關于鋼結構關鍵施工技術在超高層施工中的應用研究

馬新民

摘 要 在城市化進程不斷加速的背景下，城市人口密度越來越大，城市商業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，超高層建筑便應運而生，規模也在逐步擴大，超高層建筑的質量也備受關注。在超高層建筑施工中，鋼結構是至關重要的組成部分，是建筑結構強度的重要保證。因此本文以德基徐州廣場項目工程為例，對超高層鋼結構施工中的重難點問題和關鍵施工技術進行闡述，以供相關人員參考。

關鍵詞 鋼結構 超高層建筑 BIM技術

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

在我國《民用建筑設計通則》中，規定100米以上或者超過40層的建筑被統稱為超高層建筑。超高層建筑是建筑行業領域發展的重要技術象征，也是現代化城市建設中的重要標志，鋼結構與傳統的混凝土結構相比，具有優良的抗震、消防、節能以及環保等性能，因此在超高層建筑中被廣泛應用。

為了保證超高層鋼結構建筑的質量，需要對鋼結構材料采購、結構設計以及施工技術和施工全過程給予全面的管控，實行全方位的監督，實現超高層鋼結構施工的高質量完成。

1 項目工程概況

德基徐州廣場位于徐州市云龍區商務中心區，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，地下四層分別為車庫、設備機房等。本工程現地下室已基本完成、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]

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

2 超高層鋼結構施工重難點及解決方案

2.1 環境因素及解決方案

2.1.1 重點問題

超高層結構建筑由于其自身的高度，高空風力會對其產生嚴重的影響，如何在高空環境中保證鋼結構焊接工作質量是施工重點之一;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境進行分析，針對環境變化，制定具有針對性的焊接質量控制方案，在實際施工中做好監管工作。

其次，為了保證工程進度，在進行下部結構焊接時，可以采用氣體保護焊的方式。在進行上部結構焊接時，由于受到風力的影響較為嚴重，因此需要設置防風棚，同時選擇藥芯焊絲氣體保護焊或電弧焊進行焊接，從而保證焊接質量。

最后，要做好低溫保護措施，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驗進行考慮;另一方面需要對焊接工藝進行詳細的評定，需要制定預熱和保溫方案，利用接觸式測溫儀控制溫度，以保證焊接質量;除此之外，在進行焊縫質量檢查時，使用100%超聲波探傷檢測。[2]

2.2 協調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，需要采用鋼結構和土建結構相互交叉的施工方式，因此如何實現二者之間的協同進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。

其次，做好作業時間的劃分工作，在進行安裝作業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，以保證施工質量和進度。

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共同進行的情況，在此背景下，需要將各項施工的施工范圍進行清晰規定，以保證工程能夠順利進展。

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，場地面積不夠寬裕，同時又有大量的施工隊和施工人員，占據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，進行材料堆場的租賃，根據施工周期進行租賃，這樣能夠提前將各種構件發至徐州，以保證施工進度不受影響。

其次，明確租賃場地要求，根據本工程實際情況，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點以后才能夠進入徐州市區，使得倒運時間十分緊張，為了保證施工材料能夠充足供應，需要2臺長期租賃的17.5米平板車和1臺13米平板車進行來回工作。

3 鋼結構施工前期準備

為了保證超高層鋼結構施工質量和工程進度，做好前期準備工作是至關重要的，主要包括對施工圖嚴格的審核，查看其是否完全符合設計標準;對鋼結構材料的采購，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度。

3.1 嚴格審查施工圖

鋼結構施工圖紙，是超高層建筑施工的重要理論指導，因此在正式施工之前，需要組織專家進行設計圖的會審工作，一方面要保證設計圖符合各方面設計標準，另一方面要結合實際施工場地以及項目要求，對施工圖的可行性進行全面評審;同時在對設計圖進行審查時，相關施工人員能夠對設計結構進行深一步的了解，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行。2B3BCD10-E106-4109-9F40-D991B651E0F8

3.2 鋼結構材料選擇

鋼結構材料對鋼結構質量產生直接影響，在超高層建筑選擇鋼結構作為建筑主體時，主要是對其抗壓能力和承載力進行了充分的考量，進而以其替代混凝土材料，但是鋼結構材料也存在一定的缺陷，如鋼結構材料導熱系數較大，因此其耐火性能相對薄弱，但是隨著材料科學的不斷發展，耐火鋼材料的發展，有效地解決了鋼結構的材料缺點，成為鋼結構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，一定要嚴格遵守國家相關標準，以保證超高層建筑的質量。[3]

3.3 鋼結構施工部署

在超高層鋼結構施工的過程中，眾多工序同時進行的施工情況時有發生，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工作，合理規劃施工時間，在保證鋼結構主體質量和施工安全的基礎上，促進施工效率的提升，最大程度地縮短施工工期。

