淺談超高層鋼結構工程安裝施工的重難點及對策

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正文：

一、超高層建筑發(fā)展趨勢

隨著世界經濟持續(xù)發(fā)展，城市化進程越來越快，大量人口涌入城市，導致城市土地資源日益緊張，人們對土地的需求成為關注的焦點。超高層建筑因其占用土地少，居住人口多，逐漸在城市建筑中被廣泛采用。但是超高層建筑也有著很大的弊端，那就是傳統(tǒng)超高層采用鋼筋混凝土結構，自重大、結構笨重、建筑高度受材料影響大、施工周期長。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，尤其是鋼鐵冶煉和大型機械設備制造技術的進步，各種高強度高性能的鋼材和各種大型制造、運輸、安裝設備的出現(xiàn)以及先進設計軟件的應用為在超高層建筑中使用鋼結構創(chuàng)造了有利條件。鋼結構有強度高、自重輕、結構抗震性能好、便于工廠化制造、施工速度快等優(yōu)點，使鋼結構越來越多的運用到超高層建筑上。從1885年全球第一座以鋼結構為主體的高層建筑，建筑高度55m的美國芝加哥家庭人壽保險大樓開始，經過100多年的發(fā)展，到2010年建成當今世界第一高樓，828m高的鋼結構超高層建筑迪拜哈利法塔，建筑高度屢屢被創(chuàng)新。目前國內在建高度超過400m的鋼結構超高層建筑有十幾座，鋼結構已成為超高層建筑的主流。

二、超高層鋼結構工程安裝施工的重難點及對策

1、厚板焊接

重難點：超高層鋼結構中許多構件內力很大，為滿足強度要求，故有大量構件采用厚板，巨型結構多采用60～100mm厚鋼板，CCTV央視大樓最大板厚甚至達到135mm。鋼結構現(xiàn)場安裝連接多以焊接為主，厚板焊縫數(shù)量多，焊接量大，焊接變形大。

對策：厚板焊接盡可能采用帶墊板的CO2氣體保護焊代替手工電弧焊，不用換焊條，半機械化程度高，無需除渣，焊縫成型快、熔敷效率高，其功效是手工電弧焊的2～3倍，可大大提高焊接速度。由于CO2氣體保護焊的線能量小，電弧熱量集中，加上CO2氣流的冷卻作用，使焊接熱影響區(qū)小，焊后殘余變形比手工電弧焊小50%左右。有條件的工位也可采用埋弧自動焊，焊接速度快、效率高、焊接變形小。厚板焊接變形控制要堅持多層多道焊接原則，并做好焊前預熱、焊接過程中控制焊縫層間溫度、焊后保溫工作，必要時可以使用安裝臨時變形約束板、角撐、反變形等措施盡可能減小焊接變形。

2、安裝時平面和高程測量控制

重難點：超高層鋼結構建筑平面和高程控制網(wǎng)垂直引測傳遞層數(shù)多、距離長，測量累積誤差大，測量精度受建筑物不均勻沉降、氣候、風向風速、日照等因素的影響大，給超高層建筑測量控制帶來很大難度，測量精度難以保證。

對策：超高層鋼結構工程的平面與高程控制均以建筑物外圍的二級測量控制點為基準，不受建筑物沉降及施工等影響。當施工至±0.000m時，根據(jù)二級測量控制點測設三級測量控制網(wǎng)至此層預埋鐵件上，并閉合平差處理，通過放線孔向上引測。平面控制基準約每20層引測一次、高程控制基準約每50m引測一次。為消除累積誤差，每次引測均應以二級測量控制點為基準，從首層引測。

3、復雜構件臨時連接固定

重難點：超高層鋼結構現(xiàn)場安裝遇到大型節(jié)點構造復雜、安裝現(xiàn)場狹小高?？臻g受限、單根超長超重斜向構件無法用纜風繩找正固定、懸臂構件高空安裝無法定位等情況，造成構件安裝連接固定困難。

對策：要求構件制作單位在制作廠進行構件預拼裝，在構件上做好定位標記并焊接定位耳板，配套連接板螺栓孔與定位耳板套鉆編號，定位耳板、連接板、焊縫及螺栓規(guī)格、數(shù)量均應根據(jù)荷載驗算確定?，F(xiàn)場安裝時可以根據(jù)定位耳板快速定位、定向安裝，無需纜風找正，快速脫鉤，極大地提高了安裝精度和速度。

4、垂直運輸設備選擇

重難點：超高層鋼結構建筑因其結構平面尺寸大、建筑高度高、構件數(shù)量多、垂直運輸工程量大且運輸距離長，安裝功效低。超高層鋼結構建筑中巨型結構、環(huán)型桁架、伸臂桁架、鋼板墻、大型復雜節(jié)點等結構構件重量大、安裝占用設備時間長，對工期影響大，成本費用高。

對策：超高層鋼結構構件安裝主要吊裝設備是塔吊。根據(jù)建筑結構形式、平立面尺寸形狀、構件重量、建筑高度、進度要求等因素確定塔吊的型號和數(shù)量。塔吊選擇時應首先考慮滿足大型構件的起重能力。根據(jù)結構形式及回轉半徑選擇外附著式或內爬式塔吊。塔吊迴轉半徑盡可能覆蓋整個施工平面，做到吊裝無死角。若塔吊不能完全滿足施工平面全覆蓋，則應考慮采取桅桿式起重機、卷揚機、倒鏈、高空作業(yè)車等其他輔助起重設備進行補充安裝的方案可行性。超高層由于平面面積較大，一般采用分區(qū)域群塔作業(yè)，此時應重點考慮塔吊的碰撞、群塔的頂升拆除順序及方案。超高層鋼結構安裝工程中的垂直運輸設備費用占整個工程建筑成本的比例很高，故在垂直運輸設備方案選擇時應遵循科學合理、滿足施工要求為主并兼顧成本的原則。

5、大型節(jié)點高強螺栓安裝

重難點：高強螺栓是超高層鋼結構安裝中僅次于焊接的連接方式。超高層鋼結構大型復雜節(jié)點多，每個節(jié)點高強螺栓數(shù)量多，質量要求高，施工時螺栓難以穿入或高強螺栓終擰后板件與墊圈產生變形，板件與板件之間無法連接緊密，存在縫隙，影響結構受力。

對策：大型節(jié)點高強螺栓施工應遵循從中間向四周施工的原則。高強螺栓施工不能一次施擰到位，必須分初擰、復擰、終擰進行施工。初擰扭矩約為終擰扭矩的60%～80%，復擰扭矩同初擰扭矩。終擰扭矩大六角頭螺栓按100%擰緊扭矩來進行終擰，扭剪型螺栓以螺栓頭擰斷為止，以消除板件與墊圈的變形和板間縫隙，使節(jié)點間內力能完全有效傳遞，以滿足設計和施工規(guī)范的要求。

三、結束語

鋼結構在超高層建筑中使用已經成為主流，只有對超高層鋼結構安裝技術進行不斷地總結、研究和創(chuàng)新，才能不斷進步，為以后更快更好的進行超高層鋼結構安裝積累經驗，創(chuàng)造更新的高度。