超高层建筑钢结构制造和安装技术

摘 要：钢结构本身就以其刚度大等特点被应用在众多建筑工程中，尤其是现在的超高层建筑中应用的比较多。超高层的钢结构施工技术有很大的难度，而且施工工艺也比较复杂，对施工技术有很大的要求，在施工的时候要综合考虑到建筑结构特点、施工单位技术水平以及施工现场各种施工环境，然后再制定科学的施工设计。由于施工难度大，所以在加工制造和安装的时候都要控制好施工技术，确保建筑的稳定性。本文分析了超高层建筑中钢结构在制造和安装技术上的相关问题。

关键词：超高层建筑；制造；安装；钢结构

本文以某一工程实例来介绍一下超高层建筑的钢结构在制作和安装上的相关过程，由于这项施工是有较大难度的，所以采用BIM建模技术以及科学的管理进行施工，这样能将施工中的一些难题有效解决，这对于钢结构的制造领域和安装领域来说，其制造技术和安装工艺都有了较大的提高，向着新的技术领域进军。

1 工程简介

该工程主要的结构形式是钢骨柱混凝土梁共同组合而成的混合型结构，其中混凝土梁的钢筋在焊接锚固的时候有效利用了接驳器，将钢柱牛腿和钢柱焊接在一起，有一部分钢筋是利用钢柱腹板和穿越孔进行了正交穿越组成的。该工程中最大的亮点就是这一连接形式，但是施工的时候还是有一些难度的。其一，该工程的钢构形式采用的是无钢梁劲性的钢结构，在混凝土框架梁和劲性柱节点进行搭接的时候是工艺比较福大。对梁柱定位的精度也有较高的要求，而且钢柱的深化设计以及工厂加工的精度都要符合施工现场钢筋的绑扎要求。其二，钢结构中的梁节点和型钢柱都比较多，还很复杂，主要的结构形式为型钢柱的内主筋排布、型钢柱和梁的交接连接等形式。其三，该工程中所用的型钢柱都是由厚钢板进行加工的，钢板最厚的都已经达到了80mm，对于超过40mm厚度的钢板其向性能就有一定的要求，为Z15；超过了60mm厚度的钢板其向性能为Z25。在实际的钢板制造以及焊接的时候，对其厚度的质量控制也是比较难的，要注意加工技术。其四，钢板几乎都是用厚钢板制作成的，本身的重量就很大，在往高层上吊装的时候，对控制吊装位置也有很大的难度。

2 新技术新工艺的介绍

2.1 BIM建筑模型技术

这项技术主要是在工程设计建造管理中所应用的数据化工具，可以利用这一参数模型对施工中设计项目的各项信息进行整合，对项目策划和运行维护的整个过程都能进行信息的共享和传递，让施工人员能准确掌握建筑信息，并作出合理的应对策略，能促进建筑设计团队和建筑工程中各个建设方协同工作，使建筑施工质量有所保证，还能使生产效率提高后上来，最主要的是能虽短工期，并能节约成本。在钢结构施工中，BIM模型能整个项目中的结构。暖通工程、给排水工程以及电气工程都能进行统一的整合，并将其通过数字信息的模拟建筑物将所有的真实信息反映出来，这样有利于施工工作和管理工作的开展。在建筑工程中每一个阶段都能应用BIM技术，特别是在钢结构施工的时候，能通过这一技术来绘制施工图纸，并在钢结构生产加工的时候起到指导作用。在钢柱杆件图设计的时候可以利用TEKLA绘图软件进行出图工作，要先用这个绘图软件创建出一个工程的BIM模型，然后在利用公用接口将其和土建结构模型整合在一起，这样能对混凝土梁钢筋以及钢柱两者的位置关系进行确定，然后再利用绘图软件制作出钢柱杆的图形，这样就能让穿越孔和牛腿位置都达到施工要求。利用这个模型技术能绘制出更精确的钢结构图形，还不用频繁地翻修，使钢结构生产的效率有所提高，还能使管理的成本有所下降，施工周期也会缩短。

