超高層超厚外伸臂桁架鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)

李廣大， 朱明華， 張 帥， 武燕妮

（中建一局集團建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100102）

隨著我國城市化進程的不斷推進，越來越多的高層、超高層建筑出現(xiàn)；而鋼結(jié)構(gòu)由于輕質(zhì)、高強、韌性好、材質(zhì)均勻以及較鋼筋混凝土更符合國家“雙碳”要求等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用[1]；但超高層超厚外伸臂鋼桁架加工、制作及安裝過程中強度及穩(wěn)定性的保證仍有不足。本文通過對鋼結(jié)構(gòu)加工、制作、安裝、焊接等多個步驟的研究分析，總結(jié)超高層超厚外伸臂鋼桁架關(guān)鍵施工技術(shù)，希望能為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

某混合框架-鋼筋混凝土核心筒的鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)總高度184.4 m。鋼結(jié)構(gòu)主要分布在主樓，柱頂標(biāo)高181.86 m，材質(zhì)主要為Q345B。

混凝土核心筒以埋件的形式與外伸鋼梁連接，鋼梁再通過高強螺栓連接及焊縫連接的方式與外圍鋼管柱連接，形成外伸臂鋼結(jié)構(gòu)體系[2]。見圖1。

部分樓層采用桁架作為鋼結(jié)構(gòu)的加強支撐。鋼管柱為圓管截面，桁架上下弦桿、腹桿均為H 型鋼，其鋼管直徑有14 種規(guī)格，其中最大截面為?1 100 mm×35 mm；最小截面為?700 mm×12 mm，主要材質(zhì)為Q345C。桁架層鋼板最厚為90 mm，主要截面為H型鋼，主要材質(zhì)為Q390GJC-Z15、Q390GJC-Z25、Q390GJC-Z35 等。鋼管柱通過鋼梁與混凝土核心筒連接。見圖2。

圖2 桁架層鋼梁與鋼柱連接

2 超高層超厚外伸臂桁架鋼結(jié)構(gòu)安裝

2.1 深化設(shè)計和排版

1）深化設(shè)計是為了保證鋼構(gòu)件在工廠加工及現(xiàn)場焊接過程中的可操作性，使圖紙深度不但能夠滿足鋼材采購要求，還滿足加工圖設(shè)計的要求。預(yù)先做好與土建鋼筋連接及機電設(shè)備留洞等前期設(shè)計工作。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計圖紙是鋼材采購的依據(jù)，因此，圖紙的深化質(zhì)量將直接影響到鋼材采購量的準(zhǔn)確性。在鋼材采購前，充分做好設(shè)計圖紙的深化、審核、復(fù)審等工作，保證鋼材采購量盡可能的貼近實際用量，避免后期補購的情況發(fā)生[3]。

2)鋼結(jié)構(gòu)工程施工，鋼板使用量控制至關(guān)重要，合理的排版圖可以有效避免鋼板在生產(chǎn)過程中的浪費，見圖3。

排版考慮因素包括道路交通運輸；工廠加工能力；工廠工藝條件；工廠場地條件；工廠設(shè)備條件。

2.2 構(gòu)件加工

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)制作難點

1）異形截面鋼柱加工精度控制

板拼次數(shù)多，必須經(jīng)多次組裝和焊接才能成形，并且異形截面柱的制作精度由組成的各單體組裝精度決定，多次組裝增加組裝及焊接過程的誤差累計和變形；因此要嚴(yán)格控制和提高異形截面柱分解后各單體的制作精度，以保證異形截面柱的整體精度。

2）桁架加工整體尺寸控制

（1）柱節(jié)點斜牛腿的位置受其裝配精度和焊接變形影響。對單件牛腿成型誤差嚴(yán)加控制，裝配及焊接時應(yīng)在各類型構(gòu)件的預(yù)制胎架上加工，便于利用拘束板和擋板對組裝精度的查驗和控制，利用全站儀對桁架加工尺寸進行核對，進一步提高組裝精度。

（2）帶斜撐的梁水平面控制直接影響桁架的安裝是否處于一個垂直面內(nèi)。根據(jù)梁的不同形狀，制作相應(yīng)胎架，利用胎架和水平尺使鋼梁處于水平狀態(tài)裝配、焊接和驗收。

（3）桁架中部分構(gòu)件接口較多，彼此間的安裝難度較大，尺寸控制較為嚴(yán)格。單獨構(gòu)件嚴(yán)格按照相關(guān)要求加工完成后，進行整體預(yù)拼裝。預(yù)拼裝要求在相應(yīng)的胎架上將桁架層構(gòu)件在水平方向上進行模擬現(xiàn)場的安裝。

