復雜高層建筑鋼結構施工綜合技術研究

陳偉

1.工程概況

案例工程武漢市軌道交通8號線趙家條配套綜合開發項目一期鋼結構工程安全等級和防火等級均為一級標準，抗震設防分類為重點設防類(乙類)，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為0.05g。結構抗震等級：核心筒為一級；鋼管混凝土框架為一級；鋼梁抗震等級為一級。主樓結構采用“圓鋼管混凝土柱、鋼梁—鋼筋混凝土核心筒”混合結構體系，鋼結構工程總量約1.3萬t。

2.施工重點難點分析

2.1 深化設計

深化設計是復雜高層建筑鋼結構施工的重難點，主要表現在兩個方面：（1）高層建筑鋼結構規模大，鋼結構分布面廣，交叉作業頻繁，對鋼結構與其他專業碰撞的處理難度大，深化設計過程中與各專業的協調管理及確保鋼結構與其他相關專業的交叉作業的順利實施，是施工重難點之一[1]。（2）外框柱截面大，連接節點構造復雜、形式多樣，對此類復雜構件、節點的深化設計同樣是深化設計重難點。因此必須完善設計組織，做好各專業間的信息溝通和技術交底，完善圖紙審核制度和流程，并通過三維實體模型提前進行模擬驗證。

2.2 鋼結構復雜節點的制作加工

該項目鋼柱大多為圓管柱，且柱上部牛腿較多，同一柱與梁的連接節點最多有六個牛腿，這就要求嚴格控制鋼結構的制作精度，以便后續安裝焊接。對此，需要抓好兩個關鍵控制點：（1）從源頭工序上進行嚴格把關，下料時控制好尺寸，特別是零件坡口尺寸，組立時要控制好定位和坡口間隙的精度。（2）采取合理的工藝措施，控制組對精度，并利用BIM進行三維模擬。

2.3 鋼結構吊裝

本項目施工場地狹小，吊裝區域附近臨近其他超高層建筑，而且存在超長構件，最長構件達到33.6m。這就給吊裝工作帶來很大的難度。因此，必須在施工前做好充足的裝備：（1）吊裝前做好構件的進場、驗收與堆放順序安排；（2）起重機械選型以及吊裝方案結合現場實際情況，并采用BIM技術進行三維模擬吊裝，避免出現卡桿現象以及吊車超負荷狀況；（3）對超長構件，采取合理分段并經設計單位審核；（4）為保障吊裝的安全性和安裝的穩定性，局部大跨度簡支梁和懸挑梁在吊裝前需搭設臨時支撐，待支撐及次梁安裝完畢，結構具有一定的強度、整體性后方可拆除。

3.施工方案設計

3.1 施工條件分析

施工環境對于鋼結構施工有很大的影響和制約，所以在制定施工計劃之前，首先要做好施工條件的分析，包括區域環境的氣候特征、晝夜溫差、雨季期、日照等情況，施工場區的地下水分布情況，施工場地的巖土結構，臨時用水、電、場內道路等問題[2]。

3.2 做好施工場地基礎處理

高層建筑鋼結構安裝施工，地基處理是最為關鍵的基礎性工作，安裝之前必須做好地基處理和質量驗收。質量控制的重點包括混凝土基礎的強度、基礎軸線標志、標高基準點，以及預埋的地腳螺栓的位置，預埋件與混凝土的牢固程度、緊貼性等。要嚴格檢查驗收基礎支承面和地腳螺栓位置尺寸，誤差值必須控制在允許的偏差范圍內。以本工程為例，具體標準參數參見表1。

表1 基礎支承面、地腳螺栓的允許偏差值范圍

4.鋼結構安裝施工技術要點分析

4.1 預埋件安裝

預埋件安裝主要包括柱腳錨栓預埋測量校正與核心筒預埋件安裝兩個部分。（1）柱腳錨栓預埋測量校正。鋼結構安裝施工的第一道工序就是柱腳錨栓的預埋安裝，質量控制的重點就是安裝的牢固程度和定位的精度。通過計算得出安裝坐標，在土建鋼筋捆扎完成后，借助全站儀測量放線軸線位置，把定位環板與錨栓安裝好，然后進行混凝土澆筑。澆筑中要防止錨栓發生位移，及時做好糾偏處理。地腳螺栓預埋件定位需要使用支架和鋼筋進行固定，支架采用8#槽鋼制作，高度4m，長寬各為1.5m。（2）核心筒預埋件安裝。鋼筋混凝土核心筒鋼梁埋件主要為樓層鋼梁與鋼筋混凝土結構連接的埋件。具體步驟為：測量定位→埋件板初就位和精確校正→埋件板清理、定位→根據放線位置，將受剪連接板焊接在埋件板上。為保證預埋件的安裝精度，受剪連接板待埋件板安裝定位且混凝土澆筑后，再放線定位焊接。

