上海建工四建集团 上海 201103
摘要：超高层建筑一般指高度超过100米的建筑，为了提高抗震性、强重比、韧性、塑性，便于采用优美的建筑造型，常全部或部分采用钢结构。世界知名地标超高层建筑，均大量采用钢结构，如下表：
超高层建筑钢结构高度大、空间造型复杂、高强度厚钢板使用比例较高、部分节点复杂，在深化设计、工厂制造、现场安装等施工环节都具有较大难度，为保证项目的顺利实施，本文结合实际经验总结了若干要点。
关键词：超高层建筑；钢结构；施工要点
1.深化设计要点
超高层建筑钢结构常采用高部分强钢厚钢板，构件类型多样，单件重量大，部分节点复杂。这些在深化设计中要充分考虑，既要和原设计及规范相符，又要有利于工厂制造和现场安装；既要保证质量和安全，又要考虑成本和工期。具体注意以下方内容。
1.1 一切尽在模型
采用Tekla等软件建立立体模型，并与BIM平台良好对接。尺寸、规格、材质、节点、分段等细节应在模型中充分体现，做到一切尽在模型中，模型准确全面是深化设计图质量最有力保障。
土建、机电安装、幕墙等专业和钢结构相关节点尽量在钢结构模型中细化，能在工厂做的就在工厂完成，最大限度减少现场工作量，避免钢构件到现场后开洞、切割、焊接零件等，效率低且质量无法保证。实际实施中由于有的专业定的晚，比如幕墙，往往无法做到这点，造成在现场大量连接件施焊，效率低且焊缝质量差，构件表面防腐漆受到破坏，补涂质量差。
1.2 构件分段
构件分段的长度、宽度、重量要满足工厂制造运输要求，同时适应现场吊装条件限制。在允许的情况下，构件分段尽量少，有利于工厂降本增效，同时提高现场吊装效率、减少现场节点连接焊接，有利于质量控制。当然，构件分段少，意味着现场起重机械能力要求高，使用成本提高，是否划算要综合考虑。
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1.3 焊缝深化设计
十字角接和T型角接焊缝接头易产生层装撕裂，应合理设计焊缝型式，比如十字角接接头中间钢板端部相对两侧钢板伸出几公分，避免平齐，可以抗层状撕裂。
设计单位为增加保险系数，有时会提高焊缝等级要求，不需要全熔透的要求全熔透，深化设计过程中有必要和原设计商讨采用合理的焊缝等级。比如根据计算箱梁只要主焊缝两端局部一级焊缝，但原设计要求四条主焊缝全部为一级焊缝，结果制造过程构件焊接变形很大，扭曲弯曲，校正困难，生产效率很低。还有些焊缝质量等级要求设计比较含糊，需要针对具体构件类型、部位采用图示标明焊缝要求请原设计单位确认，并明确在深化设计说明中。
厚钢板焊缝坡口间隙、角度保证质量的前提下，尽量取规范下限，降低焊接量，减少焊接变形和残余应力。
现场焊接坡口尽量避免仰焊。
1.4 临时部件设计注意事项
深化设计图中应充分考虑方便制造、安装的临时部件，包括临时固定耳板、吊装耳板等，在工厂同永久零部件一起制造，避免在现场装配焊接无法保证质量。
柱子上端吊装耳板应既能作为吊耳，又能临时固定上段柱子，耳板的焊缝质量要求应满足吊装、固定要求，避免吊装时耳板掉落构件坠落酿成事故，实际项目施工中发生过此类事件。
2.工厂制造要点
2.1材料采购与质量控制
超高层钢结构主要受力构件经常采用高强度厚钢板，如Q460E、Q420D、Q390D等。这些钢材由于要求高，生产的厂家少，周期长，往往需提前40~60天订货，需提前提供购料清单采购。
为了控制材料损耗，应利用深化设计，对相同规格、材质、相近生产批次的钢板进行精确排版，充分利用边角余料。尤其是高强钢厚板，价格高，订货周期长，更要避免浪费，万一出现差几块筋板还要等2个月的情况影响就大了。
为了控制钢材质量，应按规范进行材料成分性能检验，对高强钢厚板检验批次多，超过一定厚度须采用超声波检测钢板是否有层状撕裂。检验合格的批次钢板才能用于生产。
