超高層建筑鋼結構制作施工重點、難點分析及控制措施

王光振

（中國建筑第八工程局有限公司 上海市 200100）

1 超高層鋼結構特點

（1）結構用鋼量大，鋼板材質等級高，厚板占用比例大。

（2）抗震等級高，焊縫質量等級要求高。

（3）焊接量大，焊接變形大。

（4）構件單體重量大，對吊裝設備要求高。

（5）鋼結構與鋼筋混凝土結構交叉施工作業多，施工作業面小。

（6）核心筒鋼板墻多，現場焊接變形控制難度大。

2 超高層鋼結構制作重點、難點分析及控制措施

超高層建筑鋼結構多采用箱型，十字型號，圓管形，H型，由30～100mm厚的鋼板制成，主受力焊縫多為一級熔透焊縫，需100%超聲波檢測。針對超高層鋼結構的特點，對鋼構件制作的難點，重點實施分析，并提出針對性控制措施，以確保鋼構件制作質量，具體如下：

（1）鋼構件焊縫質量關系到建筑結構安全性能，焊縫質量控制是構件加工的重點，必須重點控制。①焊接前應根據鋼板厚度、材質、節點形式、焊接方法進行焊接工藝評定試驗，焊接工藝評定合格后，制定焊接指導工藝，車間必須依據焊接工藝施焊；②對于超過20mm的板焊接，實施焊前預熱，預熱溫度滿足規范要求；③坡口角度需滿足設計要求，裝配間隙控制在0～3mm，對于超標間隙需進行處理后焊接。

（2）構件變形主要是焊接受熱收縮引起，焊接變形控制是構件制作的難點，尤其是厚板焊接，極易產生焊接變形。焊接變形主要通過焊接順序和坡口形式加以控制，焊接采取對稱焊、分段退焊、跳焊等方法減少焊接變形。對于大于30mm鋼板，開設雙面坡口，一側開t/3，另外一側開設2t/3，且兩側交替焊接，坡口形式見圖1，焊接順序見圖2。

圖2 焊接順序

（3）鋼構件制作精度是現場順利安裝的保證，工序控制是保證制作精度的關鍵，制作精度應重點控制如下幾個方面：

①零件切割采用數控切割，切割完成的零件，尺寸復核。

②對箱體構件、十字型構件、H型構件組立時，根據經驗并結合理論計算，預留一定的焊接收縮余量，確保焊接后的構件截面尺寸滿足規范要求。

③根據工藝要求，在箱體內部增設工藝隔板，增強箱體剛度。

④構件最終完成后，對構件總長度、截面尺寸、彎曲度、扭度，牛腿及孔位全面檢查。

（4）焊接應力對結構是不利的，尤其是厚板焊接，根據板厚采取焊前預熱，焊后保溫的措施減小焊縫應力，對特別重要的焊縫或設計有要求的焊縫，采取焊后熱處理消除焊接應力。

（5）鋼結構是極易發生銹蝕的材料，尤其是外露的鋼結構，防腐涂裝不到位，直接影響到結構的使用年限。涂裝前，鋼構件表面除銹等級必須滿足設計及工藝要求，且不低于Sa2.5級，除銹完成的構件需再4h內完成底漆涂裝，涂裝環境溫度宜為5～38℃，相對濕度不大于85%，防腐材料必須根據建筑所處的環境條件相適應。

3 超高層鋼結構施工措施及質量控制

（1）超高層建筑通常位于城市中心區，施工材料用量大，施工場地狹小，為便于場地周轉，鋼構件進場計劃必須作為一個重點控制，根據現場進度合理制定構件加工發運計劃，確保構件進場與現場施工順序一致，避免構件現場積壓，實現進場的構件及時吊裝。

（2）鋼構件合理分段直接關系到后續運輸及吊裝，在施工技術準備階段應重點控制，在設計階段應充分熟悉垂直運輸設備的性能參數，根據起重設備的吊重，并結合運輸車輛的載重對構件分段，構件分段后的重量嚴禁超出起重設備的吊重能力，構件長度和寬度不宜超出運輸車輛的限制。構件分段位置應考慮現場焊接的可行性，確保現場無障礙焊接。

