江東和諧廣場鋼結構工程施工過程控制淺析

0.工程概況

江東和諧世紀項目地處昆明市北市區小康大道的黃金地段，由和諧廣場、和諧家園兩部份組成，是集五星級酒店、5A級寫字樓、高品質住宅、購物廣場于一體的超大型城市綜合體項目。其中“和諧廣場”由兩幢互為對稱的超高層雙子塔樓和一幢寫字樓組成，通過底部裙房連接成一個整體。兩幢塔樓分別為B座塔樓和D座塔樓，地下3層，地上54層，塔樓頂部標高211.75m，其中1～5層為裙房，裙房高25.8m，總建筑面積為388880.75m2。

1.此項目特點及施工難點

1.1工程特點

江東和諧世紀B、D座塔樓均為鋼框架-核心筒結構，抗震設防基本烈度為8度，總用鋼量約4萬噸。核心筒部分為27.5×15.6m的鋼筋混凝土剪力墻結構，其墻體厚度由底部的1m逐漸減小到頂部的0.5m，內埋H型、雙H型和十字型勁性柱共26根，勁性鋼骨截面類型為十字柱和H型鋼柱，十字柱最大截面為650×350×25×35，H型鋼柱最大截面為H650×350×25×35，材質為Q345 GJB。外部為鋼框架結構，塔樓平面尺寸為51.6×39.7m，B、D座塔樓四周分布著56根箱型柱，鋼柱最大截面為□1100×35，最小截面為□600×20，材質均為Q345GJB，內灌混凝土。地上部分通過H型鋼梁與內部核心筒連接，H型鋼梁截面有H600×300×12×20、H450×450×16×30、H450×250×10×20、HN400×200×8×13等，材質為Q345B。為了增強整體結構的剛度，在第19、33和47層設置了伸臂桁架。核心筒、外框架和伸臂桁架共同構成整體抗側力體系。

核心筒勁性鋼骨 地上外框箱型柱 地上外框主、次梁 伸臂桁架

1.2施工難點

1.2.1現場施工場地狹小

本工程地處市中心，塔樓臨近四周現有建筑物，現場施工區域狹小，現場構件臨時吊裝場地狹小，現場沒有構件堆放場地。

場地實際情況

1.2.2超高層建筑對工程測量控制要求高

在鋼結構施工中，垂直度、軸線和標高的偏差是衡量工程質量的重要指標，測量作為工程質量的控制階段，是保證鋼結構安裝質量以及工程進度的關鍵工序。本工程為超高層建筑，對精度的控制相對于普通的高層結構要求更嚴，故無法利用常規的高層結構測量手段來測量、定位，需要制訂專門的測量技術方案，實施難度大，技術要求高，過程復雜繁瑣。

整體效果圖

1.2.3不利環境下的焊接質量控制

“四季如春，一雨成冬”，這是昆明地區氣候特征，反應了當地的氣候變化突然，溫差變化大，風速大。本工程施工周期長達2年，需經歷一年四季各個不同季節的施工，特別是作為超高層結構，高空風力影響較大，如何確保在復雜的氣候條件下的鋼結構焊接是保證工程順利實施的重要環節。

1.2.4垂直運輸設備協調使用問題對超高層混合結構建筑施工影響較大

超高層建筑由于建筑高度較高，施工電梯、塔吊每次往返地面和作業層所花的時間也比較長，如何合理利用垂直運輸設備，滿足土建、鋼結構、機電及其它各專業分包隊伍的使用需求，減少窩工現象，對垂直運輸設備的規劃管理提出了非常高的要求。

1.2.5影響施工過程中鋼柱實際下料長度的因素

混凝土和鋼材兩種材料彈性模量差別較大，隨著結構的不斷增高，鋼—混凝土結構核心筒混凝土與外框鋼柱壓縮、焊接收縮變形不斷增大，變形的絕對值差別也比較大，且混凝土材料還存在干縮變形，鋼柱有焊接收縮變形。如何協調結構之間的變形差異，確保施工階段的結構變形不至于影響結構的安全和工程竣工后的使用功能是很嚴峻的問題。

2.施工關鍵點控制措施

2.1場地狹小問題的處理

業主規劃B、D塔樓的西北面作為電影城商業區的綠化用地，南面是C座，所以只有東面10米寬的通道作為鋼結構臨時吊裝場地，因臨時吊裝場地狹小且業主要求與土建交替使用且不能囤積構件，所以只能采用一邊卸車一邊吊裝方式。B、D塔西面 1/G～L軸構件只能在東面吊裝，沒在內爬塔的起吊范圍內，所以需要通過外爬塔轉運到內爬塔起重范圍內，再用內爬塔將B、D塔1/G～L軸構件吊裝到相應位置。

鋼構件現場臨時堆放示意圖

2.2鋼柱吊裝

現場鋼結構安裝從平面分成核心筒內勁性鋼骨及筒外鋼框架安裝兩個安裝階段，所以每座塔樓鋼構件均由1臺TC7052外附式塔吊和1臺SCM-C7050B內爬式塔吊完成吊裝作業。外附塔長60m，位于B～C軸交16軸線上；核心筒內布置一臺塔吊，位于1/G-H軸交16-17軸線處，外附式塔吊先安裝，內爬塔借助外附式塔吊后安裝。

