鋼結構吊裝技術在超高層建筑中的應用

郭再旭，臧青青，景趙豐

[1.北京城建二建設工程有限公司，北京 100039；2.建研（北京）結構工程有限公司，北京 100029]

0 引言

隨著人們生活水平的提高和城市化進程的不斷加快，越來越多的超高層建筑在全國各地涌現。超高層建筑鋼結構吊裝作為一項重要的施工技術，在其中發揮著不可替代的作用，當前，大眾對于高層建筑的需求逐漸增加，建筑業也面臨著更高的施工難度和風險，隨之而來的是越來越高的技術和安全要求。超高層建筑作為現代城市建設的標志性建筑，其鋼結構的施工是一個非常復雜和困難的過程。陳思[1]認為，采用跨外分段吊裝方法安裝大跨度鋼梁，保證了施工質量與安全。閆帥[2]提出了異形鋼結構吊裝是工程施工的難點，傳統的二維設計和施工模式不擅長解決此問題。錢士元[3]認為由于建筑功能的需要結構跨度大，主桁架和次桁架的最大跨度提高，吊裝過程存在困難。因此，如何科學地、高效地實現鋼結構的吊裝施工成了一個重要的研究方向，必須加強對吊裝施工技術的研究和探索，不斷完善吊裝施工方案，提高施工效率和質量，最大程度減少建筑事故的發生。本文針對鋼結構吊裝技術在超高層建筑中的應用進行研究，結合工程概況，提出在施工前制定吊裝方案，對施工現場的材料和器械設備進行準備；在吊裝施工過程中明確施工順序，詳細闡述吊裝梁體及吊裝樓板的關鍵技術點，對吊裝施工方案進行總結。為建筑工程領域的吊裝施工提供借鑒，同時對于推動我國建筑工程產業的發展，提升建筑工程的施工水平和質量，具有一定的實際意義和價值。

1 工程概況

項目建筑位于城市中心的黃金地段，交通便利，周邊設施完備，建筑屬于高度達到300m 的超高層建筑，建筑總面積為10 萬m2，共有100 層，包括地下5 層和地上95 層。建筑外觀設計采用了現代簡約的風格，使其具有獨特的視覺效果。建筑結構為鋼結構框架，所使用鋼材是Q345B 鋼材，結構穩定性和承載能力高。建筑施工周期為2 年，包括建筑結構的搭設、鋼結構的吊裝、內部裝修和設備安裝等階段，施工隊伍由300 名經驗豐富的建筑工人和工程師組成，施工人員均具有專業的技術和豐富的經驗，能夠保證工程質量和進度。此次工程的技術難點主要集中在超高層建筑的鋼結構吊裝方面，其中包括吊裝高度的限制、風力對吊裝的影響、吊裝過程中鋼結構的變形控制等，通過對吊裝過程進行細致的計算和模擬制定一系列科學合理的吊裝方案，以應對技術難點所帶來的挑戰。

2 施工前準備

2.1 吊裝方案制定

根據工程實際情況，該超高層建筑的高度為500m，結構為雙塔聯排式結構，每個塔樓為100 層，每層高度為4.5m，總建筑面積為30 萬m2，總鋼結構用量為1.5 萬t，以此為依據，可以制定如下的吊裝方案：

（2）吊裝機具的選擇：考慮到鋼結構的重量和高度，選擇具有大噸位、高效率、穩定性好的塔式起重機，最大起重量為500t，最大起升高度為500m。

（3）吊裝順序：為了保證施工的安全和效率，吊裝應按照從下往上的順序進行，每次吊裝的數量不應超過三個鋼構件。考慮到每個鋼構件的重量和施工的安全性，制定吊裝順序表，具體內容如表1 所示。

表1 吊裝順序表

吊裝高度限制：為了確保吊裝的安全和穩定，吊裝高度應控制在每次300m 以內，并根據實際施工情況進行調整，吊裝高度在0～300m 時，最大吊裝高度為300m，吊裝高度在301～500m 時，最大吊裝高度為200m。

2.2 施工現場準備

超高層建筑鋼結構吊裝施工需要進行大量的現場準備工作，以確保施工過程的安全、高效和順利進行。施工前，需要對施工現場進行勘察，確定吊裝機具和人員的作業區域和安全范圍，制定相應的施工方案和安全措施。對于鋼結構建筑的吊裝施工，需要準備大型吊裝機具、鋼繩、吊鉤、吊裝帶、吊裝索等大量的專業吊裝設備和材料，表2 是吊裝設備和材料的具體數量和重量。

