超高层建筑避难层异型钢结构安装施工关键技术

黄小虎，左 银，贾兴文

（1.重庆建工第二建设有限公司，重庆 400045；2.重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400045）

0 引言

例如，昆明某超高层双子塔采用钢框架-核心筒结构，塔楼建筑高度209.0m，其中第19层、33层和47层按照设计规范要求设置避难层，避难层采用了转换钢桁架结构，混凝土核心筒以及伸臂桁架和外框架共同构成建筑物的整体抗侧体系[3]。海南海控国际广场的A座建筑总高度249.7m，其中第6，17，32和第51层设置了结构形式复杂的避难层以及设备层，其中设置在第17、32、51层的避难层采用伸臂桁架结构，每个避难层设计了4榀核心筒内置式桁架和8榀外伸臂式桁架，与外部钢结构环状桁架共同作用形成结构加强层[4]。此外，超高层建筑的避难层也设计为结构加强层[5-6]，通常采用异型钢结构，也使得避难层结构形式更为复杂。

由于结构形式复杂，避难层的设计和施工难度也相对较大，为了保证避难层施工质量和施工进度，必须编制避难层异型钢结构专项施工方案，明确钢结构吊装和安装的关键技术，才能保证钢结构构件的精确安装，同时有助于钢筋工程、混凝土工程、模板工程、钢结构工程的施工交叉与配合，避免避难层结构施工与其他专业相互影响。依托本公司承建的超高层建筑（主体结构高度200.0m），论文较为系统总结了超高层建筑避难层异型钢结构吊装和安装施工的关键技术，期望能为超高层建筑避难层异型钢结构施工提供有益的参考。

1 避难层钢结构构件吊装

1.1 避难层钢结构概况

该超高层建筑高度200.0m，避难层设计为混凝土-钢组合伸臂桁架结构，避难层钢结构核心筒采用异型牛腿柱，牛腿柱单个构件最大重量为9.6t，主楼外围钢结构采用箱型柱，箱型柱单个构件最大重量8.5t，伸臂桁架梁的最大重量为12.6t。

1.2 钢结构吊装

钢结构构件重量大，采用塔式起重机起吊时应编制吊装方案，需要明确钢构件吊点、安装顺序和钢定位测量控制方法[7-8]。根据设计图纸和钢柱分节方案验算起吊点，单根柱每2层或1层为一个分段点（柱最长约11.5m），最大重量9.6t，制作5个钢吊篮用于现场钢柱吊装用；考虑到塔吊吊装能力，部分钢柱1层1段，满足吊重的要求。

钢结构柱在起吊之前应检查柱基定位轴线的间距、柱基面的标高和柱底的预埋位置，复测合格后进行钢柱吊装。钢柱起吊时必须保证垂直，并在钢柱顶部两侧用于临时固定连接板的预留螺栓孔上设置吊点。为了保证起吊安全，钢柱起吊的回转过程应特别注意避免与其他已安装构件发生碰撞，同时应保证吊索在始终一定的有效高度范围内。钢柱起吊时，起重机一边起钩，一边缓慢回转起重臂，直到钢柱起吊垂直为止，然后旋转吊臂，将钢柱吊至柱基座的正上方，落钩，使钢柱就位。

底节钢柱起吊就位后，立即使用缆风绳固定，同时利用钢柱底部翼板位置安装的临时连接板调整牛腿，调节螺旋千斤顶缓慢调整柱顶的标高和柱身垂直度。底节的钢柱安装完成后应立检查和测量定位轴线的间距、柱基面的标高和底板的预埋位置，经过现场监理以及相关技术部门复测，各项技术指标合格后方可安装下一节钢柱。第二节钢柱安装时利用无缆风调整法，用撬棍和千斤顶校正垂直度，上节钢柱的中心线与下节钢柱柱顶的中心线对准，立即用高强螺栓固定柱顶两侧的连接板临时固定钢柱。

1.3 钢结构构件校正

钢结构构件的校正工序主要包括腹板中心线对准纵横十字线以及调整柱身垂偏。校正首层钢柱的纵横十字线时，应将相互垂直的腹板的中心线引至柱两端的翼缘上，使用钢冲打出钢柱柱身的中心线，每端五个点，应与基础上部柱的底板定位轴线对准，争取达到点线重合，如果存在测量偏差，可采用起重机不脱钩将三面线对准标高位置的对线方法进行调整。

