超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和措施

1、    超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和措施    毛欽田 申志華摘要：隨著城建速度的加快，超高層建筑的出現(xiàn)不但解決了城市人口過(guò)多帶來(lái)的住房問(wèn)題而且美化城市、降低建筑用地。而如今傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于自重過(guò)大已經(jīng)慢慢被重量輕的鋼結(jié)構(gòu)替代，而超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)的使用能大大改善建筑整體的承重，給我國(guó)建筑行業(yè)帶來(lái)了深刻的變革。本文主要分析了某項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和措施。關(guān)鍵詞：超高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)施工；技術(shù)；措施超高層建筑是人類(lèi)征服自然，不斷取得進(jìn)步的重要標(biāo)志，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，也是一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平和綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)之一。因此無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家，

2、還是發(fā)展中國(guó)家都把興建超高層建筑作為展示社會(huì)發(fā)展成就的重要手段。而超高層建筑通常采用鋼結(jié)構(gòu)作為主要構(gòu)成部分，因此超高層建筑一般都是超高層鋼結(jié)構(gòu)。一、高層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的主客觀條件在熟悉所施工結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定大型超高層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)路線，同時(shí)還要考慮到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、技術(shù)等方面因素。在確定技術(shù)總體路線之前必須對(duì)周?chē)h(huán)境、自身資源以及結(jié)構(gòu)本身充分了解。一般來(lái)說(shuō)優(yōu)秀的技術(shù)路線常常能夠充分利用自身優(yōu)勢(shì)以及時(shí)間空間并滿足主客觀條件。首先，對(duì)于結(jié)構(gòu)的荷載傳遞途徑以及基本組成要充分理解。弄清楚結(jié)構(gòu)荷載的傳遞路徑，據(jù)此做出合理的施工順序，從而能夠按照設(shè)計(jì)要求保證施工順利完成。鋼梁、鋼桁架、鋼柱是超高層鋼結(jié)構(gòu)的組

3、成部分，同時(shí)也是分析的對(duì)象。其次，在選擇合理的施工設(shè)備、進(jìn)行有效的施工組織與施工之前必須充分熟悉施工現(xiàn)場(chǎng)的周邊環(huán)境以及條件。二、實(shí)例分析1.工程概況。某項(xiàng)目總用地面積約2.5萬(wàn)m2，總建筑面積138632m2，地下2 層，地上38 層，建筑高度188m。本工程為超高層鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，塔樓采用混合框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。鋼管柱自地下室底板起，至37 層結(jié)束。地下室鋼管柱呈垂直狀態(tài)，出地面后先向外傾斜，至12 層后逐漸向內(nèi)傾斜，自下而上，斜率多變。頂部“花瓣”造型鋼結(jié)構(gòu)起始于173.87m，頂標(biāo)高為187.7m，由箱形柱、環(huán)梁及放射狀支撐等組成。（圖1 鋼結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型）2.工程關(guān)鍵技術(shù)和措

4、施（1）施工部署。由于高層主體施工過(guò)程中鋼柱的吊裝與混凝土核心筒施工是本工程垂直施工的2 條主線，存在多工種、多工序穿插配合、交替作業(yè)等情況，為保障各工種之間銜接配合、有序施工， 合理統(tǒng)籌主體鋼結(jié)構(gòu)的施工與混凝土核心筒結(jié)構(gòu)的施工是關(guān)鍵所在，也是保證項(xiàng)目工期、施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。核心筒內(nèi)勁性鋼柱起始于底板至28層結(jié)束，有焊接h型截面和位于角部的焊接異型十字截面2 種形式。勁性鋼柱之間設(shè)置1100mm×200 mm×18 mm×25 mm勁性h型鋼梁連接。一是設(shè)計(jì)階段針對(duì)鋼骨混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋與鋼構(gòu)件之間的矛盾，需要在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)階段協(xié)調(diào)解決，是確保順利施

5、工的基礎(chǔ)。二是施工階段由于鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)之間存在大量的交叉施工，核心筒內(nèi)勁性鋼柱鋼梁、外圍鋼管柱內(nèi)灌混凝土和鋼結(jié)構(gòu)安裝搭接穿插，相互間亦有影響，桁架層施工更是復(fù)雜。處理好鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)施工的合理搭接，亦是本有序施工進(jìn)行的關(guān)鍵。三是施工工藝。核心筒內(nèi)勁性柱與鋼梁骨架吊裝與加固。首節(jié)鋼柱柱腳錨固于基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)上，塔吊采用一點(diǎn)法吊裝勁性柱。先吊裝4 個(gè)拐角處的8 個(gè)勁性柱，然后再依次吊裝就位中間部位的勁性柱；臨時(shí)固定勁性柱后對(duì)勁性柱初步校正。（2）外筒鋼柱與核心筒施工的銜接協(xié)調(diào)。一是地下室施工階段。在基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)施工完成后，先安裝核心筒內(nèi)鋼柱鋼梁，之后進(jìn)行筒體混凝土的結(jié)構(gòu)施工、鋼構(gòu)安裝等流水

