李 虎

陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710032

隨著城市化快速建設(shè)、城市人口急劇增加，同時(shí)受土地集約、環(huán)境保護(hù)等因素的限制，超高層建筑在全國(guó)各地拔地而起，成為目前城市建設(shè)的主體。鋼材料作為超高層建筑必不可少的重要施工材料，其施工技術(shù)直接影響超高層建筑施工的安全、進(jìn)度和質(zhì)量[1]。對(duì)此，文章以國(guó)內(nèi)某工程為實(shí)例，分析超高層建筑工程建設(shè)中可能遇到的施工難點(diǎn)，并探索其解決對(duì)策。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目基地內(nèi)有3座塔樓和1座裙樓。底座的中心是一個(gè)99層超高層辦公及酒店綜合樓（二期塔樓），基地西南側(cè)為47層辦公樓（一期塔樓），基地東側(cè)為35層辦公樓（三期）總建筑面積約686420m2（包括地上和地下），占地面積約315080m2。二期工程塔樓區(qū)域總面積約391120m2，包括二期工程塔樓、裙樓和地下室。

二期塔樓地上99層，地面主體結(jié)構(gòu)高度為440m，包括帶桁架的外部框架、核心管（鋼支架）和支腿桁架結(jié)構(gòu)，商業(yè)裙樓為地上6層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)，地下室共有3層，局部有層間，為整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。該工程鋼結(jié)構(gòu)主要分布在塔樓和裙樓中，鋼筋消耗量約73340t。裙樓的主要鋼結(jié)構(gòu)形式有混凝土梁柱內(nèi)鋼、鋼梁、鋼柱和桁架。塔樓主體鋼結(jié)構(gòu)為巨型鋼柱外框、核心筒內(nèi)鋼暗柱、核心筒內(nèi)暗梁、鋼板剪力墻、壓型鋼板、鋼框架梁柱、支腿桁架、轉(zhuǎn)換桁架、帶式桁架和支架。三期鋼結(jié)構(gòu)主要包括15層和30層的帶式桁架。二期塔樓共有6層桁架，分別位于15～17層、31～33層、47～49層、63～65層、79～81層和98～99層。該工程所用鋼材主要為Q235B、Q345B、Q345GJB、Q345GJC、Q390GJC。鋼結(jié)構(gòu)的最大厚度為130mm。

2 施工特點(diǎn)、難點(diǎn)及對(duì)策

2.1 塔樓高度高，形狀復(fù)雜，施工難度大

（1）該工程鋼結(jié)構(gòu)最大安裝高度為468m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。塔樓地面為不規(guī)則橢圓，外框柱面用兩組對(duì)稱圓弧定位。外框柱從5樓向外傾斜，從27層向98層內(nèi)傾斜。4～99層平面尺寸不斷變化，構(gòu)件的截面尺寸和厚度逐漸減小。在施工過(guò)程中，不能按簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)樓層進(jìn)行施工，測(cè)量和精度控制困難[2]。

（2）工程任務(wù)復(fù)雜，重量約7萬(wàn)t。圓管柱的最大橫截面直徑達(dá)到2800mm，最大儀表重量達(dá)到9.09t/m。節(jié)點(diǎn)最大重量為330t，分段后的單段為78t。在主樓鋼結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中，裙樓與地下室同時(shí)施工對(duì)主樓重件堆場(chǎng)及豎向運(yùn)輸影響較大、鋼結(jié)構(gòu)安裝施工組織難度大。

（3）施工對(duì)策。①根據(jù)塔樓鋼結(jié)構(gòu)的分布特點(diǎn)，提前做好各項(xiàng)施工準(zhǔn)備，編制方案，特別是專項(xiàng)測(cè)量方案，對(duì)各斜鋼柱、彎扭構(gòu)件、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量控制，采用鋼桁架，并采取精度控制措施，確保施工精度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求[3]。②根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理分段，現(xiàn)場(chǎng)施工選用大型起重設(shè)備，合理分析塔吊順序，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度滿足工期要求[4]。③堆場(chǎng)的設(shè)置應(yīng)滿足吊裝范圍和靠近塔式起重機(jī)道路運(yùn)輸?shù)囊?。?duì)于地上施工階段，由于缺乏現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地，考慮到構(gòu)件數(shù)量較多，選擇在塔架及施工道路上方設(shè)置堆場(chǎng)。北側(cè)設(shè)在一樓，南側(cè)設(shè)在平頂樓。對(duì)于83層以上的施工階段，為便于鋼構(gòu)件吊裝、滿足早期作業(yè)要求，在83層南側(cè)設(shè)置堆場(chǎng)。④對(duì)于復(fù)雜構(gòu)件的施工主要從構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和焊接三個(gè)方面進(jìn)行控制。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)需考慮的因素眾多