柱身垂直度偏差可以采用缆风绳校正的方式，同时利用两台经纬仪找垂直，钢柱校正的过程不断调整柱身四面的螺旋千斤顶，直至校正完毕，将钢柱底板与钢柱点焊或用定位板固定，缆风绳松开时不变力，使柱身保持自由状态，然后用经纬仪校核，如果垂直度依然存在较小的偏差，可用螺旋千斤顶调整钢柱与底板之间的缝隙，校核无误后方可焊接定位板。

膜蒸馏(Membrane Distillation，MD)是一种热驱动的水处理方法，其中较热的进料流在疏水的微孔膜的一侧流动，而较冷的馏出物流在另一侧流动。膜两端的温差产生蒸汽压差，使得液态水从进料流中蒸发，通过膜孔，并冷凝成馏出物流。其广泛应用在海水淡化、超纯溶液浓缩与提纯等方面 [1-3]。

钢柱的柱顶标高和钢桁架标高调整控制采用两种方法，按照相对标高调整或者按照设计标高调整，常用的方法是按照相对标高进行安装调整[9-10]。钢柱就位后，用高强螺栓快速固定连接板，然后通过起重机吊起构件，并利用撬棍轻微调整柱的间隙。测量上下柱顶标定的标高值，符合设计标高要求后方可打入钢锲。考虑到焊缝的收缩以及荷载作用下钢柱产生的压缩变形，柱顶标高与设计值的差值应调整至小于5mm。钢柱安装完成后，柱顶可以放置水平仪，用于测量柱顶的相对标高，取最合理零点，以最合理零点为标准换算各柱的顶线，安装过程以柱顶的顶线控制，同时对比柱顶标高的测量结果及其与上下节柱顶的预验长度的偏差。

校正第二节钢柱的纵横十字线，应尽量保证上下柱的十字线重合，如果存在偏差，可以在钢柱顶部连接板的侧面放置垫板，然后拧紧连接螺栓。调整钢柱的十字线偏差时，每次的调整幅度不应大于3mm，如果柱顶十字线偏差过大，可以分为2至3次进行调整。测量上节柱的定位轴线时不允许采用下节柱的定位轴线，应该从地面的控制点引到钢柱安装位置，从而保证每节钢柱的准确安装，避免在安装过程产生累积偏差，导致柱身垂直度不符合设计要求。

校正第二节钢柱的垂直度偏差，应预先检验钢柱的尺寸，下层钢柱柱顶中心线对准上节钢柱底部的中心轴线，综合计算位移量、焊接残余变形、环境温差、垂直度校正和钢材的弹性变形等，作为安装综合误差。根据施工要求，钢梁与钢柱之间的焊缝的收缩值不应大于2mm，柱与柱之间的焊缝的收缩值不应大于3.5mm。在钢柱和钢梁安装过程中，同时利用3台经纬仪对安装过程进行跟踪观测，并校正钢柱柱身垂直度。钢柱的垂直度校正可以采用以下方式。

（1）采用无缆风绳校正，在钢柱偏斜的方向打入钢锲或利用螺旋千斤顶顶升，首先保证每节柱的柱身垂直度满足设计要求，然后将柱顶轴线的偏差值控制到零，最后在额定扭矩值拧紧临时连接钢柱耳板的高强螺栓。

（2）安装钢桁架梁的过程如果对柱身垂直度产生不利影响，可以采用螺旋千斤顶、钢锲以及电动葫芦等小型工具调整柱身的垂直度。用于临时固定钢柱的连接耳板的螺栓孔孔径应比螺栓的公称直径大4mm，扩大螺栓孔孔径产生足够的余量，以便于调节钢柱的制造误差产生的安装尺寸偏差。钢柱和钢梁安装精确测定固定位置后，再次检验钢柱和钢梁标高、柱身垂直度及钢柱的轴线位置，安装偏差小于设计要求后，按设计图纸的要求对钢结构构件进行永久固定。

2 钢结构安装测量控制方法

2.1 平面控制和高程控制

钢结构构件安装度平面控制测量可以采用内控法，首先按照土建施工布置的平面控制网进行测点的测设，首层楼板的混凝土浇筑完成后，应重新布设平面控制网，待平面控制网测设精度符合设计要求后报请监理公司进行验收。平面控制网通过验收并确认后，此平面控制网将被引测至吊装施工层，并用钢构架或采用焊接方式将测试点固定于待安装钢柱的附近。然后立即复核平面控制网的边长以及角度相应关系，用于计算待安装钢柱的中心点坐标，以便于保证钢柱安装过程中的准确定位和校核。如果平面控制网测设偏差在规范允许的范围内，才能进行钢结构安装施工的整体测量。避难层异型钢结构的安装过程中可以按相对标高法控制和测量高程，根据建筑物外围设定的原始控制点的准确标高，采用高精度水准仪引测至少6个水准点至钢柱的安装位置，以便于准确确定避难层外围钢柱的设计标高控制点，并做好相应的标记点。

