超高層建筑鋼結構制造技術研究

武 林

（華電重工機械有限公司，天津 300400）

1 工程概況

該項目具體位于上海陸家嘴濱江金融城上海船廠2E5-1塊地，該塊地建筑面積為0.434km2，該塊地上擬建兩座塔樓及若干座裙樓，其中地下面積合計為1.119km2。一號塔樓地上部分面積約為0.156km2，二號塔樓地上部分面積約為0.113km2，其余裙樓地上面積約為0.044km2。一號塔樓共55層，二號塔樓共52層，包括地下四層，結構為現澆鋼筋混凝土梁、型鋼混凝土柱。鋼材材質為Q345B和Q345G型，柱形為H、T以及十字形柱。

該項目最大亮點在于工程結構上，采用混凝土梁與鋼骨柱形成混合結構，將一部分鋼筋通過穿越孔正交穿越過鋼柱腹板，利用接駁器將混凝土鋼筋與鋼柱、鋼柱牛腿三者進行錨固焊接，該工程及該類型結構存在不少難點，如表1所示。

表1 工程難點

2 建模、制造及安裝新工藝

2.1 BIM建模技術

BIM技術可以應用到工程項目的不同階段，運用BIM繪制深化結構施工階段的圖紙來對鋼結構柱的制造加工進行指導。該模型可直觀地展示混凝土梁與鋼柱的位置關系，大大提高了施工的準確率與效率，減少了返工率、工期及成本。

2.2 十字鋼柱加工技術

十字鋼柱板的厚度、重量、體積大，加工、焊接的精度標準高，加之其作為整個工程的重要受力部分，其加工質量的優劣關系到整個工程的質量與安全。在該項目工程中，把十字鋼柱的制造加工分為三部分：制作H型鋼（在拼裝流水線上進行）、制作T型鋼、組立十字鋼柱。制作H型鋼時，用斜撐可減少焊接中的變形，斜撐間距根據鋼板厚度合理設置。H型鋼的拼焊過程：零件下料→H型鋼拼裝機自動組立→自動埋弧焊接→火焰校正→鋸頭、制孔、鎖口→焊接栓釘。

T型鋼的制造加工工藝和H型鋼的制造工藝一致，將2個T型鋼背靠背固定之后再焊接，可減少T型鋼焊接中的變形。T排的拼焊如圖1所示，十字柱焊接順序如圖2所示，十字柱加工工藝如圖3所示。

十字柱組立之前，先在端部腹板上確定基準線，后期均以該基準線來加工穿筋孔。為了使十字柱的長度及端部尺寸符合要求，在腹板和翼板為刨銑和焊接坡口各留出30mm的余量。通過刨銑加工，人們不僅可以控制十字柱的長度精度，還可以控制焊縫質量，提高后期的吊裝精度。

圖1 T排的拼焊

圖2 十字柱焊接順序

圖3 十字柱加工工藝

2.3 中厚板焊接工藝

該工程主要運用埋弧自動焊和二氧化碳保焊兩種焊接方法，采用多層多道接頭錯位焊接工藝。為了杜絕焊接過程中出現裂紋，經過多次試驗，人們對焊接預熱溫度、層間溫度、焊后保溫溫度及保溫時間進行精確控制。

合理選用焊接坡口，采用合理的焊接順序，不強行裝配，先對收縮應力大的構件分段對稱焊接，這樣可以降低焊接接頭的拘束應力，鋼結構構件合格率高達98%。

2.4 高層安裝技術

高層鋼結構的安裝，塔吊是最理想的選擇，在綜合考慮塔吊的吊裝能力與焊接施工難易程度后，確定將鋼結構分節位置定在樓面以上1m處。通過查閱所選塔吊的技術參數，根據所分節鋼柱的質量等，人們計算繪制出鋼柱分節明細表。

鋼柱與混凝土梁結構是交織于一體的，兩者的施工必然存在交叉，施工順序若安排不好，必然導致只能單方面施工，耽誤工期。該工程采用分階段施工工藝，最大限度地優化了施工交叉問題，提高了施工進度。

該項目分階段施工分為2個階段：第一階段為鋼柱吊裝階段，當前一節鋼柱所在的樓層完成鋼筋施工及混凝土模板施工后，開始吊裝工作；當吊裝完成且完成焊接工作后，再對混凝土模板進行澆筑施工，直到剛吊裝的鋼柱所在樓層主體工程完成模板及鋼筋施工，然后繼續重復第一階段。

3 結語

本文研究了上海金融城超高層塔樓鋼結構制造及安裝中遇到的主要難題，為我國超高層建筑中鋼結構的制造與安裝指明了方向。該建筑具有很高的借鑒價值，是我國建筑史上的一座里程碑。

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