2.2 十字钢柱的加工制作

在该工程中主要的受力构件就是十字钢柱，它的加工制造质量对于工程施工的质量来说有着重要影响。十字钢柱板的比较厚比较大，在焊接和加工的时候要求也比较高。在加工的时候，可以将其分成H型钢制作、十字柱以及T型钢制作三个步骤。其中，H型钢是在流水线上进行拼装的，在拼装的时候可以利用斜撑做一下加强处理，这样能防止焊接的时候有过大的角度变化，而且斜撑的间距要根据H型钢板实际的厚度来定。十字柱的组立时在其端头腹板上确立装配基准线，然后，以该装配基准线为基准加工穿筋孔。焊缝采用CO2打底，小车式埋弧焊机盖面的焊接工艺，焊接参数严格按照合格的焊接工艺评定进行。为合理控制焊接过程中产生的变形，在焊接过程中加强检查，以便随时作出相应调整。T型钢的组焊、矫正等工序与H型钢制作方法相同。为减少T型钢焊接变形，采用2个T型钢背靠背固定后再进行焊接。为了控制好十字柱长度尺寸和端部加工，本工程在柱翼缘板和腹板放样时，各加放了30mm加工余量，一端为端面刨铣留出余量，另一端为场焊接坡口，在十字柱焊接、矫正完成后加工。这样通过端面加工，确保了十字柱的长度公差。另外，柱端面通过刨铣加工，便于安装控制和焊缝质量，为吊装精度的控制提供了良好的保证。

2.3 中厚板焊接工艺

本项目钢柱的翼缘板和腹板厚度都特别厚，主要焊缝均要求熔透焊接，坡口角度大、钝边小、熔敷金属量大，容易造成焊接变形大、焊接裂纹和焊接残余应力情况。这些焊接缺陷会严重影响钢柱的制作质量，甚至造成报废。因此必须从生产工艺上加以避免，确保钢柱质量。

2.4 高层安装技术

高层钢结构的吊装，采用塔吊是最为理想的安装工具。随着塔吊的不断提升，钢结构可以像搭积木一样，快速向上拓展，从而形成钢结构建筑。本项目有T1、T2两栋塔楼，利用每栋塔楼的动臂式塔吊来完成吊装任务。项目安装的关键点首先在于确定合理的钢柱长度，既要满足塔吊的吊重能力，又要考虑分节位置便于焊接施工。考虑总体吊装思路，钢柱的质量要充分利用塔吊的吊重能力，并且将分节位置确定在每层楼面以上1m，这样便于焊接和检验。通过查阅塔吊的参数表，进行工况分析，确定了塔吊半径和起重质量，计算了钢柱的质量和吊索具质量，最终制定了钢柱的分节表。项目安装的第二关键是钢柱吊装和混凝土梁施工的交叉作业顺序。由于本项目钢柱和混凝土梁结构是交织在一起的，因此先后的施工顺序就尤其重要。如果只考虑一方的施工，另一方就无法施工或无法提供施工平台，势必造成工期延误。因此，在交叉作业上必须做好充足的方案准备。对此，本工程提出了分阶段施工法，通过该方法的实施，满足了安装需要，确保了整个工程进度。

结束语

本文介绍了通过建筑施工模型技术（BIM）的应用和厚板加工新工艺的运用为超高层双塔楼钢结构的制作和安装解决了施工过程中所遇到的一些难题，为将来类似工程的施工提供借鉴。

参考文献

[1]林宏.超高层建筑钢结构制造和安装技术[J].建筑施工，2014（8）.

[2]陈军.超高层建筑钢结构加工与安装技术研究[D].杭州：浙江工业大学，2013（10）.

[3]王会波.试析超高层建筑钢结构加工与安装技术研究[J].工程建设与设计，2015（9）.