關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)在超高層施工中的應(yīng)用研究

馬新民

摘 要 在城市化進(jìn)程不斷加速的背景下，城市人口密度越來越大，城市商業(yè)用地和住宅用地面積不斷縮小，為了更好地滿足城市人口的各種需求，超高層建筑便應(yīng)運而生，規(guī)模也在逐步擴(kuò)大，超高層建筑的質(zhì)量也備受關(guān)注。在超高層建筑施工中，鋼結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的組成部分，是建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重要保證。因此本文以德基徐州廣場項目工程為例，對超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中的重難點問題和關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行闡述，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞 鋼結(jié)構(gòu) 超高層建筑 BIM技術(shù)

中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）06-0052-03

在我國《民用建筑設(shè)計通則》中，規(guī)定100米以上或者超過40層的建筑被統(tǒng)稱為超高層建筑。超高層建筑是建筑行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的重要技術(shù)象征，也是現(xiàn)代化城市建設(shè)中的重要標(biāo)志，鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有優(yōu)良的抗震、消防、節(jié)能以及環(huán)保等性能，因此在超高層建筑中被廣泛應(yīng)用。

為了保證超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的質(zhì)量，需要對鋼結(jié)構(gòu)材料采購、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及施工技術(shù)和施工全過程給予全面的管控，實行全方位的監(jiān)督，實現(xiàn)超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的高質(zhì)量完成。

1 項目工程概況

德基徐州廣場位于徐州市云龍區(qū)商務(wù)中心區(qū)，項目北至淮海路，東至彭城路，西至中山路，南至青年路，本工程為C地塊總承包土建工程，總建筑面積約45.8萬平方米。地面以上建筑面積約35萬平方米，其中2棟259米超高層，1棟高層裙房建筑，主要功能是酒店式公寓及配套商業(yè)，地下四層分別為車庫、設(shè)備機(jī)房等。本工程現(xiàn)地下室已基本完成、裙房南部約施工至8層、東塔核心筒約施工至12層、西塔核心筒約施工至10層。[1]

本工程鋼結(jié)構(gòu)主要包含高層裙樓鋼結(jié)構(gòu)及東、西超高層塔樓鋼結(jié)構(gòu)及裙房鋼結(jié)構(gòu)。高層裙樓鋼結(jié)構(gòu)主要有天空廣場屋蓋及其支撐鋼構(gòu)件、裙樓勁性鋼構(gòu)件、溜冰場鋼構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)連廊及多功能廳鋼結(jié)構(gòu)看臺。西塔結(jié)構(gòu)形式為鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)主要由核心筒勁性鋼骨、鋼框架組成，總用鋼量約為15039噸。東塔結(jié)構(gòu)形式為鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)由核心筒勁性鋼骨、鋼框架組成，總用鋼量約為13376噸。

2 超高層鋼結(jié)構(gòu)施工重難點及解決方案

2.1 環(huán)境因素及解決方案

2.1.1 重點問題

超高層結(jié)構(gòu)建筑由于其自身的高度，高空風(fēng)力會對其產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如何在高空環(huán)境中保證鋼結(jié)構(gòu)焊接工作質(zhì)量是施工重點之一;其次焊接施工還受到氣候條件的限制，徐州1、2月份的天氣最低可以達(dá)到-10℃，低溫焊接也是施工中的重點問題之一。

2.1.2 解決方案

首先，對徐州市的四季氣候環(huán)境進(jìn)行分析，針對環(huán)境變化，制定具有針對性的焊接質(zhì)量控制方案，在實際施工中做好監(jiān)管工作。

其次，為了保證工程進(jìn)度，在進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)焊接時，可以采用氣體保護(hù)焊的方式。在進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)焊接時，由于受到風(fēng)力的影響較為嚴(yán)重，因此需要設(shè)置防風(fēng)棚，同時選擇藥芯焊絲氣體保護(hù)焊或電弧焊進(jìn)行焊接，從而保證焊接質(zhì)量。

最后，要做好低溫保護(hù)措施，一方面在選派焊接施工人員時，要對施工人員的低溫焊接經(jīng)驗進(jìn)行考慮;另一方面需要對焊接工藝進(jìn)行詳細(xì)的評定，需要制定預(yù)熱和保溫方案，利用接觸式測溫儀控制溫度，以保證焊接質(zhì)量;除此之外，在進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查時，使用100%超聲波探傷檢測。[2]

