高层建筑钢结构施工技术与管理

1 工程简介

某工程由塔楼、配楼、连廊3部分组成，总建筑面积111818㎡.其中塔楼地下4层、地上35层，总建筑面积79012㎡.总檐高150m，为全钢结构。工程吊装任务重，钢构件总量达15000工；外轮廓由折线柱组成双曲面，给安装测量造成了极大难度；材料采用Q345GJC，最大板厚达100mm，焊接难度大。

2 超高层钢结构施工技术

结合高层钢结构的工艺流程与特点（构件验收→吊装→高强螺栓→焊接及其检测→压型钢板与栓钉），现对超高层钢结构施工技术进行简要总结。超高层钢结构施工技术主要包含如下几方面内容：①塔吊的选择、布置及装拆；②构件进场、验收与堆放；③吊装；④测量控制；⑤焊接；⑥工期及质量控制；⑦安全施工。

2.1 塔吊的选择、布置及装拆 塔吊是超高层钢结构工程施工的核心设备，其施工，对塔吊起重能力和幅度要求不像采用附着式塔吊那样苛刻。另外，采用附着塔吊的造价要远高于同类型起重能力稍小的内爬式塔吊，比如本工程设计高度为150m，采用附着式塔吊的塔身高度约180m（其中考虑钢结构3层柱12m，吊索4～6m，吊钩滑轮及小车全高4m，安全操作距离2m等），加上地下部分高度共200m，而采用内爬式塔吊的塔身约为40～50m。

附着塔吊的租赁成本要大于内爬式塔吊。因此，从经济上考虑，为节约成本，优先选用内爬式塔吊进行钢结构超高层建筑的施工。

2.2 吊装 吊装是钢结构施工的龙头工序，吊装的速度与质量对整个工程起着举足轻重的作用。钢结构吊装前应根据结构平面和立面形状、结构形式、塔吊的数量和位置、现场施工条件等因素确定吊装分区与吊装顺序。本工程划分为东、西两个作业区，由两个作业组分别完成各自范围内的构件吊装。吊装的总原则为：

2.2.1 平面内均从中心核心筒向四周扩展，即从中间的一个单元开始，先组装成一个稳定的刚度柱网单元，先吊柱后吊梁，一个柱网单元吊装并临时固定后，再在其左右或前后吊装两个单元，待3个单元构件全部吊装完成后，进行全面的精确校正。

2.2.2 竖向吊装顺序（以一柱三层为例）：先安4根钢柱→下层框架梁→测量校正→螺栓初拧→中层框架粱→上层框架粱→测量校正→螺栓初拧→测量校正→终拧高强螺栓→焊接→焊缝检测→散铺上层压型钢板与栓钉焊接→下、中层压型钢板散铺与栓钉焊接→下、中、上层钢梯、平台吊装→楼盖钢筋混凝土楼板施工。

在本工程主体钢结构施工中，通过采取“区域吊装”及“一机多吊”技术解决了工期紧与工程量大的矛盾，从钢结构施工流程可以看出，各工序问既相互联系又相互制约，选择何种测量控制方法直接影响到工程的测量精度与进度。在本工程测量施工中，我们采取“预先控制”与“跟踪校正”相结合，即在吊装前对楼层柱标高及定位进行测定，并对构件进行标线控制，吊装后在柱梁框架形成前将柱子初步校正并及时纠偏，形成单元体后进行最终校正，这样大大减轻了校正难度，并实现了区域施工各工序问良性循环的目标。

在结构整体测量控制方面，根据结构无标准层及空问双曲面的特点，摸索出一整套采用激光铅直仪与全站仪进行“空间坐标点定位”与“双系统复核控制”的测量方法，很好地解决了双曲面结构定位难题，保证了项目质量控制目标的实现。

