超高层劲性钢结构安装施工技术

超高层劲性钢结构安装施工技术
作者：姚习红覃宇光李其高
来源：《城市建设理论研究》2012年第34期
中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：
1 前言
超高层建筑节约土地，有可能在城市中心地段选址，适合商业用地建设。

土地价格的高涨也使得很多居民小区建设也在向超高层建筑方向发展。

超高层建筑的发展潜力巨大，发展前景可观。

时下建设的超高层商业建筑均选择以劲性结构设计，以型钢加混凝土共同承受荷载的作用，增加柱结构的刚度。

这种结构，具有钢结构和钢筋混凝土结构的双重优点，如上海中心大厦，上海金茂大厦等。

2工程概况
本工程为上海月星环球商业中心南北两座主楼195.5米高，地下3层，地上45层，型钢混凝土结构。

建筑施工现场比较狭窄，本工程主体钢结构采用的是混凝土劲性钢结构；总建筑面积45万平方米，其中钢结构总制作安装量约10500吨。

3 工艺原理
塔楼施工采用两台JCD260内爬式塔式起重机进行安装垂直运输，起重机安装在核心筒电梯间内部，利用电梯间埋设预埋件焊接牛腿的方式搭设钢梁作为起重机承载平台，并根据施工进度，沿电梯井向上爬升。

超高层劲性结构施工步驟总体上分为：工程测量→钢结构柱安装→钢结构梁安装→柱混凝土浇筑→楼面压型钢板、钢筋铺设→楼面混凝土浇筑→上层结构安装测量→上层钢柱安装……以此步骤循环进行。

整个安装过程中通过控制网测量，对接节点固定，节点焊接控制，构件安装精度复测等工序控制安装精度。

循序渐进，由整体控制到局部控制，并从局部精度控制保证整体安装结果。

4施工工艺流程及操作要点
4.1施工工艺流程
4.1.1核心筒施工保持比外框架高出至少3个以上楼层高度。

4.1.2本工程中总体的安装顺序为：柱（以9米柱，层高3米为例）→第一层主梁→第二层主梁→第三层主梁→第一层次梁→第二层次梁→第三层次梁。

此施工方法的特点是施工时有交叉，由于采用先安装主梁，再安装次梁的施工方法，兼顾了各层构件的空间关系，每层的误差及时校正，安装质量容易保证，工期也较短。

4.1.3层间结构安装流程
4.2施工准备
4.2.1 钢柱分段二次设计：综合考虑吊装机械性能和吊装效率，安装节点处施工平台搭设。

此部分分段工作应该在图纸深化设计过程中进行。

钢柱分段位置在超过结构层梁顶面
1.2～1.5米处分段。

4.2.2编制构件供货计划。

4.2.3卸车及堆场条件：为减少倒运成本，降低对塔楼内起重机的占用，在裙楼顶部以下的构件的堆放与吊装以汽车吊、履带吊辅助进行。

在裙楼屋面结构完成后，利用裙楼顶部作为中转平台，先利用汽车吊卸车，将构件摆放至裙楼顶部平台。

应考虑裙楼顶部的承载能力，严格控制钢结构供货计划，不能提前供应。

4.2.4 依据施工图纸和技术资料在制作厂检查构件。

4.2.5根据安装方案准备操作平台。

4.3测设吊装控制线
4.3.1测量的总体思路
通过对施工场地一级控制网复测并建立塔楼内二级控制网，对建筑的轴线和高程进行控制。

利用天顶测量法向上传递控制网保证建筑的施工精度。

4.3.2 首层控制点建立
首层控制点位设在建筑内部，受风力、温度、震动影响小、拘束度大的部位。

控制网网形与建筑物柱轴线网平行，闭合，且分布均匀。

控制点间相互通视，所在位置不易沉降、变形，
便于长期保存。

在地面上设置首层控制点，点位上固定100×100×10mm钢板。

然后用电子全站仪精确测定其位置，用钢针刻上十字线（根据轴线相交角度）表示点位，线宽0.2mm，并在交点上打样冲眼，钢板以外的地面上应放出十字延长线。

对控制点进行复测，以误差最小为准，要求控制网的测距对中误差小于L/25000，测角误差小于2″，并测定首层控制点标高。

首层控制点应根据建筑轴线形式布置，两两通视，一般为4个以上点为一组，可通过闭合复测，验证其测量精度。

4.3.3 各层控制点测设
1).在首层控制点上架设激光垂准仪，经对中整平后，通过各楼层面预留300×300mm孔洞，向天顶方向发射激光束，利用半透明有机玻璃制成的接收靶，接收光斑确定点位。

