超高層建筑避難層異型鋼結構安裝施工關鍵技術

黃小虎，左 銀，賈興文

（1.重慶建工第二建設有限公司，重慶 400045；2.重慶大學材料科學與工程學院，重慶 400045）

0 引言

例如，昆明某超高層雙子塔采用鋼框架-核心筒結構，塔樓建筑高度209.0m，其中第19層、33層和47層按照設計規范要求設置避難層，避難層采用了轉換鋼桁架結構，混凝土核心筒以及伸臂桁架和外框架共同構成建筑物的整體抗側體系[3]。海南海控國際廣場的A座建筑總高度249.7m，其中第6，17，32和第51層設置了結構形式復雜的避難層以及設備層，其中設置在第17、32、51層的避難層采用伸臂桁架結構，每個避難層設計了4榀核心筒內置式桁架和8榀外伸臂式桁架，與外部鋼結構環狀桁架共同作用形成結構加強層[4]。此外，超高層建筑的避難層也設計為結構加強層[5-6]，通常采用異型鋼結構，也使得避難層結構形式更為復雜。

由于結構形式復雜，避難層的設計和施工難度也相對較大，為了保證避難層施工質量和施工進度，必須編制避難層異型鋼結構專項施工方案，明確鋼結構吊裝和安裝的關鍵技術，才能保證鋼結構構件的精確安裝，同時有助于鋼筋工程、混凝土工程、模板工程、鋼結構工程的施工交叉與配合，避免避難層結構施工與其他專業相互影響。依托本公司承建的超高層建筑（主體結構高度200.0m），論文較為系統總結了超高層建筑避難層異型鋼結構吊裝和安裝施工的關鍵技術，期望能為超高層建筑避難層異型鋼結構施工提供有益的參考。

1 避難層鋼結構構件吊裝

1.1 避難層鋼結構概況

該超高層建筑高度200.0m，避難層設計為混凝土-鋼組合伸臂桁架結構，避難層鋼結構核心筒采用異型牛腿柱，牛腿柱單個構件最大重量為9.6t，主樓外圍鋼結構采用箱型柱，箱型柱單個構件最大重量8.5t，伸臂桁架梁的最大重量為12.6t。

1.2 鋼結構吊裝

鋼結構構件重量大，采用塔式起重機起吊時應編制吊裝方案，需要明確鋼構件吊點、安裝順序和鋼定位測量控制方法[7-8]。根據設計圖紙和鋼柱分節方案驗算起吊點，單根柱每2層或1層為一個分段點（柱最長約11.5m），最大重量9.6t，制作5個鋼吊籃用于現場鋼柱吊裝用；考慮到塔吊吊裝能力，部分鋼柱1層1段，滿足吊重的要求。

鋼結構柱在起吊之前應檢查柱基定位軸線的間距、柱基面的標高和柱底的預埋位置，復測合格后進行鋼柱吊裝。鋼柱起吊時必須保證垂直，并在鋼柱頂部兩側用于臨時固定連接板的預留螺栓孔上設置吊點。為了保證起吊安全，鋼柱起吊的回轉過程應特別注意避免與其他已安裝構件發生碰撞，同時應保證吊索在始終一定的有效高度范圍內。鋼柱起吊時，起重機一邊起鉤，一邊緩慢回轉起重臂，直到鋼柱起吊垂直為止，然后旋轉吊臂，將鋼柱吊至柱基座的正上方，落鉤，使鋼柱就位。

底節鋼柱起吊就位后，立即使用纜風繩固定，同時利用鋼柱底部翼板位置安裝的臨時連接板調整牛腿，調節螺旋千斤頂緩慢調整柱頂的標高和柱身垂直度。底節的鋼柱安裝完成后應立檢查和測量定位軸線的間距、柱基面的標高和底板的預埋位置，經過現場監理以及相關技術部門復測，各項技術指標合格后方可安裝下一節鋼柱。第二節鋼柱安裝時利用無纜風調整法，用撬棍和千斤頂校正垂直度，上節鋼柱的中心線與下節鋼柱柱頂的中心線對準，立即用高強螺栓固定柱頂兩側的連接板臨時固定鋼柱。

1.3 鋼結構構件校正

鋼結構構件的校正工序主要包括腹板中心線對準縱橫十字線以及調整柱身垂偏。校正首層鋼柱的縱橫十字線時，應將相互垂直的腹板的中心線引至柱兩端的翼緣上，使用鋼沖打出鋼柱柱身的中心線，每端五個點，應與基礎上部柱的底板定位軸線對準，爭取達到點線重合，如果存在測量偏差，可采用起重機不脫鉤將三面線對準標高位置的對線方法進行調整。

