鋼結構加工和安裝技術在超高層建筑中的應用

■蔡水靈 ■福建省工業設備安裝有限公司，福建 廈門 361004

隨著我國國民經濟的快速增長，固定資產投資率逐年提高，建筑業增加值平穩上升。1978 年以來，我國建筑市場規模不斷擴大，國內建筑業產值增長了20 多倍，建筑業對我國GDP 的貢獻率逐年提高成為拉動國民經濟快速增長的支柱產業。因此，我國建筑業持續、健康的發展對國民經濟的持續、穩定的增長起著重要的作用。由于鋼結構自身的特點和優點，發展鋼結構建筑特別是鋼結構高層建筑，已經逐漸發展為工程建設的一項基本政策。超高層建筑鋼結構施工過程中的有關加工制作、安裝技術是建筑業一直研究、探索并尋求突破的重要部分。

1 高層及超高層結構體系定義

高層建筑物即指具有較多層數高度較高的建筑，但是具體達到何種程度算作高層，不同國家有不同的規定。一般來說超高層建筑指40層以上，高度100 米以上的建筑物。高層及超高層建筑一定條件下是現代科學技術的產物，傳統的木、磚、石材料以及結構基本上很難滿足要求，而鋼結構的加工和運用在高層及超高層建筑的使用越來越廣泛和普遍，有利于建筑物整體結構強度的達標。中國鋼結構產業在近10余年期間發展迅速，對技術問題也提出更高的要求。

2 鋼結構施工前的準備工作

2.1 技術與計劃準備

編制施工組織設置，確定建筑整體結構的建造思路，確定建筑物各項施工材料的選取，精密計算每一個所需數值，避免誤差。由于高層及超高層建筑對建造技術有很高的要求，首要要保證有一個完整的建筑思路和技術團隊，進行工藝測評和工藝試驗，確定及完善施工及建后驗收標準，保證每一步后續施工的順利進行。

2.2 材料的選用

鋼結構具有抗震性、抗風性、耐久性、保溫性、隔音性等等優點，在使用中、設計、施工及綜合經濟方面都具有優勢，造價低。然而鋼結構也具有一些不容忽視的缺點，比如質量問題，其導熱系數大，耐火性差，這就體現了鋼結構工程項目施工質量問題的復雜性，那么在高層及超高層建筑中材料的選用就顯得尤為重要，應首選耐火鋼，考慮其屈服強度，保證建筑在高溫情況下也不至于完全喪失承載能力。

2.3 施工現場準備

首先對于吊裝準備，目前國內多選用自升式塔式起重機作為吊裝施工機械主機，首要考慮的是吊裝設備是否符合工程建設需要。另外施工安裝前現場準備及各項安全檢查也顯得尤為重要，比如鋼構件的驗收、測量儀器的準備、材料運輸及存放、設備工具、組織施工力量等等。

3 超高層建筑鋼結構加工技術

設備鋼結構的加工制作與精密鋼結構類似，介于普通結構件與精密機械加工之間，采用焊接或者栓接的連接方式，超高層建筑中對鋼結構的加工技術將提出一些特殊或更高的要求。結構內部中，對于結構件，包括其材質、表面粗糙度、公差、表面處理、弧度;對于連接處，其孔位偏差、螺栓等級;對于鋼結構其焊接方法、焊接標準、焊材都需進行考量，而涉及材料氣密性等問題，應進行無損檢測、液體滲透檢測等。

由于超高層建筑結構的特殊性，對建筑材料要求、結構零件加工技術都需要特殊或更高的要求，這對于超高層建筑施工的順利實施是必要的前提。

4 超高層建筑鋼結構安裝技術

4.1 定位軸線、標高和地腳螺栓

超高層鋼結構由于制作和吊裝的需要，對建筑在總體高度方向需要劃分若干節，鋼柱的定位軸線可以根據建筑實物和場地的大小在建筑內部或外部進行設置，以滿足重量的大小和運輸的可能，通常以通視、可視為原則。標高一般以2-3 層為一節，而地腳螺栓是一種長的專用螺栓，上端有螺紋，下端成彎成環狀或鉤狀，一般下端預埋于混凝土中，上端螺紋處穿在設備或者其它物體的安裝孔中，上面加螺母壓緊，用以固定作用。

