超高层建筑钢结构施工的关键技术和措施

毛钦田 申志华

摘要：随着城建速度的加快，超高层建筑的出现不但解决了城市人口过多带来的住房问题而且美化城市、降低建筑用地。而如今传统的钢筋混凝土结构由于自重过大已经慢慢被重量轻的钢结构替代，而超高层建筑中钢结构的使用能大大改善建筑整體的承重，给我国建筑行业带来了深刻的变革。本文主要分析了某项目钢结构施工的关键技术和措施。

关键词：超高层建筑；钢结构施工；技术；措施

超高层建筑是人类征服自然，不断取得进步的重要标志，是现代科学技术发展的结晶，也是一个国家科技发展水平和综合实力的集中体现之一。因此无论是发达国家，还是发展中国家都把兴建超高层建筑作为展示社会发展成就的重要手段。而超高层建筑通常采用钢结构作为主要构成部分，因此超高层建筑一般都是超高层钢结构。

一、高层钢结构施工技术的主客观条件

在熟悉所施工结构的基础上，确定大型超高层钢结构施工技术路线，同时还要考虑到经济、环境、技术等方面因素。在确定技术总体路线之前必须对周围环境、自身资源以及结构本身充分了解。一般来说优秀的技术路线常常能够充分利用自身优势以及时间空间并满足主客观条件。首先，对于结构的荷载传递途径以及基本组成要充分理解。弄清楚结构荷载的传递路径，据此做出合理的施工顺序，从而能够按照设计要求保证施工顺利完成。钢梁、钢桁架、钢柱是超高层钢结构的组成部分，同时也是分析的对象。其次，在选择合理的施工设备、进行有效的施工组织与施工之前必须充分熟悉施工现场的周边环境以及条件。

二、实例分析

1.工程概况。某项目总用地面积约2.5万m2，总建筑面积138632m2，地下2 层，地上38 层，建筑高度188m。本工程为超高层钢-混凝土结构，塔楼采用混合框架-钢筋混凝土核心筒结构。钢管柱自地下室底板起，至37 层结束。地下室钢管柱呈垂直状态，出地面后先向外倾斜，至12 层后逐渐向内倾斜，自下而上，斜率多变。顶部“花瓣”造型钢结构起始于173.87m，顶标高为187.7m，由箱形柱、环梁及放射状支撑等组成。（图1 钢结构三维实体模型）

2.工程关键技术和措施

（1）施工部署。由于高层主体施工过程中钢柱的吊装与混凝土核心筒施工是本工程垂直施工的2 条主线，存在多工种、多工序穿插配合、交替作业等情况，为保障各工种之间衔接配合、有序施工， 合理统筹主体钢结构的施工与混凝土核心筒结构的施工是关键所在，也是保证项目工期、施工质量的关键所在。核心筒内劲性钢柱起始于底板至28层结束，有焊接H型截面和位于角部的焊接异型十字截面2 种形式。劲性钢柱之间设置1100mm×200 mm×18 mm×25 mm劲性H型钢梁连接。一是设计阶段针对钢骨混合结构设计，混凝土结构钢筋与钢构件之间的矛盾，需要在钢结构深化设计阶段协调解决，是确保顺利施工的基础。二是施工阶段由于钢结构与混凝土结构之间存在大量的交叉施工，核心筒内劲性钢柱钢梁、外围钢管柱内灌混凝土和钢结构安装搭接穿插，相互间亦有影响，桁架层施工更是复杂。处理好钢结构与混凝土结构施工的合理搭接，亦是本有序施工进行的关键。三是施工工艺。核心筒内劲性柱与钢梁骨架吊装与加固。首节钢柱柱脚锚固于基础底板结构上，塔吊采用一点法吊装劲性柱。先吊装4 个拐角处的8 个劲性柱，然后再依次吊装就位中间部位的劲性柱；临时固定劲性柱后对劲性柱初步校正。