柱身垂直度偏差可以采用纜風繩校正的方式，同時利用兩臺經緯儀找垂直，鋼柱校正的過程不斷調整柱身四面的螺旋千斤頂，直至校正完畢，將鋼柱底板與鋼柱點焊或用定位板固定，纜風繩松開時不變力，使柱身保持自由狀態，然后用經緯儀校核，如果垂直度依然存在較小的偏差，可用螺旋千斤頂調整鋼柱與底板之間的縫隙，校核無誤后方可焊接定位板。

膜蒸餾(Membrane Distillation，MD)是一種熱驅動的水處理方法，其中較熱的進料流在疏水的微孔膜的一側流動，而較冷的餾出物流在另一側流動。膜兩端的溫差產生蒸汽壓差，使得液態水從進料流中蒸發，通過膜孔，并冷凝成餾出物流。其廣泛應用在海水淡化、超純溶液濃縮與提純等方面 [1-3]。

鋼柱的柱頂標高和鋼桁架標高調整控制采用兩種方法，按照相對標高調整或者按照設計標高調整，常用的方法是按照相對標高進行安裝調整[9-10]。鋼柱就位后，用高強螺栓快速固定連接板，然后通過起重機吊起構件，并利用撬棍輕微調整柱的間隙。測量上下柱頂標定的標高值，符合設計標高要求后方可打入鋼鍥。考慮到焊縫的收縮以及荷載作用下鋼柱產生的壓縮變形，柱頂標高與設計值的差值應調整至小于5mm。鋼柱安裝完成后，柱頂可以放置水平儀，用于測量柱頂的相對標高，取最合理零點，以最合理零點為標準換算各柱的頂線，安裝過程以柱頂的頂線控制，同時對比柱頂標高的測量結果及其與上下節柱頂的預驗長度的偏差。

校正第二節鋼柱的縱橫十字線，應盡量保證上下柱的十字線重合，如果存在偏差，可以在鋼柱頂部連接板的側面放置墊板，然后擰緊連接螺栓。調整鋼柱的十字線偏差時，每次的調整幅度不應大于3mm，如果柱頂十字線偏差過大，可以分為2至3次進行調整。測量上節柱的定位軸線時不允許采用下節柱的定位軸線，應該從地面的控制點引到鋼柱安裝位置，從而保證每節鋼柱的準確安裝，避免在安裝過程產生累積偏差，導致柱身垂直度不符合設計要求。

校正第二節鋼柱的垂直度偏差，應預先檢驗鋼柱的尺寸，下層鋼柱柱頂中心線對準上節鋼柱底部的中心軸線，綜合計算位移量、焊接殘余變形、環境溫差、垂直度校正和鋼材的彈性變形等，作為安裝綜合誤差。根據施工要求，鋼梁與鋼柱之間的焊縫的收縮值不應大于2mm，柱與柱之間的焊縫的收縮值不應大于3.5mm。在鋼柱和鋼梁安裝過程中，同時利用3臺經緯儀對安裝過程進行跟蹤觀測，并校正鋼柱柱身垂直度。鋼柱的垂直度校正可以采用以下方式。

（1）采用無纜風繩校正，在鋼柱偏斜的方向打入鋼鍥或利用螺旋千斤頂頂升，首先保證每節柱的柱身垂直度滿足設計要求，然后將柱頂軸線的偏差值控制到零，最后在額定扭矩值擰緊臨時連接鋼柱耳板的高強螺栓。

（2）安裝鋼桁架梁的過程如果對柱身垂直度產生不利影響，可以采用螺旋千斤頂、鋼鍥以及電動葫蘆等小型工具調整柱身的垂直度。用于臨時固定鋼柱的連接耳板的螺栓孔孔徑應比螺栓的公稱直徑大4mm，擴大螺栓孔孔徑產生足夠的余量，以便于調節鋼柱的制造誤差產生的安裝尺寸偏差。鋼柱和鋼梁安裝精確測定固定位置后，再次檢驗鋼柱和鋼梁標高、柱身垂直度及鋼柱的軸線位置，安裝偏差小于設計要求后，按設計圖紙的要求對鋼結構構件進行永久固定。

2 鋼結構安裝測量控制方法

2.1 平面控制和高程控制

鋼結構構件安裝度平面控制測量可以采用內控法，首先按照土建施工布置的平面控制網進行測點的測設，首層樓板的混凝土澆筑完成后，應重新布設平面控制網，待平面控制網測設精度符合設計要求后報請監理公司進行驗收。平面控制網通過驗收并確認后，此平面控制網將被引測至吊裝施工層，并用鋼構架或采用焊接方式將測試點固定于待安裝鋼柱的附近。然后立即復核平面控制網的邊長以及角度相應關系，用于計算待安裝鋼柱的中心點坐標，以便于保證鋼柱安裝過程中的準確定位和校核。如果平面控制網測設偏差在規范允許的范圍內，才能進行鋼結構安裝施工的整體測量。避難層異型鋼結構的安裝過程中可以按相對標高法控制和測量高程，根據建筑物外圍設定的原始控制點的準確標高，采用高精度水準儀引測至少6個水準點至鋼柱的安裝位置，以便于準確確定避難層外圍鋼柱的設計標高控制點，并做好相應的標記點。

