钢结构加工和安装技术在超高层建筑中的应用

■蔡水灵 ■福建省工业设备安装有限公司，福建 厦门 361004

随着我国国民经济的快速增长，固定资产投资率逐年提高，建筑业增加值平稳上升。1978 年以来，我国建筑市场规模不断扩大，国内建筑业产值增长了20 多倍，建筑业对我国GDP 的贡献率逐年提高成为拉动国民经济快速增长的支柱产业。因此，我国建筑业持续、健康的发展对国民经济的持续、稳定的增长起着重要的作用。由于钢结构自身的特点和优点，发展钢结构建筑特别是钢结构高层建筑，已经逐渐发展为工程建设的一项基本政策。超高层建筑钢结构施工过程中的有关加工制作、安装技术是建筑业一直研究、探索并寻求突破的重要部分。

1 高层及超高层结构体系定义

高层建筑物即指具有较多层数高度较高的建筑，但是具体达到何种程度算作高层，不同国家有不同的规定。一般来说超高层建筑指40层以上，高度100 米以上的建筑物。高层及超高层建筑一定条件下是现代科学技术的产物，传统的木、砖、石材料以及结构基本上很难满足要求，而钢结构的加工和运用在高层及超高层建筑的使用越来越广泛和普遍，有利于建筑物整体结构强度的达标。中国钢结构产业在近10余年期间发展迅速，对技术问题也提出更高的要求。

2 钢结构施工前的准备工作

2.1 技术与计划准备

编制施工组织设置，确定建筑整体结构的建造思路，确定建筑物各项施工材料的选取，精密计算每一个所需数值，避免误差。由于高层及超高层建筑对建造技术有很高的要求，首要要保证有一个完整的建筑思路和技术团队，进行工艺测评和工艺试验，确定及完善施工及建后验收标准，保证每一步后续施工的顺利进行。

2.2 材料的选用

钢结构具有抗震性、抗风性、耐久性、保温性、隔音性等等优点，在使用中、设计、施工及综合经济方面都具有优势，造价低。然而钢结构也具有一些不容忽视的缺点，比如质量问题，其导热系数大，耐火性差，这就体现了钢结构工程项目施工质量问题的复杂性，那么在高层及超高层建筑中材料的选用就显得尤为重要，应首选耐火钢，考虑其屈服强度，保证建筑在高温情况下也不至于完全丧失承载能力。

2.3 施工现场准备

首先对于吊装准备，目前国内多选用自升式塔式起重机作为吊装施工机械主机，首要考虑的是吊装设备是否符合工程建设需要。另外施工安装前现场准备及各项安全检查也显得尤为重要，比如钢构件的验收、测量仪器的准备、材料运输及存放、设备工具、组织施工力量等等。

3 超高层建筑钢结构加工技术

设备钢结构的加工制作与精密钢结构类似，介于普通结构件与精密机械加工之间，采用焊接或者栓接的连接方式，超高层建筑中对钢结构的加工技术将提出一些特殊或更高的要求。结构内部中，对于结构件，包括其材质、表面粗糙度、公差、表面处理、弧度;对于连接处，其孔位偏差、螺栓等级;对于钢结构其焊接方法、焊接标准、焊材都需进行考量，而涉及材料气密性等问题，应进行无损检测、液体渗透检测等。

由于超高层建筑结构的特殊性，对建筑材料要求、结构零件加工技术都需要特殊或更高的要求，这对于超高层建筑施工的顺利实施是必要的前提。

4 超高层建筑钢结构安装技术

4.1 定位轴线、标高和地脚螺栓

超高层钢结构由于制作和吊装的需要，对建筑在总体高度方向需要划分若干节，钢柱的定位轴线可以根据建筑实物和场地的大小在建筑内部或外部进行设置，以满足重量的大小和运输的可能，通常以通视、可视为原则。标高一般以2-3 层为一节，而地脚螺栓是一种长的专用螺栓，上端有螺纹，下端成弯成环状或钩状，一般下端预埋于混凝土中，上端螺纹处穿在设备或者其它物体的安装孔中，上面加螺母压紧，用以固定作用。

4.2 标准节框架的安装

超高层钢结构标准节框架的施工一定情况下代表着超高层钢结构框架施工的主动权，其安装方法通常分为节间综合安装法和按构件分类大流水安装法。前者节间综合安装法是选择一个区间作为标准区间，安装4 根钢柱构成空间标准间，按照施工进程逐渐扩大框架，最终完成施工。这种方法多为国外采用，不过对现场管理相当严格，供货流通度要求较高，运输条件是保证此类方法顺利实行的重要条件。后者按构件分类大流水安装法是在标准节框架中先安装钢柱，再安装框架梁，然后逐步安装其他构件，从上到下进行，最终完成框架构建。目前我国国内多采用此类安装方法，具体使用哪种方法应当依据建筑实况和现场施工条件和状况择优选择。

4.3 特殊节框架的安装

特殊节框架指不用于标准节的框架，如底层大厅和屋顶花园层等等，由于超高层建筑中建筑和结构的特殊要求，施工技术方案也应有所不同。对于网架结构，由于内部结构跨度较大且多位于高层建筑或旁边，施工难度较大，一般采用“地面拼装，整体提升”“搭设平台，高空散装”的安装方法。而屋顶花园型特殊节框架由于结构较轻可以采用塔吊进行散装法。

4.4 钢柱的安装方法

大跨度公共建筑、高层房屋、轻型活动房屋、工作平台、栈桥和支架等的柱，大多采用钢柱，在超高层建筑结构中，钢柱的应用必不可少。钢柱安装前应与定位轴线、标高等进行检验和多次校对，复验安装定位所用的轴线控制点和测量标高使用的水准点，找出误差范围外的部分及时修正，同时安装之前在地面要把钢爬梯安装在钢柱上，供登高作业。

对于钢柱的安装准备，首先，放出标高控制线和钢柱轴线的吊装辅助线，复验钢柱支座及预埋件;其次，轴线、标高、水平度、预埋螺栓位置及露出长度等，超出允许偏差时，应做好技术处理;然后，检查吊装机械及吊具，按照施工组织设计的要求搭设脚手架或操作平台，为防止构件变形、失稳，必要时应采取措施。最后，测量用钢尺应与钢结构制造用的钢尺校对，并取得计量法定单位检定证明。钢柱一般采用两点就位，一点起吊的方法。

4.5 钢结构的安装方法

超高层建筑结构中钢结构的安装方法总结起来有以下几种方法:桁架式屋架，屋架结构直接搁在混凝土墙上;网架结构，比屋架结构更方便布置柱子;管桁架体系，是网架结构的简化版，美观好;张弦结构体系，适合体育场;空间网壳体系，更适合大跨度公共建筑，造价高;门式钢结构，一般厂房比较常用，拼装灵活，施工方便，实用。

在整个建筑结构中，钢结构的安装尤其是特殊型钢结构的安装十分重要，结构不同，安装方法和工艺也会不同，应因地制宜，因时制宜。

5 结语

超高层钢结构的施工过程是一项错综复杂的系统工程，施工前需要作出缜密计划，考虑现场施工条件，综合利用高层建筑技术。同时钢结构强度高、自重轻、刚度大;材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好，能很好地承受动力荷载;建筑工期短;工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。对于钢结构在超高层建筑中的应用我们既要掌握各项方法，也要寻求突破创新，增强建筑结构稳固性与实用性。

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［2］金天德.高层钢结构工程施工技术［J］.浙江建筑，2002(5).

［3］张海升.高层办公楼钢结构安装的施工方法［J］.建筑技术，2004，35(2).