4.2 標準節框架的安裝

超高層鋼結構標準節框架的施工一定情況下代表著超高層鋼結構框架施工的主動權，其安裝方法通常分為節間綜合安裝法和按構件分類大流水安裝法。前者節間綜合安裝法是選擇一個區間作為標準區間，安裝4 根鋼柱構成空間標準間，按照施工進程逐漸擴大框架，最終完成施工。這種方法多為國外采用，不過對現場管理相當嚴格，供貨流通度要求較高，運輸條件是保證此類方法順利實行的重要條件。后者按構件分類大流水安裝法是在標準節框架中先安裝鋼柱，再安裝框架梁，然后逐步安裝其他構件，從上到下進行，最終完成框架構建。目前我國國內多采用此類安裝方法，具體使用哪種方法應當依據建筑實況和現場施工條件和狀況擇優選擇。

4.3 特殊節框架的安裝

特殊節框架指不用于標準節的框架，如底層大廳和屋頂花園層等等，由于超高層建筑中建筑和結構的特殊要求，施工技術方案也應有所不同。對于網架結構，由于內部結構跨度較大且多位于高層建筑或旁邊，施工難度較大，一般采用“地面拼裝，整體提升”“搭設平臺，高空散裝”的安裝方法。而屋頂花園型特殊節框架由于結構較輕可以采用塔吊進行散裝法。

4.4 鋼柱的安裝方法

大跨度公共建筑、高層房屋、輕型活動房屋、工作平臺、棧橋和支架等的柱，大多采用鋼柱，在超高層建筑結構中，鋼柱的應用必不可少。鋼柱安裝前應與定位軸線、標高等進行檢驗和多次校對，復驗安裝定位所用的軸線控制點和測量標高使用的水準點，找出誤差范圍外的部分及時修正，同時安裝之前在地面要把鋼爬梯安裝在鋼柱上，供登高作業。

對于鋼柱的安裝準備，首先，放出標高控制線和鋼柱軸線的吊裝輔助線，復驗鋼柱支座及預埋件;其次，軸線、標高、水平度、預埋螺栓位置及露出長度等，超出允許偏差時，應做好技術處理;然后，檢查吊裝機械及吊具，按照施工組織設計的要求搭設腳手架或操作平臺，為防止構件變形、失穩，必要時應采取措施。最后，測量用鋼尺應與鋼結構制造用的鋼尺校對，并取得計量法定單位檢定證明。鋼柱一般采用兩點就位，一點起吊的方法。

4.5 鋼結構的安裝方法

超高層建筑結構中鋼結構的安裝方法總結起來有以下幾種方法:桁架式屋架，屋架結構直接擱在混凝土墻上;網架結構，比屋架結構更方便布置柱子;管桁架體系，是網架結構的簡化版，美觀好;張弦結構體系，適合體育場;空間網殼體系，更適合大跨度公共建筑，造價高;門式鋼結構，一般廠房比較常用，拼裝靈活，施工方便，實用。

在整個建筑結構中，鋼結構的安裝尤其是特殊型鋼結構的安裝十分重要，結構不同，安裝方法和工藝也會不同，應因地制宜，因時制宜。

5 結語

超高層鋼結構的施工過程是一項錯綜復雜的系統工程，施工前需要作出縝密計劃，考慮現場施工條件，綜合利用高層建筑技術。同時鋼結構強度高、自重輕、剛度大;材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定;材料塑性、韌性好，能很好地承受動力荷載;建筑工期短;工業化程度高，可進行機械化程度高的專業化生產。對于鋼結構在超高層建筑中的應用我們既要掌握各項方法，也要尋求突破創新，增強建筑結構穩固性與實用性。

［1］吳振亞.高層鋼結構安裝技術［J］.施工技術，2005，34(10);21-22.

［2］金天德.高層鋼結構工程施工技術［J］.浙江建筑，2002(5).

［3］張海升.高層辦公樓鋼結構安裝的施工方法［J］.建筑技術，2004，35(2).