关于超高层桁架转换层钢结构施工技术探析

马齐锋

（柳州市建筑工程集团有限责任公司 广西柳州市 545006）

引言

当前，许多高层多是将小空间布置于顶层，将大空间布置于顶层，这违反了常规的结构布置方式。为了确保科学的结构构件传力，需将转换层设置在结构体系的变换楼层处。组合柱和板式转换、箱形转换和桁架式转换、转换拱和空腹桁架式转换都属常见转换层结构形式，但对超高层建筑来讲，因转换层的上部楼层偏多，需承受极大的荷载，所以这几年广泛地运用了超高层桁架转换层钢结构施工技术，本文对此作了相关的研究。

1 概述工程情况

商务办公楼的建筑高达260m，地下有五层，地上有五十五层。框架-核心筒型钢混凝土结构即办公楼的结构形式，核心筒的地下2～5层均是钢板混凝土组合的剪力墙结构，桁架转换层设置于四十二层、四十三层。

桁架转换层有着极其复杂的结构，构成结构包括外框环桁架和暗桁架以及伸臂桁架，最大的桁架层构件节点为32t，钢板最大厚度是100mm。钢结构共重1400t，混凝土为C60的强度等级，核心筒的墙体厚度是800mm。

2 深化设计桁架层

该工程对Takla软件进行了采用，深化了桁架转换层的钢构件，依照塔式起重机的安装顺序和吊装能力，同时应用到BIM技术对桁架转换层构件吊装的整个过程进行模拟，尤其在钢骨实际位置和规格、钢筋排布和规格、继电管线的预埋预留位置的三维建模需采用到BIM软件。另外，需要剖析结构当中全部的大型节点，将模型内对应工序的节点碰撞位置确定下来。最后一步，需对超重构件的钢筋连接方式以及分节方式进行优化，保障顺利的桁架转换层的结构施工。

2.1 深化设计伸臂桁架

该工程的结构部分的伸臂桁架有着较为复杂的节点形式，较大的截面尺寸，钢板厚度为100mm，节点的重量为28t，难以同墙体钢筋连接，而且当前的塔式起重无法承受住节点构件的超重。所以在使焊接质量得以满足的情况下，需科学地超重节点分段、分节。当划分为两段超重节点之后，部分核心筒外重量是10t，部分核心筒内的重量是18t。与此同时，优化连接处钢筋，这样才可使施工要求以及设计要求得以满足[1]。伸臂桁架的超重节点请看图1。

图1 伸臂桁架的超重节点

为了不增加焊接和安装桁架超重节点的难度，需划分核心筒外侧墙体350mm处的节点段，将三道安装的约束钢板增设于分段的位置处，采用全熔透的一级焊缝进行焊缝拼接，请看图2。

图2 全熔透一级焊缝拼接

外框部分伸臂桁架多是箱形截面构件，有较多的超重构件，难以吊装。而且由于外框结构以及核心筒间的变形沉降有一定差异存在，因此不可完全地焊接连接构件节点，这样才可将大型超厚钢构件焊接的残余应力充分地释放出来，使主体结构的耐久性以及稳定性得以保障。

此外，由于难以控制住桁架层的安装误差以及变形误差，所以应力释放的部位应选两端伸臂桁架斜撑较大受力的位置，并对其展开分节处理，斜撑拼装节点保证50mm的宽度。当基本完成荷载之后，便可对分节处实行补焊。因这一节点有超重的构件，因此需分节伸臂桁架的下弦杆件以及上弦杆件，这样才可使施工要求以及设计要求得以满足。

2.2 深化设计环形桁架

箱形构件是主要的环形桁架的杆件，由于其有较多的超重构件、较大的截面尺寸，尤其是框架柱筋会在一定程度影响到环形桁架的节点以及伸臂桁架的节点，增加了施工以及深化的难度。在这一情况下，需对Takla软件和BIM技术进行利用，科学地对超重节点进行分节。此外，由于节点偏重，还需对伸臂桁架和外框钢柱的下弦、斜撑进行拆分，拆分为12t以及 20t两部分[2]。

为了使连接伸臂桁架托座的强度得以保障，需从四面围焊框架柱以及伸臂桁架下弦的箱形托座须。然而，伸臂桁架斜撑托座挡住了箱形托座的上翼缘焊口，所以不能在现场焊接。因此，需二次深化和分节下翼缘座以及伸臂桁架的斜撑托座，应用到单面坡口的方式焊接拼装接口，这样才可使设计要求以及施工要求得以满足[3]。

2.3 深化设计暗桁架的结构

核心筒内墙体钢筋有较多的暗桁架碰撞节点，难以深化，为了使钢骨同钢筋的现场连接量减少，同设计方商讨后就需调整安装暗桁架钢骨的方向，连接墙体钢筋以及H型钢骨腹板。然而，在有较多墙体钢筋排数且较大直径情形下，难免出现钢骨同钢筋的碰撞情况。所以，需优化原结构的内部钢筋，在验算和设计之后，可用四排的墙体竖向钢筋来替代原来的六排[4]。

由于桁架钢骨有较大的截面尺寸，剩余的墙体两排竖筋依旧需要连接桁架钢骨，为了使连接强度得以保障，需搭接焊钢骨以及桁架钢筋。此外，核心筒内仅有狭小的操作空间，而且钢筋极其密集，因此需要预留钢骨腹板的钢筋空间，确保墙体钢筋的下部从上部钢筋以及钢骨全部穿过实行直螺纹连接。还有，因墙体钢筋有200mm的间距，工厂只对200mm直径的圆孔进预留，增加了施工难度，所以，可对缀板连接的方法进行采用展开优化设计，通过使缀板厚度加大，可保障有效的暗桁架钢筋的连接，使整体的桁架层施工难度有效降低。

