超高層建筑鋼結構加工與安裝技術的探討

杜浩

（陜西建工機械施工集團有限公司，西安 710032）

1 引言

鋼結構形式在超高層建筑中使用廣泛，是超高層建筑的主流形式。特別是高度超過200m的建筑，一般都需要使用鋼結構，利用其自身強度高、質量輕、抗震性能好等優點，提高建筑使用安全性。因此，對超高層建筑鋼結構施工技術進行研究具有現實意義，有利于推廣鋼結構的應用。

2 工程概況

某超高層寫字樓建筑集辦公、商業、住宅、餐飲娛樂等功能于一體，建筑總面積為 2.806×105m2，占地面積 3.53×104m2，主要由2棟42層的寫字樓和5層商業裙房組成。其中，建筑地上面積 2.226×105m2，地下面積 5.80×104m2，設置有 2層地下室結構，主要用作停車庫和設備用房，人防六級。從該工程的結構特點來看，主體鋼結構包括2棟塔樓的鋼結構部分以及裙房的鋼結構部分。2棟塔樓具體為鋼框架支撐結構，中間5層裙房主體為鋼框架結構，部分裙房為鋼筋混凝土框架結構。在建筑6層以上，主要采用小鋼架桁架搭建樓板，并采用鋼結構柱作為核心筒的支撐柱。裙房鋼結構主要包括矩形鋼管混凝土柱和鋼梁，屬于鋼框架施工內容。該工程鋼結構整體示意如圖1所示。

3 超高層建筑鋼結構加工技術

3.1 鋼構件加工基本流程

該工程由于建筑體量大，鋼結構構件使用數量多，具體包括H型鋼構件、箱型鋼構件等，對鋼構件加工質量有嚴格要求。工程使用的鋼構件均在工廠完成加工制作，其基本加工流程包括以下幾個環節：（1）技術準備，根據設計圖繪制制造圖，開展工藝評定及試驗工作，對工藝方案進行優選，準備好工裝器具，并對生產系統進行運行調試；（2）前期加工，包括原材料預處理、車間底漆、制管、彎曲成型、焊接坡口加工等；（3）桿件加工，包括胎架組裝、焊接變形控制、校形及檢驗等；（4）節點整體組裝，利用胎架和機具完成組裝，進行整體檢驗；（5）涂裝，進行二次處理和涂裝，最后將鋼構件運送到施工現場。

圖1 某超高層寫字樓建筑工程鋼結構整體示意圖

3.2 H型鋼梁加工技術

在H型鋼梁加工過程中，鋼板加工前要進行矯正和平整，在鋼板矯平機上進行加工。進行鋼板矯正的目的是消除鋼板的軋制應力，而且可以增強其表面致密度。然后進行放樣和排版，根據相關技術規范，控制鋼梁翼腹板的焊接縫錯開200mm左右，翼緣焊縫與加勁板、腹板都應相距200mm以上。在放樣時，零件的焊接加工應預留一定收縮量。由于H型鋼為直條式構件，在下料時可以采用NC直條切割機，并控制好切割余量。坡口加工可采用自動或板啟動切割方式，然后進行邊緣打磨。完成H型鋼組立和焊接后，要對其進行校正，控制每次矯平量在3mm以內，經多次矯正達到質量要求[1]。

3.3 箱型結構加工技術

箱型構件包括箱型柱和箱型梁，均由2塊蓋板和2塊腹板組成，采用全熔透焊坡口形式，以滿足箱型構件強度要求。在構件內部設置橫隔板、加勁板。在該工程中，箱型鋼結構構件采用Q345GJG和Q390GJC型鋼材，板厚小于44mm，按照高層鋼結構鋼板標準驗收。在箱型鋼構件焊接施工中，采用埋弧焊方式完成板件拼接，在內部隔板和加勁板焊接過程中，采用CO2氣體保護焊接技術。下料前同樣需要對鋼板進行矯平，并在下料后進行二次矯平，嚴格控制構件加工精度，確保局部平整度偏差在1mm以內。

