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超高层钢结构施工控制方案周勇[摘要]探讨超高层钢结构施工中，在施工工艺、构件吊装、测量控制、安装焊接等方面的技术措施，以及采取的必要有效措施进行超高层施工安全预防及保护。[关键词]钢结构：超高层；测量控制；高强螺栓；焊接工艺随着社会的发展，科技的进步建筑行业涌现出大量的超高层建筑，而100米以上作为钢结构在抗震、减荷、节约成本等方面优势突出，同发达国家相比，超高层钢结构建筑在我国起步较晚，成熟及可借鉴的经验不多。改革开放以来，许多“高、大、新、尖”的现代化建筑如雨后春笋般耸立，成为国民经济高速发展的重要标志。而钢结构因其自重轻、施工周期短、抗震能力强等优势和特点被人们广泛应用于高层尤其是超高层建筑，因此，制定并采取有效措施保证超高层钢结构施工质量合理安排工序越来越被广泛关注。现将我负责建设中的“昆明世纪广场主体钢结构”施工专项方案及经验提出与大家共同探讨。一、工程概况昆明世纪广场主体钢结构工程地处南屏街与庆云街之间，呈扇—梯形状；是昆明市中心繁华的商业区位置；该工程主体结构地上部分46层，地下部分2层（已建成），建筑主体高度187.6m，占地面积约2100㎡，是昆明目前在建的最高建筑。因地上1-3层（±0.00—15.830米）大部份结构由十四冶安装公司完成,但1尚未验收，经各方核查发现存在很多质量问题需要整改。其主体采用的是钢结构，共有钢构件近10000多件。此次吊装的构件数量大、重量轻重不等（其中最重的构件约19.7吨，最轻的0.038吨）；该工程工期短（仅9个月）、施工场地比较狭窄、加上在市中心施工等原因，都给钢结构安装带来一定的困难，为保证工程能在业主要求的工期内顺利完成，特编制此施工方案。二、施工工艺根据结构平面选择适当的位置先作样板间形成稳定结构，采用“节间综合法”，即钢柱→→钢梁（主梁、次梁、隅撑）→柱间支撑（或剪力墙），由样板间向四周发展，然后采用“分件流水法”进行整个结构的施工。施工中应注意的问题：①合理划分流水作业区；②确定构件安装顺序；③在起重机起重能力允许的情况下，为减少高空作业，确保安装质量，安全生产，减少吊次，提高生产效率，能在地面组装的尽量在地面组装好，如层间柱与钢支撑，钢梁组拼等，一次就位；④安装流水段，按建筑物的平面形状，结构形式，安装机械的数量，工期，现场施工条件等合理划分；⑤构件安装顺序，平面上应从中间核心区及标准节框架向四周发展，竖向应由下向上逐件安装；⑥确定流水区段、构件安装、校正、固定（包括预留焊接收缩量）后，确定构件接头焊接顺序，平面上应从中部向四周发展，竖向根据有利于给以间协调，方便施工，保证焊接质量原则，确定焊接顺序；⑦一段柱的一层梁安装完后，立即安装2本层的楼梯及压型钢板。楼面堆放物不能超过钢梁和压型钢板的承载力；⑧钢构件安装和楼层钢筋混凝土楼板的施工，两项作业不宜超过5层，当必须超过5层时，应通过主管设计者验算而定。但在施工过程中，尽量不超过5层，最多以4层为宜。⑨在按照平面的分区施工中，每一段柱、主梁安装后，应从最下一个楼层逐层将各次构件以分区进行安装，每一个区次构件安装完毕后，立即进行自承式楼板的安装，在进行下一个区施工，在下一个区次构件安装完毕后，立即转向下一个楼层（该层所属的区的下面的自承式楼板应已经施工完毕）的分区施工，使之形成流水化作业。施工流程：构件验收→基础处理检验→分区吊装（柱、主梁、次梁）→测量控制→高强螺栓施工→焊接及其检测→自承式楼板铺设和栓钉焊接→混凝土施工；2.1、构件进场与堆放世纪广场地处南屏街，相对狭小的施工场地给施工带来了极大的困难。要使吊装顺利的进行必须制定严密的构件进场计划，使构件进场与吊装同步，构件的进场除依据装车计划、进场时间外，还应根据城市管理的规定办理相关的进城手续。为减少施工场地堆场狭小造成的压力，验收后的构件根据吊装顺序进行分区堆放，避免重复大量的翻料、找料等工作，堆叠层数不宜超过3层以减少和避免多次倒运。