复杂高层建筑钢结构施工综合技术研究

陈伟

1.工程概况

案例工程武汉市轨道交通8号线赵家条配套综合开发项目一期钢结构工程安全等级和防火等级均为一级标准，抗震设防分类为重点设防类(乙类)，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.05g。结构抗震等级：核心筒为一级；钢管混凝土框架为一级；钢梁抗震等级为一级。主楼结构采用“圆钢管混凝土柱、钢梁—钢筋混凝土核心筒”混合结构体系，钢结构工程总量约1.3万t。

2.施工重点难点分析

2.1 深化设计

深化设计是复杂高层建筑钢结构施工的重难点，主要表现在两个方面：（1）高层建筑钢结构规模大，钢结构分布面广，交叉作业频繁，对钢结构与其他专业碰撞的处理难度大，深化设计过程中与各专业的协调管理及确保钢结构与其他相关专业的交叉作业的顺利实施，是施工重难点之一[1]。（2）外框柱截面大，连接节点构造复杂、形式多样，对此类复杂构件、节点的深化设计同样是深化设计重难点。因此必须完善设计组织，做好各专业间的信息沟通和技术交底，完善图纸审核制度和流程，并通过三维实体模型提前进行模拟验证。

2.2 钢结构复杂节点的制作加工

该项目钢柱大多为圆管柱，且柱上部牛腿较多，同一柱与梁的连接节点最多有六个牛腿，这就要求严格控制钢结构的制作精度，以便后续安装焊接。对此，需要抓好两个关键控制点：（1）从源头工序上进行严格把关，下料时控制好尺寸，特别是零件坡口尺寸，组立时要控制好定位和坡口间隙的精度。（2）采取合理的工艺措施，控制组对精度，并利用BIM进行三维模拟。

2.3 钢结构吊装

本项目施工场地狭小，吊装区域附近临近其他超高层建筑，而且存在超长构件，最长构件达到33.6m。这就给吊装工作带来很大的难度。因此，必须在施工前做好充足的装备：（1）吊装前做好构件的进场、验收与堆放顺序安排；（2）起重机械选型以及吊装方案结合现场实际情况，并采用BIM技术进行三维模拟吊装，避免出现卡杆现象以及吊车超负荷状况；（3）对超长构件，采取合理分段并经设计单位审核；（4）为保障吊装的安全性和安装的稳定性，局部大跨度简支梁和悬挑梁在吊装前需搭设临时支撑，待支撑及次梁安装完毕，结构具有一定的强度、整体性后方可拆除。

3.施工方案设计

3.1 施工条件分析

施工环境对于钢结构施工有很大的影响和制约，所以在制定施工计划之前，首先要做好施工条件的分析，包括区域环境的气候特征、昼夜温差、雨季期、日照等情况，施工场区的地下水分布情况，施工场地的岩土结构，临时用水、电、场内道路等问题[2]。

3.2 做好施工场地基础处理

高层建筑钢结构安装施工，地基处理是最为关键的基础性工作，安装之前必须做好地基处理和质量验收。质量控制的重点包括混凝土基础的强度、基础轴线标志、标高基准点，以及预埋的地脚螺栓的位置，预埋件与混凝土的牢固程度、紧贴性等。要严格检查验收基础支承面和地脚螺栓位置尺寸，误差值必须控制在允许的偏差范围内。以本工程为例，具体标准参数参见表1。

表1 基础支承面、地脚螺栓的允许偏差值范围

4.钢结构安装施工技术要点分析

4.1 预埋件安装

预埋件安装主要包括柱脚锚栓预埋测量校正与核心筒预埋件安装两个部分。（1）柱脚锚栓预埋测量校正。钢结构安装施工的第一道工序就是柱脚锚栓的预埋安装，质量控制的重点就是安装的牢固程度和定位的精度。通过计算得出安装坐标，在土建钢筋捆扎完成后，借助全站仪测量放线轴线位置，把定位环板与锚栓安装好，然后进行混凝土浇筑。浇筑中要防止锚栓发生位移，及时做好纠偏处理。地脚螺栓预埋件定位需要使用支架和钢筋进行固定，支架采用8#槽钢制作，高度4m，长宽各为1.5m。（2）核心筒预埋件安装。钢筋混凝土核心筒钢梁埋件主要为楼层钢梁与钢筋混凝土结构连接的埋件。具体步骤为：测量定位→埋件板初就位和精确校正→埋件板清理、定位→根据放线位置，将受剪连接板焊接在埋件板上。为保证预埋件的安装精度，受剪连接板待埋件板安装定位且混凝土浇筑后，再放线定位焊接。

