鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用

郭再旭，臧青青，景趙豐

[1.北京城建二建設(shè)工程有限公司，北京 100039；2.建研（北京）結(jié)構(gòu)工程有限公司，北京 100029]

0 引言

隨著人們生活水平的提高和城市化進(jìn)程的不斷加快，越來越多的超高層建筑在全國各地涌現(xiàn)。超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝作為一項重要的施工技術(shù)，在其中發(fā)揮著不可替代的作用，當(dāng)前，大眾對于高層建筑的需求逐漸增加，建筑業(yè)也面臨著更高的施工難度和風(fēng)險，隨之而來的是越來越高的技術(shù)和安全要求。超高層建筑作為現(xiàn)代城市建設(shè)的標(biāo)志性建筑，其鋼結(jié)構(gòu)的施工是一個非常復(fù)雜和困難的過程。陳思[1]認(rèn)為，采用跨外分段吊裝方法安裝大跨度鋼梁，保證了施工質(zhì)量與安全。閆帥[2]提出了異形鋼結(jié)構(gòu)吊裝是工程施工的難點(diǎn)，傳統(tǒng)的二維設(shè)計和施工模式不擅長解決此問題。錢士元[3]認(rèn)為由于建筑功能的需要結(jié)構(gòu)跨度大，主桁架和次桁架的最大跨度提高，吊裝過程存在困難。因此，如何科學(xué)地、高效地實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的吊裝施工成了一個重要的研究方向，必須加強(qiáng)對吊裝施工技術(shù)的研究和探索，不斷完善吊裝施工方案，提高施工效率和質(zhì)量，最大程度減少建筑事故的發(fā)生。本文針對鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用進(jìn)行研究，結(jié)合工程概況，提出在施工前制定吊裝方案，對施工現(xiàn)場的材料和器械設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)備；在吊裝施工過程中明確施工順序，詳細(xì)闡述吊裝梁體及吊裝樓板的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，對吊裝施工方案進(jìn)行總結(jié)。為建筑工程領(lǐng)域的吊裝施工提供借鑒，同時對于推動我國建筑工程產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升建筑工程的施工水平和質(zhì)量，具有一定的實際意義和價值。

1 工程概況

項目建筑位于城市中心的黃金地段，交通便利，周邊設(shè)施完備，建筑屬于高度達(dá)到300m 的超高層建筑，建筑總面積為10 萬m2，共有100 層，包括地下5 層和地上95 層。建筑外觀設(shè)計采用了現(xiàn)代簡約的風(fēng)格，使其具有獨(dú)特的視覺效果。建筑結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)框架，所使用鋼材是Q345B 鋼材，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力高。建筑施工周期為2 年，包括建筑結(jié)構(gòu)的搭設(shè)、鋼結(jié)構(gòu)的吊裝、內(nèi)部裝修和設(shè)備安裝等階段，施工隊伍由300 名經(jīng)驗豐富的建筑工人和工程師組成，施工人員均具有專業(yè)的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗，能夠保證工程質(zhì)量和進(jìn)度。此次工程的技術(shù)難點(diǎn)主要集中在超高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)吊裝方面，其中包括吊裝高度的限制、風(fēng)力對吊裝的影響、吊裝過程中鋼結(jié)構(gòu)的變形控制等，通過對吊裝過程進(jìn)行細(xì)致的計算和模擬制定一系列科學(xué)合理的吊裝方案，以應(yīng)對技術(shù)難點(diǎn)所帶來的挑戰(zhàn)。

2 施工前準(zhǔn)備

2.1 吊裝方案制定

根據(jù)工程實際情況，該超高層建筑的高度為500m，結(jié)構(gòu)為雙塔聯(lián)排式結(jié)構(gòu)，每個塔樓為100 層，每層高度為4.5m，總建筑面積為30 萬m2，總鋼結(jié)構(gòu)用量為1.5 萬t，以此為依據(jù)，可以制定如下的吊裝方案：

