论超高层钢结构工程安装施工的重点难点及对策

论高层超高层钢结构工程安装施工的重点、难点及对策摘要：高层超高层钢结构工程的安装施工控制是一项艰巨而复杂的技术。对工程的质量和进度有很大的影响。本文从国内外高塔学习、实践（迪拜塔/700米；广州新电视塔/610米等等）进行了总结，对塔吊选择、布置及装拆、吊装、测量控制、焊接技术、安全施工等为高层超高层钢结构工程安装施工控制中的重点、难点及对策等进行了全面分析与总结。关键词：塔吊选择测量控制高塔1.前言当今世界高层与超高层钢结构安装工程方兴未艾，大有“欲与天公试比高”之势。迪拜塔高700米；广州新电视塔高度为610米；台北101大楼高度509米；上海环球金融中心高度492米；上海东方明珠塔高度468米；马来西亚国家石油大厦（双峰塔）高度452米；广州双子塔高度430米；上海金茂大厦高度421米；广州中信广场高度391米；深圳地王大厦高度384米；台湾高雄85大楼高度378米；东北地区大连双子塔最高263米；安徽国际金融中心242米；厦门洪文世界山庄188.51米。国内外高层与超高层钢结构工程的出现是人类美好愿望、社会需求、科技进步和经济发展的完美结合。我国现有高层建筑162000多栋，其中超过100米的超高层建筑就有1500余栋，多数为钢结构。如上海：超高层建筑达400多栋，建筑数量已经远远超过中国香港，成为全球高楼建筑数量第一的城市。又如广州：18层以上建筑有7000多座。重庆高层建筑达10754座。超高层建筑能有效解决城市空间问题，对于“寸土寸金”的上海来说，超高层建筑的建造是适合城市发展需要的。高层与超高层钢结构一般都具备结构新颖独特、技术要求高、工期紧、吊装、焊接与连接工程量大、施工难度大、危险性大、安全防护困难等特点。但是，在发展超高层建筑的过程中，要在经济效益与城市环境、当前需求与可持续发展之间找到平衡点。2.塔吊的选择塔吊是高层超高层钢结构工程安装施工的核心设备，其选择与布置要根据钢结构体系的特点、外形尺寸、场地的布置、现场条件、安装施工队伍的技术力量及钢结构的重量等因素综合考虑，并保证塔吊装拆的安全、方便、可靠。并且有专项装拆方案。塔吊有内爬塔和附着式自升外爬塔两种，按照塔吊使用安全、经济、方便、可靠的原则，建议优先选用内爬塔。因内爬塔有如下优点：（1）有效施工能力大。内爬式塔式起重机安装在建筑物内部（电梯井道或楼梯间等特设开间），施工面为整圆，有效作业能力在80%以上。附着式塔式起重机安装在建筑物一侧，施工面为半圆。所以，可以运用小型号的内爬式塔式起重机代替大型号的附着式塔式起重机使用，减少塔机的数量和台数。（2）制作成本低。内爬式塔式起重机塔身标准节长度在32m以下，不需随楼层升高而增加塔身标准节，所以整台塔吊所耗钢材少，总的制作成本（售价）低，比同样施工能力的附着式塔式起重机低到20%〜30%。（3）使用费用低。附着式塔式起重机需构筑塔式起重机基础和总附墙预埋件，有效施工能力小，相应吊装量也小。内爬式塔式起重机安装在建筑物内部的特设开间结构上，无需另外构筑塔式起重机基础和架设水平支撑构件，且有效施工能力大，塔式起重机就位后每小时的吊次比附着式塔机多20%〜30%,相应的作业台班吊装量比同样施工高度的附着式塔机高30%以上，所以总的使用费用比同样施工能力的附着式塔式起重机使用费用低。（4）安全性好。如前所述，在狭窄工地起重垂直起伏式起重臂作业的安全性比水平式起重臂作业的安全性好。而内爬式塔式起重机采用起伏式起重臂。另外由于内爬式塔式起重机塔身不高，塔式起重机底座和部分塔节位于建筑的内部空间，所以整座塔式起重机的受风面积小，抗风（特别是强风和台风）能力强，能抗55m/s风速的强风，抗震能力亦强。这对多台风和地震带而言，该优点十分突出。（5）由于塔节少并且无水平支撑杆等附件，所以塔吊装机组件材料库占地面积较小，塔身在建筑物内部也不占地，所以能适应狭窄工地的安装施工。但是，内爬式塔式起重机基座位于钢结构躯体上，此处钢结构的躯体需补强。为了适应不同级别建筑物的安装施工需要，国内外开发了内爬式塔式起重机系列产品，主要机型有：80t.m级、150t.m级、400t.m级、450t.m级、500t.m级、600t.m级、900t.m级、1500t.m级。另外，还开发了利用钢结构大楼钢立柱为塔身的塔身内爬式塔式起重机，可在钢结构大楼安装施工时使用，使塔式起重机结构更为简化，也增加了内爬式塔式起重机的新机种供大家选用。目前最大力矩为3200t.m。最大吊重可达100吨。可满足超高层钢结构最重件的吊装。3.吊装吊装是钢结构工程安装施工的龙头工序，吊装的速度、质量、安全对整个工程起举足轻重的作用。在吊装过程中值得注意的是在核心筒尚未形成的情况下，为保证整体结构稳定及柱网的校正而合理的划分吊装必须采取如下对策：（1）吊装前做好构件的进场、验收与堆放。一般因安装施工流水作业区投测时塔吊、电梯必须停止运转，风速超过lOm/s时停止投测，避免相关施工和日照等环境因素对投点造成不利影响，在操作上采用“一点四投，连接取中”的方式降低操作误差。通过以上措施，我们基本消除了外界因素对测量精度的影响，考虑到设备精度，仪器置中、点位标定等因素，如对某超高层控制网点接力传递误差累积进行了计算，控制网的单个控制点从0.000经过4次接力传递、最终到达291.6m柱顶的点位中误差值为3.79mm,因而最终测量的整体垂直度误差修正值仅为74mm。