超高層建筑避難層異型鋼結(jié)構(gòu)安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

黃小虎，左 銀，賈興文

（1.重慶建工第二建設(shè)有限公司，重慶 400045；2.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400045）

0 引言

例如，昆明某超高層雙子塔采用鋼框架-核心筒結(jié)構(gòu)，塔樓建筑高度209.0m，其中第19層、33層和47層按照設(shè)計規(guī)范要求設(shè)置避難層，避難層采用了轉(zhuǎn)換鋼桁架結(jié)構(gòu)，混凝土核心筒以及伸臂桁架和外框架共同構(gòu)成建筑物的整體抗側(cè)體系[3]。海南海控國際廣場的A座建筑總高度249.7m，其中第6，17，32和第51層設(shè)置了結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的避難層以及設(shè)備層，其中設(shè)置在第17、32、51層的避難層采用伸臂桁架結(jié)構(gòu)，每個避難層設(shè)計了4榀核心筒內(nèi)置式桁架和8榀外伸臂式桁架，與外部鋼結(jié)構(gòu)環(huán)狀桁架共同作用形成結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層[4]。此外，超高層建筑的避難層也設(shè)計為結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層[5-6]，通常采用異型鋼結(jié)構(gòu)，也使得避難層結(jié)構(gòu)形式更為復(fù)雜。

由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，避難層的設(shè)計和施工難度也相對較大，為了保證避難層施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，必須編制避難層異型鋼結(jié)構(gòu)專項施工方案，明確鋼結(jié)構(gòu)吊裝和安裝的關(guān)鍵技術(shù)，才能保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的精確安裝，同時有助于鋼筋工程、混凝土工程、模板工程、鋼結(jié)構(gòu)工程的施工交叉與配合，避免避難層結(jié)構(gòu)施工與其他專業(yè)相互影響。依托本公司承建的超高層建筑（主體結(jié)構(gòu)高度200.0m），論文較為系統(tǒng)總結(jié)了超高層建筑避難層異型鋼結(jié)構(gòu)吊裝和安裝施工的關(guān)鍵技術(shù)，期望能為超高層建筑避難層異型鋼結(jié)構(gòu)施工提供有益的參考。

1 避難層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝

1.1 避難層鋼結(jié)構(gòu)概況

該超高層建筑高度200.0m，避難層設(shè)計為混凝土-鋼組合伸臂桁架結(jié)構(gòu)，避難層鋼結(jié)構(gòu)核心筒采用異型牛腿柱，牛腿柱單個構(gòu)件最大重量為9.6t，主樓外圍鋼結(jié)構(gòu)采用箱型柱，箱型柱單個構(gòu)件最大重量8.5t，伸臂桁架梁的最大重量為12.6t。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)吊裝

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量大，采用塔式起重機(jī)起吊時應(yīng)編制吊裝方案，需要明確鋼構(gòu)件吊點、安裝順序和鋼定位測量控制方法[7-8]。根據(jù)設(shè)計圖紙和鋼柱分節(jié)方案驗算起吊點，單根柱每2層或1層為一個分段點（柱最長約11.5m），最大重量9.6t，制作5個鋼吊籃用于現(xiàn)場鋼柱吊裝用；考慮到塔吊吊裝能力，部分鋼柱1層1段，滿足吊重的要求。

鋼結(jié)構(gòu)柱在起吊之前應(yīng)檢查柱基定位軸線的間距、柱基面的標(biāo)高和柱底的預(yù)埋位置，復(fù)測合格后進(jìn)行鋼柱吊裝。鋼柱起吊時必須保證垂直，并在鋼柱頂部兩側(cè)用于臨時固定連接板的預(yù)留螺栓孔上設(shè)置吊點。為了保證起吊安全，鋼柱起吊的回轉(zhuǎn)過程應(yīng)特別注意避免與其他已安裝構(gòu)件發(fā)生碰撞，同時應(yīng)保證吊索在始終一定的有效高度范圍內(nèi)。鋼柱起吊時，起重機(jī)一邊起鉤，一邊緩慢回轉(zhuǎn)起重臂，直到鋼柱起吊垂直為止，然后旋轉(zhuǎn)吊臂，將鋼柱吊至柱基座的正上方，落鉤，使鋼柱就位。