地上部分核心筒施工是影響整個工程進度的關鍵，可以利用核心筒的鋼骨柱混凝土養護時間來滿足外框鋼結構的安裝，所以核心筒需要領先外框鋼結構安裝層6-8個樓層。

整個工程框架柱采取分段吊裝，鋼柱分段位置在超過結構層梁頂面1.3米的高度處，主樓外框鋼柱滿足吊重為3層一段，同時主樓外框架鋼結構安裝時，每安裝一根鋼柱緊接著安裝該柱與其它柱、核心筒相連的鋼梁，以固定外框柱，樓面H型鋼梁等構件均散件安裝。

B、D座塔吊定位圖

地下部分澆筑完成 核心筒安裝6-8層后 主體結構施工完成

地上第1層外框架安裝

核心筒及外框架鋼柱安裝

2.3工程測量控制

根據本工程測量難度大、精度高的特點，結合該工程的現場實際情況，采用“外控法”的總體測量思路，遵循“由整體到局部”的測量原則。具體測量思路如下：

第一步：根據昆明市一級控制點的坐標和高程，對業主提供的基準點進行復測，驗證其準確性。

第二步：依據復測后的基準點，利用”外控法” 在B、D座塔樓周圍各布置4個主控制點。

第三步：基于4個主控制點，利用導線往返觀測的方法，在首層外框架和核心筒之間布設一個矩形控制網。

第四步：利用激光鉛垂儀對控制點進行垂直引測。

在澆筑各樓層時，必須在相應的位置預留200mm×200mm與首層層面控制點相對應的小方孔。

控制點的點位接收示意圖

第五步：此項目安裝鋼柱時的具體測量控制。

鋼柱的定位控制主要從地面基礎軸線開始，在每節鋼柱安裝時，始終以地面基礎軸線為控制基準來進行安裝，絕對不能采取下節鋼柱來控制上節柱，避免累積誤差；在上節鋼柱安裝時，雖然不能完全借用下節柱的軸線，但要把下節柱的軸線偏差盡可能的改正過來，在安裝過程中，要反復定位調整，保證焊接后軸線的準確性。當鋼柱安裝就位且位移無誤后，在xy方向各安置一臺經緯儀，若條件允許，儀器盡可能安置在定位軸線上進行校正，同時土建綁扎鋼筋支模都會對鋼柱的垂直度產生影響，因此須全程進行測控，發現問題及時采取有力措施進行成品保護。

為了使每節柱子都能按設計標高進行安裝，可以把上柱和下柱臨時連接板螺栓孔徑由20毫米擴大到22毫米，由于各柱子焊縫收縮量不一致，加工廠加工柱子時長度的允許偏差雖然要求是毫米，但實際尺寸出入還是很大的，一節柱子安裝后柱頂標高就產生很大變化，往往超過規范允許的±5毫米范圍內，利用臨時連接板上孔徑的裕量，就能把每節柱子產生的標高差，調整到±5毫米范圍內，上柱和下柱就靠四面的臨時連接板支撐，其空隙在焊接時進行處理。每安裝一節柱后，對柱頂進行一次標高實測，誤差超過偏差時，采用螺栓千斤頂進行調整。

垂直度校正主要是依靠攬風繩和手拉葫蘆，直至焊接完成后，把與核心筒外側四角鋼柱成90°的兩條控制線分別向核心筒內側引出1200mm，在控制線上架設兩臺經緯儀，照準鋼柱的中軸線平移引出的控制線同時監測，再將鋼柱的實測中軸線利用鋼尺返測至鋼柱上，與鋼柱自身中軸線相比較，直到兩個方向的軸線上下為同一垂直線。

鋼柱標高及垂直度的測量原理圖

鋼柱標高、垂直度及軸線校正實際操作

2.4焊接質量控制

2.4.1本工程焊接特點

本工程為一類超高層結構，鋼柱、鋼梁對接焊縫的質量等級均為一級焊縫，并且經歷冬季施工，同時外框柱材質為Q345GJB，樓層鋼梁材質為Q345B，故我們在進行鋼結構焊接時選用NB-500型半自動保護焊機及有風雨雪情況下設置專門的焊接防風防雨棚、預熱和焊后保溫措施。

2.4.2焊接順序

以控制應力、應變為準則，詳細制定焊接順序，嚴禁將合攏焊口布置在桿件應力集中的地方。就整個框架而言，柱、梁等剛性接頭的焊接施工，應先從整個結構的中間構件上施焊，先形成框架后再向左、右擴展焊接。

對于柱～柱的對接施焊，應由兩名焊工同時從兩側不同方向對稱焊接，兩人先焊接其中一邊焊縫高度的40%，再進行另一邊焊縫40%的焊接，之后再進行焊接剩余60%的焊縫，最后結束整個對接焊縫的焊接。在焊接過程中需要注意層間溫度，防止層間溫度過高。當焊縫過長時，采用分段跳焊法，但要保證兩焊工同步，減少變形。在焊接最后一層時需一次焊完，不得分段焊接，同時在柱轉角處注意成型。