表2 吊裝材料設備準備

表2 所體現的設備和材料是吊裝工程所必需的基本裝備，根據具體工程需求，可能需要準備其他設備和材料。在準備吊裝設備和材料時，還需要考慮設備的型號和數量。起重機的型號應根據建筑物高度、吊裝點位置和安全范圍等因素確定，該項目選擇XCMG QY50K 起重機及SANY SCC5000WE 履帶起重機、Potain MR 1600 塔式起重機，鋼繩、吊鉤、吊裝帶、吊索等吊裝材料根據實際需求選擇不同直徑和承重能力的鋼繩，不同承重等級的吊鉤和吊裝帶，不同長度和承重能力的吊索等，施工安全設備包含安全帽、安全繩、防護網等。

3 吊裝施工

3.1 施工順序

超高層建筑鋼結構吊裝施工中的具體的吊裝順序及工藝流程。

（1）預處理：對吊裝設備進行檢查和維護，對吊裝現場進行勘查和分析，確定吊裝方案和作業安全措施，準備吊裝設備和材料。

1) 研究以挪威和美國為代表，例如BREIVIK等[5]在北海水域開展大量的海上漂浮物體軌跡漂移試驗，總結出63種不同類型物體的漂移規律，這些物體主要包括人、自由航行船舶、非機動船舶等，并根據水面以上部分所占比例進一步分為若干子類，總結出不同類別物體的漂移規律，這對于失蹤物體軌跡的預測具有重要的參考意義。

（2）搭設吊裝設備：按照吊裝方案，在施工現場搭設吊裝設備，包括吊裝鋼繩、吊鉤、吊裝索等，同時安裝防護網、設置安全區域。

（3）吊裝主梁：先吊裝建筑主梁，將主梁吊裝至預定位置，確保安裝位置的準確性及主梁安裝的穩定性。

（4）吊裝副梁：根據吊裝方案，依次吊裝副梁，確保副梁在主梁上的位置準確，且穩定。

（5）吊裝樓板：吊裝樓板時，需要確保樓板平穩地進入吊裝機具的工作范圍內，然后在吊鉤上安裝吊裝帶，利用吊裝機具將樓板吊裝至指定位置，然后再固定在主梁和副梁上。

（6）吊裝其他構件：按照吊裝方案，吊裝立柱、橋架、外墻板等其他構件。

（7）檢驗和清理：吊裝工作完成后，對吊裝結果進行驗收和評估，確認吊裝質量和安全性；同時清理吊裝現場，撤回吊裝設備和材料，恢復現場環境。

需要注意的是，各個步驟的具體順序和流程需要根據建筑結構和吊裝方案進行適當的調整和變化。同時，為確保吊裝過程的安全和質量，需要配備專業的技術人員進行現場指導和操作。

3.2 吊裝梁體

吊裝建筑主梁和副梁是超高層建筑鋼結構吊裝施工中的重要環節，需要特別注意吊裝順序和步驟，以確保安全和質量。吊裝梁體首先需要制定吊裝方案和施工方案，確定吊裝機具和吊裝索具的選擇、吊裝點的位置和高度、吊裝順序等。之后在主梁或副梁的兩端設置吊裝索具，通過吊裝機具將梁吊離地面。通過調整吊裝索具的長度和角度，控制主梁或副梁的平衡狀態，將梁吊至預定位置，并用吊裝索具進行固定，防止梁發生晃動和位移，依據式（1）可計算得出吊裝索具的合適長度：

圖1 安裝梁兩端支撐

該項目在梁的兩端安裝支撐的步驟和方法如下：（1）在梁兩端的鋼結構柱上安裝4m 的支撐架，確保支撐架牢固穩定；（2）在支撐架上安裝長度為6m，寬度為1.2m 的托板，托板上設置50mm 厚的墊木，以保證梁的水平和平穩；（3）通過吊裝機具將梁吊裝至支撐架上，使梁的兩端分別與支撐架上的托板相對應；（4）調整支撐架和墊木的位置，使梁處于水平和平穩的狀態，同時使用水平儀檢測梁的水平度，將梁的水平度誤差控制在5mm/m 以下；（5）在梁兩端和支撐架之間設置鋼絲繩或吊帶，用于固定住梁，吊裝機具的吊重能力為300t，以確保梁的穩定性和安全性。