底節(jié)鋼柱起吊就位后，立即使用纜風(fēng)繩固定，同時利用鋼柱底部翼板位置安裝的臨時連接板調(diào)整牛腿，調(diào)節(jié)螺旋千斤頂緩慢調(diào)整柱頂?shù)臉?biāo)高和柱身垂直度。底節(jié)的鋼柱安裝完成后應(yīng)立檢查和測量定位軸線的間距、柱基面的標(biāo)高和底板的預(yù)埋位置，經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)理以及相關(guān)技術(shù)部門復(fù)測，各項技術(shù)指標(biāo)合格后方可安裝下一節(jié)鋼柱。第二節(jié)鋼柱安裝時利用無纜風(fēng)調(diào)整法，用撬棍和千斤頂校正垂直度，上節(jié)鋼柱的中心線與下節(jié)鋼柱柱頂?shù)闹行木€對準(zhǔn)，立即用高強(qiáng)螺栓固定柱頂兩側(cè)的連接板臨時固定鋼柱。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件校正

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的校正工序主要包括腹板中心線對準(zhǔn)縱橫十字線以及調(diào)整柱身垂偏。校正首層鋼柱的縱橫十字線時，應(yīng)將相互垂直的腹板的中心線引至柱兩端的翼緣上，使用鋼沖打出鋼柱柱身的中心線，每端五個點，應(yīng)與基礎(chǔ)上部柱的底板定位軸線對準(zhǔn)，爭取達(dá)到點線重合，如果存在測量偏差，可采用起重機(jī)不脫鉤將三面線對準(zhǔn)標(biāo)高位置的對線方法進(jìn)行調(diào)整。

柱身垂直度偏差可以采用纜風(fēng)繩校正的方式，同時利用兩臺經(jīng)緯儀找垂直，鋼柱校正的過程不斷調(diào)整柱身四面的螺旋千斤頂，直至校正完畢，將鋼柱底板與鋼柱點焊或用定位板固定，纜風(fēng)繩松開時不變力，使柱身保持自由狀態(tài)，然后用經(jīng)緯儀校核，如果垂直度依然存在較小的偏差，可用螺旋千斤頂調(diào)整鋼柱與底板之間的縫隙，校核無誤后方可焊接定位板。

膜蒸餾(Membrane Distillation，MD)是一種熱驅(qū)動的水處理方法，其中較熱的進(jìn)料流在疏水的微孔膜的一側(cè)流動，而較冷的餾出物流在另一側(cè)流動。膜兩端的溫差產(chǎn)生蒸汽壓差，使得液態(tài)水從進(jìn)料流中蒸發(fā)，通過膜孔，并冷凝成餾出物流。其廣泛應(yīng)用在海水淡化、超純?nèi)芤簼饪s與提純等方面 [1-3]。

鋼柱的柱頂標(biāo)高和鋼桁架標(biāo)高調(diào)整控制采用兩種方法，按照相對標(biāo)高調(diào)整或者按照設(shè)計標(biāo)高調(diào)整，常用的方法是按照相對標(biāo)高進(jìn)行安裝調(diào)整[9-10]。鋼柱就位后，用高強(qiáng)螺栓快速固定連接板，然后通過起重機(jī)吊起構(gòu)件，并利用撬棍輕微調(diào)整柱的間隙。測量上下柱頂標(biāo)定的標(biāo)高值，符合設(shè)計標(biāo)高要求后方可打入鋼鍥?？紤]到焊縫的收縮以及荷載作用下鋼柱產(chǎn)生的壓縮變形，柱頂標(biāo)高與設(shè)計值的差值應(yīng)調(diào)整至小于5mm。鋼柱安裝完成后，柱頂可以放置水平儀，用于測量柱頂?shù)南鄬?biāo)高，取最合理零點，以最合理零點為標(biāo)準(zhǔn)換算各柱的頂線，安裝過程以柱頂?shù)捻斁€控制，同時對比柱頂標(biāo)高的測量結(jié)果及其與上下節(jié)柱頂?shù)念A(yù)驗長度的偏差。

校正第二節(jié)鋼柱的縱橫十字線，應(yīng)盡量保證上下柱的十字線重合，如果存在偏差，可以在鋼柱頂部連接板的側(cè)面放置墊板，然后擰緊連接螺栓。調(diào)整鋼柱的十字線偏差時，每次的調(diào)整幅度不應(yīng)大于3mm，如果柱頂十字線偏差過大，可以分為2至3次進(jìn)行調(diào)整。測量上節(jié)柱的定位軸線時不允許采用下節(jié)柱的定位軸線，應(yīng)該從地面的控制點引到鋼柱安裝位置，從而保證每節(jié)鋼柱的準(zhǔn)確安裝，避免在安裝過程產(chǎn)生累積偏差，導(dǎo)致柱身垂直度不符合設(shè)計要求。