进场堆放的原则：按区域堆放，钢梁、主梁、次梁、支撑及隅3撑等分门别类堆放，以便在吊装时能更好的提高效率；现场构件堆放构件堆放原则：应采用按划定的区域进行摆方，钢柱、主梁、次梁、支撑及隅撑等应分类堆放。2.2、吊机的选择、布置与装拆（由建设单位提供并负责）本工程选用2台TC7052型塔吊来满吊装需求，1#塔吊位于南屏街侧，2#塔吊位于庆云街侧。TC7052型塔吊在工作半径20m时，其最大的吊装重量为22.51t，我方施工时，最重件为KZ1柱，按总重量19.7t计，距塔吊的半径为21.3m。在此半径按塔吊性能曲线图可吊20.4t，完全满足本工程的吊装重量要求。2.3、安装平台的搭设因为本工程钢结构安装基本上都属于高空作业，为了保障工人的安全及方便结构的安装，在钢结构吊装前，在柱与柱、柱与梁、及梁与斜撑的接头处用架手架管搭设安装和焊接作业的操作平台，在操作平台上铺设木跳板、强度层板及阻燃石棉，并用铁丝将其与脚手架钢管捆绑牢固。在外部挂设阻燃密目的安全网，操作台的搭设应在有施工点的地方设置。此类平台可以一台多用，即可安装、焊接、测量等多道工序使用。该平台制作为移动式，在有梁的位置处将操作台做成可拆卸部件；使用时利用塔吊吊到使用位置，操作人员将其固定在柱头；拆除时，将在梁位置的部分拆开摆好即可。42.4、吊装吊装是钢结构施工的主要工序，吊装的速度与质量对整个工程起举足轻重的作用。本工程主体超高层钢结构施工中，通过采取“区域吊装”及“一机多吊”技术来解决了工期紧与工程量大的矛盾。因吊装数量较大，塔吊维护的专人应对绳索及其他机构定时或专检，保证塔机安全运行。根据本工程结构特点和两部塔吊的布置，将平面基本划分为如下图的A、B、C、D区域，其中A、C为第一工作区域，B、D为第二工作区域。吊装按先第一工作区域，后第二工作区域的顺序进行；即当第一区的构件吊装完成后转入第二区时，第一区的其他工作（如测量、校正、修理及高强螺栓等）便可穿插进行，这样，在整个施工过程中，革工序间既不相互影响，又可相互照应，保证了整个工程施工始终处于高速运行状态。但在第一区安装前，必须先把核心筒部分的柱梁形成稳固的空间单元，才能进行其它的吊装。分区见下图。吊装过程中，遵循先柱后梁、从中央向四周扩展，并形成刚5性框架，以提高整体稳定性，大大减小安装累计误差，保证吊装精度。在每个区域的吊装中，必须遵循如下的吊装顺序：柱吊装→主梁吊装→次梁吊装→柱间斜撑吊装→其他附件吊装2.4.1、钢柱的吊装1）钢柱起吊前，将吊索吊具、操作平台、爬梯、溜绳等固定在钢柱上。2）利用钢柱上端连接耳板或吊板进行起吊，由塔吊起吊就位。3.4.2钢梁吊装：1）吊装前检查梁的几何尺寸、节点板位置与方向，选择合适的吊具。62）起吊钢梁之前要清除摩擦面上的浮锈和污物等杂物。3）在钢梁上装上安全绳（φ12的钢丝绳），钢梁与柱连接后，将安全绳固定在柱上的栓挂耳板上。4）梁与柱连接用的安装螺栓，按所需数量装入帆布桶内（桶口必须用6#铁丝捆牢，用φ126×37的钢丝绳捆牢帆布带），挂在梁两端，与梁同时起吊或事先将其送到操作平台上。5）梁吊装可采用一吊多根方法，每吊根梁根据实际情况来定。吊绳的大小或长度必须经过计算，在查阅《五金手册》确定。每根梁的吊绳必须挂在吊钩上。严禁构件采用串联吊装，如有特殊情况，必须经过认真复核方可。2.4.3支撑吊装本工程设置有贯穿四层的巨型支撑体系。支撑结构的安装将累积反映钢结构制作、柱梁安装的误差。极易造成接口错边、孔位偏移、角度错位等现象。为防止这些现象出现采取以下措施：1）支撑相关结构制作出厂前经过预拼装，并配套发货；2）相关柱梁安装时对柱顶梁面标高、轴线偏差、轴间距离作严格要求；（相关柱顶梁面标高误差≤5mm，轴线偏差、轴间距离误差≤5mm）3）接口错边、角度错位通过控制工厂预拼装、控制柱顶梁面标高和柱的旋转等措施。支撑杆件安装时的孔位偏移误差严禁用气割扩孔、采用旋转挫刀扩孔，吊装前，应在吊离地面约200mm时，利用合适的手拉葫芦对斜撑进行实际角度的调整，稍微比实际角度大3～5°，以便在高空时松钩调整。