4所示。

表4 塔樓結(jié)構(gòu)組成情況

3.3 鋼結(jié)構(gòu)工程難點(diǎn)分析

（1）鋼板墻施工方面。該項(xiàng)目鋼板墻施工主要存在的難點(diǎn)有以下兩點(diǎn)：①地下核心筒內(nèi)暗柱少，柱間距大，較難進(jìn)行鋼板剪力墻分段，安裝難度大；②鋼板自身平面外無約束，穩(wěn)定性差，焊接難度較大。為保證鋼板墻結(jié)構(gòu)順利安裝，必須制訂專項(xiàng)施工方案，做好與設(shè)計(jì)單位、加工廠的溝通工作，合理確定分段部位，并做好相關(guān)加固工作；鋼板剪力墻整體安裝完成后方可焊接，嚴(yán)格按規(guī)范工藝操作，保證焊接質(zhì)量可靠。

（2）大型構(gòu)件安裝方面。該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中，鋼柱的截面十分大，每延米的重量達(dá)到6t，鋼結(jié)構(gòu)與土建穿插作業(yè)采用塔式起重機(jī)進(jìn)行吊裝，施工難點(diǎn)主要在于提高起重機(jī)施工效率方面。經(jīng)綜合分析，在進(jìn)行大型構(gòu)件施工時(shí)必須合理分段、分節(jié)，最大限度地利用起重機(jī)資源；鋼柱、鋼板剪力墻吊裝做好預(yù)拼裝工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、調(diào)整運(yùn)輸與堆放中產(chǎn)生的誤差，同時(shí)鋼板墻一側(cè)增設(shè)臨時(shí)加勁肋，防止起吊時(shí)產(chǎn)生變形問題，安裝完成后拆除加勁肋。現(xiàn)場施工時(shí)，由專人負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)塔式起重機(jī)的使用時(shí)間，兼顧土建、鋼結(jié)構(gòu)各項(xiàng)作業(yè)。

（3）焊接變形控制方面。該項(xiàng)目厚鋼板、高空焊接量大，在焊縫質(zhì)量控制方面要求較高?，F(xiàn)場作業(yè)中，所有的鋼柱分段制作、分節(jié)安裝，高空進(jìn)行焊接時(shí)嚴(yán)禁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形；鋼梁剛接節(jié)點(diǎn)、剪力墻拼接采用全熔透焊縫，焊接量大、焊材耗用量大，且施工環(huán)境相對較為復(fù)雜，必須做好焊接質(zhì)量控制。對此，應(yīng)協(xié)調(diào)好焊接、吊裝順序，合理選擇焊接工藝，盡可能地減少焊接內(nèi)力；焊縫位置增設(shè)反變形措施，分段焊、對稱焊、焊縫預(yù)熱后做好保溫，防止焊接變形；厚鋼板在現(xiàn)場落實(shí)樣板焊接，并送至試驗(yàn)室檢驗(yàn)合格后方可現(xiàn)場作業(yè)。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）塔式起重機(jī)選型。該項(xiàng)目6層以下、以上施工分別采用不同的塔式起重機(jī)，具體選擇方案如下：①6層以下南、北各設(shè)1臺(tái)起重機(jī)，分別為D1250-80型、S1200-M64型，臂長分別為80m、60m；②6層及以上選用2臺(tái)LH800-63動(dòng)臂塔式起重機(jī)。

（2）鋼結(jié)構(gòu)分段計(jì)劃。該項(xiàng)目鋼柱、鋼板墻分段計(jì)劃如下：①鋼柱分段。-4層至2層，4個(gè)角鋼柱分為8節(jié)（最重為31t），中間柱分為6節(jié)；2層至15層，2層為1節(jié)（最重為15t）；16層以上，3層為1節(jié)（最重為15t）。②鋼板墻分段、分塊，如圖2所示。最重鋼柱（附帶鋼板墻）為17.7t。

圖2 鋼板墻分段、分塊示意圖

（3）鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝。該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)安裝具體情況如下：①地腳錨栓安裝。使用槽鋼、角鋼制作地腳錨栓支架，并使用塔機(jī)將其安裝到位，連接每組支架，并對柱腳底部進(jìn)行灌漿處理。②鋼板剪力墻安裝。鋼板墻每層分為東、西兩部分，南北塔機(jī)同時(shí)安裝，西南、西北鋼板墻分別由中間向外順時(shí)針、逆時(shí)針安裝；東南、東北鋼板墻分別由中間向外逆時(shí)針、順時(shí)針安裝。③鋼柱安裝。外框鋼柱由角點(diǎn)朝著兩側(cè)對稱安裝，吊裝就位后校正、焊接。④鋼梁安裝。鋼梁在地面穿完端頭連接板后，綁扎吊繩、起吊，吊至設(shè)計(jì)位置后臨時(shí)固定，矯正后更換高強(qiáng)螺栓固定。⑤核心筒鋼柱鋼梁安裝。依次吊裝鋼柱、鋼梁后，綁扎核心筒鋼筋、澆筑混凝土。⑥桁架安裝。懸挑桁架在地面拼裝然后采用兩點(diǎn)吊裝，環(huán)桁架依次安裝下弦桿、腹桿、上弦桿。

在所有鋼結(jié)構(gòu)安裝中，必須落實(shí)焊接質(zhì)量控制工作，尤其是厚板焊接時(shí)，焊縫層間溫度應(yīng)為100～120℃，一次性焊萬接頭，嚴(yán)禁出現(xiàn)層狀撕裂問題，必要時(shí)選用超低氫型焊條，保證所有構(gòu)件焊接牢固。此外，該項(xiàng)目全面落實(shí)了各項(xiàng)安全防護(hù)措施，包括水平通道、梁下水平兜網(wǎng)、安全繩等，切實(shí)保證鋼構(gòu)件安裝施工安全。

4 結(jié)束語

綜上所述，超高層建筑施工中，鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用越來越多，鋼材彈塑性較好，在抗震性能方面具有顯著優(yōu)勢。同時(shí)由于采取加工廠集中制作模式，現(xiàn)場施工以吊裝、焊接為主，施工速度較快、無污染，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。在工程實(shí)踐中，為保證鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)高效、高質(zhì)量完成，必須根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況合理選擇吊裝機(jī)械設(shè)備、吊裝與焊接方法，保證所有構(gòu)件精確就位、固定牢固，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)安全可靠。