高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

劉恪志

（1.重慶鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)有限公司，重慶 400080；2.重慶鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400080；3.重慶市鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，重慶 400080）

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

劉恪志1，2，3

（1.重慶鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)有限公司，重慶 400080；2.重慶鋼鐵集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400080；3.重慶市鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，重慶 400080）

鋼結(jié)構(gòu)符合“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，近年來在我國得到了極大的發(fā)展，尤其在高層、超高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，而鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度、質(zhì)量是建筑工程安全的重要保障?；诖?，本文通過高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝的工程實(shí)例，闡述了鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的技術(shù)要點(diǎn)，旨在為高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)安裝提供參考。

高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)；測(cè)量

0.引言

我國經(jīng)歷了從節(jié)約用鋼、限制用鋼、鼓勵(lì)用鋼到大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的幾個(gè)階段。從近年諸多鼓勵(lì)性政策文件及2016年政府工作報(bào)告中提出的“積極推廣綠色建筑和建材，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)和裝配式建筑，加快標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提高建筑技術(shù)水平和工程質(zhì)量。”可以看出，現(xiàn)在正處于大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)期。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)日益加快，許多“高、大、新、尖”的現(xiàn)代化建筑如雨后春筍，而鋼結(jié)構(gòu)因其自重輕、施工周期短、抗震能力強(qiáng)、可回收循環(huán)利用、綠色環(huán)保、施工更安全等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于高層、超高層建筑中。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的高層、超高層建筑起步較晚但發(fā)展迅速，近年來已在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)方面取得了可喜的成果，積累了大量的成功經(jīng)驗(yàn)。

1.工程實(shí)例

1.1上海環(huán)球金融中心

上海環(huán)球金融中心建筑面積約45萬m2，其中地上約38萬m2，地下約7萬m2，該建筑地上101層，高度為492m，鋼結(jié)構(gòu)量6.7萬t。

該工程具有結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣、高空安裝施工難度大、測(cè)量控制要求高、鋼結(jié)構(gòu)安裝以及現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量大等諸多特點(diǎn)和難點(diǎn)，極大考驗(yàn)設(shè)計(jì)人員和施工人員專業(yè)技術(shù)水平。在施工方面，除通常的鋼結(jié)構(gòu)施工安裝技術(shù)外，主要采取的還有：

（1）空間三維測(cè)量定位技術(shù)：即采用全站儀，實(shí)現(xiàn)單機(jī)、遠(yuǎn)程、高精度放樣和觀測(cè)。

（2）高空對(duì)接技術(shù)：用它解決了工程頂部鋼架構(gòu)件較長，平面外穩(wěn)定性差的問題。

（3）吊裝計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)：通過計(jì)算機(jī)建立吊裝模型，通過計(jì)算分析不利工況，指定措施，減少問題出現(xiàn)的可能性。

1.2科威特中央銀行

科威特中央銀行建筑面積16萬m2，高240m，為鋼結(jié)構(gòu)與混凝土混合結(jié)構(gòu)，地下3層地上40層，實(shí)際用鋼量約10000t。項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)由混凝土核心筒、剪力墻與鋼管斜肋柱和樓面鋼梁組成。

在鋼結(jié)構(gòu)安裝方面值得借鑒的技術(shù)主要有：

（1）主結(jié)構(gòu)吊裝方案：采用兩臺(tái)履帶吊，外圈800t吊機(jī)吊裝86個(gè)主桁架安裝單元和48個(gè)桁架柱安裝單元，內(nèi)圈600t吊機(jī)吊裝96個(gè)主桁架安裝單元。

