超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)研究

武 林

（華電重工機械有限公司，天津 300400）

1 工程概況

該項目具體位于上海陸家嘴濱江金融城上海船廠2E5-1塊地，該塊地建筑面積為0.434km2，該塊地上擬建兩座塔樓及若干座裙樓，其中地下面積合計為1.119km2。一號塔樓地上部分面積約為0.156km2，二號塔樓地上部分面積約為0.113km2，其余裙樓地上面積約為0.044km2。一號塔樓共55層，二號塔樓共52層，包括地下四層，結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁、型鋼混凝土柱。鋼材材質(zhì)為Q345B和Q345G型，柱形為H、T以及十字形柱。

該項目最大亮點在于工程結(jié)構(gòu)上，采用混凝土梁與鋼骨柱形成混合結(jié)構(gòu)，將一部分鋼筋通過穿越孔正交穿越過鋼柱腹板，利用接駁器將混凝土鋼筋與鋼柱、鋼柱牛腿三者進行錨固焊接，該工程及該類型結(jié)構(gòu)存在不少難點，如表1所示。

表1 工程難點

2 建模、制造及安裝新工藝

2.1 BIM建模技術(shù)

BIM技術(shù)可以應(yīng)用到工程項目的不同階段，運用BIM繪制深化結(jié)構(gòu)施工階段的圖紙來對鋼結(jié)構(gòu)柱的制造加工進行指導(dǎo)。該模型可直觀地展示混凝土梁與鋼柱的位置關(guān)系，大大提高了施工的準(zhǔn)確率與效率，減少了返工率、工期及成本。

2.2 十字鋼柱加工技術(shù)

十字鋼柱板的厚度、重量、體積大，加工、焊接的精度標(biāo)準(zhǔn)高，加之其作為整個工程的重要受力部分，其加工質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到整個工程的質(zhì)量與安全。在該項目工程中，把十字鋼柱的制造加工分為三部分：制作H型鋼（在拼裝流水線上進行）、制作T型鋼、組立十字鋼柱。制作H型鋼時，用斜撐可減少焊接中的變形，斜撐間距根據(jù)鋼板厚度合理設(shè)置。H型鋼的拼焊過程：零件下料→H型鋼拼裝機自動組立→自動埋弧焊接→火焰校正→鋸頭、制孔、鎖口→焊接栓釘。

T型鋼的制造加工工藝和H型鋼的制造工藝一致，將2個T型鋼背靠背固定之后再焊接，可減少T型鋼焊接中的變形。T排的拼焊如圖1所示，十字柱焊接順序如圖2所示，十字柱加工工藝如圖3所示。

十字柱組立之前，先在端部腹板上確定基準(zhǔn)線，后期均以該基準(zhǔn)線來加工穿筋孔。為了使十字柱的長度及端部尺寸符合要求，在腹板和翼板為刨銑和焊接坡口各留出30mm的余量。通過刨銑加工，人們不僅可以控制十字柱的長度精度，還可以控制焊縫質(zhì)量，提高后期的吊裝精度。

圖1 T排的拼焊

圖2 十字柱焊接順序

圖3 十字柱加工工藝

2.3 中厚板焊接工藝

該工程主要運用埋弧自動焊和二氧化碳保焊兩種焊接方法，采用多層多道接頭錯位焊接工藝。為了杜絕焊接過程中出現(xiàn)裂紋，經(jīng)過多次試驗，人們對焊接預(yù)熱溫度、層間溫度、焊后保溫溫度及保溫時間進行精確控制。

合理選用焊接坡口，采用合理的焊接順序，不強行裝配，先對收縮應(yīng)力大的構(gòu)件分段對稱焊接，這樣可以降低焊接接頭的拘束應(yīng)力，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件合格率高達98%。

2.4 高層安裝技術(shù)

高層鋼結(jié)構(gòu)的安裝，塔吊是最理想的選擇，在綜合考慮塔吊的吊裝能力與焊接施工難易程度后，確定將鋼結(jié)構(gòu)分節(jié)位置定在樓面以上1m處。通過查閱所選塔吊的技術(shù)參數(shù)，根據(jù)所分節(jié)鋼柱的質(zhì)量等，人們計算繪制出鋼柱分節(jié)明細表。

鋼柱與混凝土梁結(jié)構(gòu)是交織于一體的，兩者的施工必然存在交叉，施工順序若安排不好，必然導(dǎo)致只能單方面施工，耽誤工期。該工程采用分階段施工工藝，最大限度地優(yōu)化了施工交叉問題，提高了施工進度。

該項目分階段施工分為2個階段：第一階段為鋼柱吊裝階段，當(dāng)前一節(jié)鋼柱所在的樓層完成鋼筋施工及混凝土模板施工后，開始吊裝工作；當(dāng)?shù)跹b完成且完成焊接工作后，再對混凝土模板進行澆筑施工，直到剛吊裝的鋼柱所在樓層主體工程完成模板及鋼筋施工，然后繼續(xù)重復(fù)第一階段。

3 結(jié)語

本文研究了上海金融城超高層塔樓鋼結(jié)構(gòu)制造及安裝中遇到的主要難題，為我國超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)的制造與安裝指明了方向。該建筑具有很高的借鑒價值，是我國建筑史上的一座里程碑。

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