（2）吊裝機(jī)具的選擇：考慮到鋼結(jié)構(gòu)的重量和高度，選擇具有大噸位、高效率、穩(wěn)定性好的塔式起重機(jī)，最大起重量為500t，最大起升高度為500m。

（3）吊裝順序：為了保證施工的安全和效率，吊裝應(yīng)按照從下往上的順序進(jìn)行，每次吊裝的數(shù)量不應(yīng)超過三個鋼構(gòu)件?？紤]到每個鋼構(gòu)件的重量和施工的安全性，制定吊裝順序表，具體內(nèi)容如表1 所示。

表1 吊裝順序表

吊裝高度限制：為了確保吊裝的安全和穩(wěn)定，吊裝高度應(yīng)控制在每次300m 以內(nèi)，并根據(jù)實際施工情況進(jìn)行調(diào)整，吊裝高度在0～300m 時，最大吊裝高度為300m，吊裝高度在301～500m 時，最大吊裝高度為200m。

2.2 施工現(xiàn)場準(zhǔn)備

超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工需要進(jìn)行大量的現(xiàn)場準(zhǔn)備工作，以確保施工過程的安全、高效和順利進(jìn)行。施工前，需要對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，確定吊裝機(jī)具和人員的作業(yè)區(qū)域和安全范圍，制定相應(yīng)的施工方案和安全措施。對于鋼結(jié)構(gòu)建筑的吊裝施工，需要準(zhǔn)備大型吊裝機(jī)具、鋼繩、吊鉤、吊裝帶、吊裝索等大量的專業(yè)吊裝設(shè)備和材料，表2 是吊裝設(shè)備和材料的具體數(shù)量和重量。

表2 吊裝材料設(shè)備準(zhǔn)備

表2 所體現(xiàn)的設(shè)備和材料是吊裝工程所必需的基本裝備，根據(jù)具體工程需求，可能需要準(zhǔn)備其他設(shè)備和材料。在準(zhǔn)備吊裝設(shè)備和材料時，還需要考慮設(shè)備的型號和數(shù)量。起重機(jī)的型號應(yīng)根據(jù)建筑物高度、吊裝點(diǎn)位置和安全范圍等因素確定，該項目選擇XCMG QY50K 起重機(jī)及SANY SCC5000WE 履帶起重機(jī)、Potain MR 1600 塔式起重機(jī)，鋼繩、吊鉤、吊裝帶、吊索等吊裝材料根據(jù)實際需求選擇不同直徑和承重能力的鋼繩，不同承重等級的吊鉤和吊裝帶，不同長度和承重能力的吊索等，施工安全設(shè)備包含安全帽、安全繩、防護(hù)網(wǎng)等。

3 吊裝施工

3.1 施工順序

超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工中的具體的吊裝順序及工藝流程。

（1）預(yù)處理：對吊裝設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，對吊裝現(xiàn)場進(jìn)行勘查和分析，確定吊裝方案和作業(yè)安全措施，準(zhǔn)備吊裝設(shè)備和材料。

1) 研究以挪威和美國為代表，例如BREIVIK等[5]在北海水域開展大量的海上漂浮物體軌跡漂移試驗，總結(jié)出63種不同類型物體的漂移規(guī)律，這些物體主要包括人、自由航行船舶、非機(jī)動船舶等，并根據(jù)水面以上部分所占比例進(jìn)一步分為若干子類，總結(jié)出不同類別物體的漂移規(guī)律，這對于失蹤物體軌跡的預(yù)測具有重要的參考意義。

（2）搭設(shè)吊裝設(shè)備：按照吊裝方案，在施工現(xiàn)場搭設(shè)吊裝設(shè)備，包括吊裝鋼繩、吊鉤、吊裝索等，同時安裝防護(hù)網(wǎng)、設(shè)置安全區(qū)域。