（2）外筒钢柱与核心筒施工的衔接协调。一是地下室施工阶段。在基础底板结构施工完成后，先安装核心筒内钢柱钢梁，之后进行筒体混凝土的结构施工、钢构安装等流水作业；其次待核心筒施工至地上1层时开始外围第1段钢柱安装，安装好后用缆风绳临时固定，待土建施工地下室顶板后，再开始外围第2段钢柱的安装。二是地上标准层施工阶段。核心筒施工高于钢管柱吊装作业面6 层后，开始安装地上标准层钢柱、钢梁。

（3）钢结构吊装。选用内爬塔吊作为起重设备，当塔吊自由悬臂独立工况不能满足吊装高度需要时，采用随结构升高而自升内爬工况，直至塔楼结构封顶。按塔吊起重能力和楼层钢梁布置状况划分吊装单元。一是钢柱吊装。钢柱（劲性钢柱及外围框架柱）基本以2 层或3 层为1 节来划分吊装单元。1层钢柱以1层高度（10.4m）为1 个吊装单元；在2-8层钢柱吊装时，以每2 层（高9 m）为1个吊装单元；8层至屋顶层，以每3层（高13.5m）为1 个吊装单元。外围钢管柱长分段为13.5 m，最重分段质量为10.53t，钢梁最大截面质量约0.2 t/m，最长16m，质量3.6t。地上部分钢管柱呈倾斜姿态，为确保施工阶段稳定，以4 个角部为起始吊装，及时安装连系钢梁，增设辅助支撑，形成稳定体系。然后对称安装其余钢框架。倾斜钢柱采用全站仪坐标法定位，依据施工模拟分析及工程经验确定预调值。斜柱通过柱顶精确定位，柱底接缝处调整变形，利用千斤顶逐节调整，防止变形累积。钢柱安装后在顶部钢管口设置封盖，以有效阻止垃圾、雨水等进入钢管内部，影响后续混凝土灌注施工。二是塔楼顶部的“花瓣”造型钢结构吊装。采用高空散装法安装。搭设满堂脚手辅助安装，以解决构件的稳定性、临时支承及操作脚手架搭设难题。三是钢桁架吊装。塔楼27～28层为桁架层，桁架高1 层楼，由4 组连系核心筒角部与外围钢柱的径向桁架以及外围的环形桁架组成。

3.钢结构施工控制技术。

（1）闭环控制方法。钢结构工程施工采用闭环控制方法进行结构施工控制，包括分析预测、实施、监测、反馈和调整。

（2）施工监测。一是施工过程结构变形监测。结构变形监测包括结构形体监测和结构标高监测。结构形体监测是观测已施工结构的中心相对于预定轴线位置的偏位，使用全站仪结合测距棱镜进行测量；结构标高监测是观测楼层结构是否达到设计标高。二是施工过程应力监测。钢结构施工过程是一个从下部逐级而上到逐步成型、从不完整到完整的过程，施工过程中伴有结构形态的变化，不同施工阶段有不同的结构形态和不同的受力特性，且每个施工阶段的内、外部荷载条件也不尽相同。故根据结构受力特点以及施工方案建立专门的施工应力监测系统，在核心受力构件及受力情况复杂的部位设置应力监测点，在结构关键位置布置变形监测点，在结构施工过程中实时监测其应力、位移参数的变化情况，以此来判断设计计算的准确性与施工过程的安全性，从而掌握施工过程关键构件关键截面的应变（应力）的变化历程，分析实测应变数据，与施工阶段计算的理论数据进行分析，保证施工安全和工程质量。

超高层钢结构施工过程技术难度大、工艺复杂，因此必须综合分析整体结构的情况、施工环境以及企业环境等来确定施工技术路线与工艺，相关技术人员应该加强自身的专业知识，不断探索研究，紧跟时代潮流，创造出符合时代要求的新技术来指导施工。

参考文献：

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[3]郭颜林.倾斜高层建筑施工关键问题及实施[J].施工技术， 2011，（12）.