3 施工难点以及对应的解决策略

3.1 钢桁架的预拼装

钢筋构件有较厚的钢板厚度、较大的截面尺寸以及较多的超重构件，所以难以控制杆件加工尺寸。一旦现场运送的杆件无法使相关规范和要求得以满足，必然会对桁架层的施工质量以及施工进度产生一定影响，为了确保桁架层钢构件整体的加工尺寸准确对应适当位置，需在预拼的线型图上对定位基准线进行划设，而后依照胎架的定位线设置胎架支撑。此外，在胎架上需分段定位桁架弦杆以及钢柱，并对板边差和中心线以及坡口间隙机进行核对。当拼装了桁架胎架和杆件，并固定好后，对采用到全站仪，且需对理论值和控制点坐标的一致性进行测量。在进行预拼装时，作为监理人员和项目负责人需实时地展开现场验收和检查工作。若拼装中有不合格的节点出现，应让工厂第一时间整改，合格验收之后才可发货，这样才可保障加工桁架层钢构件的整体质量。

3.2 安装复杂的超重节点

桁架层复杂的超重节点有较大的截面尺寸，无法连接桁架层钢骨柱以及标准层，难以固定住桁架节点，难以对超重节点进行焊接和安装施工，分析后，无法保障超重节点的安装可靠性。所以在研究中，需提前在超重节点的位置上预埋钢骨，这一方法除了可确保合理性，还可使安装超重构件的可靠性要求得以满足。

3.3 吊装超重构件

在反复地优化桁架转换层的钢构件之后，仍然有极多的超重构件，构件最大的重量是22t，按照当前的STL720动臂塔式起重机来看，20m臂杆半径四绳配置吊装是26t，25m半径吊装20t。当构件向塔式起重机的吊装区域中运送才可实行吊装，以下即塔机的具体参数，请看表1。

表1 塔机具体参数

主体塔楼的结构外侧是裙房，楼板周边道路楼板标高有3.45m的最大高差，受到一些因素影响，无法第一时间回填土方。而且无法向超重构件吊装区域运动运输构件的车辆。对比方案后，对钢浅桥的滑移平台进行了设计，借助滑移平台，可直接向结构周边运送钢构件，而且可使吊装桁架层钢构件的相关要求得以满足。

3.4 监测变形

100mm时最大的桁架层构件厚度，大的焊接变形量会对桁架层整体施工质量和后续工作产生直接的影响，通过将应力贴片安装于焊接位置，利用全站仪展开实时监测，可即刻终止较大焊接变形的焊接作业。而且可参考监测变形的相关数据对焊接工艺的顺序以及参数进行相关调整，使钢构件出现焊接变形的情况减少。由于外框结构同核心筒有不同的沉降，在完成连接桁架构件部位的安装之后，需要监测后焊口的变形。在施工荷载逐步增加的情况下，每7d需要进行一次监测，且监测之后要制作监测变形的相关报告，当结构变形情况趋于稳定之后便可调整监测周期。

3.5 质量控制措施

加强施工工艺管理，保证工艺过程的先进、合理和相对稳定性，以预防质量事故、次品的发生。坚持质量检查与验收制度，严格执行“三检制”，上道工序不合格坚决不能进入下道工序施工。对于容易产生质量通病或对工程质量影响比较大的部位和环节，加强预检、中间检和技术复核工作，以保证工程质量。做好各工序或成品保护，下道工序的操作者即为上道工序的成品保护者，后续工序不得以任何借口损坏前一道工序的产品。及时准确地收集质量保证原始资源，并做好资料归档工作，为整个工程积累原始准确的质量档案，各类资料的整理与施工进度同步。安装前，应按构件明细表核对进场的构件，查验产品合格证和设计文件；预拼装过的构件在现场组装时，应根据预拼装记录进行。管桁架构件进入现场后应进行质量检验，以确认在运输过程中有无变形、损坏和缺损，并会同有关名部门及时处理。拼装前施工小组应检查构件几何尺寸、焊缝坡口、起拱度、油漆等是否符合设计图规定，发现问题应报请有关部门，原则上必须在吊装前处理完毕。

4 结束语

该工程结合了与TeKla软件和BIM技术，深化设计了桁架的转换层结构，对吊装桁架转换层的整个过程进行了模拟，使桁架层的复杂超重节点的相关问题得以妥善解决。与此同时，通过采用预拼装可使钢构件加工质量得以保障，现场桁架转换层的施工质量得以保障。此外，实时地对主体结构的变形以及沉降进行监测，可使结构耐久性得以保障，构件焊接的残余应力得以减少，在采取一系列措施之后，不仅保障按照计划，完成了桁架转换层的工程，而且还使施工质量得以保障。

[1]张 良，张莉莉，付继新，等.超高层建筑高耸钢结构施工技术[J].建筑技术，2015，46（4）：331～333.

[2]唐际宇，戈祥林，侯恩宏，等.南宁吴圩国际机场新航站楼中央大厅屋盖多类型钢结构施工技术[J].施工技术，2016，45（20）：1～4.

[3]张宏勇，年全军，张福川，等.超高层建筑钢结构快捷式辅助安全措施施工技术[J].施工技术，2017，46（4）：87～89，123.

[4]李景文，申士杰，包升，等.无锡恒隆广场屋面钢结构施工技术[J].施工技术，2017，46（2）：17～20.