2.2 鋼結構安裝測量

鋼結構安裝測量采用的水準儀、經緯儀和激光測距儀等重要儀器必須經過計量檢定并在有效檢定期限內方可使用，施工單位應保留相應的設備檢驗與檢定合格證以備查驗。鋼柱吊裝時，可以采用兩臺視線互相垂直的高精度經緯儀進行吊裝過程的跟蹤校正，如果兩臺經緯儀的視線不滿足互相垂直的要求時，可以在偏離軸線不大于150mm范圍內調整經緯儀測設角度。

2.2.1 鋼結構安裝的測量控制

首先進行基礎的驗線，根據土建施工提供的測設控制點，進行柱軸線的測設和閉合平面控制網的校核。不應在陽光暴曬或者高溫環境下進行鋼柱的軸線測設，采用鋼尺測量時應先將鋼卷尺平鋪攤開，待鋼卷尺的溫度與樓面的溫度近似相等時再進行測量。基礎驗線完成后進行柱軸線控制網的閉合測設，應從土建提供的測設基準點開始進行鋼柱主軸線的復檢。水準點測設和水準點復核檢驗可以采用附合法，要求平面控制網的閉合差應小于安裝允許偏差。在此基礎上，根據場地情況、設計圖紙與施工方案的要求，完成鋼結構標高控制網和平面控制網的精確測設。

2.2.2 鋼結構安裝的測量順序

避難層鋼結構安裝工程的核心工序是安裝施工時的平面與標高測量工作。為了保證測量精度，必須建立鋼結構安裝測量三級校準制度，完成避難層鋼結構安裝測量基準線的設立，平面控制網的測設與閉合，鋼柱柱頂軸線偏差的測量以及柱頂標高測量等準備工作，才能開始鋼柱的吊裝就位。為了實現鋼結構吊裝工序順利過渡到鋼結構校正工序，鋼結構安裝的測量工作必須按照以下順序進行，并在鋼結構安裝施工過程中始終按照校準制度進行測量工作，才能最終實現避難層鋼結構施工質量的控制目標。

（1）初校。首先控制和調整鋼柱的定位中心線，不僅可以保證鋼柱對接尺寸的精度要求，也可以滿足鋼柱柱身扭曲、垂直度偏差、標高偏差等綜合安裝尺寸調整的需要，從而保證鋼結構構件就位精度符合設計要求。

（2）重校。再次全面調整鋼柱和鋼箱梁，對柱身的垂直度偏差和鋼箱梁的水平度偏差進行糾偏，確保鋼柱柱身垂直度的偏差和鋼箱梁水平度的偏差滿足鋼結構工程施工質量驗收標準的要求。

（3）復校。鋼柱柱身連接板上用于固定鋼柱的高強螺栓終擰后應進行垂直度的復校，保證高強螺栓終擰后鋼柱柱身的垂直度偏差符合設計要求。

（4）焊后測量。鋼結構構件安裝質量符合驗收標準要求之后，編制鋼柱施工現場的實際測量資料，以便于確定下節鋼結構構件吊裝施工時的預控測量數據。

避難層鋼結構安裝施工過程中，按照上述安裝測量程序來貫徹測量要求，鋼結構安裝施工過程處于完全受控的狀態，鋼結構安裝質量顯著提高，確保了避難層鋼結構安裝工程的順利完工。

3 結語

超高層建筑避難層異型鋼結構的結構形式復雜，施工難度大，為了保證避難層施工順利進行和提高異型鋼結構施工質量，項目團隊通過詳細計算確定吊點，在鋼構件起吊之前，首先測量鋼柱柱基的定位軸線間距、柱基面的標高和柱底的預埋位置，復測合格后吊裝鋼柱等鋼構件；鋼構件吊裝就位后，采用3臺高精度經緯儀完成鋼柱和鋼箱梁的安裝跟蹤觀測并進行垂直度和水平度校正；鋼構件精確定位后，對鋼構件的標高和垂直度及軸線位置進行復檢，直至鋼構件安裝精度符合設計要求后方可固定；建立了鋼結構安裝施工過程測量工作的三級校準制度，按照初校、復校、重校和焊后測量的順序控制鋼結構安裝施工過程的測量工作，最終實現了避難層異型鋼結構施工質量預控目標。