超高层箱型弯扭斜交网格结构安装技术

李越 杨涛 程彦哲 许静静

【摘要】斜交网格结构在新型超高层建筑中的应用日趋广泛，弯扭构件也由于其新颖的形式而受到设计师青睐。随着时代的发展，二者结合是必然趋势，弯扭斜交网格结构必将越来越多地被应用于工程实践。对于空间弯扭斜交网格结构的施工，迄今为止可供参考的经验及其缺乏，如何保证弯扭箱型斜交网格结构的安装精度是技术难点。以创业投资大厦为工程背景，本文主要介绍弯扭箱型斜交网格结构的吊装、测量、校正、焊接技术。

【关键词】超高层 斜交网格结构 弯扭构件 施工技术

中图分类号： TU74 文献标识码： A

1、引言

斜交网格结构体系最突出的特点是用双向交叉环绕于建筑外表面的斜柱替代传统的竖向柱加斜向支撑体系，这种结构形式具有材料利用效率高、刚度大、抗侧性能好等优点。创业投资大厦在国内超高层建筑中率先使用空间箱型弯扭斜交网格结构，并取得了良好的效果。此前并无同类工程可供参考，本文将主要介绍在施工过程中探索并总结出的一整套施工方法。

2、工程概况

创业投资大厦位于深圳市高新区填海六区01-11地块，建筑用地面积5159.01㎡，总建筑面积93513.17 ㎡，其中地下3层，地上44层（其中裙房5层），总用钢量约1.1万吨。本工程地下室钢结构由19根日字型钢柱（截面尺寸1.2m×0.8m）、13根箱型（截面尺寸0.6 m×0.6m）和39根热轧H型钢（HM594×302×14×23）组成。地上钢结构由44层主塔楼外框方钢管交叉斜柱+外框梁及楼层钢框架梁和5层裙房钢框架结构组成。外框柱采用方钢管混凝土交叉斜柱、外框梁以及楼层梁主要采用热轧H型钢。竖向外框柱每两层结构层为一个标准层，每一标准层由19个X型节点和38根斜柱组成。塔楼水平结构由每结构层的外框环梁和楼层钢梁组成。地面以上(核心筒之外)区域采用钢筋桁架组合楼承板体系。地上钢结构主要材质为Q345B和Q345GJB，最大板厚60mm。

3、构件吊装

3.1 弯扭构件分布概况

本工程弯扭斜交网格结构主要位于主塔楼四个转角部位（跨四层），共计44个，由1个弯扭X节点和4根弯扭斜柱焊接连接，其截面为日字型箱型截面，截面尺寸为1.2m*0.8m，最大板厚为60mm。

3.2 塔吊设备选择

为了保证安装精度及施工进度，施工吊装采用无缆风绳固定技术，地上钢构件分段最大重量为8.4t，现场钢结构施工配置两台外附式塔吊：一台TC7052平臂式塔吊，臂长45m和一台TCR6055动臂式塔吊，臂长50m，起重性能为11.83t，满足现场吊装要求，分别布置在主楼外框的东北角和西南角。

3.3 钢构件进场验收

本工程构件形式较常规构件更为复杂，四个角部都存在弯扭斜柱和弯扭X节点，其制作工艺难度大，为了保证安装精度，构件进场时需对其进行验收。

验收前，建立局部坐标系统后，将构件吊至指定位置，通过全站仪测设验收点点位坐标，与设计值复核，对比出构件制作偏差，为构件安装提供测量校正的依据。 图3.1 构件验收局部坐标系统

3.4 弯扭构件安装

弯扭构件吊装至设计位置后，安装上临时连接螺栓，通过倒链、千斤顶、临时耳板刚性支撑等调节措施，在全站仪的三维空间拟合观测下，完成钢柱初步校正，并及时连接钢梁，形成稳定体系。具体步骤如下：

（1）安装斜柱

为了保证安装精度及施工进度，施工吊装前，根据斜柱安装完成后的位置（斜柱长度及角度）通过计算确定吊索的长度，吊点位置及角度，并通过手拉葫芦调节使斜柱以安装完成后的角度倾斜吊装。

