超高层建筑钢结构加工与安装技术的探讨

杜浩

（陕西建工机械施工集团有限公司，西安 710032）

1 引言

钢结构形式在超高层建筑中使用广泛，是超高层建筑的主流形式。特别是高度超过200m的建筑，一般都需要使用钢结构，利用其自身强度高、质量轻、抗震性能好等优点，提高建筑使用安全性。因此，对超高层建筑钢结构施工技术进行研究具有现实意义，有利于推广钢结构的应用。

2 工程概况

某超高层写字楼建筑集办公、商业、住宅、餐饮娱乐等功能于一体，建筑总面积为 2.806×105m2，占地面积 3.53×104m2，主要由2栋42层的写字楼和5层商业裙房组成。其中，建筑地上面积 2.226×105m2，地下面积 5.80×104m2，设置有 2层地下室结构，主要用作停车库和设备用房，人防六级。从该工程的结构特点来看，主体钢结构包括2栋塔楼的钢结构部分以及裙房的钢结构部分。2栋塔楼具体为钢框架支撑结构，中间5层裙房主体为钢框架结构，部分裙房为钢筋混凝土框架结构。在建筑6层以上，主要采用小钢架桁架搭建楼板，并采用钢结构柱作为核心筒的支撑柱。裙房钢结构主要包括矩形钢管混凝土柱和钢梁，属于钢框架施工内容。该工程钢结构整体示意如图1所示。

3 超高层建筑钢结构加工技术

3.1 钢构件加工基本流程

该工程由于建筑体量大，钢结构构件使用数量多，具体包括H型钢构件、箱型钢构件等，对钢构件加工质量有严格要求。工程使用的钢构件均在工厂完成加工制作，其基本加工流程包括以下几个环节：（1）技术准备，根据设计图绘制制造图，开展工艺评定及试验工作，对工艺方案进行优选，准备好工装器具，并对生产系统进行运行调试；（2）前期加工，包括原材料预处理、车间底漆、制管、弯曲成型、焊接坡口加工等；（3）杆件加工，包括胎架组装、焊接变形控制、校形及检验等；（4）节点整体组装，利用胎架和机具完成组装，进行整体检验；（5）涂装，进行二次处理和涂装，最后将钢构件运送到施工现场。

图1 某超高层写字楼建筑工程钢结构整体示意图

3.2 H型钢梁加工技术

在H型钢梁加工过程中，钢板加工前要进行矫正和平整，在钢板矫平机上进行加工。进行钢板矫正的目的是消除钢板的轧制应力，而且可以增强其表面致密度。然后进行放样和排版，根据相关技术规范，控制钢梁翼腹板的焊接缝错开200mm左右，翼缘焊缝与加劲板、腹板都应相距200mm以上。在放样时，零件的焊接加工应预留一定收缩量。由于H型钢为直条式构件，在下料时可以采用NC直条切割机，并控制好切割余量。坡口加工可采用自动或板启动切割方式，然后进行边缘打磨。完成H型钢组立和焊接后，要对其进行校正，控制每次矫平量在3mm以内，经多次矫正达到质量要求[1]。

3.3 箱型结构加工技术

箱型构件包括箱型柱和箱型梁，均由2块盖板和2块腹板组成，采用全熔透焊坡口形式，以满足箱型构件强度要求。在构件内部设置横隔板、加劲板。在该工程中，箱型钢结构构件采用Q345GJG和Q390GJC型钢材，板厚小于44mm，按照高层钢结构钢板标准验收。在箱型钢构件焊接施工中，采用埋弧焊方式完成板件拼接，在内部隔板和加劲板焊接过程中，采用CO2气体保护焊接技术。下料前同样需要对钢板进行矫平，并在下料后进行二次矫平，严格控制构件加工精度，确保局部平整度偏差在1mm以内。