2.2 協(xié)調(diào)管理因素及解決方案

2.2.1 難點問題

在德基徐州廣場項目中，需要采用鋼結(jié)構(gòu)和土建結(jié)構(gòu)相互交叉的施工方式，因此如何實現(xiàn)二者之間的協(xié)同進(jìn)行是本次施工中的難點問題。

2.2.2 解決措施

首先，做好工作層面的交接工作，能夠為下一道工序施工奠定良好基礎(chǔ)。

其次，做好作業(yè)時間的劃分工作，在進(jìn)行安裝作業(yè)之前需要與其他部門之間做好溝通，為安裝周期提供充足時間，以保證施工質(zhì)量和進(jìn)度。

最后，做好工作范圍的確定，項目施工過程中，可能會存在多種作業(yè)共同進(jìn)行的情況，在此背景下，需要將各項施工的施工范圍進(jìn)行清晰規(guī)定，以保證工程能夠順利進(jìn)展。

2.3 場地因素及解決方案

2.3.1 難點問題

德基徐州廣場位于徐州市中心的位置，場地面積不夠?qū)捲?，同時又有大量的施工隊和施工人員，占據(jù)了大部分的施工場地，阻礙了施工組織工作的開展。

2.3.2 解決措施

首先，進(jìn)行材料堆場的租賃，根據(jù)施工周期進(jìn)行租賃，這樣能夠提前將各種構(gòu)件發(fā)至徐州，以保證施工進(jìn)度不受影響。

其次，明確租賃場地要求，根據(jù)本工程實際情況，需要租賃3000平方米以上的場地，并需要配備倒運、卸貨和看管的專門人員。

再次，本次工程中需要使用外框圓管柱和核心筒鋼骨柱，重量在15噸以上，長度在13米以上，因此在工程施工期間需要配備1臺80噸的汽車吊。

最后，由于大型運貨車只有在10點以后才能夠進(jìn)入徐州市區(qū)，使得倒運時間十分緊張，為了保證施工材料能夠充足供應(yīng)，需要2臺長期租賃的17.5米平板車和1臺13米平板車進(jìn)行來回工作。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工前期準(zhǔn)備

為了保證超高層鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和工程進(jìn)度，做好前期準(zhǔn)備工作是至關(guān)重要的，主要包括對施工圖嚴(yán)格的審核，查看其是否完全符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);對鋼結(jié)構(gòu)材料的采購，查看其是否滿足本次項目的各項性能需求;做好施工部署工作，保證施工安全和施工進(jìn)度。

3.1 嚴(yán)格審查施工圖

鋼結(jié)構(gòu)施工圖紙，是超高層建筑施工的重要理論指導(dǎo)，因此在正式施工之前，需要組織專家進(jìn)行設(shè)計圖的會審工作，一方面要保證設(shè)計圖符合各方面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，另一方面要結(jié)合實際施工場地以及項目要求，對施工圖的可行性進(jìn)行全面評審;同時在對設(shè)計圖進(jìn)行審查時，相關(guān)施工人員能夠?qū)υO(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行深一步的了解，以便具有針對性地選擇施工方式，以保證整體施工工作的順利進(jìn)行。2B3BCD10-E106-4109-9F40-D991B651E0F8

3.2 鋼結(jié)構(gòu)材料選擇

鋼結(jié)構(gòu)材料對鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，在超高層建筑選擇鋼結(jié)構(gòu)作為建筑主體時，主要是對其抗壓能力和承載力進(jìn)行了充分的考量，進(jìn)而以其替代混凝土材料，但是鋼結(jié)構(gòu)材料也存在一定的缺陷，如鋼結(jié)構(gòu)材料導(dǎo)熱系數(shù)較大，因此其耐火性能相對薄弱，但是隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，耐火鋼材料的發(fā)展，有效地解決了鋼結(jié)構(gòu)的材料缺點，成為鋼結(jié)構(gòu)施工首要選擇的材料，但是材料市場魚龍混雜，在選擇耐火鋼材料時，一定要嚴(yán)格遵守國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以保證超高層建筑的質(zhì)量。[3]

