超高层建筑钢结构制作施工重点、难点分析及控制措施

王光振

（中国建筑第八工程局有限公司 上海市 200100）

1 超高层钢结构特点

（1）结构用钢量大，钢板材质等级高，厚板占用比例大。

（2）抗震等级高，焊缝质量等级要求高。

（3）焊接量大，焊接变形大。

（4）构件单体重量大，对吊装设备要求高。

（5）钢结构与钢筋混凝土结构交叉施工作业多，施工作业面小。

（6）核心筒钢板墙多，现场焊接变形控制难度大。

2 超高层钢结构制作重点、难点分析及控制措施

超高层建筑钢结构多采用箱型，十字型号，圆管形，H型，由30～100mm厚的钢板制成，主受力焊缝多为一级熔透焊缝，需100%超声波检测。针对超高层钢结构的特点，对钢构件制作的难点，重点实施分析，并提出针对性控制措施，以确保钢构件制作质量，具体如下：

（1）钢构件焊缝质量关系到建筑结构安全性能，焊缝质量控制是构件加工的重点，必须重点控制。①焊接前应根据钢板厚度、材质、节点形式、焊接方法进行焊接工艺评定试验，焊接工艺评定合格后，制定焊接指导工艺，车间必须依据焊接工艺施焊；②对于超过20mm的板焊接，实施焊前预热，预热温度满足规范要求；③坡口角度需满足设计要求，装配间隙控制在0～3mm，对于超标间隙需进行处理后焊接。

（2）构件变形主要是焊接受热收缩引起，焊接变形控制是构件制作的难点，尤其是厚板焊接，极易产生焊接变形。焊接变形主要通过焊接顺序和坡口形式加以控制，焊接采取对称焊、分段退焊、跳焊等方法减少焊接变形。对于大于30mm钢板，开设双面坡口，一侧开t/3，另外一侧开设2t/3，且两侧交替焊接，坡口形式见图1，焊接顺序见图2。

图2 焊接顺序

（3）钢构件制作精度是现场顺利安装的保证，工序控制是保证制作精度的关键，制作精度应重点控制如下几个方面：

①零件切割采用数控切割，切割完成的零件，尺寸复核。

②对箱体构件、十字型构件、H型构件组立时，根据经验并结合理论计算，预留一定的焊接收缩余量，确保焊接后的构件截面尺寸满足规范要求。

③根据工艺要求，在箱体内部增设工艺隔板，增强箱体刚度。

④构件最终完成后，对构件总长度、截面尺寸、弯曲度、扭度，牛腿及孔位全面检查。

（4）焊接应力对结构是不利的，尤其是厚板焊接，根据板厚采取焊前预热，焊后保温的措施减小焊缝应力，对特别重要的焊缝或设计有要求的焊缝，采取焊后热处理消除焊接应力。

（5）钢结构是极易发生锈蚀的材料，尤其是外露的钢结构，防腐涂装不到位，直接影响到结构的使用年限。涂装前，钢构件表面除锈等级必须满足设计及工艺要求，且不低于Sa2.5级，除锈完成的构件需再4h内完成底漆涂装，涂装环境温度宜为5～38℃，相对湿度不大于85%，防腐材料必须根据建筑所处的环境条件相适应。

3 超高层钢结构施工措施及质量控制

（1）超高层建筑通常位于城市中心区，施工材料用量大，施工场地狭小，为便于场地周转，钢构件进场计划必须作为一个重点控制，根据现场进度合理制定构件加工发运计划，确保构件进场与现场施工顺序一致，避免构件现场积压，实现进场的构件及时吊装。

（2）钢构件合理分段直接关系到后续运输及吊装，在施工技术准备阶段应重点控制，在设计阶段应充分熟悉垂直运输设备的性能参数，根据起重设备的吊重，并结合运输车辆的载重对构件分段，构件分段后的重量严禁超出起重设备的吊重能力，构件长度和宽度不宜超出运输车辆的限制。构件分段位置应考虑现场焊接的可行性，确保现场无障碍焊接。