校正第二節(jié)鋼柱的垂直度偏差，應(yīng)預(yù)先檢驗鋼柱的尺寸，下層鋼柱柱頂中心線對準(zhǔn)上節(jié)鋼柱底部的中心軸線，綜合計算位移量、焊接殘余變形、環(huán)境溫差、垂直度校正和鋼材的彈性變形等，作為安裝綜合誤差。根據(jù)施工要求，鋼梁與鋼柱之間的焊縫的收縮值不應(yīng)大于2mm，柱與柱之間的焊縫的收縮值不應(yīng)大于3.5mm。在鋼柱和鋼梁安裝過程中，同時利用3臺經(jīng)緯儀對安裝過程進(jìn)行跟蹤觀測，并校正鋼柱柱身垂直度。鋼柱的垂直度校正可以采用以下方式。

（1）采用無纜風(fēng)繩校正，在鋼柱偏斜的方向打入鋼鍥或利用螺旋千斤頂頂升，首先保證每節(jié)柱的柱身垂直度滿足設(shè)計要求，然后將柱頂軸線的偏差值控制到零，最后在額定扭矩值擰緊臨時連接鋼柱耳板的高強(qiáng)螺栓。

（2）安裝鋼桁架梁的過程如果對柱身垂直度產(chǎn)生不利影響，可以采用螺旋千斤頂、鋼鍥以及電動葫蘆等小型工具調(diào)整柱身的垂直度。用于臨時固定鋼柱的連接耳板的螺栓孔孔徑應(yīng)比螺栓的公稱直徑大4mm，擴(kuò)大螺栓孔孔徑產(chǎn)生足夠的余量，以便于調(diào)節(jié)鋼柱的制造誤差產(chǎn)生的安裝尺寸偏差。鋼柱和鋼梁安裝精確測定固定位置后，再次檢驗鋼柱和鋼梁標(biāo)高、柱身垂直度及鋼柱的軸線位置，安裝偏差小于設(shè)計要求后，按設(shè)計圖紙的要求對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行永久固定。

2 鋼結(jié)構(gòu)安裝測量控制方法

2.1 平面控制和高程控制

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝度平面控制測量可以采用內(nèi)控法，首先按照土建施工布置的平面控制網(wǎng)進(jìn)行測點的測設(shè)，首層樓板的混凝土澆筑完成后，應(yīng)重新布設(shè)平面控制網(wǎng)，待平面控制網(wǎng)測設(shè)精度符合設(shè)計要求后報請監(jiān)理公司進(jìn)行驗收。平面控制網(wǎng)通過驗收并確認(rèn)后，此平面控制網(wǎng)將被引測至吊裝施工層，并用鋼構(gòu)架或采用焊接方式將測試點固定于待安裝鋼柱的附近。然后立即復(fù)核平面控制網(wǎng)的邊長以及角度相應(yīng)關(guān)系，用于計算待安裝鋼柱的中心點坐標(biāo)，以便于保證鋼柱安裝過程中的準(zhǔn)確定位和校核。如果平面控制網(wǎng)測設(shè)偏差在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，才能進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的整體測量。避難層異型鋼結(jié)構(gòu)的安裝過程中可以按相對標(biāo)高法控制和測量高程，根據(jù)建筑物外圍設(shè)定的原始控制點的準(zhǔn)確標(biāo)高，采用高精度水準(zhǔn)儀引測至少6個水準(zhǔn)點至鋼柱的安裝位置，以便于準(zhǔn)確確定避難層外圍鋼柱的設(shè)計標(biāo)高控制點，并做好相應(yīng)的標(biāo)記點。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝測量

鋼結(jié)構(gòu)安裝測量采用的水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和激光測距儀等重要儀器必須經(jīng)過計量檢定并在有效檢定期限內(nèi)方可使用，施工單位應(yīng)保留相應(yīng)的設(shè)備檢驗與檢定合格證以備查驗。鋼柱吊裝時，可以采用兩臺視線互相垂直的高精度經(jīng)緯儀進(jìn)行吊裝過程的跟蹤校正，如果兩臺經(jīng)緯儀的視線不滿足互相垂直的要求時，可以在偏離軸線不大于150mm范圍內(nèi)調(diào)整經(jīng)緯儀測設(shè)角度。