2.3 焊接高层钢结构具有工期紧、结构复杂、工程量大、质量要求高的特点，而焊接作为钢结构施工的重要工序，其焊接顺序与工艺参数的选择与施焊水平对工程的“安全、优质、高速”的完成影响重大。本工程约15000工钢结构安装施工任务，月施工最快完成9层；采用CO2气体保护半自动焊完成了超厚钢板焊接的施工（最厚达100mm），整个工程的焊缝100％超声波探伤，100％合格，一次探伤合格率达98％；在钢结构吊装方面，经过项目技术人员不断探索与总结，解决了超高层钢结构空间定位及折线形钢结构箱型柱吊装技术问题，且整体垂直度最大偏差9mm。

2.3.1 确定焊接顺序 ①平面内：应从建筑平面中心向四周扩展，采取结构对称、节点对称和全方位对称的顺序焊接。②竖向上：L层框架梁→压型钢板支托→下层框架梁→玉型钢板支托→中层框架梁→压型钢板支托→焊接检验（柱柱焊接可在梁焊接前进行，也可于之后进行）。③柱一柱焊接应由两名焊工相对，两面等温、等速对称施焊。④柱梁节头的焊接，一般先焊H型钢的下翼缘板，再焊上翼缘板。一根梁的两个端头应先焊一个端头，待其冷却至常温后，再焊另一端。

2.3.2 确定焊接工艺 中关村金融中心工程钢结构焊接施工难度较大，不仅钢板厚，而且由于结构为双曲面，设计中采用了大量的斜撑及斜柱，造成立焊、斜立焊较多，此类结构不仅处于结构的重要部位，而且大多处于外向、斜向，安全操作与施工防护都比较困难。尤其是紧迫的工期与较大的焊接工程量之间的矛盾，我们采用CO气体保护半自动焊应用于立焊、斜立焊和俯角焊的工艺，从根本上解决手工电弧焊速度慢影响进度的问题，满足了焊接施工的需要。

2.3.3 确定焊接参数 选定工艺后，焊接QC小组在项目组的带动下通过工艺评定，编制出一整套切实可行的适用本工程特点的CO气体保护半自动焊接方法及参数。

首先确定攻关目标，用ABC法找出影响质量的原因．并进行系列分析，针对这些问题找出相应的对策措施；建立了有效的质量保证体系，制定完善的工艺指导书。经过反复试验，确定了运用于横焊、平焊、立焊、斜立焊的丁艺参数；通过对焊丝的伸出长度、焊缝层问清理，焊枪施焊角度反复摸索，形成了一整套的操作要领；为使焊接环境处于相对稳定状态，加强了施丁防护措施和辅助措施。经过项目组和焊接QC小组全体人员的不懈努力，很好地解决了CO气体保护焊应用在超厚件立向、斜立向接头上的焊接工艺问题。

2.4 安全施工 安全施工是钢结构施工中的重要环节，超高层钢结构施工的特点是高空、悬空作业点多。在施工过程中，仅高强螺栓就有40万颗，这些零件虽小，但如果从l00m以上的高空掉下去，后果可想而知。针对超高层钢结构施工的特点，采取事前与过程控制相结合的方法，即事先采取防护措施（如防坠板、防坠器、安全梯、缆风绳等），并加强对施工人员的安全教育，坚持日安全巡视制度。

本工程在吊柱子时外墙设安全网，吊框架梁时架设临时活动式走道，并随框架吊装逐层升高；拧高强螺栓时在梁端挂设吊篮，焊接时搭设操作平台，另外做到及时铺设楼层压型板以确保施工安全。

3 对高层钢结构施工的几点建议

3.1 充分理解节点深化图，合理制定施工工艺。

3.2 根据工程特点合理选用机械设备，特别是塔式起重机的选用，并要考虑其装拆的可行性。

3.3 根据不同的结构特点、焊接形式及气候条件选用合理的焊接工艺及参数，不能一概而论，盲目照搬。

3.4 结构构件的加工顺序及进场数量要充分考虑现场堆放条件及吊装设备的吊运能力。

3.5 严格工厂制作工艺，减少现场处理数量。

3.6 测量控制要做到分区段、分层次、分阶段进行闭合、校正，防止累计误差的产生。

3.7 安全防护要及时跟进，措施要严密，检查要到位。