钢结构全逆作法技术在超高层建筑中的应用

王柯超，刘华山，张学伟，刘菲

（中建二局第一建筑工程有限公司陕西分公司，西安 710000）

1 引言

自改革开放以来， 随着社会主义市场经济模式在我国逐步确定，城市经济得到了巨大的发展。 为积极响应国家节能减排的号召，尽快实现绿色环保发展目标，逆作法施工技术应运而生[1]，相比传统性的施工技术，逆作法不但能够有效提高施工效率、降低施工成本，而且能够满足绿色施工管理的要求。

2 工程概况

本文以南京金茂广场二期建设项目作为研究案例， 该项目为1 座68 层的超高层塔楼，塔楼的高度设计为308 m；1 座7 层高度的商业裙房及5 层地下室。地面以上部分的建筑物面积约为197 299.92 m2，钢结构的使用量约为2.8 万t，塔楼的外形设计为梯形桩状，塔楼尺寸为56 m×69 m×31 m×69 m。 该项目采用的是框架-核心筒结构形式，塔楼的核心筒使用全逆作法进行施工，单根叠合柱的最大质量为3.2 t；塔楼的外框采用20 根异形柱+ 巨型斜撑构成，在分隔面部位将圆柱更换为十字柱[2]。

3 钢结构设计要点

3.1 工程桩与钢构架剪力墙、钢管柱连接节点

为保证施工质量符合设计图纸要求， 同时降低施工过程中的安全隐患， 施工单位将桩基础的连接作业细分为两个工序完成，即内部连接与外部连接。

1）内部连接方式：在基础桩的中心部位埋设定位器，这样能够保证定位设备与混凝土结构共同承受上部传递而来的荷载。 根据界面形式的不同，可以选择使用十字形定位器与异性定位器两种不同的规格，不管使用哪种规格的定位器，其尺寸应小于钢结构的净空尺寸10 mm，便于后期安装作业。 定位器大样图如图1 所示。

a 钢管定位器固定大样

2）外部连接方式：承台部位的钢筋及钢管柱可使用焊接方式进行连接， 需要注意的是其应该在逆作法施工完成以后展开作业。

3.2 柱与柱接头节点

下段钢管柱的上侧应设置环形封顶板， 封顶板的下侧需设置加强肋板，肋板的高度为350 mm，厚度为12 mm，上段钢管的下侧应设置内衬管，板体的高度为400 mm，厚度为10 mm。

3.3 梁柱接头节点

钢管柱与梁体之间的接头使用环板与加肋板构成的牛腿进行连接，环板的厚度与梁体的梁翼缘板厚度保持一致，使用熔透法连接梁翼缘板，使用高强度的螺栓连接腹板。

异形柱、剪力墙使用牛腿与梁体接头进行连接。 使用熔透法连接梁翼缘板，使用高强度的螺栓连接腹板。

3.4 主梁与次梁连接

使用刚性接头连接主、次梁，施工人员严格按照规范要求在梁翼缘板部位预留接口，使用熔透法连接梁翼缘板，使用高强度的螺栓连接腹板。

4 钢结构施工

为保证钢构件尺寸的精准度符合设计图纸要求， 应该将剪力墙及结构柱分段进行加工[3]。 分段标准为：±0.000 以下部位作为第一段， 该节段的长度为23.45 m， 第二段为第一层~第四层，该节段的长度为20 m，第三段以上每段的长度设置为10 m。 该项目中的第一段、 第二段剪力墙结构柱的直径为800~1 200 mm，单个构件的质量约为9.5~18.4 t。 异形柱与剪力墙的体积比较大，最大的核心筒QZ7剪力墙的几何尺寸为3 200 mm×3 300 mm，该构件的质量高达76.84 t，构件加工完成后的运输作业存在一定的难度，此外，其还会牵连后续的安装作业难度增大。 因此，该项目中的钢构件吊装作业成为施工过程中的难点与重点，特别是前两节段的运输及吊装作业。

在经过全面的分析以后，施工单位采用平板车运输结构柱及钢构件，小型钢管则可以选用小型运输车进行运输；使用汽车吊安装前两节段的钢管柱，施工单位应配备多台汽车吊进行吊装作业。为保证安装作业顺利完成，为提高吊装作业的效率，施工单位需额外配备内、外塔吊（规格为250 t·m、500 t·m）。

4.1 钢结构的制作、验收及运输

剪力墙与结构柱由专业生产厂商负责加工制作， 当加工制作完成后，由施工单位、建设单位、监理单位进行质量验收，当验收合格后，才能运输至施工现场。

在质量验收过程中，应对以下问题予以重视：（1）钢材应附带有出厂合格证及试验检测报告；（2）产品的外观质量必须满足设计及规范要求，不得出现裂纹、凹坑、咬边等质量缺陷；（3）梁体接头部位的牛腿标高偏差不得超过3 mm，整体偏差不得超过5 mm；（4）结构柱的弯曲度应该控制在L/1 000（L 为钢管的长度）以内，且保证不大于10mm；（5）钢管的椭圆度应该控制在：f/D≤3/1 000mm（f 为椭圆长轴与D 之差；D 为钢管柱外径）；（6）钢管端部的倾斜度控制在：Δ/D≤1/1 500（Δ 为管口最高点与最低点之差）；（7）钢管的接头部位的坡度应该为35°。