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝的測量控制

首先進(jìn)行基礎(chǔ)的驗線，根據(jù)土建施工提供的測設(shè)控制點，進(jìn)行柱軸線的測設(shè)和閉合平面控制網(wǎng)的校核。不應(yīng)在陽光暴曬或者高溫環(huán)境下進(jìn)行鋼柱的軸線測設(shè)，采用鋼尺測量時應(yīng)先將鋼卷尺平鋪攤開，待鋼卷尺的溫度與樓面的溫度近似相等時再進(jìn)行測量?；A(chǔ)驗線完成后進(jìn)行柱軸線控制網(wǎng)的閉合測設(shè)，應(yīng)從土建提供的測設(shè)基準(zhǔn)點開始進(jìn)行鋼柱主軸線的復(fù)檢。水準(zhǔn)點測設(shè)和水準(zhǔn)點復(fù)核檢驗可以采用附合法，要求平面控制網(wǎng)的閉合差應(yīng)小于安裝允許偏差。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)場地情況、設(shè)計圖紙與施工方案的要求，完成鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)高控制網(wǎng)和平面控制網(wǎng)的精確測設(shè)。

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)安裝的測量順序

避難層鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的核心工序是安裝施工時的平面與標(biāo)高測量工作。為了保證測量精度，必須建立鋼結(jié)構(gòu)安裝測量三級校準(zhǔn)制度，完成避難層鋼結(jié)構(gòu)安裝測量基準(zhǔn)線的設(shè)立，平面控制網(wǎng)的測設(shè)與閉合，鋼柱柱頂軸線偏差的測量以及柱頂標(biāo)高測量等準(zhǔn)備工作，才能開始鋼柱的吊裝就位。為了實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)吊裝工序順利過渡到鋼結(jié)構(gòu)校正工序，鋼結(jié)構(gòu)安裝的測量工作必須按照以下順序進(jìn)行，并在鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中始終按照校準(zhǔn)制度進(jìn)行測量工作，才能最終實現(xiàn)避難層鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的控制目標(biāo)。

（1）初校。首先控制和調(diào)整鋼柱的定位中心線，不僅可以保證鋼柱對接尺寸的精度要求，也可以滿足鋼柱柱身扭曲、垂直度偏差、標(biāo)高偏差等綜合安裝尺寸調(diào)整的需要，從而保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件就位精度符合設(shè)計要求。

（2）重校。再次全面調(diào)整鋼柱和鋼箱梁，對柱身的垂直度偏差和鋼箱梁的水平度偏差進(jìn)行糾偏，確保鋼柱柱身垂直度的偏差和鋼箱梁水平度的偏差滿足鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（3）復(fù)校。鋼柱柱身連接板上用于固定鋼柱的高強(qiáng)螺栓終擰后應(yīng)進(jìn)行垂直度的復(fù)校，保證高強(qiáng)螺栓終擰后鋼柱柱身的垂直度偏差符合設(shè)計要求。

（4）焊后測量。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝質(zhì)量符合驗收標(biāo)準(zhǔn)要求之后，編制鋼柱施工現(xiàn)場的實際測量資料，以便于確定下節(jié)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝施工時的預(yù)控測量數(shù)據(jù)。

避難層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中，按照上述安裝測量程序來貫徹測量要求，鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程處于完全受控的狀態(tài)，鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量顯著提高，確保了避難層鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的順利完工。

3 結(jié)語

超高層建筑避難層異型鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，施工難度大，為了保證避難層施工順利進(jìn)行和提高異型鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，項目團(tuán)隊通過詳細(xì)計算確定吊點，在鋼構(gòu)件起吊之前，首先測量鋼柱柱基的定位軸線間距、柱基面的標(biāo)高和柱底的預(yù)埋位置，復(fù)測合格后吊裝鋼柱等鋼構(gòu)件；鋼構(gòu)件吊裝就位后，采用3臺高精度經(jīng)緯儀完成鋼柱和鋼箱梁的安裝跟蹤觀測并進(jìn)行垂直度和水平度校正；鋼構(gòu)件精確定位后，對鋼構(gòu)件的標(biāo)高和垂直度及軸線位置進(jìn)行復(fù)檢，直至鋼構(gòu)件安裝精度符合設(shè)計要求后方可固定；建立了鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程測量工作的三級校準(zhǔn)制度，按照初校、復(fù)校、重校和焊后測量的順序控制鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程的測量工作，最終實現(xiàn)了避難層異型鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量預(yù)控目標(biāo)。