超高层钢结构施工技术 ■周明军 以某办公楼工程为例，介绍了钢结构施工技术在该工 程的应用。从深化设计、加工制作、运输及堆放、安装、 测量及校正、焊接等几个方面对组合钢板墙的施工进行了 详细阐述。最后对高层及超高层建筑钢结构施工中的一些 注意要点进行了总结。 一、工程概况 某办公楼二期工程地下４层，地上６３层，标准层高 ４．１８ｍ，建筑高度２６４ｍ，总建筑面积１ ７万ｍ ，总用钢 量约３万吨。结构体系为框架一核心筒混合结构。外框 为钢管混凝土柱与钢框架梁组成。核心筒为型钢混凝土 柱和混凝土钢板剪力墙组成。４～２０层剪力墙墙体厚度 １２００～１ ５０Ｏｍｍ，墙体中间采用整体全熔透焊接钢板墙 作为钢骨，东西方向钢板墙宽１５．１ｍ，南北方向钢板墙宽 ３—５ｍ。核心筒暗柱、暗梁、钢板墙连接节点采用全熔透 焊接，钢材采用Ｑ３４５ＧＪＣ，钢板厚度为３５、５０、８０ｍｍ 三种型号，焊缝形式为单面坡口全熔透一级焊缝，两侧绑 扎钢筋，墙体混凝土为Ｃ６０自密实混凝土。 ＝、钢结构施工技术 （一）混凝土钢管框架柱吊装 为了减少现场钢结构的焊接量，方便运输及减少塔式 起重机的工作量和保证框架柱的安装质量，根据构件质量 和塔式起重机的起重能力，本工程框架钢柱按照３层１节的 方法分段吊装，个别超重规格的钢柱按照２层１节，甚至１ 层１节来划分。 （二）钢板墙施工 在工程中，结构核心筒为整体式钢板混凝土剪力墙结 构，剪力墙的钢板安装、校正及焊接难度很大，在施工中 需要对深化设计、构件加工和安装技术进行严格控制，主 要方法如下。 １．钢板剪力墙深化设计 （１）钢板剪力墙深化设计包括钢板墙单元划分和节 点设计，深化设计要方便现场吊装施工，并有利于减少现 场焊接量和焊接变形控制。 （２）单元划分要考虑楼层层高、构件运输尺寸限 制、塔式起重机起重能力和吊装效率等因素，每节钢板墙 钢骨柱以跨越３个标；隹层为宜，高度１ ２—１ ５ｍ ｉ钢板剪力 墙由于平面外刚度较小、吊装时易变形，按每层高度设置 施工段，高度以４～５ｍ为宜（见图１）。 （３）剪力墙中的型钢暗梁和墙体钢板及钢板剪力墙 上钢骨柱的竖向焊缝应在同一条直线上，以利于构件垂直 吊装。钢板墙和钢骨梁应在加工厂制作成整体，以减少现 场焊接量从而减小焊接变形（见图１）。 （４）单元划分要根据施工经验，将组合钢板墙分 为钢骨柱、钢板墙组合双肢柱和钢骨梁组合钢板墙３种形 式，单元划分要最大限度满足吊装需要和安装要求。当钢 柱间距离较大时，可将组合钢板墙分为钢骨柱和钢骨梁组 合钢板墙；当钢柱间距离较小时，可在工厂将钢骨柱和钢 板墙制作成一体，即钢板墙组合双肢柱。 （５）钢板剪力墙深化设计要综合考虑其他专业施工 的因素，为方便混凝土浇筑，钢板墙上要预留混凝土灌注 孔洞，方便剪力墙钢筋绑扎和模板施工。组合钢板墙安装 要在钢板之间留出５～８ｍｍ间隙，以满足钢板墙就位和减 小现场焊接量。 ２．组合钢板墙加工制作 组合钢板墙加工包括钢骨柱、钢板墙组合双肢柱和钢 骨梁组合钢板墙等３种类型构件的制作。钢板墙在工厂下 料、焊接、拼装、校正等各工序均应严格遵循施工步骤， 同时构件制作完成后，偏差要满足规范要求。 ３．组合钢板墙运输及堆放 （１）组合钢板墙运输和堆放要防止钢板墙及其附属 构件（如牛腿）等因应力过大而变形。构件多层放置时， 层数不得超过３层。 （２）组合柱双肢运输时，用角钢将两柱连接起来并 点焊固定，防止组合双肢柱在运输过程中发生扭转变形。 ４．组合钢板墙安装 （１）组合钢板墙安装前，要对钢板墙进行吊装变形 验算，验算在吊装过程中自重对自身变形的影响。 （２）吊点和吊绳的设置应尽量靠近钢板墙边缘，吊 绳与水平面的夹角ａ应＞４５。，要防止吊绳水平分力过大 造成钢板墙变形。 （３）由于钢板墙迎风面大，钢板墙吊装就位时，可 在底部设置拉绳，通过拉绳调节钢板墙位置，以方便安 装，保证施工安全。 （４）钢板墙安装时，可先安装钢暗梁螺栓，对钢板 墙进行校正，完成后，再安装钢板墙处螺栓，然后完成安 装。 ５．测量及校正 组合钢板墙单片面积大，侧向变形刚度小，安装过程 中容易产生变形，如不及时校正，会产生安装单元变形叠 加并影响安装质量，因此，必须逐节逐层校正和控制安装 精度。测量及校正包括如下内容。 （１）测量钢板墙（钢柱）平面坐标、标高控制、垂 ／短焊缝 ｒ，’ ■糊 ＿ Ｉ ｝／ ｛ ｆ ．．＿－ ｛ ｊ ｆ 『Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ《 ｛ ａ立面 ●● ｆ ｊ＿＿＿ 鼍 墼 堡塑堡 柱 －一 Ｉ： ｂ ｌ—ｌ 图１组合钢板剪力墙单元划分和节点设计 图２组合整体式钢板墙整体焊接顺序 图３短焊缝焊接位置 直度偏差、扭转和弯曲变形情况。 组合钢板墙体量大，焊缝分布广，需多人同时焊接， （２）采用全站仪和拉线的方式测量其变形程度，对 为保证焊接质量，可制作整体式焊接操作平台来满足焊接 超出允许范围的进行校正。 需要。焊接操作平台可重复利用，避免焊接钢板墙而反复 （３）焊接时随时监测钢板墙的变形，超出允许范围 搭拆脚手架，节约工期和成本。 时，通过调整焊接位置、焊接方向和焊接顺序的方式减小 （４）其他控制焊接变形措施 变形。 １）在相邻梁两榀钢板墙间增设工艺梁控制焊接变 （４）采用全站仪和拉线的方法，对组合钢板墙顶部 形。用工艺梁将相邻梁两榀钢板墙连接起来，利用相邻钢 进行测量，变形过大处进行校正，以免影响上部钢板墙安 板墙的刚度增加约束控制焊接变形。 装。 ２）组合双肢柱的焊接变形控制。焊接时，制作井字 （５）检查爬模架预留孔、混凝土灌注孔、模板对拉 形工艺组合梁设置在组合双肢柱端部，约束焊接变形。 螺栓孔、剪力墙两侧钢筋对拉孔和设备预留孔等各种孔洞 ３）当组合钢板墙的钢骨柱刚度较大，可对钢板墙提 位置有无偏离。 供足够的约束时，可在工厂采用单侧坡口加垫板全熔透焊 （６）采用机械和火焰对组合钢板墙变形和偏差较大 接的方式，以减少现场焊接量。当组合钢板墙钢骨柱刚度 的部位进行校正。 较小时，可采用安装双夹板角焊方式，在钢板墙两侧同时 （７）从钢板墙焊接完成到混凝土开始浇筑的阶段， 对称焊接，减小焊接变形。 该段时间内爬模架的顶升和上部钢结构安装可能会造成已 ４）反变形控制措施，焊接前计算焊接变形量，安装 安装的钢板墙变形，可采用全站仪对变形情况进行实时监 构件时，将构件往变形反向移位，与焊接后的变形进行抵 测，一旦发现变形，及时处理。 消。 ６．组合钢板墙焊接 为了减小组合钢板墙的焊接变形，经过理论分析和焊 三、结语 接试验，并结合现场焊接实际，制定了适用于组合钢板墙 在高层及超高层建筑的钢结构施工中，主要抓住以下 的焊接顺序和防止变形技术措施。 几点： （１）整体焊接顺序 （一）钢结构吊装。钢结构的吊装是钢结构施工的关 对整片组合钢板墙采取“先钢骨柱（梁）、后钢板 键工序，合理的吊装方案不但可以使工期提前，同时还可 墙，先中部、后四周的对称施焊”的整体焊接原则，如图 以降低施工成本。 ２所示，即为典型组合整体式钢板墙的焊接顺序。中柱焊 （二）深化设计。钢结构的深化设计是保证工程质量 接时，柱两侧焊缝应同时同向对称焊接：钢板墙焊接时， 和避免施工矛盾的主要工作，也是施工与设计进行良好沟 两侧焊缝应先焊接一侧，待冷却收缩完成后再焊接另一 通的有效捷径，是实现工程高速、优质、安全和低耗施工 侧。 的重要途径。 （２）组合钢板墙局部焊接 （三）测量控制超高层钢结构的垂直度、轴线及标高 １）钢骨柱（梁）焊缝焊接完成后，随后焊接钢板 控制是衡量工程质量的重要指标，在施工中各工序间相互 墙焊缝。焊接时，先在钢板墙每条焊缝位置焊接两段 联系又相互制约，采用先进的测量控制技术是控制工程质 ２００ｍｍ长的焊缝，将钢板墙固定，短焊缝的焊接位置可 量与工程进度的关键。 设置在每条焊缝的三等分点处，如图３所示。 （四）焊接超高层建筑的钢结构一般具有构造复杂、 ２）通长焊缝采用跳焊工艺，从上往下焊接，间隔 工程体量大、焊接形式复杂和质量要求高等特点，焊接施 ３００～５００ｍｍ焊接３００～５００ｍｍ焊缝，每小段焊缝焊满， 工又是钢结构施工的重要部分，其工序的选择与施焊水平 待一轮焊接到底后，再返回未焊接区域，循环操作。如果 对工程能否“安全、优质、高速”的完成影响重大。 １条横向焊缝过长，则将焊缝等分为若干段，每段焊缝各 用１名焊工，同时同向施焊。 （作者单位：郑州市第一建筑工程集团有限公司） （３）组合钢板墙焊接操作平台 咽