（3）吊裝主梁：先吊裝建筑主梁，將主梁吊裝至預(yù)定位置，確保安裝位置的準(zhǔn)確性及主梁安裝的穩(wěn)定性。

（4）吊裝副梁：根據(jù)吊裝方案，依次吊裝副梁，確保副梁在主梁上的位置準(zhǔn)確，且穩(wěn)定。

（5）吊裝樓板：吊裝樓板時，需要確保樓板平穩(wěn)地進(jìn)入吊裝機(jī)具的工作范圍內(nèi)，然后在吊鉤上安裝吊裝帶，利用吊裝機(jī)具將樓板吊裝至指定位置，然后再固定在主梁和副梁上。

（6）吊裝其他構(gòu)件：按照吊裝方案，吊裝立柱、橋架、外墻板等其他構(gòu)件。

（7）檢驗和清理：吊裝工作完成后，對吊裝結(jié)果進(jìn)行驗收和評估，確認(rèn)吊裝質(zhì)量和安全性；同時清理吊裝現(xiàn)場，撤回吊裝設(shè)備和材料，恢復(fù)現(xiàn)場環(huán)境。

需要注意的是，各個步驟的具體順序和流程需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)和吊裝方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和變化。同時，為確保吊裝過程的安全和質(zhì)量，需要配備專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)和操作。

3.2 吊裝梁體

吊裝建筑主梁和副梁是超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工中的重要環(huán)節(jié)，需要特別注意吊裝順序和步驟，以確保安全和質(zhì)量。吊裝梁體首先需要制定吊裝方案和施工方案，確定吊裝機(jī)具和吊裝索具的選擇、吊裝點(diǎn)的位置和高度、吊裝順序等。之后在主梁或副梁的兩端設(shè)置吊裝索具，通過吊裝機(jī)具將梁吊離地面。通過調(diào)整吊裝索具的長度和角度，控制主梁或副梁的平衡狀態(tài)，將梁吊至預(yù)定位置，并用吊裝索具進(jìn)行固定，防止梁發(fā)生晃動和位移，依據(jù)式（1）可計算得出吊裝索具的合適長度：

圖1 安裝梁兩端支撐

該項目在梁的兩端安裝支撐的步驟和方法如下：（1）在梁兩端的鋼結(jié)構(gòu)柱上安裝4m 的支撐架，確保支撐架牢固穩(wěn)定；（2）在支撐架上安裝長度為6m，寬度為1.2m 的托板，托板上設(shè)置50mm 厚的墊木，以保證梁的水平和平穩(wěn)；（3）通過吊裝機(jī)具將梁吊裝至支撐架上，使梁的兩端分別與支撐架上的托板相對應(yīng)；（4）調(diào)整支撐架和墊木的位置，使梁處于水平和平穩(wěn)的狀態(tài)，同時使用水平儀檢測梁的水平度，將梁的水平度誤差控制在5mm/m 以下；（5）在梁兩端和支撐架之間設(shè)置鋼絲繩或吊帶，用于固定住梁，吊裝機(jī)具的吊重能力為300t，以確保梁的穩(wěn)定性和安全性。

在超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工中，支撐架和托板必須具有足夠的承載能力，以承受梁的重量和施工過程中的各種荷載。墊木的厚度和數(shù)量應(yīng)根據(jù)梁的長度和重量確定，以保證梁的水平和平穩(wěn)。在梁兩端和支撐架之間使用的鋼絲繩或吊帶必須具有足夠的強(qiáng)度和承載能力，以確保梁的穩(wěn)定性和安全性，在梁的中間位置進(jìn)行測量，以此檢查梁的整體水平度和垂直度。最后，逐步進(jìn)行梁的放置工作，并同步進(jìn)行監(jiān)控，以便實時調(diào)整，保證梁放置位置的準(zhǔn)確性及放置的穩(wěn)定性。

3.3 吊裝樓板

在超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工中，被吊裝的樓板需要平穩(wěn)地進(jìn)入吊裝機(jī)械設(shè)備所在的工作范圍內(nèi)，在吊鉤上安裝吊裝帶，利用吊裝機(jī)具將樓板吊裝至指定位置后固定在主梁和副梁上。安裝吊裝帶時需要調(diào)整帶的長度，確保吊裝帶的接觸點(diǎn)均勻分布在樓板的底部，吊裝帶長度的計算公式為：

