超高層鋼結構安裝技術分析

李潤章

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

基于我國城市的發展現狀，各種高層、超高層建筑物數量持續增多。其與普通建筑物相比，在同樣的占地面積下可提供更大的室內建筑面積，滿足了城市集約用地要求。結合我國超高層建筑修建現狀來看，鋼結構的運用越來越多，其主要優勢在于輕質高強、可實現工業化生產、現場安裝施工效率高、質量可控性好、可反復回收利用等。文章主要圍繞超高層鋼結構安裝技術展開詳細分析。

1 超高層鋼結構建筑發展概述

隨著我國城市的發展，超高層建筑逐漸增多，一方面實現了城市用地的高效利用；另一方面，充分展現了現代建筑施工技術、材料的發展，尤其是我國鋼材產量持續增加，鋼結構的制造、安裝工藝日趨成熟，憑借其優越的抗震、抗風性能與標準化、機械化施工技術得到了大范圍的推廣應用。文章具體列舉了我國近年來興建的高度超過400m的超高層鋼結構建筑如表1所示。其中大多數為城市的重要名片，不僅能為人們提供多元化、綜合性的服務，還是一道亮麗的風景。

表1 超高層鋼結構建筑

目前，隨著超高層鋼結構建筑的不斷發展，在滿足基本結構性能的同時，開始追求更具美感的造型，相應的各種傾斜、彎曲結構開始出現，給實際安裝施工帶來了較大的挑戰，對此文章主要圍繞超高層鋼結構安裝技術展開詳細分析，切實保證結構施工質量與精度滿足設計與規范要求，整個建筑物后期運行安全可靠。

2 超高層鋼結構的組成及其安裝施工技術要點

2.1 超高層鋼結構的組成

從超高層鋼結構建筑實際情況分析可知，其多采用鋼框架與地面、混凝土核心筒固接，并設多道加強層桁架；框架柱主要是通過連系梁與核心筒連接，設鋼筋桁架板，由此構成水平結構層，超高層鋼結構的組成示意圖如圖1所示。

圖1 超高層鋼結構組成示意圖

（1）外框柱。①鋼管混凝土柱：普通的混凝土柱無法滿足超高層建筑承載力要求，鋼管混凝土柱結合了鋼材、混凝土材料的優勢，自重小、吊裝施工便利，施工速度快。②斜撐與斜交網格：隨著建筑高度的持續增加，傳統垂直梁柱無法滿足結構抗側能力要求，立面斜撐由此產生，通過斜交網格同時承受水平、豎向荷載，結構性能方面更具優勢。

（2）連系梁。①核心筒外鋼梁：多采用工字鋼，與核心筒鉸接或剛接，與外框柱剛接。②核心筒內鋼梁：使用較少，吊裝難度大，工序煩瑣。

（3）水平加強層桁架。此構件安裝目的在于增強結構側向剛度，通常占據2～3個結構層，外框架周圍設環帶桁架，且核心筒與外框架間設伸臂桁架，具體結構型式如表2所示。

表2 水平加強層桁架結構型式

2.2 超高層鋼結構安裝施工要點

超高層鋼結構安裝施工相對便捷，鋼構件在加工廠已經完成制作，運輸至現場后使用吊裝機械按照施工圖將不同的構件吊裝到位即可。結合超高層鋼結構安裝實踐經驗分析可知，由于項目體量大、高度高，安裝作業中必須制訂專項施工方案，精心組織作業，保證安裝精度達標、連接牢固，具體安裝施工要點分析如下。

（1）施工機械選擇。在進行超高層鋼結構安裝施工時，施工機械的選擇十分關鍵，鋼結構進場卸貨、堆放、搬運、安裝等，均要由吊裝機械設備完成。對此，超高層鋼結構安裝施工前，必須做好現場實地考察，綜合分析項目情況、場地大小以及最大構件尺寸、重量等因素，合理開展吊裝設備的選型工作。

（2）主要構件分析統計。超高層鋼結構安裝構件包括預埋件、鋼柱、柱間支撐、樓層梁、轉換桁架等，主要存在構件種類多、數量大的問題，且不同構件的尺寸、重量存在較大差異，這也就對吊裝設備、方法等提出了不同的要求。對此，施工現場必須科學組織作業，制訂合理的安裝方案，對主要構件規格、類型以及使用部位等進行分類統計，保證現場安裝效率、質量。

（3）鋼結構吊裝施工方法。超高層鋼結構安裝施工方法眾多，不同施工方法均有其優缺點，可適用于不同規格、部位的鋼構件安裝作業。①高空散裝法：小拼單元、散件在設計位置總拼，整個工藝流程相對復雜，一般無須使用大型起重設備。②分條（塊）安裝法：地面拼裝后吊裝至高空，對各單元上、下弦桿、腹桿等進行連接，高空作業量較小。③高空滑移法：通過滑軌的方式進行條狀單元拼接。④整體吊裝法：地面總拼后吊裝就位，拼裝質量高、施工速度快。⑤整體提升法：地面整體拼裝后，利用起重設備提升至設計位置，效率高、工期短。

上述幾種吊裝施工方法適用范圍各有不同，具體可歸納如表3所示。鋼結構安裝時，需嚴格根據項目情況，綜合考慮進度、質量、安全等因素，合理選擇吊裝方法，同時注意落實吊點設計與驗算工作，保證整個施工過程安全可靠。