（3）超高層建筑施工，通常鋼結構和鋼筋、模板，幕墻等工種交叉施工，施工作業面有限，如何在有限的作業面上有效穿插施工是一個難點。針對作業場地特點：①根據作業面的實際狀況，制作移動的作業設備工具箱，以便施工設備隨作業點整體移動；②掌控好施工窗口時間，鋼柱在模板鋪設后緊跟安排吊裝焊接，并及時組織驗收，以便為后續作業提供工作面；③依據工作面情況合理安排施工人員，在最有利的時間窗口內完成節點施工。

（4）超高層建筑的建筑高度往往超過100m，甚至超過600m或更高，對施工測量精度要求極高，精準的測量控制是施工的重點。施工前，對給定的坐標復查，對儀器進行計量校準，確保儀器的精度，并編制測量專項方案，準確建立一級控制網，二級控制網，并根據需求增加輔助坐標點。為消除施工過程中的累計誤差，必須對每節鋼柱的標高、坐標、垂直度、扭曲度測定，尤其是造型復雜的鋼構件，應在構件上布置測控點，采用三維坐標法控制安裝精度。

（5）考慮到高層建筑的構件單體較重，重則會超過50t，吊裝必須按照安全規范要求選用鋼絲繩，鋼絲繩應無斷絲、無死折，吊裝時，鋼絲繩水平夾角應大于60°。吊裝前在構件上標定出安裝方向，在構件上設置控位纜風繩。為便于構件就位，在下節柱兩個相鄰側面設置導向擋板，如圖3所示。鋼柱就位后用連接板連接固定，并調整垂直度，扭度及標高，校正完成后及時焊接固定構件。

圖3 安裝導向板圖示

（6）鋼構件間現場連接多為焊接連接，焊縫質量等級要求高，現場焊接作業環境差，如何保證焊縫質量是施工的一個重點，針對高空焊接的特點，采取如下措施保證焊縫質量：

①現場用焊絲存放在干燥通風的倉庫，焊工必須持證上崗，銹蝕的焊絲不得使用。焊絲使用前進行力學性能復檢，合格后方能使用。

②焊接前，根據實際的節點形式進行現場焊接工藝評定試驗，并根據焊接工藝評定編制焊接工藝指導文件，焊接操作必須按照焊接工藝文件規定的電流、電壓、速度施焊，并按照要求預熱，層間溫度不應超過220℃。對鋼柱焊接先焊接翼緣板，后焊接腹板，翼緣板應2人同時對稱焊接，采取小電流，多道焊接，每道焊縫厚度不宜大于6mm，以減小焊接變形。

③當風速度大于2m/s時，需搭設防風棚，雨天嚴禁焊接作業，如特殊情況需在雨天焊接時，必須設置遮雨布。當氣溫低于0℃時，焊縫區需加熱到20℃或規定的最低預熱溫度后焊接，當溫度低于-10℃時，必須進行相應的環境下工藝評定試驗，試驗合格后方能焊接。

（7）核心筒鋼板墻為片狀結構，整體剛度小，在運輸及存放過程中容易變形，鋼板墻吊裝前檢查構件尺寸及鋼板墻的平整度，對尺寸不匹配的或變形過大的鋼板墻裝前校正。鋼版墻卸貨時應放平墊穩，不應堆疊過高。考慮到鋼板墻豎向、橫向焊縫較長，焊接應力大，焊接極易產生焊接變形，故拼接焊縫應開設雙面坡口，兩側交替焊接，并增設橫向加筋板，以控制焊接變形。

4 結束語

超高層建筑鋼結構施工技術復雜，測量難度高，焊接量大，焊縫質量要求高，施工周期長，施工部署難度大。針對超高層鋼結構施工的這些實際特點，預先對施工重點、難點進行分析，并制定出針對性的解決措施方案，在很大程度可以提高工程施工質量，節約施工資源投入，提高施工效率，縮短施工工期，確保工程質量。