式中，Q為吊裝機(jī)具的額定載重，k 為吊裝機(jī)具的載重系數(shù)，H為吊裝高度，g 為重力加速度，取9.8m/s2。在將樓板吊裝至指定位置前，需要將吊鉤安裝在樓板上，并根據(jù)樓板的重量和尺寸選擇合適的吊裝帶進(jìn)行綁扎。

利用吊裝機(jī)具將樓板吊裝至指定位置后，固定在主梁和副梁上，首先需要根據(jù)樓板的重量和尺寸選擇合適的吊裝帶進(jìn)行綁扎，吊裝帶的數(shù)量和位置要根據(jù)樓板的形狀和尺寸確定，該工程中樓板重量為100t，使用8 條吊裝帶，分別固定在樓板四周，以保證樓板的重心和平衡。其次，安裝吊鉤，將吊鉤連接到吊裝帶上，通過吊裝機(jī)具控制將樓板吊起，控制好吊裝速度，吊裝速度為0.5m/min，以防止樓板晃動或擺動，確保安全穩(wěn)定。按照吊裝方案將樓板移動至指定位置，指定位置為距離地面100m 高度的樓層，此過程需要注意與周圍建筑物、道路等的保持安全距離，以免發(fā)生意外。最后，將樓板固定在主梁和副梁上，確保樓板的穩(wěn)定性及安全性。

4 質(zhì)量保證措施

在超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)中，為保證焊接質(zhì)量，需要進(jìn)行嚴(yán)格的焊接控制和檢測。構(gòu)件材質(zhì)主要為Q345B，柱－柱接頭為I 級焊縫，對其進(jìn)行100%超聲波探傷；其余熔透焊縫為Ⅱ級焊縫，對其進(jìn)行20%超聲波探傷抽查。以下為質(zhì)量保證目標(biāo)下，具體的焊接措施：

（1）焊工資質(zhì)：對焊工進(jìn)行資質(zhì)認(rèn)證，確保焊工具備相應(yīng)的技能和知識，能夠熟練操作焊接設(shè)備并進(jìn)行焊接操作。

（2）材料檢驗：使用鋼材進(jìn)行焊接連接前，要對鋼材進(jìn)行檢驗，包括材質(zhì)、尺寸、質(zhì)量等方面的檢查，確保材料符合設(shè)計要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）焊接工藝：根據(jù)設(shè)計要求和焊接材料的特性，確定適合的焊接工藝，包括焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)。

（4）焊接檢驗：對焊縫進(jìn)行非破壞性檢測和破壞性檢測，確保焊接質(zhì)量符合要求。非破壞性檢測包括超聲波探傷、X 射線檢測等技術(shù)，破壞性檢測包括拉伸試驗、沖擊試驗等。

（5）焊接質(zhì)量記錄：記錄焊接過程中的各項參數(shù)和檢驗結(jié)果，建立焊接質(zhì)量檔案，為后續(xù)使用和檢查保留檔案依據(jù)。

（6）焊接質(zhì)量保證體系：建立符合ISO9001 質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)的焊接質(zhì)量保證體系，對焊接施工過程中的每個環(huán)節(jié)進(jìn)行管控，確保焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

綜上所述，通過對焊工資質(zhì)、材料質(zhì)量、焊接工藝、焊接檢驗等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以保證焊接施工的質(zhì)量，確保超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。

5 結(jié)論

綜上所述，本文制定施工前的吊裝方案，對施工現(xiàn)場的材料和器械設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)備，明確施工順序，詳細(xì)闡述吊裝梁體及吊裝樓板的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，對吊裝施工方案進(jìn)行總結(jié)等方向出發(fā)，對鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用進(jìn)行探究。超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)有助于為工程施工者和相關(guān)從業(yè)人員提供參考和幫助，未來需要在不斷總結(jié)和借鑒前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，以保證超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。