超高层钢结构安装技术分析

李润章

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410000）

基于我国城市的发展现状，各种高层、超高层建筑物数量持续增多。其与普通建筑物相比，在同样的占地面积下可提供更大的室内建筑面积，满足了城市集约用地要求。结合我国超高层建筑修建现状来看，钢结构的运用越来越多，其主要优势在于轻质高强、可实现工业化生产、现场安装施工效率高、质量可控性好、可反复回收利用等。文章主要围绕超高层钢结构安装技术展开详细分析。

1 超高层钢结构建筑发展概述

随着我国城市的发展，超高层建筑逐渐增多，一方面实现了城市用地的高效利用；另一方面，充分展现了现代建筑施工技术、材料的发展，尤其是我国钢材产量持续增加，钢结构的制造、安装工艺日趋成熟，凭借其优越的抗震、抗风性能与标准化、机械化施工技术得到了大范围的推广应用。文章具体列举了我国近年来兴建的高度超过400m的超高层钢结构建筑如表1所示。其中大多数为城市的重要名片，不仅能为人们提供多元化、综合性的服务，还是一道亮丽的风景。

表1 超高层钢结构建筑

目前，随着超高层钢结构建筑的不断发展，在满足基本结构性能的同时，开始追求更具美感的造型，相应的各种倾斜、弯曲结构开始出现，给实际安装施工带来了较大的挑战，对此文章主要围绕超高层钢结构安装技术展开详细分析，切实保证结构施工质量与精度满足设计与规范要求，整个建筑物后期运行安全可靠。

2 超高层钢结构的组成及其安装施工技术要点

2.1 超高层钢结构的组成

从超高层钢结构建筑实际情况分析可知，其多采用钢框架与地面、混凝土核心筒固接，并设多道加强层桁架；框架柱主要是通过连系梁与核心筒连接，设钢筋桁架板，由此构成水平结构层，超高层钢结构的组成示意图如图1所示。

图1 超高层钢结构组成示意图

（1）外框柱。①钢管混凝土柱：普通的混凝土柱无法满足超高层建筑承载力要求，钢管混凝土柱结合了钢材、混凝土材料的优势，自重小、吊装施工便利，施工速度快。②斜撑与斜交网格：随着建筑高度的持续增加，传统垂直梁柱无法满足结构抗侧能力要求，立面斜撑由此产生，通过斜交网格同时承受水平、竖向荷载，结构性能方面更具优势。

（2）连系梁。①核心筒外钢梁：多采用工字钢，与核心筒铰接或刚接，与外框柱刚接。②核心筒内钢梁：使用较少，吊装难度大，工序烦琐。

（3）水平加强层桁架。此构件安装目的在于增强结构侧向刚度，通常占据2～3个结构层，外框架周围设环带桁架，且核心筒与外框架间设伸臂桁架，具体结构型式如表2所示。

表2 水平加强层桁架结构型式

2.2 超高层钢结构安装施工要点

超高层钢结构安装施工相对便捷，钢构件在加工厂已经完成制作，运输至现场后使用吊装机械按照施工图将不同的构件吊装到位即可。结合超高层钢结构安装实践经验分析可知，由于项目体量大、高度高，安装作业中必须制订专项施工方案，精心组织作业，保证安装精度达标、连接牢固，具体安装施工要点分析如下。

（1）施工机械选择。在进行超高层钢结构安装施工时，施工机械的选择十分关键，钢结构进场卸货、堆放、搬运、安装等，均要由吊装机械设备完成。对此，超高层钢结构安装施工前，必须做好现场实地考察，综合分析项目情况、场地大小以及最大构件尺寸、重量等因素，合理开展吊装设备的选型工作。

（2）主要构件分析统计。超高层钢结构安装构件包括预埋件、钢柱、柱间支撑、楼层梁、转换桁架等，主要存在构件种类多、数量大的问题，且不同构件的尺寸、重量存在较大差异，这也就对吊装设备、方法等提出了不同的要求。对此，施工现场必须科学组织作业，制订合理的安装方案，对主要构件规格、类型以及使用部位等进行分类统计，保证现场安装效率、质量。

（3）钢结构吊装施工方法。超高层钢结构安装施工方法众多，不同施工方法均有其优缺点，可适用于不同规格、部位的钢构件安装作业。①高空散装法：小拼单元、散件在设计位置总拼，整个工艺流程相对复杂，一般无须使用大型起重设备。②分条（块）安装法：地面拼装后吊装至高空，对各单元上、下弦杆、腹杆等进行连接，高空作业量较小。③高空滑移法：通过滑轨的方式进行条状单元拼接。④整体吊装法：地面总拼后吊装就位，拼装质量高、施工速度快。⑤整体提升法：地面整体拼装后，利用起重设备提升至设计位置，效率高、工期短。

上述几种吊装施工方法适用范围各有不同，具体可归纳如表3所示。钢结构安装时，需严格根据项目情况，综合考虑进度、质量、安全等因素，合理选择吊装方法，同时注意落实吊点设计与验算工作，保证整个施工过程安全可靠。