（2）次結(jié)構(gòu)吊裝方案：次結(jié)構(gòu)全面分布在建筑的外圈、內(nèi)圈、頂面和肩部。頂面及肩部次結(jié)構(gòu)的吊裝，每個(gè)施工區(qū)域選用1臺(tái)CC2000型300t履帶吊和1臺(tái)SC1500型150t履帶吊進(jìn)行，其中300t履帶吊布在外環(huán)，負(fù)責(zé)肩部次結(jié)構(gòu)、外圈及部分中圈頂面次結(jié)構(gòu)的安裝，150t履帶吊布置在內(nèi)環(huán)，負(fù)責(zé)內(nèi)圈及部分中間頂面次結(jié)構(gòu)的安裝。

（3）鋼結(jié)構(gòu)支撐塔架卸載技術(shù)：通過計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)同步控制技術(shù)，該工程最終實(shí)現(xiàn)了卸載設(shè)計(jì)理論值與實(shí)時(shí)鍵控制相吻合，卸載相當(dāng)成功。

2.鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1做好構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)等施工準(zhǔn)備

為保障安裝施工順利進(jìn)行，必須做好以下準(zhǔn)備工作：

（1）根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)做好施工組織設(shè)計(jì)的編制。

（2）保證鋼柱安裝基礎(chǔ)的準(zhǔn)確。為確保鋼柱基礎(chǔ)位置準(zhǔn)確，可以選擇鋼板作為固定架，將地腳螺栓安置在固定架上，再澆筑混凝土。為滿足基礎(chǔ)頂面標(biāo)高符合要求，一次澆筑法或二次澆筑法都有顯著效果，可根據(jù)實(shí)際情況選擇。

（3）保證構(gòu)件合格與堆放有序。根據(jù)眾多工程案例，在吊裝前需對(duì)鋼構(gòu)件的外形和幾何尺寸等進(jìn)行檢驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)偏差，在吊裝之前予以消除，這樣既有利于保證質(zhì)量也有利于保證期。同時(shí)構(gòu)件應(yīng)保證堆放有序，根據(jù)吊裝需要周密安排構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)，按吊裝順序和堆場(chǎng)規(guī)劃特點(diǎn)安排構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)并有序排列，既要保證驗(yàn)收工作的正常進(jìn)行，也要為吊裝創(chuàng)造良好條件。

2.2起重設(shè)備的選擇與布置

塔吊等起重設(shè)備是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的核心設(shè)備，其選擇與布置關(guān)系到構(gòu)件安裝、構(gòu)件平面布置等問題。起重設(shè)備的選擇與布置應(yīng)根據(jù)建筑物的布置、跨度、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件等因素綜合考慮，同時(shí)還要考慮裝拆的安全、方便和可靠。在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的安裝中，往往采取多臺(tái)起重機(jī)同時(shí)作業(yè)，而起重機(jī)的數(shù)量則需根據(jù)工程量、工期以及起重機(jī)臺(tái)班產(chǎn)量等因素確定，在保障工期和順利吊裝的前提下，確定合理的數(shù)量。

2.3鋼結(jié)構(gòu)吊裝

吊裝是鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵重點(diǎn)工序，直接關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量和進(jìn)展，而吊裝順序則關(guān)系到吊裝的質(zhì)量和是否順利。確定吊裝順序的原則是在確保工程安全、承載穩(wěn)定的前提下，盡快形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于樓層桁架需按照先核心區(qū)后懸挑區(qū)的順序，從下至上開始吊裝，首先吊裝以核心筒為承載力的主桁架，再吊裝核心筒與獨(dú)立鋼柱之間的主桁架，采取這種吊裝順序的目的在于讓主桁架與核心筒以及鋼柱之間盡快形成穩(wěn)定的空間框架體系，接著吊裝次桁架和連接梁，以對(duì)局部整體區(qū)域進(jìn)行穩(wěn)定，最后向外延伸吊裝其他桁架。在高層鋼結(jié)構(gòu)施工中，往往采取“區(qū)域吊裝”法，通過多個(gè)吊裝設(shè)備的相互配合進(jìn)行吊裝作業(yè)，以保證吊裝的質(zhì)量和進(jìn)度。