（2）测量校正

待斜柱安装就位后，采用临时耳板和风缆绳进行临时固定，使用全站仪进行空间三维拟核测量校正，校正时利用风缆绳通过手拉葫芦调节标高及坐标进行竖向精度控制，再利用千斤顶进行水平精度控制，全方位保证弯扭构件安装精度，使构件顺利安装就位。图3.2无风缆绳手拉葫芦临时固定

（3）相邻斜柱安装

以相同方法安装相邻斜柱，临时固定后安装中间钢梁，形成初步稳定结构。

（4）安装X型节点

安装X节点之前需安装操作平台，保证工人节点安装过程的操作安全。X型节点安装就位后，临时用耳板固定，使用全站仪进行空间三维拟合测量，利用千斤顶根据测量的数据进行校核，形成稳定的A字型结构体系后进行焊接工作。安装示意图如下：

图3.3 相邻弯扭构件安装完成 图3.4 X节点安装完成形成A字型结构体系

4、测量控制

4.1 平面控制网的建立和传递

±0以下采用外控法，利用基坑外侧的平面控制点进行测量控制。

±0以上采用内控制网和外控制网相结合的方法进行测量校正，内外控制网点可以相互借用，以此达到相互校核的作用。内控制网由四个控制点组成，布置在塔楼的核心筒内，施工过程中，在核心筒每层板面预留四个200mm×200mm的激光垂直仪孔洞。外控制网由四个控制点组成，布置于塔楼外框梁外侧，外控制网点主要用来复核内控制网点的精度。

4.2 高程控制网的建立和传递

（1）根据业主提供的测量控制基准点将-0.050m标高位置引测到核心筒外墙面，经校核无误后，用红色油漆作“▲”标记，作为本工程的高程依据，为提高精度，引测过程中前后视距必须保持等长。

（2）在施工过程中，必须经常对现场标高控制点进行复测，确保引测高程点的精度。引测过程中，将标高控制点与核心筒内控制网点位合二为一，地上楼层基准标高点首次由水准仪从-0.050m标高处竖向向上引测，每升高约50m引测中转一次，约50米之间各楼层的标高用钢卷尺顺塔楼核心筒外墙面往上量测。

4.3 钢构件安装测量校正

本工程结构设计复杂，传统的轴线定位和钢结构安装测量控制技术不能满足测控高精度要求，根据工程特点，采用三维坐标拟合测量技术对构件安装进行测控。

具体测量校正流程如下：

（1）计算上一节将要吊装的钢柱顶四边中心点的三维坐标。

（2）平面和高程控制网点投递到顶层并复测校核。 图4.1测量控制

（3）吊装前复核下节钢柱顶四边中心点的三维坐标偏差，为上节柱的垂直度、标高预调提供依据。

（4）对于标高超差的钢柱，可切割上节柱的衬垫板（3mm内）或加高垫板（5mm内）进行处理，如需更大的偏差调整将由制作厂直接调整钢柱制作长度。

（5）用全站仪对外围各个柱顶四边中心点进行坐标测量。

（6）结合下节柱顶焊后偏差和单节钢柱的垂直度偏差，矢量叠加出上一节钢柱校正后的三维坐标实际值。

（7）向监理报验钢柱顶的实际坐标，焊前验收通过后开始焊接。

（8）焊接完成后引测控制点，再次测量柱顶三维坐标，为上节钢柱安装提供测量校正的依据，如此循环。

5、焊接

由于弯扭钢柱多为2层一节，在安装钢梁后形成框架结构，为减少焊接收缩应力集中，确定焊接顺序时应遵循从内向外、由上至下的原则，让焊接的收缩变形始终可以自由释放。箱型弯扭钢柱在校正后有可能存在一定的垂直误差，根据测量数据确定焊接顺序，利用焊缝收缩变形减少累积误差，有效控制构件焊后变形。

通过对焊接前后测量数据的对比分析，钢构件焊接前安装误差均符合设计及规范要求，采用三维坐标拟合测量技术，保证了构件的安装精度，合格率达100%。但焊接过程中的收缩应力对测量成果产生了影响，因此焊前依据测量数据对焊接工人进行交底及采用合理的焊接顺序也成为了保证测量精度的重要组成部分。

6、结语

创业投资大厦通过不断的探索实践，总结出了一套科学合理、技术先进、安全可靠的超高层箱型弯扭斜交网格结构施工技术，包括吊装、测量、校正和焊接等，这将会为今后同类工程的施工提供一定的借鉴意义。

参考文献

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