表3 不同吊裝方法適用范圍

3 實例分析

3.1 工程概況

現以某超高層建筑工程項目為例展開分析，此項目主要由塔樓、裙樓鋼結構組成，塔樓高度為350m，鋼結構總量為3萬t，采用框架核心筒鋼混結構，內、外部分別為型鋼混凝土核心筒與鋼骨柱、外框梁，整體鋼結構安裝工程量大，部分重要構件必須合理優化安裝工藝，保證鋼結構安裝精確、焊接牢固，整體質量可靠。

3.2 塔樓結構組成

該項目塔樓結構組成包括核心筒、外框鋼柱、桁架以及塔冠結構，具體如表4所示。

表4 塔樓結構組成情況

3.3 鋼結構工程難點分析

（1）鋼板墻施工方面。該項目鋼板墻施工主要存在的難點有以下兩點：①地下核心筒內暗柱少，柱間距大，較難進行鋼板剪力墻分段，安裝難度大；②鋼板自身平面外無約束，穩定性差，焊接難度較大。為保證鋼板墻結構順利安裝，必須制訂專項施工方案，做好與設計單位、加工廠的溝通工作，合理確定分段部位，并做好相關加固工作；鋼板剪力墻整體安裝完成后方可焊接，嚴格按規范工藝操作，保證焊接質量可靠。

（2）大型構件安裝方面。該項目鋼結構安裝施工中，鋼柱的截面十分大，每延米的重量達到6t，鋼結構與土建穿插作業采用塔式起重機進行吊裝，施工難點主要在于提高起重機施工效率方面。經綜合分析，在進行大型構件施工時必須合理分段、分節，最大限度地利用起重機資源；鋼柱、鋼板剪力墻吊裝做好預拼裝工作，及時發現、調整運輸與堆放中產生的誤差，同時鋼板墻一側增設臨時加勁肋，防止起吊時產生變形問題，安裝完成后拆除加勁肋。現場施工時，由專人負責協調塔式起重機的使用時間，兼顧土建、鋼結構各項作業。

（3）焊接變形控制方面。該項目厚鋼板、高空焊接量大，在焊縫質量控制方面要求較高。現場作業中，所有的鋼柱分段制作、分節安裝，高空進行焊接時嚴禁出現結構變形；鋼梁剛接節點、剪力墻拼接采用全熔透焊縫，焊接量大、焊材耗用量大，且施工環境相對較為復雜，必須做好焊接質量控制。對此，應協調好焊接、吊裝順序，合理選擇焊接工藝，盡可能地減少焊接內力；焊縫位置增設反變形措施，分段焊、對稱焊、焊縫預熱后做好保溫，防止焊接變形；厚鋼板在現場落實樣板焊接，并送至試驗室檢驗合格后方可現場作業。

3.4 鋼結構安裝施工技術要點

（1）塔式起重機選型。該項目6層以下、以上施工分別采用不同的塔式起重機，具體選擇方案如下：①6層以下南、北各設1臺起重機，分別為D1250-80型、S1200-M64型，臂長分別為80m、60m；②6層及以上選用2臺LH800-63動臂塔式起重機。

（2）鋼結構分段計劃。該項目鋼柱、鋼板墻分段計劃如下：①鋼柱分段。-4層至2層，4個角鋼柱分為8節（最重為31t），中間柱分為6節；2層至15層，2層為1節（最重為15t）；16層以上，3層為1節（最重為15t）。②鋼板墻分段、分塊，如圖2所示。最重鋼柱（附帶鋼板墻）為17.7t。

圖2 鋼板墻分段、分塊示意圖

（3）鋼結構安裝工藝。該項目鋼結構安裝具體情況如下：①地腳錨栓安裝。使用槽鋼、角鋼制作地腳錨栓支架，并使用塔機將其安裝到位，連接每組支架，并對柱腳底部進行灌漿處理。②鋼板剪力墻安裝。鋼板墻每層分為東、西兩部分，南北塔機同時安裝，西南、西北鋼板墻分別由中間向外順時針、逆時針安裝；東南、東北鋼板墻分別由中間向外逆時針、順時針安裝。③鋼柱安裝。外框鋼柱由角點朝著兩側對稱安裝，吊裝就位后校正、焊接。④鋼梁安裝。鋼梁在地面穿完端頭連接板后，綁扎吊繩、起吊，吊至設計位置后臨時固定，矯正后更換高強螺栓固定。⑤核心筒鋼柱鋼梁安裝。依次吊裝鋼柱、鋼梁后，綁扎核心筒鋼筋、澆筑混凝土。⑥桁架安裝。懸挑桁架在地面拼裝然后采用兩點吊裝，環桁架依次安裝下弦桿、腹桿、上弦桿。

在所有鋼結構安裝中，必須落實焊接質量控制工作，尤其是厚板焊接時，焊縫層間溫度應為100～120℃，一次性焊萬接頭，嚴禁出現層狀撕裂問題，必要時選用超低氫型焊條，保證所有構件焊接牢固。此外，該項目全面落實了各項安全防護措施，包括水平通道、梁下水平兜網、安全繩等，切實保證鋼構件安裝施工安全。

4 結束語

綜上所述，超高層建筑施工中，鋼結構的運用越來越多，鋼材彈塑性較好，在抗震性能方面具有顯著優勢。同時由于采取加工廠集中制作模式，現場施工以吊裝、焊接為主，施工速度較快、無污染，具有極大的推廣應用價值。在工程實踐中，為保證鋼結構安裝作業高效、高質量完成，必須根據項目實際情況合理選擇吊裝機械設備、吊裝與焊接方法，保證所有構件精確就位、固定牢固，整個建筑結構安全可靠。