2.2 焊接质量控制
钢板厚，热输入量大，焊接变形大，残余应力大，产生裂缝几率升高。高强钢强度大，焊接性相对差，焊接膨胀收缩时约束大，残余应力也大。为了减少焊接变形，一般采用较多刚性约束，这样变形少了，但无法自由收缩会导致焊接残余应力变大，裂缝产生几率增加。所以应该充分控制不同部位焊缝的先后施焊顺序、焊接量，尽量使彼此变形相互抵消、内部消化，这样焊接残余应力、变形都最小。比如箱型构件四条主焊缝的焊接，采用正面两条同时焊2/3坡口厚度，翻过来反面两条同时全部焊完，再翻过来焊完正面，就能有效控制弯曲扭曲变形。翼、腹板厚度越大就来回多翻几次，同时控制每道焊层厚度，避免一次性热输入量过大。
为了避免高强钢厚板焊缝裂纹出现，必须严格按工艺采用焊前预热、焊后保温等措施，降低焊缝及热影响区冷却速度，防止冷裂纹、氢致裂纹。
部分节点复杂筋板多熔透焊缝多，有的一柱带多梁节点，平面、立面、四周多件构件密集相交，加强筋板多达几十块，每条焊缝还要保证熔透，必须合理安排先后装配焊接顺序，装一部分焊一部分，检测合格后再装一部分，否则有些零件无法装配施焊。这种结构焊接变形、残余应力大，应尽量采用小线能量焊接、多层多道焊、对称焊等方法降低应力和变形。
2.3 装配精度控制
一般构件按图施工就可以保证精度。对于复杂节点构件，多牛腿空间分布，尤其是管管相贯、弯扭箱型节点，深化设计图上无法充分表达尺寸信息，工艺人员应该在立体模型量取多个空间尺寸、坐标，形成图文技术文件下发班组，采用投影尺寸控制、卷尺测量、吊垂线和全站仪立体测量相结合，实现复杂构件的精度控制。
3.现场安装要点
3.1 吊装方法
超高层钢结构吊装高度大、构件重，对起重机械起重能力要求高。常见起重机械有内附着爬升塔吊、外附式塔吊、液压提升设备、液压顶升设备等。
建筑高度较低时一般采用外附式塔吊，高度高时采用内附着塔吊。相邻高层建筑间大型钢连廊常采用地面部分或整体拼装后液压提升，塔顶桅杆天线常采用顶升法安装。
3.2 吊装顺序
构件吊装顺序关系到吊装效率、安全、质量，应该合理安排，并以此来安排构件加工顺序。超高层建筑常采用核心筒+外框结构，该钢结构一般先柱后梁，柱子分段一般1~3层一段，吊装段下端须与下段柱上端连接牢靠后方可松钩，相邻两钢柱吊完先连钢梁形成平面框架，再与核心筒连上钢梁形成立体框架，确保结构稳定安全。
3.3 安装精度控制
考虑到早晚温差对钢构件热胀冷缩影响，每天应统一测量时间，减少温差对测量精度影响。
测量后发现尺寸误差超限的应校正到位后才能进行焊接或螺栓紧固。有些误差校正难度大，应制定方案并安排熟练工人进行。比如厚板矩形或圆型构件对口错边误差超限，由于刚性大，一般方法很难校正到位，应综合应用火焰校正、手拉葫芦、千斤顶、卡板等方法校正。
经过校正，钢柱标高误差仍然超限的，应及时通知工厂调整上段钢柱尺寸。在保证钢梁牛腿水平标高不变的前提下，上段钢柱下端增长或缩短，以抵消现场安装误差。
3.4 焊接质量控制
现场焊接条件差，多为高空、露天操作，焊接位置平立仰横都有，受气候影响大。为了保证焊接质量、安全，应选用技能熟练、习惯高空作业的焊工，上下安全通道、高空操作平台按规范搭设，焊接时做好防风措施，雨雪天停止作业，厚板后低温焊接应做好焊前预热、焊后保温。
结束语
钢结构材质均匀，强度大，强重比高，韧性、塑性好，且便于工厂生产，工业程度高，施工速度快，相比与混凝土，钢结构达到使用寿命后可以回收钢材炼钢，绿色环保，并作为战略资源储备。所以在钢结构施工中应牢牢把握住以上关键要点，有利于钢结构工程质量、安全、工期、成本控制，便于钢结构在超高层建筑中的推广与使用。
参考文献：
[1]林寿，杨嗣信.超高层建筑高耸桅杆倒装法施工技术[J]．建筑工程新技术丛书-钢结构工程 2009（743）