深化設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)施工的前提，深化設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接決定了工程建設(shè)的難度。

（1）工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)形式多樣，部分節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不完善（鋼結(jié)構(gòu)與土建、幕墻沖突）。

（2）深化設(shè)計(jì)單位的選擇。國(guó)內(nèi)具備此類超高層工程深化設(shè)計(jì)能力的單位并不多，不利于深化設(shè)計(jì)的發(fā)展。

（3）預(yù)防性解決措施。①施工前應(yīng)提前熟悉圖紙和模型，并盡早上報(bào)深化圖紙，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由項(xiàng)目部和技術(shù)部負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)安裝可行性審查，商務(wù)部負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和合同評(píng)審工作。②設(shè)計(jì)單位應(yīng)采用現(xiàn)有的深化設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)深化原則和設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行合理的深化，以便生產(chǎn)安裝。③技術(shù)深化合作單位應(yīng)提前選定2～3家，開(kāi)展工作應(yīng)提前進(jìn)行。④這個(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任務(wù)復(fù)雜，深化設(shè)計(jì)工作十分重要，在深化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有必要綜合考慮，為以后的施工打下良好的基礎(chǔ)，深化設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的因素如表1所示。

表1 深化設(shè)計(jì)需考慮的因素匯總表

2.3 美標(biāo)材料采購(gòu)周期長(zhǎng)

（1）該項(xiàng)目包含約4000t美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)材料。據(jù)了解，目前購(gòu)買美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)材料從訂購(gòu)到收貨大約需要140d，其中一些項(xiàng)目涉及的美標(biāo)材料目前市場(chǎng)上沒(méi)有庫(kù)存，需要提前預(yù)約采購(gòu)。但是，國(guó)外的規(guī)定是先付款后生產(chǎn)，這就給企業(yè)帶來(lái)了很大的項(xiàng)目進(jìn)度管理風(fēng)險(xiǎn)和資金壓力。

（2）解決對(duì)策。①根據(jù)圖紙單獨(dú)列出所需的美標(biāo)材料，結(jié)合施工進(jìn)度順序，提前深化設(shè)計(jì)美標(biāo)材料的局部結(jié)構(gòu)（考慮必要的原材料采購(gòu)、生產(chǎn)、運(yùn)輸周期），并向設(shè)計(jì)師匯報(bào)確認(rèn)美標(biāo)材料訂貨清單。對(duì)于無(wú)法采購(gòu)的材料，應(yīng)提前與設(shè)計(jì)單位溝通，采用國(guó)標(biāo)焊接鋼進(jìn)行更換。②美標(biāo)鋼和國(guó)標(biāo)鋼的焊接工藝應(yīng)事先進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定結(jié)果合格后方可進(jìn)行焊接。

2.4 結(jié)構(gòu)復(fù)雜且零部件制造難度大

（1）鋼構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛性板較多。圓管柱內(nèi)設(shè)有鋼管柱和“+”形剛性板，焊接接觸面多。箱形柱采用“+”型剛性板，最小截面尺寸為2000mm×2000mm，焊接空間狹窄，對(duì)大直徑厚壁圓管（最大截面尺寸為Φ2800mm×70mm）、方管構(gòu)件和鑄鋼構(gòu)件要求精度高。

（2）工程接縫復(fù)雜，數(shù)量多。復(fù)雜節(jié)理包括4個(gè)拼合節(jié)點(diǎn)和16個(gè)天圓地方轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)。典型的復(fù)雜部件如表2所示。