3.3 鋼結(jié)構(gòu)施工部署

在超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的過程中，眾多工序同時進(jìn)行的施工情況時有發(fā)生，為了保證施工工作能夠有序開展，在施工之前必須要做好施工部署工作，對施工情況中存在的問題進(jìn)行全面分析，以保證施工部署方案的前瞻性，做好施工工作的指導(dǎo)工作，合理規(guī)劃施工時間，在保證鋼結(jié)構(gòu)主體質(zhì)量和施工安全的基礎(chǔ)上，促進(jìn)施工效率的提升，最大程度地縮短施工工期。

4 超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)主要包括結(jié)構(gòu)柱施工技術(shù)、結(jié)構(gòu)梁施工技術(shù)、 連接件施工技術(shù)、焊接技術(shù)以及除銹與涂裝技術(shù)。在開始主體鋼結(jié)構(gòu)施工前，需要對樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測，保證其完全符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，樁基作為超高層建筑的基礎(chǔ)保障，其安全性能與整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性密不可分，同時通過樁基檢測工作，能夠完成立柱坐標(biāo)和距離的確定工作，為鋼結(jié)構(gòu)和樁基調(diào)整提供依據(jù)。[4]

4.1 鋼結(jié)構(gòu)柱施工

鋼結(jié)構(gòu)柱施工主要采用吊裝的施工方式，在進(jìn)行吊裝時，要對立柱體的定位軸線進(jìn)行確定，將地面控制網(wǎng)作為基準(zhǔn)，在軸點處進(jìn)行放樣操作。同時在吊裝的過程中，要保證結(jié)構(gòu)柱全程不能夠出現(xiàn)拖地的情況，直到結(jié)構(gòu)柱到達(dá)預(yù)先設(shè)定的安裝位置，對鋼結(jié)構(gòu)柱的高度和位置進(jìn)行調(diào)整和移動，在調(diào)整的過程中，要遵循先垂直在水平的順利，再對鋼結(jié)構(gòu)柱的垂直度進(jìn)行調(diào)整。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)梁施工

在對鋼結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行吊裝之前，要對柱間距和鋼結(jié)構(gòu)柱的高度進(jìn)行確定，檢測其施工都達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，檢測合格后再進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)梁的吊裝施工。在鋼結(jié)構(gòu)梁吊裝施工中，需要對梁體的安裝位置進(jìn)行確定，主要利用扶手繩等工具;將鋼結(jié)構(gòu)梁體運達(dá)指定安裝位置之后，將梁體與柱體之間利用扶手索進(jìn)行固定，并對施工操作進(jìn)行全面檢查，確保安裝牢固之后再進(jìn)行下一步操作。在吊裝施工活動中，必須以鋼結(jié)構(gòu)梁的總跨度為依據(jù)，確定梁體吊裝點。

4.3 焊接施工

超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作包括外腔超長橫向焊接和內(nèi)腔同步對稱焊接。首先是外腔超長橫向焊接，其施工方式是由8人進(jìn)行同步對稱焊接，6人在長邊，2人在短邊，以跳焊的方式對鋼結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分段焊接，在焊接的過程中，臨時添加反變形約束裝置，以提升焊接肝工作的精度;其次是內(nèi)腔同步對稱焊接，在對鋼結(jié)構(gòu)連接部分焊接的過程中，需要5人同時快速地操作，同時在焊接時，需要對排氣設(shè)施的情況進(jìn)行時刻觀察，觀察內(nèi)腔空氣的清新程度。在完成焊接工作之后，需要利用超聲波探傷技術(shù)檢測焊接部位的焊接情況。

4.4 除銹與涂裝

鋼結(jié)構(gòu)材料在施工的全過程中，一共要進(jìn)行3次除銹處理。第一次是在進(jìn)行施工之前，需要對鋼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行除銹處理;第二次是在環(huán)節(jié)安裝工作完成之后，需要對焊接和連接部位的螺栓進(jìn)行二次防銹處理;第三次是要對鋼結(jié)構(gòu)材料在施工過程中出現(xiàn)破損的位置進(jìn)行除銹處理。一定要保證除銹處理工作的全面性，這與鋼結(jié)構(gòu)材料的壽命時長息息相關(guān)。除此之外，要清洗鋼結(jié)構(gòu)表面，涂裝防火材料，保證鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能能夠完全滿足設(shè)計要求，提升鋼結(jié)構(gòu)主體的質(zhì)量。