在钢结构安装施工初期，建议采用“跟踪校正”要求。一般采取提前预计偏移趋势加强临时固定措施和跟踪测量等方法来进行测量定位和调控。特别强调必须做好跟踪测量和整体校正：指在每个构件安装的同时要进行钢柱、梁的垂直和水平度的校正，随时调整构件位置，当若干个构件形成框架体系后对此进行复测，当水平层面安装完成后再对整体结构进行测量，始终使构件处于准确的位置。5.焊接技术现场钢结构安装一般采用两种焊接方式：手工电弧焊；二氧化碳气体保护焊；焊前应用气焊或特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计测量温度，防止表面预热温度不符合要求或表面局部氧化；第一层的焊道应封住坡口内母材与垫板之连接处，然后逐层累焊至填满坡口。每道焊缝焊完后，都必须清除焊渣及飞溅物，出现焊接缺陷应及时磨去并修补。每道焊接层间温度应控制在120—150°C之间，温度太低时应重新安装预热，太高时应暂停焊接。焊接时不得在坡口外的母材上打火引弧；板厚超过80mm时，应进行后热处理。后热温度200〜300°C，后热时间lh/25mm板厚。后热处理应于焊后立即进行。设计要求全焊透的一、二级焊缝应采用超声波进行内部缺陷的检验。超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤，其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准GB11345《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》或GB3323《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》的规定。焊缝的数量多是超高层钢结构重要特点，一般每个标准层上平均达到了200多个接头，焊接收缩变形和残余应力很大。因此除了保证焊缝的质量外，我们将技术突破点放在焊接变形的控制上。常用的防止钢结构变形、控制焊接精度、收缩补偿等预防工艺措施有：用一流的装备、一流的反变形措施；施放余量阶段性消除变形工艺措施。合理安排焊接顺序，采取“间隔跳焊”、“刚性固定”、“预留收缩量”、“多层多道焊”工艺，同时研究编制了“活口设置”和“焊接纠偏”新工艺。制定了“上层梁—中层梁—下层梁—柱口”的立面焊接顺序；平面上结合流水作业区域的划分以及“中心单元校正技术”的预留，确定分区焊接、各区“中心—四周—活口”的焊接顺序；每个梁口先焊下翼缘，后焊上翼缘。对于核心筒先焊接板后焊接梁，釆取搭设双层安全翼缘板。“活口”设置是由于各个区域的整体性较强，为了防止焊接变形和应力的累加，我们将部分焊缝设置成为能够自由收缩的“活口”，即在钢梁焊接“活口”上下翼缘焊接，钢梁可以在长度方向上自由收缩。“活口”的设置使得焊接过程中各区的焊接应力能够得到有效的释放。“活口”位置主要集中在核心筒与外筒钢柱连接处、以及区与区连接处。核心筒“活口”待核心筒焊接完成、且该楼层楼面混凝土浇筑完成、具有一定强度后焊接。目的在于令核心筒焊接应力可以自由释放、加强外筒框架刚性（抗收缩能力）、避免钢柱向内漂移。区域间“活口”是在相邻两个区的焊接全部完成后填满。“焊接纠偏”是通过采取特殊的焊接顺序、利用焊接变形来纠正钢柱在某个方向上垂直度偏差。也是国内开发的一项具有创新意义的技术，原理是在钢梁焊接之后对整体框架进行复测、吊装机械、临时支撑点对砼结构的反作用力要以书面形式提供设计确认。6.安全施工在安全技术措施中，钢结构工程的安装施工必须遵循：安装施工按规范；操作按规程；检验按标准；办事按程序。严格遵循设计文件；严格遵循招标文件；严格遵循合同文件。做到严【严格的要求；严肃的态度；严密的措施】；准【数据要准；计算要准；指挥要准】；细【准备工作要细；考虑问题要细；方案措施要细；】。先做好转变“要我安全为我要安全、我会安全”的观念。首先做好人的安全行为和物的安全状态。因安全亊故产生主要由于“人的不安全行为和物的不安全状态在同一时间同一空间相碰时必然产生安全亊故”，称之为“人机轨迹交叉理论”。例：在高层与超高层钢结构安装施工过程中，仅高强螺栓就有几十万颗，这些东西虽小，但如果从几百米高的地方掉下去，后果可想而知。为了杜绝安全事故，要求项目部成立了安全监督小组，从严格管理，制定了周密完善的安全生产条例，对职工进行定期的安全教育，树立“安全第一”的思想。在严格管理的基础上，项目部必须不惜花大量的人力、物力、财力进行严密的防护。在高层钢结构安装过程中，安全防护也是一个重要课题。钢操作平台、上下钢梯等常规防护体系一同组成超高层钢板，限制钢梁的上下串动，腹板不上连接板或穿装单侧结构安装安全防护体系，可有效地控制了周边高空坠落螺栓事故的发生。建议设计、制作并使用“多功能钢悬挂平台式防护架”，与双层安全网接网及压型钢板提前铺设等新工艺。尽管焊接构件的钢板厚度小，但是焊缝的数量多，钢结构的吊装与临时支撑应经计算确定保证吊装过程中结构的强度、刚度和稳定性。当天安装的钢构件应形成稳定的空间体系。7.结束语本文从学习、实践中重点分析了高层与超高层钢结构对于柱顶位移或垂直度超差或已经位于规范标准值边缘的钢柱，在单个或多个柱口焊接时编制特殊的工程安装施工的重点、难点及其对策、塔吊选择与装拆、焊接顺序