当钢结构的加工质量检查满足实际需求的情况下， 才能够运输至施工现场。

4.2 定位器的安装

当基础桩部位的钢筋笼吊装作业完成后， 在浇筑混凝土之前，及时安装定位器。

施工人员使用经纬仪将基准网的控制轴线投放至桩井的压顶部位，并进行标记。 然后使用水平仪将控制标高测引至桩顶以下100 mm 部位，并使用红色进行标记。 再使用线坠将轴线引测至桩基础的护壁上， 可使用大钢尺将定位器的标高引测至桩井的下侧，以上工序完成以后，开始安装预埋钢板。 正常情况下，水平杆的标高应低于设计标高2~3 mm，在焊接部位焊接钢板块，便于后期对定位器的位置进行调整。 当定位器的位置调整完成后，对控制轴线、标高进行复核，并办理相应的质量验收手续。

定位器的安装质量会对钢结构的整体施工质量造成巨大的影响，所以在安装定位器过程中，应该频繁对其进行检查，且在混凝土浇筑完成后进行二次复核。 若发现存在偏差，应立即反馈至生产单位，及时对其调整，消除偏差。

4.3 钢管柱构架墙的安装

4.3.1 第一段墙柱（±0.000 以下段）的安装方法

吊装过程中，可使用汽车吊将钢管柱吊起，促使钢管柱与井口对齐，然后根据前期布设的轴线对钢管柱进行调整，最后缓慢落放钢管柱，并设置定位器。 吊装作业过程中，施工单位应配备专业的测量设备对垂直度、标高进行复核。 检查合格以后，将预埋钢板焊接在桩井的压顶部位。

面对超大、超长的剪力墙时，应配备多台汽车吊同步进行吊装，采用滑移吊装法施工。 以QZ7剪力墙而言，需要配备2台150 t 的汽车吊、1 台90 t 汽车吊，3 台汽车吊配合作业。

在安装第二段钢管柱、 剪力墙时， 应对结构物的挠度、高度、变形问题进行分析，在经过全面的分析以后。施工单位决定使用综合吊装法施工，具体方法如下：测引出第一节段钢管的轴线与标高，在钢柱的管口部位设置连接钢板，钢板的尺寸为100 mm×300 mm×20 mm， 钢板的安装间距设置为500 mm；在安装第二节段钢管时，可使用经纬仪控制垂直度，待钢管的垂直度检查合格后，使用连接板与螺栓连接，并使用缆风绳固定。

4.3.2 钢梁安装

钢梁的吊装顺序为：由柱顶向下进行吊装，先吊装主梁，然后吊装次梁。 吊装过程中，施工人员应使用经纬仪对轴线进行控制，待检查合格后，使用螺栓与牛腿连接，并对其固定。

4.3.3 柱接头焊接

为降低焊接热应变所产生的变形量， 在焊接钢柱的接头时，应使用对称同步法进行作业。 点固焊完成后，接着进行二氧化碳气体保护焊焊接打底焊，手工电弧焊罩面。 整个施工过程中， 使用2 台经纬仪对垂直度进行复核， 一旦发现质量缺陷， 立即停止焊接作业， 并结合具体情况合理地调整施工工序， 保证垂直度满足设计及规范要求， 施工偏差不得超过于L/1 000，同时不大于10 mm。

4.3.4 钢梁连接

当钢柱部位的接头焊接完成后，则可以连接钢梁，施工顺序为自下而上，逐层进行作业。 将原本的常规性螺栓更换为高强螺栓，在经过拧紧处理以后，则可对钢梁与牛腿进行焊接处理。

4.4 压型钢板施工

钢板与钢梁之间的连接可使用专用焊接抢将栓钉打入穿压钢板中，需要注意的是，在连接的瞬间会形成较大的电流，这部分电流会导致栓钉熔化，从而形成环形焊缝。 具体的施工流程为： 施工图优化设计→根据设计图纸编制出合适的排版图→在梁体表面标记出钢板布设的具体位置→安装临时支撑→吊装钢板→布设钢板→合理地调整钢板的位置→对焊接点进行加固→弹出钢梁的具体位置→标记出栓钉的具体位置→打孔→焊接作业→对端部进行封堵。

5 结语

综上所述，本文主要对钢结构全逆作法进行深入研究，在安装钢柱过程中， 贯通式洞口的尺寸会对钢柱的安装质量造成显著的影响，导致实际安装作业的难度增大；因室内空间有限，导致起重设备无法进行作业，所以，钢梁安装作业的难度也会随之增大。 经实践后得出，全逆作法具备良好的技术可行性，值得在大范围内进行宣传推广。