2).具体操作方法为：旋转铅垂仪分别从0º、90º、180º、270º向光靶投点，旋转望远镜使得光斑最小，用0.2mm圆点定出这四个点位，若四点重合则传递无误差，若四点不重合，则找出四点对角线的交点做为传递上来的控制点。

4.3.4 建立各层控制网
激光垂准仪天顶方向投点接收确定后，通过两点定线，可以将控制轴线快速定位，并弹墨线。

对投测点的准确性检测可通过：将经纬仪架设到其中一点上方，使经纬仪与除对角线外的其中一点通视，角度归零，旋转经纬仪到另一点，观察刻度值变化是否满足90°转角（直角坐标系适用）。

4.4 钢柱吊装
4.4.1钢柱吊点在工厂时焊接完成，在起吊前将可开合式操作平台固定在钢柱上。

4.4.2重型构件利用塔吊与汽车吊双机起吊回直，由JCD260塔吊单机吊装。

4.4.3钢柱吊装应注重结构的稳定性，核心筒内钢柱吊装随混凝土浇筑进度进行。

为确保外框架钢结构刚度，及时吊装外框架柱与核心筒联系钢梁。

4.4.4钢柱安装顺序为先角柱，后边柱。

4.5 钢柱调整找正
4.5.1钢柱安装精度按《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205-2001执行
4.5.2通过整体测量控制。

各层钢结构安装垂直度与轴线位置控制，以天顶测量法建立的各层控制网为依据，引出钢柱安装辅助控制线。

4.5.3钢柱节点调整固定。

钢柱就位后，通过连接板在四个方向（十字柱为四个方向，H型钢柱为上下翼缘两侧）将上下柱吊装耳板连接（见图1），固定钢柱并松钩。

图1：钢柱临时固定
4.5.3使用千斤顶调整钢柱垂直度，扭转角度，调整方法见下图（图2）。

图2：钢柱对接节点安装调整示意图
在柱端沿中心线悬挂铅垂线或通过经纬仪，实时观察调整效果。

保证上下柱对中符合图纸要求，垂直度，轴线位置符合图纸要求。

4.5.4安装顺序控制
安装施工层钢柱先全部吊装就位，利用上述方法，对角柱安装精度进行控制。

角柱安装固定后复测精度无误，在两角柱间高于柱端标高处，沿轴线方向拉设细钢丝，利用花篮螺栓紧固，φ1.5mm钢丝用50N力张拉紧。

以细钢丝为参照线，在边柱安装调整中作为参考。

4.6焊接
4.6.1调整找正后，钢柱焊接应由两个焊工沿同一方向对称施焊，保持焊接速度相接近，焊接条件一致，焊接过程中注意观察柱头因焊接引起的移位。

如发生变形侧弯，应在背对柱头移位一侧焊缝附近热矫直。

4.6.2钢柱安装焊接完成后切除吊装耳板，运回制作工厂重复使用。

4.7 钢梁及楼承板安装
因每段钢柱分段跨越几个楼层，因此钢柱安装固定后开始安装第一层主框架梁，其次第二层框架梁，再第三层框架梁。

然后开始第一层次梁安装，铺设压型楼承板，然后安装第二层次梁铺设压型楼承板，再第三层次梁安装并铺设压型楼承板。

4.8 混凝土浇筑
各楼层混凝土浇筑利用泵送混凝土到施工层，分段分片浇筑。

5材料与设备
5.1主要机具设备
主要机具表1
5.2材料
5.2.1钢材
（1）Q235B钢和Q345B，其质量等级应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700的规定。