（3）超高层建筑施工，通常钢结构和钢筋、模板，幕墙等工种交叉施工，施工作业面有限，如何在有限的作业面上有效穿插施工是一个难点。针对作业场地特点：①根据作业面的实际状况，制作移动的作业设备工具箱，以便施工设备随作业点整体移动；②掌控好施工窗口时间，钢柱在模板铺设后紧跟安排吊装焊接，并及时组织验收，以便为后续作业提供工作面；③依据工作面情况合理安排施工人员，在最有利的时间窗口内完成节点施工。

（4）超高层建筑的建筑高度往往超过100m，甚至超过600m或更高，对施工测量精度要求极高，精准的测量控制是施工的重点。施工前，对给定的坐标复查，对仪器进行计量校准，确保仪器的精度，并编制测量专项方案，准确建立一级控制网，二级控制网，并根据需求增加辅助坐标点。为消除施工过程中的累计误差，必须对每节钢柱的标高、坐标、垂直度、扭曲度测定，尤其是造型复杂的钢构件，应在构件上布置测控点，采用三维坐标法控制安装精度。

（5）考虑到高层建筑的构件单体较重，重则会超过50t，吊装必须按照安全规范要求选用钢丝绳，钢丝绳应无断丝、无死折，吊装时，钢丝绳水平夹角应大于60°。吊装前在构件上标定出安装方向，在构件上设置控位缆风绳。为便于构件就位，在下节柱两个相邻侧面设置导向挡板，如图3所示。钢柱就位后用连接板连接固定，并调整垂直度，扭度及标高，校正完成后及时焊接固定构件。

图3 安装导向板图示

（6）钢构件间现场连接多为焊接连接，焊缝质量等级要求高，现场焊接作业环境差，如何保证焊缝质量是施工的一个重点，针对高空焊接的特点，采取如下措施保证焊缝质量：

①现场用焊丝存放在干燥通风的仓库，焊工必须持证上岗，锈蚀的焊丝不得使用。焊丝使用前进行力学性能复检，合格后方能使用。

②焊接前，根据实际的节点形式进行现场焊接工艺评定试验，并根据焊接工艺评定编制焊接工艺指导文件，焊接操作必须按照焊接工艺文件规定的电流、电压、速度施焊，并按照要求预热，层间温度不应超过220℃。对钢柱焊接先焊接翼缘板，后焊接腹板，翼缘板应2人同时对称焊接，采取小电流，多道焊接，每道焊缝厚度不宜大于6mm，以减小焊接变形。

③当风速度大于2m/s时，需搭设防风棚，雨天严禁焊接作业，如特殊情况需在雨天焊接时，必须设置遮雨布。当气温低于0℃时，焊缝区需加热到20℃或规定的最低预热温度后焊接，当温度低于-10℃时，必须进行相应的环境下工艺评定试验，试验合格后方能焊接。

（7）核心筒钢板墙为片状结构，整体刚度小，在运输及存放过程中容易变形，钢板墙吊装前检查构件尺寸及钢板墙的平整度，对尺寸不匹配的或变形过大的钢板墙装前校正。钢版墙卸货时应放平垫稳，不应堆叠过高。考虑到钢板墙竖向、横向焊缝较长，焊接应力大，焊接极易产生焊接变形，故拼接焊缝应开设双面坡口，两侧交替焊接，并增设横向加筋板，以控制焊接变形。

4 结束语

超高层建筑钢结构施工技术复杂，测量难度高，焊接量大，焊缝质量要求高，施工周期长，施工部署难度大。针对超高层钢结构施工的这些实际特点，预先对施工重点、难点进行分析，并制定出针对性的解决措施方案，在很大程度可以提高工程施工质量，节约施工资源投入，提高施工效率，缩短施工工期，确保工程质量。