3）焊接應(yīng)力控制

從裝配的各個環(huán)節(jié)控制可能出現(xiàn)變形及產(chǎn)生應(yīng)力的誤差，包括鋼板平整度、下料、裝配及坡口尺寸精度，優(yōu)化焊接順序和焊接工藝等，如有長度＞1 m的焊縫，要采用多人同時施焊或分段退焊法；異形截面柱等復(fù)雜的構(gòu)件采用分部組裝、各部分焊完分別矯正，以減少整體拼裝焊接后的變形；采用CO2氣體保護焊打底，單絲埋弧焊填充，雙絲埋弧焊蓋面的焊接方法等[4]。

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)制作

1）異形截面鋼柱、鋼桁架節(jié)點裝配。異形截面分解為多個對稱和規(guī)則的截面拼裝體，化整為零，最大限度利用生產(chǎn)線流水作業(yè)。桁架節(jié)點采用合適的裝配順序減小焊接難度并提高焊接質(zhì)量。

2）焊接變形。根據(jù)焊接的變形特點等在制作前對其合理位置進行反變形。

3）（預(yù)）拼裝。桁架存在較多的焊接接頭和活栓接接頭，為保證安裝順利，桁架須在出廠進行拼裝。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)吊裝

2.3.1 吊裝難點

超高層建筑外觀造型奇特、高度較大，受結(jié)構(gòu)自振、風(fēng)振、日照和施工過程中的變形的影響，平面定位及高程控制均難以精細(xì)控制，直接造成測量難度。

2.3.2 吊裝工藝

1）鋼柱就位。鋼柱安裝就位前將地腳螺栓調(diào)節(jié)螺母的頂標(biāo)高調(diào)節(jié)到柱底標(biāo)高，鋼柱就位后垂直度調(diào)整完畢，緊固調(diào)整螺母使其與柱底緊密接觸。用專用角尺檢查，調(diào)整鋼柱使其定位軸線與基礎(chǔ)定位軸線重合，誤差控制在3 mm以內(nèi)。

2）鋼柱測量校正。用2臺經(jīng)緯儀從柱子側(cè)面一米線同時觀測，依靠千斤頂和攬風(fēng)繩校正，見圖4。

圖4 鋼柱就位測量校正

3）鋼梁起吊。鋼梁采用2 個吊點進行吊裝，起吊時在鋼梁的兩端分別掛2 根溜繩，2 個人分別拉住溜繩，鋼梁開始起吊速度一定要慢。

4）鋼梁就位。鋼梁吊至就位位置上方后，開始下落，控制下落速度，接近就位位置時，安裝工人要分別用手扶住鋼梁，將鋼梁拖至就位位置。

5）鋼梁臨時對位固定。吊升到位后，按施工圖進行對位。用普通螺栓擰緊，普通螺栓的數(shù)量不得少于該節(jié)點螺栓總數(shù)的30%且不得少于2個。

2.4 超厚鋼板焊接施工

2.4.1 焊接難點

工程所用鋼板厚度大，壓制過程中受設(shè)備限制，Z向性能比薄鋼板差，有不同程度的層狀撕裂傾向，再加上現(xiàn)場超厚鋼板焊接時間長，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)焊接一旦變形過大就無法矯正，焊縫質(zhì)量難以保證。

2.4.2 焊接工藝

針對厚鋼板普遍存在小波浪的不平整現(xiàn)狀，加工廠在鋼板下料前應(yīng)用整平機進行矯平，減小厚鋼板加工制作產(chǎn)生的焊件不平度；選擇1/3δ、2/3δ（δ為鋼板厚度）不對稱的坡口形式，其坡口角度宜控制在30°～60°；還要控制焊接順序，做到以變制變，根據(jù)焊件的變形情況及時調(diào)整焊接順序[5]。

由于現(xiàn)場厚板焊接填充量較大，采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊，兼有氣保焊和手工焊兩方面的優(yōu)點，工藝性能好、易操作，施工效率是焊條電弧焊的3～4倍，冶金反應(yīng)完善，晶間腐蝕性能及低溫沖擊性能均較理想；特別是弧穩(wěn)，飛濺少，焊縫成形光滑美觀，熔敷效率高，一般可達(dá)75%～85%，而且適用于全位置焊。

3 結(jié)語

本文結(jié)合某工程超高層超厚外伸臂桁架鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，對深化設(shè)計及排版、鋼構(gòu)件加工、鋼結(jié)構(gòu)吊裝、超厚鋼板焊接施工等工藝進行細(xì)致地分析及研究，給出了施工過程中超厚鋼板節(jié)點焊接的難點解決措施，解決了超高層超厚外伸臂桁架鋼結(jié)構(gòu)施工中精度及焊縫強度難以保證的問題，為類似超高層超厚外伸臂桁架鋼結(jié)構(gòu)安裝施工提供了一定的參考依據(jù)。