4 超高層建筑鋼結構施工技術

超高層建筑鋼結構施工技術主要包括結構柱施工技術、結構梁施工技術、 連接件施工技術、焊接技術以及除銹與涂裝技術。在開始主體鋼結構施工前，需要對樁基質量進行檢測，保證其完全符合設計標準，樁基作為超高層建筑的基礎保障，其安全性能與整體建筑結構的安全性密不可分，同時通過樁基檢測工作，能夠完成立柱坐標和距離的確定工作，為鋼結構和樁基調整提供依據。[4]

4.1 鋼結構柱施工

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

4.2 鋼結構梁施工

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

4.3 焊接施工

超高層建筑鋼結構的焊接工作包括外腔超長橫向焊接和內腔同步對稱焊接。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構件進行分段焊接，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;其次是內腔同步對稱焊接，在對鋼結構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，需要對排氣設施的情況進行時刻觀察，觀察內腔空氣的清新程度。在完成焊接工作之后，需要利用超聲波探傷技術檢測焊接部位的焊接情況。

4.4 除銹與涂裝

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

5 超高層建筑鋼結構施工管理措施

在鋼結構施工技術中，為了全面保證施工質量，必要的技術管理措施是必不可少的。隨著科學技術的發展，信息技術在施工管理工作中被廣泛應用，信息技術與管理措施的有效結合，大大提升了管理工作的效率和質量，從而提升了施工人員和環境的安全性，保證了鋼結構主體質量完全符合相關設計要求。

5.1 BIM技術的應用

BIM技術的應用，使得傳統超高層鋼結構施工中存在的結構碰撞等現象得到了較好的規避。通過BIM技術的使用，能夠直觀地看到建筑中排水、電氣、暖通等設備與結構梁柱之間的位置關系，根據建模情況，在實際施工之前，能夠對不合理的地方及時進行調整，以保證鋼結構不會與其他建筑結構之間發生碰撞。[5]同時BIM技術的大力普及，為設計師進行空間內部規劃提供了科學依據，大大提高了建筑的整體利用率。

5.2 施工數據監控

超高層建筑鋼結構的施工過程和結構是十分繁雜的，對施工技術具有較高的要求，但是在實際施工中，又存在視線條件不佳的現實情況。因此在施工中，要實施監控整體工程的施工數據，充分利用各種測量儀器，保證鋼結構與設計圖紙的基準線完全一致，并利用大數據技術，對容易出現失誤地方的數據庫進行重復核查，保證檢測結果的準確性，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，要建設高層防護生命線，即每隔1.2米左右搭建臨邊防護設施，對高層施工人員的安全給予充分保護;第二，為了規避高空墜落的危險，需要添設安全網和水平懸挑防護棚;第三，焊接施工中也需要做好安全防護措施，為了預防焊接火星，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行操作。

5.4 氣象條件監測

超高層建筑鋼結構在施工的過程中，天氣情況會對其產生十分嚴重的影響，尤其是在狂風、暴雨、雷電等天氣情況下，超高層建筑的施工工作是難以進行的，為了保證施工人員的安全，在施工時，相關人員需要與氣象部門之間建立密切的聯系，委托其對天氣情況進行實時監控，一旦出現極端天氣，要及時提醒施工單位，做好相關防護措施，保證項目施工的安全開展。

6 結語

超高層建筑已經成為各個城市的主要建筑類型，而鋼結構作為超高層建筑的主要結構，施工質量直接對超高層建筑整體的質量產生影響。因此各個施工單位要做好鋼結構施工關鍵技術環節的把控工作，提升施工管理工作的質量和效率，建設高質量的超高層建筑。

參考文獻：

[1] 馬云昌，楊仲坡.超高層型鋼混凝土結構的關鍵施工技術研究及質量控制[J].工程建設與設計，2020（11）： 242-243，247.

[2] 邵俊華.可變單元式液壓提升操作防護屏關鍵施工技術[C]//中國土木工程學會2019年學術年會論文集.中國土木工程學會，2019：498-505.

[3] 劉衛未，周予啟，聶艷俠，等.中國國際貿易中心三期B階段建造關鍵技術[C].第四屆高層與超高層建筑論壇暨2019中國建筑學會工程建設學術委員會年會，2019- 10-30.

[4] 孫振泉.多雨高濕環境下鋼結構超高層施工關鍵技術研究與應用.北京：北京建工四建工程建設有限公司，2018-09-21.

[5] 馮國軍.天津周大福金融中心復雜多變超高層建筑鋼結構關鍵施工技術研究.上海：中國建筑第八工程局有限公司，2018-03-30.2B3BCD10-E106-4109-9F40-D991B651E0F8