（2）钢材应具有良好的可焊性及明显的屈服强度，伸长率应大于20％，钢材的屈服点不宜超过其标准值10%。

钢材力学性能和碳、硫、磷、锰、硅含量的合格保证必须符合标准：GB700-88。

（3）所有钢材均为焊接结构用钢，应按设计及规范要求，进行拉伸试验、弯曲试验等试验分析，还应满足可焊性要求。

表2
5.2.2焊材
(1)手工焊E4303焊条，其性能应符合《碳钢焊条》（GB/T5117-95）的规定。

(2) 气体保护焊焊丝质量应符合《气体保护焊钢丝》GB/T14958-94的规定；埋弧焊焊丝质量符合《熔化焊用钢丝》GB/T14957-94的规定，焊剂质量符合《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T12470的规定；
(3) 保护气体采用CO2气体，其纯度不得低于99.95%（体积法），含水量不得大于
0.005%（重量法）。

5.2.3油漆
施工前应对涂料名称、型号、颜色等进行检查，应符合设计要求。

6 质量要求
6.1 原材料质量要求
6.1.1钢材必须具有出厂合格证，需要复检的须有复检报告。

6.1.2钢结构施工用的焊接材料应有出厂质量证明书，如设计有要求或异议应进行复验，合格后方可使用。

6.1.3 用于钢结构表面防腐的涂料及与之配套的辅助材料均应按其专用产品标准或生产企业标准进行进场验收，合格后方可使用。

6.2 质量检查和验收
采用的有关标准规范
《钢结构工程施工及验收规范》 GB50205-2001
《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002
《钢结构焊缝外形尺寸》 GB5777-96
《碳素结构钢》 JGJ81-2002
《气体保护焊钢丝》GB/T14958-94
《低合金钢埋弧焊用焊剂》 GB/T12470
《涂层钢材表面锈蚀等级和除锈等级》 GB8923-88
《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》 GB11345-91
7 安全措施
7.1加强施工人员安全素质教育，施工人员在施工前必须接受安全知识教育，熟知安全技术操作规程。

7.2施工人员必须持证上岗并统一着装，进入施工现场必须戴好劳动防护用品，并应注意观察和检查周围的环境。

特殊工种必须持证上岗。

7.3现场电源应按安全操作规程敷设，机电设备必须接地接零保护，并设漏电保护器，开关箱应加锁和防雨。

7.4焊接气割与施工用火必须选在安全检查地点，专人负责。

严禁在易燃易爆物附近电焊、点明火及吸烟。

7.5做好施工区域和非施工区域的隔离标志，确保过往行人的安全。

7.6索具、吊具要定时检查，不得超负荷使用。

7.7所有构件的堆放、搁置应十分稳固，欠稳定的构件应设支撑稳定。

构件堆放要求平稳、整齐。

起吊构件时，指挥信号明确，起重臂下及起重物下严禁滞留、通过人。

8 环保措施
8.1废水排放符合国家标准GB8978-1996，污水符合排放标准中二类二级标准。

8.2施工噪声排放符合国家标准GB12523-1990《建筑施工场地噪声限值》要求；办公区噪声排放符合国家标准GB3096-93《城市区域环境标准》二類居、商、工业混杂区要求。

8.3产生的固体废弃物应进行分类收集，统一处理，减少对环境的污染。

8.4每天吊装完成后，做到工完料清。

9工程应用前景
超高层劲性钢结构安装施工技术在月星环球商业中心项目建设中进行了运用，项目实际应用情况很好，达到了预期目标。

月星环球商业中心两座塔楼施工，建筑高度大，吊装机械作业耗时长，与混凝土施工交叉作业等不利因素影响的情况下，钢骨架安装目前均已经封顶，利用
此方法实现了高效安装，高峰期实现了5天一层楼的施工速度。

使用该施工技术按期完成了施工任务，投入少，效率高，安全可靠，质量也能很好的得到保障，能解决很多相同工况的实际技术问题，在超高层建筑施工中类似的钢骨架安装能得到更多的应用。