4.2 圓管柱安裝施工

外筒鋼柱安裝的施工內容含鋼柱吊耳、連接板設計與鋼柱高空拼裝三個部分。鋼柱安裝需要注意以下幾個主要事項：（1）為保證焊接質量，相鄰鋼柱在吊裝之前，要做好鋼柱底面和底柱頂面的除銹處理，清除渣土灰塵。焊接時必須保證鋼柱與底座柱頭保持中心線吻合，對接口錯位不能超出允許誤差范圍，否則會導致受力偏心，影響結構安全。（2）重點關注鋼柱垂直度和標高，及時做好校正。（3）安裝鋼柱時，一定要做好安裝臨時螺栓的緊固。安裝操作之前，一定要提前做好安全防護、設置施工警戒線，準備好安全爬梯、防墜繩、操作平臺等設施。起吊平穩，避免地面拖拉，注意吊點對稱，保持垂直吊裝。起吊離地后做短暫停留，起鉤、旋轉、移動交替進行，就位后緩慢下放，避免出現大幅度擺動。

4.3 鋼梁安裝技術要點分析

4.3.1 樓層鋼梁吊裝方法

在本項目中，樓層鋼梁主要包括環梁、主次鋼梁等，鋼梁截面形式為“H”型，最大截面尺寸為H900×300×20×28mm。外框鋼梁的安裝順序遵循主梁、環梁、次梁、懸挑梁的原則。外框柱測量校正后，安裝鋼梁，鋼梁采用串吊和單根吊裝的方法進行吊裝。鋼梁與埋件的連接掛設吊籃，與鋼柱連接端搭設操作架。鋼梁制作按設計要求預起拱。安裝完外筒相鄰兩根鋼柱后，隨即安裝鋼柱之間的環梁。在進行外筒環梁安裝之前，操作人員首先通過外筒鋼柱上綁扎的爬梯攀爬至作業層牛腿位置，并將安全帶鉤于安全繩上。操作人員就位后，開始進入環梁吊裝，環梁安裝形成穩定單元后開始安裝樓層鋼梁。核心筒預埋件在墻體澆筑混凝土前埋設完成，相應樓層混凝土脫模后，安裝人員在爬模架下方焊接鋼梁連接板。安裝樓層鋼梁時，先在鋼梁上設置好安全繩，鋼梁安裝基本就位后，安裝人員在外筒柱上牛腿及環梁處，拉溜繩固定樓層鋼梁，將安全帶鉤于安全繩上，騎行鋼梁至核心筒側。

4.3.2 鋼梁起吊及安裝注意事項

起吊步驟：（1）鋼梁吊點設置。由制作廠制作鋼梁時預留吊裝孔作為吊點。大跨度、大噸位鋼梁要提前焊接吊耳，若單根鋼梁重量不大時可進行串吊；（2）鋼梁綁扎與起吊。提前裝配好需要的螺栓和連接板，并在鋼梁端部焊接好定位板。注意鋼梁的起吊方向；（3）鋼梁吊裝到位后，按照施工圖紙，做好臨時固定，安裝螺栓不得少于3顆，并且要大于本節螺栓總數量的30%。

鋼梁安裝注意事項：（1）鋼梁吊裝前要做好連接板除銹和污物清除；（2）做好標高、軸線校正，保證安裝精度；（3）安裝結束后要對鋼梁和連接板的貼合程度進行檢查；（4）鋼梁與鋼柱的吊裝順序要保持一致，便于及時形成框架結構；（5）安裝時采用臨時螺栓固定，不允許直接穿入高強螺栓；（6）必須使用絞刀擴孔法進行螺栓偏孔校正處理，嚴禁氣割擴孔。

5.吊裝計算

高層建筑鋼結構施工難度大，而且具有一定的危險性，有大量的構件需要進行吊裝，塔吊、鋼絲繩、吊耳及吊籃的選型非常關鍵。（1）塔吊選型。以本工程為例，本文選用重量最大的鋼柱進行分析，鋼柱重量為8.1t，因此選擇兩臺STT373A-18T塔吊進行鋼結構吊裝，其最大起吊半徑可達60m。（2）鋼絲繩計算。按鋼柱最重約11.8t采用兩根鋼絲繩掛四個吊點，塔吊吊裝，吊繩與鋼柱的夾角大于等于60°，根據在吊裝過程中可能出現的最大受力的情況計算出每根鋼絲繩的許用拉力值。通過計算選用Φ36、6x37+1型公稱抗拉強度為1670MPa鋼絲繩滿足施工要求，并選用5T卡環。（3）吊耳及吊藍的選擇也要根據公式進行載荷計算，確保耳板抗拉和抗剪強度，以及吊籃的強度、撓度均滿足規范要求。

6.結束語

復雜高層建筑鋼結構施工環境復雜，技術要求高，具有一定的危險性，要保證順利實施，必須提前做好結構件深化設計和施工組織設計，對施工過程中可能存在的環境、人員、技術、設備等各種因素提前做出分析，提前制定策略，做好事前預防、事中控制、事后檢查驗收和技術方案總結，只有這樣，才能保證鋼結構施工技術持續提高。