5 超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工管理措施

在鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中，為了全面保證施工質(zhì)量，必要的技術(shù)管理措施是必不可少的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)在施工管理工作中被廣泛應(yīng)用，信息技術(shù)與管理措施的有效結(jié)合，大大提升了管理工作的效率和質(zhì)量，從而提升了施工人員和環(huán)境的安全性，保證了鋼結(jié)構(gòu)主體質(zhì)量完全符合相關(guān)設(shè)計要求。

5.1 BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中存在的結(jié)構(gòu)碰撞等現(xiàn)象得到了較好的規(guī)避。通過BIM技術(shù)的使用，能夠直觀地看到建筑中排水、電氣、暖通等設(shè)備與結(jié)構(gòu)梁柱之間的位置關(guān)系，根據(jù)建模情況，在實際施工之前，能夠?qū)Σ缓侠淼牡胤郊皶r進(jìn)行調(diào)整，以保證鋼結(jié)構(gòu)不會與其他建筑結(jié)構(gòu)之間發(fā)生碰撞。[5]同時BIM技術(shù)的大力普及，為設(shè)計師進(jìn)行空間內(nèi)部規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)，大大提高了建筑的整體利用率。

5.2 施工數(shù)據(jù)監(jiān)控

超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工過程和結(jié)構(gòu)是十分繁雜的，對施工技術(shù)具有較高的要求，但是在實際施工中，又存在視線條件不佳的現(xiàn)實情況。因此在施工中，要實施監(jiān)控整體工程的施工數(shù)據(jù)，充分利用各種測量儀器，保證鋼結(jié)構(gòu)與設(shè)計圖紙的基準(zhǔn)線完全一致，并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對容易出現(xiàn)失誤地方的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重復(fù)核查，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，提升整體建筑的安全性。

5.3 安全施工管理

施工安全是項目施工中的重點問題，尤其是在超高層建筑施工中，更要對施工安全給予充分的重視。第一，要建設(shè)高層防護(hù)生命線，即每隔1.2米左右搭建臨邊防護(hù)設(shè)施，對高層施工人員的安全給予充分保護(hù);第二，為了規(guī)避高空墜落的危險，需要添設(shè)安全網(wǎng)和水平懸挑防護(hù)棚;第三，焊接施工中也需要做好安全防護(hù)措施，為了預(yù)防焊接火星，要充分利用接火盆;第四，在焊接過程中，會有氣瓶的使用，為了防止氣瓶傾倒的情況，要采用推車移動的方式進(jìn)行操作。

5.4 氣象條件監(jiān)測

超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)在施工的過程中，天氣情況會對其產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，尤其是在狂風(fēng)、暴雨、雷電等天氣情況下，超高層建筑的施工工作是難以進(jìn)行的，為了保證施工人員的安全，在施工時，相關(guān)人員需要與氣象部門之間建立密切的聯(lián)系，委托其對天氣情況進(jìn)行實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)極端天氣，要及時提醒施工單位，做好相關(guān)防護(hù)措施，保證項目施工的安全開展。

6 結(jié)語

超高層建筑已經(jīng)成為各個城市的主要建筑類型，而鋼結(jié)構(gòu)作為超高層建筑的主要結(jié)構(gòu)，施工質(zhì)量直接對超高層建筑整體的質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此各個施工單位要做好鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的把控工作，提升施工管理工作的質(zhì)量和效率，建設(shè)高質(zhì)量的超高層建筑。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 劉衛(wèi)未，周予啟，聶艷俠，等.中國國際貿(mào)易中心三期B階段建造關(guān)鍵技術(shù)[C].第四屆高層與超高層建筑論壇暨2019中國建筑學(xué)會工程建設(shè)學(xué)術(shù)委員會年會，2019- 10-30.

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[5] 馮國軍.天津周大福金融中心復(fù)雜多變超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)研究.上海：中國建筑第八工程局有限公司，2018-03-30.2B3BCD10-E106-4109-9F40-D991B651E0F8