1 項目概況

某超高層建筑，總建筑面積為162 460 m2，其中，地上面積114 707 m2，地下面積47 753 m2，建筑高度199.6 m。 建筑物主塔樓地上45 層，地下4 層，塔樓結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，即“內(nèi)筒外框”。 鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量19 200 t，核心筒鋼結(jié)構(gòu)中，H 型鋼骨柱共15 根， 十字形鋼骨柱、H 形核心筒鋼結(jié)構(gòu)最大規(guī)格為H1 000 mm×450 mm×40 mm×30 mm。建筑等級設(shè)計為特級建筑，設(shè)計使用年限50 年，耐火等級一級。

2 超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)的常見形式

超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑項目中， 鋼結(jié)構(gòu)常見組合形式包括組合樓板、鋼柱和鋼梁、鋼板墻、桁架結(jié)構(gòu)。

1）建筑項目中，根據(jù)截面形式的差異可將鋼柱分為異型鋼柱和普通鋼柱兩種，十字形、箱形、H 形屬于普通鋼柱，日字形、田字形、其他復(fù)雜截面屬于異形鋼柱。 鋼梁具體指箱形鋼梁和H 形鋼梁。 鋼柱一般可以單獨應(yīng)用，但在超高層建筑中，業(yè)主方為確保結(jié)構(gòu)承載力與安全性， 往往會組合運用鋼柱和鋼梁，以便于和建筑內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用。

2）鋼板墻主要包括邊緣結(jié)構(gòu)與內(nèi)嵌鋼板結(jié)構(gòu)，通過魚尾板相互連接，可分為開動型、加勁型、組合型等類型，能夠增加超高層建筑內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的延性[1]。

3）超高層建筑中常用的組合樓板為鋼筋桁架樓承板、鋼板+混凝土樓板，其中，鋼板可分為閉口形、縮口形、開口形3種。

4）桁架結(jié)構(gòu)是超高層建筑中加強鋼結(jié)構(gòu)外筒、內(nèi)筒、外框的結(jié)構(gòu)，包括腰桁架和伸臂桁架，能夠消除建筑鋼結(jié)構(gòu)剪力滯后的問題。

上述超高層建筑項目中，主要鋼結(jié)構(gòu)形式為鋼板墻，截面形式包括H 形、箱形、十字形、圓形等，如圖1 所示。

圖1 超高層建筑鋼板墻結(jié)構(gòu)常見截面形式

3 超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

鋼結(jié)構(gòu)具有占地少、強度高、拆卸便捷、施工效率高的特點。 在上述超高層建筑項目中，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)能夠保證項目的綜合效益，滿足業(yè)主方對建筑物的基本要求，相較于混凝土剪力墻鋼筋結(jié)構(gòu)，其實用性較強。

在超高層建筑項目中采用鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)， 可以減輕建筑結(jié)構(gòu)自重，緩解地震產(chǎn)生的作用力，提高鋼結(jié)構(gòu)建筑的延展性，預(yù)防變形風(fēng)險，同時還可充分利用建筑空間控制建筑結(jié)構(gòu)所占面積。 據(jù)了解，對于30～40 層的超高層建筑物，結(jié)構(gòu)面積約為整體建筑面積的7%，鋼結(jié)構(gòu)所占面積約為3%，業(yè)主方可結(jié)合自身需求，利用、規(guī)劃建筑內(nèi)部空間，增強建筑空間布局的靈活性。 因此，業(yè)主方應(yīng)明確鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，將該技術(shù)落實在超高層建筑項目中， 打造高質(zhì)量的超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。

4 超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用要點

4.1 鋼梁安裝

根據(jù)業(yè)主需求，項目中鋼梁結(jié)構(gòu)包括鋼錨板、錨筋，材質(zhì)分別為Q345B、HRB335 級， 需要安裝在建筑鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒剪力墻上，并利用預(yù)埋件將內(nèi)筒、外框鋼梁連接，構(gòu)建整體鋼結(jié)構(gòu)。

1）鋼梁腹板、鋼梁預(yù)埋件用高強度螺栓連接后進(jìn)行焊接。預(yù)埋件安裝前，需要使用全站儀定位其位置，于模板封閉前在鋼筋上標(biāo)出；隨后清理完預(yù)埋件表面，定位測量其軸線、標(biāo)高，無誤后復(fù)測已布設(shè)的鋼筋，并與其固定；固定后復(fù)核、驗收，基本流程為測量定位→預(yù)埋件就位→定位及清理→固定[2]。