2.2 钢结构安装测量

钢结构安装测量采用的水准仪、经纬仪和激光测距仪等重要仪器必须经过计量检定并在有效检定期限内方可使用，施工单位应保留相应的设备检验与检定合格证以备查验。钢柱吊装时，可以采用两台视线互相垂直的高精度经纬仪进行吊装过程的跟踪校正，如果两台经纬仪的视线不满足互相垂直的要求时，可以在偏离轴线不大于150mm范围内调整经纬仪测设角度。

2.2.1 钢结构安装的测量控制

首先进行基础的验线，根据土建施工提供的测设控制点，进行柱轴线的测设和闭合平面控制网的校核。不应在阳光暴晒或者高温环境下进行钢柱的轴线测设，采用钢尺测量时应先将钢卷尺平铺摊开，待钢卷尺的温度与楼面的温度近似相等时再进行测量。基础验线完成后进行柱轴线控制网的闭合测设，应从土建提供的测设基准点开始进行钢柱主轴线的复检。水准点测设和水准点复核检验可以采用附合法，要求平面控制网的闭合差应小于安装允许偏差。在此基础上，根据场地情况、设计图纸与施工方案的要求，完成钢结构标高控制网和平面控制网的精确测设。

2.2.2 钢结构安装的测量顺序

避难层钢结构安装工程的核心工序是安装施工时的平面与标高测量工作。为了保证测量精度，必须建立钢结构安装测量三级校准制度，完成避难层钢结构安装测量基准线的设立，平面控制网的测设与闭合，钢柱柱顶轴线偏差的测量以及柱顶标高测量等准备工作，才能开始钢柱的吊装就位。为了实现钢结构吊装工序顺利过渡到钢结构校正工序，钢结构安装的测量工作必须按照以下顺序进行，并在钢结构安装施工过程中始终按照校准制度进行测量工作，才能最终实现避难层钢结构施工质量的控制目标。

（1）初校。首先控制和调整钢柱的定位中心线，不仅可以保证钢柱对接尺寸的精度要求，也可以满足钢柱柱身扭曲、垂直度偏差、标高偏差等综合安装尺寸调整的需要，从而保证钢结构构件就位精度符合设计要求。

（2）重校。再次全面调整钢柱和钢箱梁，对柱身的垂直度偏差和钢箱梁的水平度偏差进行纠偏，确保钢柱柱身垂直度的偏差和钢箱梁水平度的偏差满足钢结构工程施工质量验收标准的要求。

（3）复校。钢柱柱身连接板上用于固定钢柱的高强螺栓终拧后应进行垂直度的复校，保证高强螺栓终拧后钢柱柱身的垂直度偏差符合设计要求。

（4）焊后测量。钢结构构件安装质量符合验收标准要求之后，编制钢柱施工现场的实际测量资料，以便于确定下节钢结构构件吊装施工时的预控测量数据。

避难层钢结构安装施工过程中，按照上述安装测量程序来贯彻测量要求，钢结构安装施工过程处于完全受控的状态，钢结构安装质量显著提高，确保了避难层钢结构安装工程的顺利完工。

3 结语

超高层建筑避难层异型钢结构的结构形式复杂，施工难度大，为了保证避难层施工顺利进行和提高异型钢结构施工质量，项目团队通过详细计算确定吊点，在钢构件起吊之前，首先测量钢柱柱基的定位轴线间距、柱基面的标高和柱底的预埋位置，复测合格后吊装钢柱等钢构件；钢构件吊装就位后，采用3台高精度经纬仪完成钢柱和钢箱梁的安装跟踪观测并进行垂直度和水平度校正；钢构件精确定位后，对钢构件的标高和垂直度及轴线位置进行复检，直至钢构件安装精度符合设计要求后方可固定；建立了钢结构安装施工过程测量工作的三级校准制度，按照初校、复校、重校和焊后测量的顺序控制钢结构安装施工过程的测量工作，最终实现了避难层异型钢结构施工质量预控目标。