6、作業(yè)；其次待核心筒施工至地上1層時(shí)開(kāi)始外圍第1段鋼柱安裝，安裝好后用纜風(fēng)繩臨時(shí)固定，待土建施工地下室頂板后，再開(kāi)始外圍第2段鋼柱的安裝。二是地上標(biāo)準(zhǔn)層施工階段。核心筒施工高于鋼管柱吊裝作業(yè)面6 層后，開(kāi)始安裝地上標(biāo)準(zhǔn)層鋼柱、鋼梁。（3）鋼結(jié)構(gòu)吊裝。選用內(nèi)爬塔吊作為起重設(shè)備，當(dāng)塔吊自由懸臂獨(dú)立工況不能滿足吊裝高度需要時(shí)，采用隨結(jié)構(gòu)升高而自升內(nèi)爬工況，直至塔樓結(jié)構(gòu)封頂。按塔吊起重能力和樓層鋼梁布置狀況劃分吊裝單元。一是鋼柱吊裝。鋼柱（勁性鋼柱及外圍框架柱）基本以2 層或3 層為1 節(jié)來(lái)劃分吊裝單元。1層鋼柱以1層高度（10.4m）為1 個(gè)吊裝單元；在2-8層鋼柱吊裝時(shí)，以每2 層（高9 m）為1個(gè)

7、吊裝單元；8層至屋頂層，以每3層（高13.5m）為1 個(gè)吊裝單元。外圍鋼管柱長(zhǎng)分段為13.5 m，最重分段質(zhì)量為10.53t，鋼梁最大截面質(zhì)量約0.2 t/m，最長(zhǎng)16m，質(zhì)量3.6t。地上部分鋼管柱呈傾斜姿態(tài)，為確保施工階段穩(wěn)定，以4 個(gè)角部為起始吊裝，及時(shí)安裝連系鋼梁，增設(shè)輔助支撐，形成穩(wěn)定體系。然后對(duì)稱安裝其余鋼框架。傾斜鋼柱采用全站儀坐標(biāo)法定位，依據(jù)施工模擬分析及工程經(jīng)驗(yàn)確定預(yù)調(diào)值。斜柱通過(guò)柱頂精確定位，柱底接縫處調(diào)整變形，利用千斤頂逐節(jié)調(diào)整，防止變形累積。鋼柱安裝后在頂部鋼管口設(shè)置封蓋，以有效阻止垃圾、雨水等進(jìn)入鋼管內(nèi)部，影響后續(xù)混凝土灌注施工。二是塔樓頂部的“花瓣”造型鋼結(jié)構(gòu)吊裝。

8、采用高空散裝法安裝。搭設(shè)滿堂腳手輔助安裝，以解決構(gòu)件的穩(wěn)定性、臨時(shí)支承及操作腳手架搭設(shè)難題。三是鋼桁架吊裝。塔樓2728層為桁架層，桁架高1 層樓，由4 組連系核心筒角部與外圍鋼柱的徑向桁架以及外圍的環(huán)形桁架組成。3.鋼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)。（1）閉環(huán)控制方法。鋼結(jié)構(gòu)工程施工采用閉環(huán)控制方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工控制，包括分析預(yù)測(cè)、實(shí)施、監(jiān)測(cè)、反饋和調(diào)整。（2）施工監(jiān)測(cè)。一是施工過(guò)程結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)。結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)包括結(jié)構(gòu)形體監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)標(biāo)高監(jiān)測(cè)。結(jié)構(gòu)形體監(jiān)測(cè)是觀測(cè)已施工結(jié)構(gòu)的中心相對(duì)于預(yù)定軸線位置的偏位，使用全站儀結(jié)合測(cè)距棱鏡進(jìn)行測(cè)量；結(jié)構(gòu)標(biāo)高監(jiān)測(cè)是觀測(cè)樓層結(jié)構(gòu)是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。二是施工過(guò)程應(yīng)力監(jiān)測(cè)。鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)

9、程是一個(gè)從下部逐級(jí)而上到逐步成型、從不完整到完整的過(guò)程，施工過(guò)程中伴有結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化，不同施工階段有不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)和不同的受力特性，且每個(gè)施工階段的內(nèi)、外部荷載條件也不盡相同。故根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)以及施工方案建立專門(mén)的施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在核心受力構(gòu)件及受力情況復(fù)雜的部位設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置布置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其應(yīng)力、位移參數(shù)的變化情況，以此來(lái)判斷設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性與施工過(guò)程的安全性，從而掌握施工過(guò)程關(guān)鍵構(gòu)件關(guān)鍵截面的應(yīng)變（應(yīng)力）的變化歷程，分析實(shí)測(cè)應(yīng)變數(shù)據(jù)，與施工階段計(jì)算的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保證施工安全和工程質(zhì)量。超高層鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程技術(shù)難度大、工藝復(fù)雜，因此必須綜合分析整體結(jié)構(gòu)的情況、施工環(huán)境以及企業(yè)環(huán)境等來(lái)確定施工技術(shù)路線與工藝，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)自身的專業(yè)知識(shí)，不斷探索研究，緊跟時(shí)代潮流，創(chuàng)造出符合時(shí)代要求的新技術(shù)來(lái)