2）預(yù)埋件安裝后，按照超高層項目中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計安裝鋼梁。 鋼梁吊裝順序為先吊裝主框架，后吊裝次梁，鋼梁結(jié)構(gòu)就位后，有序地焊接鋼梁上層柱、節(jié)點、下層柱、節(jié)點、中部柱、節(jié)點。上層梁結(jié)構(gòu)焊接、安裝結(jié)束后，緊固高強螺栓、各梁柱節(jié)點。

4.2 核心筒安裝

該項目中，鋼核心筒內(nèi)設(shè)有20 根鋼骨柱，鋼骨柱包括十字形、H 形兩種， 最大規(guī)格為H1 000 mm×450 mm×40 mm×30 mm?；贕B 50755—2012《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》，鋼柱長度應(yīng)為樓層高度的2～3 倍， 鋼柱分節(jié)位置布設(shè)在梁頂標(biāo)高上方約1.2 m 處。

1）鋼核心筒內(nèi)鋼柱利用塔吊設(shè)備進(jìn)行安裝，塔吊回轉(zhuǎn)半徑為50 m 時，可吊裝約11 t 的物品，滿足超高層建筑鋼柱的吊裝要求。 需要注意的是，吊裝鋼柱前，還應(yīng)打磨處理鋼柱連接點的坡口，清潔后安裝、焊接后續(xù)鋼柱。

2）鋼柱、剪力墻共同構(gòu)成核心筒。 鋼柱吊裝結(jié)束后，應(yīng)在吊裝點安裝鋼柱，并用水平支撐鋼梁輔助鋼柱頂端的連接，固定、安裝結(jié)束后將其焊接。 隨后安裝鋼核心筒內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)，安裝方法是利用STT553-24 塔吊吊裝各構(gòu)件。施工過程中，業(yè)主方應(yīng)允許土建、鋼結(jié)構(gòu)施工活動中各工序相互穿插，以確保施工作業(yè)有序進(jìn)行[3]。

3）核心筒內(nèi)的鋼柱一般單獨布設(shè)，多數(shù)鋼柱截面尺寸較小，安裝時容易引起變形風(fēng)險。 為滿足業(yè)主對超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量要求，施工人員應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙嵤╀摻Y(jié)構(gòu)施工技術(shù)。鋼柱安裝時，應(yīng)提前用耳板、臨時水平支撐固定鋼柱，無誤后對鋼柱進(jìn)行連接、固定處理。

4.3 焊接施工

項目中包括鋼結(jié)構(gòu)高空焊接、現(xiàn)場拼裝焊接、鋼柱焊接等焊接作業(yè)，焊縫形式包括橫焊、平焊、角焊等。 由于該項目中的鋼板屬于中厚板，最大厚度為55 mm，整體焊接作業(yè)量較大，為預(yù)防焊接后的變形問題，應(yīng)根據(jù)鋼板材質(zhì)、實際厚度，制定鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝。 通過和設(shè)計方、施工方的分析，業(yè)主方要求使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接法、手工電弧焊接法，基本的焊接參數(shù)見表1。

表1 某超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑項目焊接施工參數(shù)

1）焊接鋼板結(jié)構(gòu)時，對于厚度大于25 mm 的板材，還應(yīng)在環(huán)境溫度小于0 ℃時進(jìn)行焊前預(yù)熱工作； 厚度小于16 mm 的板材，應(yīng)在溫度低于-5 ℃時預(yù)熱。 施焊時，還應(yīng)在現(xiàn)場搭設(shè)防護(hù)措施，焊縫徹底冷卻后拆除。 焊接期間的手工電弧焊的層間溫度應(yīng)控制在100～150 ℃，運用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接法時，層間溫度應(yīng)控制在100～160 ℃[4]。

2）焊接結(jié)束后，按照業(yè)主方提供的焊接施工質(zhì)量要求，清除焊接點的焊渣、 焊縫等缺陷， 并在24 h 內(nèi)完成焊縫探傷工作，排查焊接區(qū)域，延遲裂紋風(fēng)險。

4.4 高強螺栓安裝

超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)一般需要通過高強螺栓進(jìn)行固定連接。 該項目的高強螺栓分別設(shè)置在梁結(jié)構(gòu)連接區(qū)域的腹板上、鋼柱連接點的腹板上。 螺栓屬于扭剪型高強螺栓，規(guī)格分別為M20、M24，長度分別比鋼板厚度多25 mm、40 mm。

1）安裝高強螺栓時，應(yīng)在螺栓進(jìn)入螺孔后，自由穿入緊固，穿入后避免強行敲打。 螺栓和螺孔存在誤差時，可通過補焊方式處理。施擰高強螺栓時，基本順序是先中間、后周圍。對于連接點處的螺栓，應(yīng)在初擰結(jié)束后立即焊接，焊接后終擰。業(yè)主方應(yīng)要求施工人員在24 h 內(nèi)完成鋼結(jié)構(gòu)高強螺栓的初擰與終擰工作，擰固到位后，切除梅花頭。 施工結(jié)束后，螺栓外露絲扣一般為2～3 扣。