外圍箱型柱焊接順序

勁性H型鋼柱對接形式

（腹板對接焊縫順序為先焊工1，背面清跟，再焊工2）。

對于柱～梁連接的焊接而言，先焊接梁的腹板與柱連接板，再焊接梁的翼板與梁的連接板。焊接梁的腹板時，兩人同時焊接，直至焊接完成；焊接梁的翼板時，若空間允許，兩人對稱焊接，保證焊接同步。否則按如下順序進行焊接：先進行上翼板焊縫30%的焊接，再進行下翼板焊縫30%的焊接，之后結束上翼板的焊接，最后結束下翼板的焊接。

2.4.3現場焊接操作工藝

（1）預熱處理：

對較厚板件（大于25mm），在T型接頭、角接接頭和十字形接頭中應采取防止層狀撕裂的措施。措施包括：焊前預熱，焊后緩慢冷卻，仔細清除焊絲及坡口的油銹、毛刺及水份等；預熱的加熱區域應在焊接坡口兩側，寬度應各為焊件施焊處厚度的15倍以上，且不小于100mm；預熱溫度宜在焊件反面測量，測溫點應在離電弧經過前的焊接點各方向不小于75mm處；當用火焰加熱器預熱時正面測溫應在加熱停止后進行。

（2）焊后消氫處理：

消氫處理的加熱溫度應為200℃～250℃，保溫時間應依據工件板厚按每25mm板厚不小于0.5h，且總保溫時間不得小于1h，達到保溫時間后應緩慢冷卻至常溫。

（3）減少收縮量措施：

在保證焊透的前提下采用小角度，窄間隙焊接坡口，以減少收縮量。提高構件制作精度，構件長度按正偏差驗收。采用小熱輸入量，小焊道，多道多層焊接方法以減少收縮量。

2.4.4低溫焊接措施

為保證焊縫不產生冷脆，負溫度下焊接用的焊絲，在滿足設計強度的要求下，優先選用屈服強度較低、沖擊韌性好的低氫型焊絲。低溫氣候焊接施工前，應先檢查焊接防護棚，上部允許稍透風、但不滲漏雨水，兼具防一般小物體的打擊功能，中部寬松，但能抵抗強風的侵擾，不致使大股冷空氣透入，平臺底面防護采用阻燃材料遮蔽嚴實，防止勁風從底部侵入。焊前加熱消除焊縫兩側母材與焊縫區的強烈溫差，最大限度地減緩鋼材在板厚方向由熱脹時壓應力到冷縮時拉應力的轉換過程，最大可能地促使焊縫接頭均勻脹縮，保證厚鋼板焊接質量。

厚板焊接時，焊縫層間溫度應始終控制在100～120℃之間，每個焊接接頭應一次性焊完；施焊前，注意收集氣象預報資料，若惡劣氣候即將到來，而焊縫已開焊，要搶在惡劣氣候來臨前，至少焊完板厚的1/3 方能停焊，且嚴格做好后熱處理，并進行保溫處理。

環境溫度低于零度時，焊接完成后，在自檢外觀質量符合要求后，立即實施后熱處理。使用兩把烤槍對焊縫區域進行烘烤，使后熱溫度達到250℃，并持續保持該溫度120分鐘，這一過程可通過紅外測溫儀來測量控制，完成后熱處理后，在焊縫外面加蓋至少40～80mm 厚的保溫棉，使焊縫緩慢冷卻，達到常溫后，方可除去保溫措施。

鋼柱、鋼梁焊接時候的防風防雨棚

低溫焊接焊后保溫措施

2.4.5無損檢測

在完成焊接24小時之后，對焊縫進行探傷檢驗，其檢驗方法需按照《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81-2002）和《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》（GB/T11345）規定進行。

鋼柱、鋼梁焊縫超聲波無損檢測

2.5垂直運輸設備協調使用

由總包單位牽頭，各個施工單位參加，制定一個合理的總體垂直運輸設備使用計劃，每周開會對本周各施工單位需使用垂直運輸設備情況進行匯報協調。每天溝通，對各施工單位第二天需使用垂直運輸設備進行確認，使每個施工單位錯時使用，如：工人錯時上下班，避開垂直電梯的使用時間等等，達到設備使用、工人施工效率最大化。

2.6鋼柱實際下料長度的調整

在施工前我們采用計算機仿真技術，模擬實際施工過程進行驗算，并依據計算結果確定變形協調措施，計算出每層鋼柱需要協調的壓縮、焊接收縮變形值，在深化設計中對變形值進行考慮，同時在施工過程中，通過測量對變形值進行偏差校核，并對鋼柱進行調整。

3.結束語

通過采取以上各項技術措施，本工程在第三方測量檢測單位的施工過程跟蹤監測中，每節柱段長度12m鋼柱垂直度全部在10mm之內，滿足規范要求的H/1000的規定。鋼柱現場焊縫在第三方檢測中，合格率為100%，工程施工質量良好。