4.2 圆管柱安装施工

外筒钢柱安装的施工内容含钢柱吊耳、连接板设计与钢柱高空拼装三个部分。钢柱安装需要注意以下几个主要事项：（1）为保证焊接质量，相邻钢柱在吊装之前，要做好钢柱底面和底柱顶面的除锈处理，清除渣土灰尘。焊接时必须保证钢柱与底座柱头保持中心线吻合，对接口错位不能超出允许误差范围，否则会导致受力偏心，影响结构安全。（2）重点关注钢柱垂直度和标高，及时做好校正。（3）安装钢柱时，一定要做好安装临时螺栓的紧固。安装操作之前，一定要提前做好安全防护、设置施工警戒线，准备好安全爬梯、防坠绳、操作平台等设施。起吊平稳，避免地面拖拉，注意吊点对称，保持垂直吊装。起吊离地后做短暂停留，起钩、旋转、移动交替进行，就位后缓慢下放，避免出现大幅度摆动。

4.3 钢梁安装技术要点分析

4.3.1 楼层钢梁吊装方法

在本项目中，楼层钢梁主要包括环梁、主次钢梁等，钢梁截面形式为“H”型，最大截面尺寸为H900×300×20×28mm。外框钢梁的安装顺序遵循主梁、环梁、次梁、悬挑梁的原则。外框柱测量校正后，安装钢梁，钢梁采用串吊和单根吊装的方法进行吊装。钢梁与埋件的连接挂设吊篮，与钢柱连接端搭设操作架。钢梁制作按设计要求预起拱。安装完外筒相邻两根钢柱后，随即安装钢柱之间的环梁。在进行外筒环梁安装之前，操作人员首先通过外筒钢柱上绑扎的爬梯攀爬至作业层牛腿位置，并将安全带钩于安全绳上。操作人员就位后，开始进入环梁吊装，环梁安装形成稳定单元后开始安装楼层钢梁。核心筒预埋件在墙体浇筑混凝土前埋设完成，相应楼层混凝土脱模后，安装人员在爬模架下方焊接钢梁连接板。安装楼层钢梁时，先在钢梁上设置好安全绳，钢梁安装基本就位后，安装人员在外筒柱上牛腿及环梁处，拉溜绳固定楼层钢梁，将安全带钩于安全绳上，骑行钢梁至核心筒侧。

4.3.2 钢梁起吊及安装注意事项

起吊步骤：（1）钢梁吊点设置。由制作厂制作钢梁时预留吊装孔作为吊点。大跨度、大吨位钢梁要提前焊接吊耳，若单根钢梁重量不大时可进行串吊；（2）钢梁绑扎与起吊。提前装配好需要的螺栓和连接板，并在钢梁端部焊接好定位板。注意钢梁的起吊方向；（3）钢梁吊装到位后，按照施工图纸，做好临时固定，安装螺栓不得少于3颗，并且要大于本节螺栓总数量的30%。

钢梁安装注意事项：（1）钢梁吊装前要做好连接板除锈和污物清除；（2）做好标高、轴线校正，保证安装精度；（3）安装结束后要对钢梁和连接板的贴合程度进行检查；（4）钢梁与钢柱的吊装顺序要保持一致，便于及时形成框架结构；（5）安装时采用临时螺栓固定，不允许直接穿入高强螺栓；（6）必须使用绞刀扩孔法进行螺栓偏孔校正处理，严禁气割扩孔。

5.吊装计算

高层建筑钢结构施工难度大，而且具有一定的危险性，有大量的构件需要进行吊装，塔吊、钢丝绳、吊耳及吊篮的选型非常关键。（1）塔吊选型。以本工程为例，本文选用重量最大的钢柱进行分析，钢柱重量为8.1t，因此选择两台STT373A-18T塔吊进行钢结构吊装，其最大起吊半径可达60m。（2）钢丝绳计算。按钢柱最重约11.8t采用两根钢丝绳挂四个吊点，塔吊吊装，吊绳与钢柱的夹角大于等于60°，根据在吊装过程中可能出现的最大受力的情况计算出每根钢丝绳的许用拉力值。通过计算选用Φ36、6x37+1型公称抗拉强度为1670MPa钢丝绳满足施工要求，并选用5T卡环。（3）吊耳及吊蓝的选择也要根据公式进行载荷计算，确保耳板抗拉和抗剪强度，以及吊篮的强度、挠度均满足规范要求。

6.结束语

复杂高层建筑钢结构施工环境复杂，技术要求高，具有一定的危险性，要保证顺利实施，必须提前做好结构件深化设计和施工组织设计，对施工过程中可能存在的环境、人员、技术、设备等各种因素提前做出分析，提前制定策略，做好事前预防、事中控制、事后检查验收和技术方案总结，只有这样，才能保证钢结构施工技术持续提高。