3.4.4其他构件的吊装在大型构件吊装完毕后，各层平台上的小型构件等，则采用手拉葫芦、卷扬机等来吊装就位，以便腾出塔吊的时间，进行大构件的吊装。3.4.5安装要求b、柱子安装的允许偏差（mm）项目允许偏差图例7底层柱柱底轴线对定位轴线的偏移3.0ΔΔ柱子定位轴线1.0ΔΔ单节柱的垂直度h/1000，且不应大于10.0Δc、整体垂直度和整体平面弯曲的允许偏差（mm）项目允许偏差图例主体结构的整体垂直度（H/2500+10.0），且不应大于50.0HΔ主体结构的整体平面弯曲L/1500，且不应大于25.0lΔd、多层及高层钢结构中构件安装的允许偏差（mm）项目允许偏差图例检验方法上、下柱连接处的错口Δ3.0用钢尺检查同一层柱的各柱顶高度差Δ5.0用水准仪检查8同一根梁两端顶面的高差Δl/1000，且不应大于10.0用水准仪检查主梁与次梁表面的高差Δ±2.0用直尺和钢尺检查压型金属板在钢梁上相邻列的错位Δ15.0用直尺和钢尺检查3.4.6裙房1/0A-1/A轴线的结构安装因1#塔吊的位置布置以及构件堆放场地的需求，该位置的构件需要等主体结构施工完成后在开始施工。1#塔吊布置在20-21轴线中间，开始安装时带两侧柱、梁安装完成后，拆除塔吊后，租赁汽车吊，将汽车吊安置在南屏街上，用汽车吊安装该位置的次梁。2.5、测量控制9在超高层钢结构施工中，测量的好坏，是关系整体钢结构安装质量、进度的大问题；垂直度、轴线和标高的偏差是衡量整个工程质量的重要指标，测量作为工程质量的控制阶段，必须为施工检查提供依据。从钢结构施工流程可以看出，各工序间既相互联系又相互制约，选择何种测量控制方法直接影响到工程的进度与测量。因此在本钢结构施工过程中，我们采用“跟踪校正”，即在柱梁框架形成前将柱子初步校正并及时纠偏（相关的标准执行GB50205-2001、JGJ99-98）。具体方法如下：1）每次柱子吊装前，先在柱顶架设水准仪，测出每根柱四个角的顶点标高，根据标高偏差，决定柱子是否需要处理。在大楼的上部吊装中，发现柱顶标高一般都偏低，少量的应加垫铁调高，间隙用焊缝填充，焊缝打底完成后，拆除垫铁。偏差大于5mm以上的应将实际尺寸反馈到制作车间，由车间在制作下段柱段时加以制作调整，来消除偏差。2）柱子就位（在对接时，利用事先在柱上的耳板用螺栓进行连接，作初就位）好后马上进行单根柱的垂直度校正，倾斜控制在1/1000内，各柱头对接达到要求后，将耳板的螺栓全部紧固作最后定位；校正后便于钢梁的连接。主梁连接时，应严格控制好两端的高差，保证在规范要求内；待主梁全部完毕，作整体的垂直度测量，将测量结果加下节柱的轴线偏差，换算出校正后的柱顶轴线偏差。其中要考虑焊接收缩，局部向外倾斜预防变形。103）通过激光铅垂仪作轴线控制。将激光铅垂仪架设在地面的基准点上，通过设备的激光投射到施工层预留孔洞的接光板上，将轴线放设在施工层上。架设全站仪，将钢柱顶作为一个平面层作一次整体的轴线测量，得出焊后偏差结果。以此作为一个循环程序，焊后偏差数据又作为上一节钢柱吊装校正纠正偏差方向的依据。4）在焊接的进程中要始终进行柱梁标高、水平度、垂直度的监测，如发现异常，则停止焊接，并通过改变焊接顺序或加热校正等措施进行特殊处理。特别是在焊接完层间斜支撑梁上部接头以后，进行下接头焊接以前，及施焊完柱间水平梁一端接头以后，进行另一端接头焊接以前，必须对前一接头焊后收缩数据进行核查。对于应该完成的焊后收缩而未完成的，应查明原因，并采取促使收缩、释放等措施，以免因本应变形较大的而未变形、本应收缩值很低的而产生较大的收缩而导致结构安装超差。5）由于本工程要求较高，因此，采取每层每根钢梁均测定标高偏差，提交报告，对误差较大都还要加以修正，并提交修正报告，提出合理的解决方案。2.6、高强螺栓的安装安装前，必须按规范要求对螺栓进行实验，确认合格，安装高强螺栓前做好接头磨擦面上清理，不允许有毛刺、铁屑、油污、焊接飞溅物，用钢丝刷沿受力垂直方向除去浮锈。磨擦面应