表2 典型復(fù)雜部件

（3）施工對(duì)策。①采用三維建模軟件模擬加工順序，制訂合理的加工方案和操作規(guī)程，充分考慮預(yù)拱、焊接收縮和變形。②采用數(shù)控平面鉆、三維數(shù)控鉆床等成孔設(shè)備。在預(yù)裝配過(guò)程中，采用先進(jìn)的設(shè)備和測(cè)量方法，進(jìn)行精確放線，保證構(gòu)件的精度。③應(yīng)有專人在工廠監(jiān)造，嚴(yán)格監(jiān)控零部件的生產(chǎn)過(guò)程，保證零部件的質(zhì)量和進(jìn)度，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況及時(shí)調(diào)整。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)施工精度控制難度大

（1）該工程鐵塔部分構(gòu)件重量大，工作面高度高，給現(xiàn)場(chǎng)安裝帶來(lái)不便。

（2）構(gòu)件截面大，板厚大，焊接后應(yīng)力減小，變形控制要求高。

（3）塔樓外框柱傾斜角度不同，彎扭柱雙向傾斜，對(duì)測(cè)控要求高。鋼結(jié)構(gòu)的變形和沉降對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度影響較大。

（4）施工對(duì)策。①在保證塔機(jī)安全運(yùn)行的前提下，應(yīng)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)體系和施工特點(diǎn)，對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行合理的分段，以保證施工安全和工期。②應(yīng)保留特厚鋼板進(jìn)行焊接，并采用預(yù)熱和保溫的方法降低殘余應(yīng)力，為了減小構(gòu)件超厚鋼板的焊接變形，應(yīng)采用合理的分段和焊接工藝。③嚴(yán)格控制平面和高程精度、監(jiān)測(cè)鋼柱控制結(jié)構(gòu)變形。④項(xiàng)目所在地夏季氣溫較高，溫度變形控制也是測(cè)量控制的一個(gè)重要方面。

2.6 超高空作業(yè)安全隱患多

（1）當(dāng)建筑物超過(guò)規(guī)定高度時(shí)，高空作業(yè)存在較多的安全隱患。

（2）外框柱為大截面鋼管柱，柱內(nèi)豎向加強(qiáng)板需現(xiàn)場(chǎng)焊接，以保證現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)良好。保證操作人員安全，不影響焊接質(zhì)量，是現(xiàn)場(chǎng)施工的一大難點(diǎn)。

（3）17層以下的塔樓和裙樓需要提前操作，上部鋼結(jié)構(gòu)的施工對(duì)其安全使用影響很大。

（4）施工對(duì)策。①制訂專項(xiàng)安全防護(hù)措施，深化施工安全防護(hù)措施。②加強(qiáng)高處作業(yè)安全監(jiān)督管理，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)較大的施工作業(yè)，增強(qiáng)安全巡查和安全施工旁站管理，及時(shí)處理隱患。③施工前合理布置鋼結(jié)構(gòu)堆場(chǎng)及安全防護(hù)措施，確保早期作業(yè)的安全。

2.7 多專業(yè)交叉綜合施工困難

（1）鋼結(jié)構(gòu)施工與其他主體施工在平面和立面同時(shí)進(jìn)行。受民用建筑頂層模板和鋼結(jié)構(gòu)特性等諸多因素的影響，鋼結(jié)構(gòu)建筑不能與其他專業(yè)在立面上分開(kāi)進(jìn)行，不可避免地導(dǎo)致工作面被共同占用，甚至?xí)艿脚c土木工程有關(guān)的工作的約束。

（2）施工對(duì)策。①鋼結(jié)構(gòu)施工部署應(yīng)根據(jù)總體施工部署進(jìn)行，并及時(shí)調(diào)整。②應(yīng)保持與其他專業(yè)的密切聯(lián)系，對(duì)于專業(yè)施工，應(yīng)派專人進(jìn)行聯(lián)系和溝通，制訂鋼結(jié)構(gòu)施工各階段的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃，使工序重疊合理，施工程序順暢。

3 結(jié)束語(yǔ)

超高層建筑能較好地滿足人們的現(xiàn)實(shí)居住需求，成為未來(lái)建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。鋼結(jié)構(gòu)施工對(duì)超高層建筑的建設(shè)水平有重要的影響，不僅豐富了建筑的結(jié)構(gòu)與功能，還全面提升了建筑的美感。相關(guān)研究人員需不斷總結(jié)、研究和創(chuàng)新超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)，積累寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，以便在未來(lái)更快、更好地進(jìn)行超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)，提升建筑行業(yè)整體發(fā)展水平。