3.4 復雜節點加工技術

在復雜節點加工過程中容易出現焊接變形較大的問題，需要做好定位工作?？刹捎孟湫土鹤鳛樘ゼ艿慕M裝面，劃出安裝構架線。在上立柱定位時，主要采用平臺中心線進行定位，并控制好坡口間隙和垂直度。在下節點構件定位時，主要根據箱型構件端面企口線進行定位，同樣需要控制坡口間隙和垂直度。最后利用經緯儀和地樣線對牛腿組裝精度進行檢測，盡可能提高鋼構件加工技術質量。

4 超高層建筑鋼結構安裝施工技術

4.1 預埋件安裝施工

在鋼結構預埋件的安裝施工過程中，該工程預埋件的最大截面尺寸為1 100mm×1 100mm×50mm，質量約為11t，是預埋錨栓、鋼板、矩形短柱組成的結構[2]。在預埋件安裝施工中，需要控制好其標高，利用塔樓完成現場裝卸及定位調整工作。為了確保預埋件安裝施工技術質量，應確保地腳錨栓埋設精度，在吊裝前檢查預埋錨栓軸線和標高，并控制好錨栓伸出長度。對于出現彎曲變形的錨栓，應及時矯正，修復受損螺牙。在標高調整過程中，可采用墊塊組分2次完成標高調整工作。如果錨栓水平偏差較大，一般是受混凝土澆筑和振搗施工的影響，可采用分層澆筑措施，防止因混凝土流動性導致錨栓出現偏移。

4.2 鋼柱安裝施工

上述工程的2棟塔樓結構為全鋼結構，鋼柱屬于焊接箱型截面結構形式。在鋼柱安裝施工過程中，可采用塔吊設備分段完成吊裝，根據現場實際情況布置施工作業面，按照塔吊起重能力對鋼柱進行分段，確保施工過程的安全性。在上述工程中，受現場條件的制約，鋼構件運輸到現場后不能在場內卸貨，需要在臨街一側臨時?？?。按照卸貨點半徑為27m、塔吊起重為161kN（16.1t）進行設計，需要對9根Z1鋼柱和1根Z3鋼柱進行分段處理，其余鋼柱可按照全設計進行吊裝。此外，在鋼柱吊裝施工中還要控制好吊點設置，可采用4個臨時耳板作為吊點，確保吊裝的平穩性，防止鋼構件出現變形。

4.3 鋼梁安裝施工

在鋼梁安裝施工中，其安裝數量遠超過鋼柱數量，但鋼梁重量較輕，可以采用快速綁扎和提升方法，提高吊裝施工效率。鋼梁采用高強螺栓與焊接連接形式，在吊裝就位后，可采用普通螺栓進行臨時固定，先完成腹板連接板的臨時連接，經過校正后，再改用高強螺栓固定，保證其擰緊和焊接質量。鋼梁平面施工可以按照從里向外的順序進行對稱吊裝，立面則按照從下至上的順序進行施工。總體安裝順序隨鋼柱進行，在鋼柱安裝完畢后，連接柱間鋼梁，形成穩定框架結構。在鋼梁安裝施工過程中需要做好軸線和標高校正工作，確?？蚣苷w安裝精度。同時應注意檢查鋼梁和連接板貼合方向，及時處理出現偏差的螺栓孔，在處理過程中不能采用氣割擴孔方法，而應采用絞孔機進行擴孔。

4.4 核心筒安裝施工

在核心筒安裝施工中，該工程的核心筒結構由9根焊接矩形鋼柱及桁架支撐體系、水平支持體系組成，采用塔吊分段和分片吊裝施工技術，按照先柱后梁的順序進行施工。為確保內外框架支撐體系的穩定性，在核心筒主要鋼構件安裝完成后，要及時進行外框架鋼構件安裝。在該工程中，核心筒鋼構件安裝均在塔吊吊裝能力范圍內，鋼柱分塊的最大質量為17.4t，鋼桁架分塊的最大質量為5.8t，采用的塔吊設備最大吊裝質量為20t，可確保施工的順利進行。在轉換桁架鋼構件吊裝施工中，由于其分塊質量小于塔吊最大吊裝質量，可直接采用塔吊設備完成外框架轉換桁架鋼構件吊裝施工，確保內外結構施工的同步性。

5 結語

綜上所述，超高層建筑鋼結構加工及安裝施工工作量大、技術難度高，通過把握好每個環節的重點施工技術，可以確保鋼結構施工質量，從而為超高層建筑使用安全性提供保障，促進工程施工技術水平的整體提升。