2）高強螺栓安裝的關(guān)鍵是在施工期間，施工人員應(yīng)及時對螺栓進(jìn)行外觀檢查，使得螺栓自由穿入的方向保持一致。 終擰結(jié)束后48 h 內(nèi)，采用扭矩法抽檢高強螺栓的安裝施工質(zhì)量，不合格點應(yīng)根據(jù)業(yè)主要求補擰或更換。

4.5 鋼承板栓釘連接施工

超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的樓承板需利用高強度緊固件進(jìn)行連接，栓釘是常用的緊固件，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)和其他結(jié)構(gòu)的有效連接，傳遞鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。 上述建筑項目中的鋼承板栓釘分別設(shè)置在鋼核心筒鋼柱上與樓承板鋼梁結(jié)構(gòu)上。 鋪設(shè)完鋼結(jié)構(gòu)樓承板后， 焊接樓承板梁上結(jié)構(gòu)的栓釘所用的焊接工藝為熔態(tài)壓力焊。 鋼梁區(qū)域栓釘焊接形式包括兩種，分別為穿透栓釘焊接和普通栓釘焊接。 項目中采用穿透型栓釘，規(guī)格設(shè)計為M19，鋼板厚度為1 mm，材質(zhì)為ML15，屈服強度不低于320 MPa、抗拉強度不低于400 MPa，伸長率＞15%。

1）栓釘連接前，應(yīng)做好技術(shù)準(zhǔn)備：使施工人員熟悉焊接工藝流程，并完成栓釘質(zhì)量驗收工作；準(zhǔn)備焊槍、鋼尺等工具；清理鋼梁結(jié)構(gòu)熔焊區(qū)域的污漬、樓承板上栓釘連接區(qū)域；將焊接時的空氣相對濕度控制在85%以內(nèi)。

2）栓釘施工的主要流程包括：劃線定位→清理焊接區(qū)域→試焊→焊接等，焊接順序為：焊接準(zhǔn)備→引弧→焊接→加壓→斷電→冷卻等。 試焊環(huán)節(jié)，需選取一個焊釘進(jìn)行試焊，檢驗施工參數(shù)的合理性。 通常情況下，栓釘直徑為19 mm 時，栓釘焊接電壓為65 V（空載），電流1 700～2 000 A，焊接時間為0.9 s；栓釘直徑為22 mm 時，栓釘焊接電壓為65 V（空載），電流1 900～2 400 A，焊接時間為1.1 s。

4.6 鋼結(jié)構(gòu)施工部署

該項目建筑主體施工期間包含核心筒施工、 鋼柱吊裝作業(yè)等多個工種，作業(yè)期間需穿插多個復(fù)雜工序，且存在交替作業(yè)。 為滿足業(yè)主方要求，使各工種、工序有序銜接，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)時， 還應(yīng)協(xié)調(diào)好鋼結(jié)構(gòu)施工和核心筒結(jié)構(gòu)施工的關(guān)系，并以項目質(zhì)量要求、工期要求為前提，有序安排施工。

1）該項目中，核心筒中的鋼柱從底板開始施工，焊接到28層后結(jié)束，鋼柱之間用H 型鋼梁連接。 施工部署時，業(yè)主方應(yīng)與施工方協(xié)調(diào)解決鋼結(jié)構(gòu)、建筑內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)施工的關(guān)系，重視鋼結(jié)構(gòu)安裝、鋼管柱灌注混凝土?xí)r的穿插作業(yè)，督促施工方合理搭接鋼結(jié)構(gòu)、建筑混凝土結(jié)構(gòu)。 比如，在協(xié)調(diào)核心筒、外筒鋼柱施工作業(yè)時，應(yīng)在地下室基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，安裝核心筒中的鋼柱梁，隨后完成筒體內(nèi)的混凝土施工作業(yè)，最后安裝鋼構(gòu)件。 開始安裝地上1 層核心筒時， 應(yīng)先安裝外圍鋼柱，臨時固定后，進(jìn)行土建施工，鋪設(shè)地下室頂板，再次安裝外圍鋼柱。

2）選用施工工藝時，應(yīng)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的核心內(nèi)容，總結(jié)超高層建筑內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量需求，細(xì)化鋼梁吊裝、鋼柱安裝、鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)流程，同時要求施工方在結(jié)束施工作業(yè)后，及時對鋼結(jié)構(gòu)位置、焊接點、連接構(gòu)件進(jìn)行校正處理，減少施工誤差。

5 結(jié)語