表3 不同吊装方法适用范围

3 实例分析

3.1 工程概况

现以某超高层建筑工程项目为例展开分析，此项目主要由塔楼、裙楼钢结构组成，塔楼高度为350m，钢结构总量为3万t，采用框架核心筒钢混结构，内、外部分别为型钢混凝土核心筒与钢骨柱、外框梁，整体钢结构安装工程量大，部分重要构件必须合理优化安装工艺，保证钢结构安装精确、焊接牢固，整体质量可靠。

3.2 塔楼结构组成

该项目塔楼结构组成包括核心筒、外框钢柱、桁架以及塔冠结构，具体如表4所示。

表4 塔楼结构组成情况

3.3 钢结构工程难点分析

（1）钢板墙施工方面。该项目钢板墙施工主要存在的难点有以下两点：①地下核心筒内暗柱少，柱间距大，较难进行钢板剪力墙分段，安装难度大；②钢板自身平面外无约束，稳定性差，焊接难度较大。为保证钢板墙结构顺利安装，必须制订专项施工方案，做好与设计单位、加工厂的沟通工作，合理确定分段部位，并做好相关加固工作；钢板剪力墙整体安装完成后方可焊接，严格按规范工艺操作，保证焊接质量可靠。

（2）大型构件安装方面。该项目钢结构安装施工中，钢柱的截面十分大，每延米的重量达到6t，钢结构与土建穿插作业采用塔式起重机进行吊装，施工难点主要在于提高起重机施工效率方面。经综合分析，在进行大型构件施工时必须合理分段、分节，最大限度地利用起重机资源；钢柱、钢板剪力墙吊装做好预拼装工作，及时发现、调整运输与堆放中产生的误差，同时钢板墙一侧增设临时加劲肋，防止起吊时产生变形问题，安装完成后拆除加劲肋。现场施工时，由专人负责协调塔式起重机的使用时间，兼顾土建、钢结构各项作业。

（3）焊接变形控制方面。该项目厚钢板、高空焊接量大，在焊缝质量控制方面要求较高。现场作业中，所有的钢柱分段制作、分节安装，高空进行焊接时严禁出现结构变形；钢梁刚接节点、剪力墙拼接采用全熔透焊缝，焊接量大、焊材耗用量大，且施工环境相对较为复杂，必须做好焊接质量控制。对此，应协调好焊接、吊装顺序，合理选择焊接工艺，尽可能地减少焊接内力；焊缝位置增设反变形措施，分段焊、对称焊、焊缝预热后做好保温，防止焊接变形；厚钢板在现场落实样板焊接，并送至试验室检验合格后方可现场作业。

3.4 钢结构安装施工技术要点

（1）塔式起重机选型。该项目6层以下、以上施工分别采用不同的塔式起重机，具体选择方案如下：①6层以下南、北各设1台起重机，分别为D1250-80型、S1200-M64型，臂长分别为80m、60m；②6层及以上选用2台LH800-63动臂塔式起重机。

（2）钢结构分段计划。该项目钢柱、钢板墙分段计划如下：①钢柱分段。-4层至2层，4个角钢柱分为8节（最重为31t），中间柱分为6节；2层至15层，2层为1节（最重为15t）；16层以上，3层为1节（最重为15t）。②钢板墙分段、分块，如图2所示。最重钢柱（附带钢板墙）为17.7t。

图2 钢板墙分段、分块示意图

（3）钢结构安装工艺。该项目钢结构安装具体情况如下：①地脚锚栓安装。使用槽钢、角钢制作地脚锚栓支架，并使用塔机将其安装到位，连接每组支架，并对柱脚底部进行灌浆处理。②钢板剪力墙安装。钢板墙每层分为东、西两部分，南北塔机同时安装，西南、西北钢板墙分别由中间向外顺时针、逆时针安装；东南、东北钢板墙分别由中间向外逆时针、顺时针安装。③钢柱安装。外框钢柱由角点朝着两侧对称安装，吊装就位后校正、焊接。④钢梁安装。钢梁在地面穿完端头连接板后，绑扎吊绳、起吊，吊至设计位置后临时固定，矫正后更换高强螺栓固定。⑤核心筒钢柱钢梁安装。依次吊装钢柱、钢梁后，绑扎核心筒钢筋、浇筑混凝土。⑥桁架安装。悬挑桁架在地面拼装然后采用两点吊装，环桁架依次安装下弦杆、腹杆、上弦杆。

在所有钢结构安装中，必须落实焊接质量控制工作，尤其是厚板焊接时，焊缝层间温度应为100～120℃，一次性焊万接头，严禁出现层状撕裂问题，必要时选用超低氢型焊条，保证所有构件焊接牢固。此外，该项目全面落实了各项安全防护措施，包括水平通道、梁下水平兜网、安全绳等，切实保证钢构件安装施工安全。

4 结束语

综上所述，超高层建筑施工中，钢结构的运用越来越多，钢材弹塑性较好，在抗震性能方面具有显著优势。同时由于采取加工厂集中制作模式，现场施工以吊装、焊接为主，施工速度较快、无污染，具有极大的推广应用价值。在工程实践中，为保证钢结构安装作业高效、高质量完成，必须根据项目实际情况合理选择吊装机械设备、吊装与焊接方法，保证所有构件精确就位、固定牢固，整个建筑结构安全可靠。