2.4測(cè)量

在高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)施工中，需要通過測(cè)量來進(jìn)行平面控制和高層控制，其中垂直度、軸線和標(biāo)高的偏差是衡量工程質(zhì)量的重要指標(biāo)，測(cè)量是保證這些指標(biāo)的重要手段。從鋼結(jié)構(gòu)施工流程可以看出，各工序間既相互聯(lián)系又相互制約，選擇何種測(cè)量控制方法直接影響到工程的進(jìn)度與質(zhì)量。目前鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量常用的技術(shù)手段有以下幾種：

（1）用激光鉛直儀實(shí)現(xiàn)標(biāo)高及軸線基準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，也可用經(jīng)緯儀進(jìn)行軸線放測(cè)和檢查控制。

（2）用全站儀測(cè)量鋼柱頂部坐標(biāo)值，并計(jì)算、校核鋼柱垂直偏差。部分專業(yè)測(cè)量軟件與PC的結(jié)合能夠使測(cè)量數(shù)據(jù)以圖形和數(shù)字的形式出現(xiàn)，更能實(shí)時(shí)反映偏差，保證測(cè)量準(zhǔn)確性。

（3）用GPS技術(shù)對(duì)建筑層實(shí)行全天候動(dòng)態(tài)觀測(cè)，包括復(fù)測(cè)軸線基準(zhǔn)控制點(diǎn)點(diǎn)位精度，測(cè)量樓層的擺動(dòng)幅度、氣溫、風(fēng)力對(duì)大樓的影響。

2.5焊接

焊接作為鋼結(jié)構(gòu)施工的重要工序，其工序的選擇與施焊水平對(duì)工程的“安全、優(yōu)質(zhì)、高速”的完成影響重大。焊接工藝重點(diǎn)要控制摩擦面保護(hù)和螺栓的緊固安裝，此外鋼管柱與鋼管柱之間的焊接質(zhì)量也應(yīng)該嚴(yán)格要求和控制。焊接順序，平面上應(yīng)從中部對(duì)稱的向四周擴(kuò)展，豎向可采取有利于工序調(diào)、方便施工、保證焊接質(zhì)量的順序。

2.6安全

安全施工是鋼結(jié)構(gòu)施工中的重要環(huán)節(jié)，高層鋼結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)是高空、懸空作業(yè)點(diǎn)多。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝主要的安全措施有：

（1）防止起重機(jī)傾翻，常用的措施有：保障起重機(jī)行駛道路平整堅(jiān)實(shí)，避免超載吊裝、禁止斜吊、禁止氣象條件不佳情況吊裝等。

（2）防止高空落物傷人，常見措施有：搭設(shè)牢固的安全網(wǎng)（如采用雙層安全網(wǎng)等），嚴(yán)格監(jiān)督操作人員佩戴安全帽情況、嚴(yán)禁高空作業(yè)人員隨意向下丟擲、地面操作人員避免停留、定時(shí)檢查構(gòu)件連接質(zhì)量等。

結(jié)語

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工安裝雖然工程量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大、質(zhì)量要求高，但只要通過科學(xué)分析與合理組織，認(rèn)真把握好鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的技術(shù)要點(diǎn)，就一定會(huì)取得成功。

［1］郭彥林，崔曉強(qiáng).大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的若干技術(shù)問題及探討［J］.工業(yè)建筑，2004（12）：1-5+22.

［2］曾強(qiáng)，陳放，臺(tái)登紅，鮑廣鑒.上海環(huán)球金融中心鋼結(jié)構(gòu)綜合施工技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2009（6）：18-22.

［3］吳天河，羅興隆，隋炳強(qiáng)，潘斯勇，尹洪冰，楊健.科威特中央銀行總部大樓鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與施工［J］.施工技術(shù)，2012（14）：128-130+134.

［4］陳海洲，王玉嶺，劉進(jìn)貴，王桂玲，徐偉.超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工模擬技術(shù)理論和方法［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2011（S1）：821-824.

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