在超高層建筑鋼結構吊裝施工中，支撐架和托板必須具有足夠的承載能力，以承受梁的重量和施工過程中的各種荷載。墊木的厚度和數量應根據梁的長度和重量確定，以保證梁的水平和平穩。在梁兩端和支撐架之間使用的鋼絲繩或吊帶必須具有足夠的強度和承載能力，以確保梁的穩定性和安全性，在梁的中間位置進行測量，以此檢查梁的整體水平度和垂直度。最后，逐步進行梁的放置工作，并同步進行監控，以便實時調整，保證梁放置位置的準確性及放置的穩定性。

3.3 吊裝樓板

在超高層建筑鋼結構吊裝施工中，被吊裝的樓板需要平穩地進入吊裝機械設備所在的工作范圍內，在吊鉤上安裝吊裝帶，利用吊裝機具將樓板吊裝至指定位置后固定在主梁和副梁上。安裝吊裝帶時需要調整帶的長度，確保吊裝帶的接觸點均勻分布在樓板的底部，吊裝帶長度的計算公式為：

式中，Q為吊裝機具的額定載重，k 為吊裝機具的載重系數，H為吊裝高度，g 為重力加速度，取9.8m/s2。在將樓板吊裝至指定位置前，需要將吊鉤安裝在樓板上，并根據樓板的重量和尺寸選擇合適的吊裝帶進行綁扎。

利用吊裝機具將樓板吊裝至指定位置后，固定在主梁和副梁上，首先需要根據樓板的重量和尺寸選擇合適的吊裝帶進行綁扎，吊裝帶的數量和位置要根據樓板的形狀和尺寸確定，該工程中樓板重量為100t，使用8 條吊裝帶，分別固定在樓板四周，以保證樓板的重心和平衡。其次，安裝吊鉤，將吊鉤連接到吊裝帶上，通過吊裝機具控制將樓板吊起，控制好吊裝速度，吊裝速度為0.5m/min，以防止樓板晃動或擺動，確保安全穩定。按照吊裝方案將樓板移動至指定位置，指定位置為距離地面100m 高度的樓層，此過程需要注意與周圍建筑物、道路等的保持安全距離，以免發生意外。最后，將樓板固定在主梁和副梁上，確保樓板的穩定性及安全性。

4 質量保證措施

在超高層建筑鋼結構吊裝施工技術中，為保證焊接質量，需要進行嚴格的焊接控制和檢測。構件材質主要為Q345B，柱－柱接頭為I 級焊縫，對其進行100%超聲波探傷；其余熔透焊縫為Ⅱ級焊縫，對其進行20%超聲波探傷抽查。以下為質量保證目標下，具體的焊接措施：

（1）焊工資質：對焊工進行資質認證，確保焊工具備相應的技能和知識，能夠熟練操作焊接設備并進行焊接操作。

（2）材料檢驗：使用鋼材進行焊接連接前，要對鋼材進行檢驗，包括材質、尺寸、質量等方面的檢查，確保材料符合設計要求和相關標準。

（3）焊接工藝：根據設計要求和焊接材料的特性，確定適合的焊接工藝，包括焊接電流、電壓、焊接速度等參數。

（4）焊接檢驗：對焊縫進行非破壞性檢測和破壞性檢測，確保焊接質量符合要求。非破壞性檢測包括超聲波探傷、X 射線檢測等技術，破壞性檢測包括拉伸試驗、沖擊試驗等。

（5）焊接質量記錄：記錄焊接過程中的各項參數和檢驗結果，建立焊接質量檔案，為后續使用和檢查保留檔案依據。

（6）焊接質量保證體系：建立符合ISO9001 質量管理體系標準的焊接質量保證體系，對焊接施工過程中的每個環節進行管控，確保焊接質量穩定可靠。

綜上所述，通過對焊工資質、材料質量、焊接工藝、焊接檢驗等各個環節進行嚴格控制，可以保證焊接施工的質量，確保超高層建筑鋼結構的安全和穩定。

5 結論

綜上所述，本文制定施工前的吊裝方案，對施工現場的材料和器械設備進行準備，明確施工順序，詳細闡述吊裝梁體及吊裝樓板的關鍵技術點，對吊裝施工方案進行總結等方向出發，對鋼結構吊裝技術在超高層建筑中的應用進行探究。超高層建筑鋼結構吊裝施工技術有助于為工程施工者和相關從業人員提供參考和幫助，未來需要在不斷總結和借鑒前人經驗的基礎上不斷創新，以保證超高層建筑鋼結構的安全性和穩定性。