3.4 复杂节点加工技术

在复杂节点加工过程中容易出现焊接变形较大的问题，需要做好定位工作。可采用箱型梁作为胎架的组装面，划出安装构架线。在上立柱定位时，主要采用平台中心线进行定位，并控制好坡口间隙和垂直度。在下节点构件定位时，主要根据箱型构件端面企口线进行定位，同样需要控制坡口间隙和垂直度。最后利用经纬仪和地样线对牛腿组装精度进行检测，尽可能提高钢构件加工技术质量。

4 超高层建筑钢结构安装施工技术

4.1 预埋件安装施工

在钢结构预埋件的安装施工过程中，该工程预埋件的最大截面尺寸为1 100mm×1 100mm×50mm，质量约为11t，是预埋锚栓、钢板、矩形短柱组成的结构[2]。在预埋件安装施工中，需要控制好其标高，利用塔楼完成现场装卸及定位调整工作。为了确保预埋件安装施工技术质量，应确保地脚锚栓埋设精度，在吊装前检查预埋锚栓轴线和标高，并控制好锚栓伸出长度。对于出现弯曲变形的锚栓，应及时矫正，修复受损螺牙。在标高调整过程中，可采用垫块组分2次完成标高调整工作。如果锚栓水平偏差较大，一般是受混凝土浇筑和振捣施工的影响，可采用分层浇筑措施，防止因混凝土流动性导致锚栓出现偏移。

4.2 钢柱安装施工

上述工程的2栋塔楼结构为全钢结构，钢柱属于焊接箱型截面结构形式。在钢柱安装施工过程中，可采用塔吊设备分段完成吊装，根据现场实际情况布置施工作业面，按照塔吊起重能力对钢柱进行分段，确保施工过程的安全性。在上述工程中，受现场条件的制约，钢构件运输到现场后不能在场内卸货，需要在临街一侧临时停靠。按照卸货点半径为27m、塔吊起重为161kN（16.1t）进行设计，需要对9根Z1钢柱和1根Z3钢柱进行分段处理，其余钢柱可按照全设计进行吊装。此外，在钢柱吊装施工中还要控制好吊点设置，可采用4个临时耳板作为吊点，确保吊装的平稳性，防止钢构件出现变形。

4.3 钢梁安装施工

在钢梁安装施工中，其安装数量远超过钢柱数量，但钢梁重量较轻，可以采用快速绑扎和提升方法，提高吊装施工效率。钢梁采用高强螺栓与焊接连接形式，在吊装就位后，可采用普通螺栓进行临时固定，先完成腹板连接板的临时连接，经过校正后，再改用高强螺栓固定，保证其拧紧和焊接质量。钢梁平面施工可以按照从里向外的顺序进行对称吊装，立面则按照从下至上的顺序进行施工。总体安装顺序随钢柱进行，在钢柱安装完毕后，连接柱间钢梁，形成稳定框架结构。在钢梁安装施工过程中需要做好轴线和标高校正工作，确保框架整体安装精度。同时应注意检查钢梁和连接板贴合方向，及时处理出现偏差的螺栓孔，在处理过程中不能采用气割扩孔方法，而应采用绞孔机进行扩孔。

4.4 核心筒安装施工

在核心筒安装施工中，该工程的核心筒结构由9根焊接矩形钢柱及桁架支撑体系、水平支持体系组成，采用塔吊分段和分片吊装施工技术，按照先柱后梁的顺序进行施工。为确保内外框架支撑体系的稳定性，在核心筒主要钢构件安装完成后，要及时进行外框架钢构件安装。在该工程中，核心筒钢构件安装均在塔吊吊装能力范围内，钢柱分块的最大质量为17.4t，钢桁架分块的最大质量为5.8t，采用的塔吊设备最大吊装质量为20t，可确保施工的顺利进行。在转换桁架钢构件吊装施工中，由于其分块质量小于塔吊最大吊装质量，可直接采用塔吊设备完成外框架转换桁架钢构件吊装施工，确保内外结构施工的同步性。

5 结语

综上所述，超高层建筑钢结构加工及安装施工工作量大、技术难度高，通过把握好每个环节的重点施工技术，可以确保钢结构施工质量，从而为超高层建筑使用安全性提供保障，促进工程施工技术水平的整体提升。