交叉网格筒中筒结构体系在超高层建筑中的施工技术研究

钢结构因具有强度高、重量轻、结构抗震性能好、施工快、建筑造型美观等优点，被越来越广泛地应用在超高层建筑中。超高层建筑的钢结构施工一般包含钢构件加工制作、运输、吊装、测量校正、结构焊接、压型钢板与栓钉施工、涂装施工等程序。由于钢构件数量多、单重大、施工工序多，需衔接合理，配合紧密，如果一道工序存在质量问题，将对工程的总体施工质量产生重大影响，因此对施工方案的制订、施工工序的安排、现场质量的管控要求较高。

1 工程概况

某综合体项目钢结构工程采用交叉网格筒中筒结构体系，核心筒内有劲性钢梁，核心筒与外钢框架之间有连梁与环梁，外筒为钢管混凝土斜柱双向交叉倾斜，无竖向柱子支撑。结构最大高度153m，为超高层钢结构工程。结构立面呈“折子灯笼”造型，整体结构复杂，对钢结构的制作和安装要求较高。

2 施工技术要点与质量控制要点

2.1 核心筒钢结构安装控制要点

（1）钢柱吊点位置选择及吊装工序要点。钢柱吊点位置选择应当考虑施工简便、安全可靠，还要避免造成钢构件的变形。通常来说，钢柱吊点一般设置在钢柱的顶部朝外一侧。具体作法为直接在临时安装的连接板上预留好吊装孔。为了确保吊装过程保持平衡，需要在吊钩下方挂上4根强度满足要求的钢丝绳进行吊运。一般应提前在钢柱下方垫好枕木，防止钢柱起吊时在地面摩擦、拖拉造成钢柱损伤。钢柱起吊前需要绑好爬梯。

（2）钢柱对接及位置校正。将钢柱吊装到指定位置后，应当确保钢柱的中心线与下面一段钢柱的中心线对齐，并确保钢柱的四面都与下方钢柱对齐。需要将耳板安装在上下节柱之间，通常采用螺栓固定双夹板。测量校正后，进行钢柱焊接，焊接工作完成一半后再割除安装的耳板。当钢柱安装有错位时，采用固定托架和千斤顶进行调节。

（3）钢梁安装。钢柱整体安装顺序为先安装两端的钢柱，最后安装中间的钢柱，在两端钢柱安装完毕后，安装钢梁，确保钢柱和钢梁形成一个完整的框架体系，保证钢柱的稳定性。整体校正后，再安装两个单元间的联系梁。

2.2 柱脚安装质量控制

柱脚需通过支撑套架安装，将柱脚支撑在防水保护层顶部，同时，套架与周边钢筋进行有效拉结，防止柱脚发生横向、纵向偏移。 支撑套架使用 L? 70×8mm角钢进行制作，形成带斜撑的框架结构支撑上部柱脚。支架上部铺设10mm厚钢板，并根据锚栓位置预留孔。 为保护防水层，还需在防水层和套架钢托座之间垫10?mm厚条形钢板，以分散作用在防水层上的上部荷载。

2.3 斜交网格外筒安装

斜交网格由斜交钢柱和十字交叉节点组成，环绕建筑布置。斜交钢柱与水平面夹角为41°。

（1）钢柱安装。钢柱施工分区作业，将钢柱吊装至指定位置后，首先安装临时固定用的连接螺栓，一般采用倒链、千斤顶、金属支撑件等措施。采用全站仪观测，完成钢柱第一步校正，校正后连接临时的支撑钢梁。通常将整体钢结构分成若干区域，吊装完一个区域的钢柱及与钢柱相连的钢梁后，进行这个区域的整体校正。测量校正节点柱的柱顶三维坐标，确认满足设计要求后进行焊接，最后开展钢梁的终拧或焊接。

（2）钢梁安装。在每个区域安装外筒钢柱时，需要安装钢柱顶部楼层的主梁、环梁、拉梁，这样能够使结构体系稳定。钢柱整体安装并校正之后，再安装剩余的钢梁。一个区域的楼层梁系安装完后，安装下一个区域。楼盖梁系的安装顺序遵循先主梁、环梁、次梁，后悬挑梁的原则。

2.4 测量校正控制要点

遵循“由整体到局部”的原则，采用“空间三维坐标定位”方法，配合高精度全站仪对钢结构进行测量定位。

（1）外框筒钢柱测量校正控制要点。外框十字节点测量控制点设置在上面两个管口、左右钢托座端部、内侧钢托座端部，圆管钢柱测量控制点设置在管口两端管壁上，标记阳冲点，测量校正时使用三维坐标进行。若其阳冲点坐标与图纸三维坐标偏差超过允许范围，用千斤顶在十字节点与斜管钢柱接口处进行校正，直至达到结构图纸要求方可进行加固。节点构件如图1所示。

   

图1 节点构件示意

（2）日照和焊接变形对钢柱垂直度偏差影响的分析与预控。为了避免日照对钢柱测量校正的影响，早晨七点进行测量校正。关于典型钢柱焊接收缩变形影响的分析与预控：经验证，钢板厚度为20~50mm时，梁柱焊缝收缩约0.5mm，柱柱焊缝收缩约1mm，每节柱由于焊接造成柱顶垂直度位移值约为1mm，故在测量校正时除中心柱外，尤其是对边缘柱，均应考虑焊接变形对钢柱进行预控，包括焊接收缩对钢柱标高、轴线的影响也一样要进行预控。节点内焊缝分布如图2所示。

   

图2 节点内焊缝分布示意

2.5 高强螺栓施工中摩擦面处理措施

为了确保Q345B级钢摩擦面抗滑移系数不小于0.5，Q235B级钢摩擦面抗滑移系数不小于0.45，本工程采取如下施工工艺：摩擦面采用喷砂、砂轮打磨等方法进行处理；若摩擦面生成赤锈面，打磨长度一般不小于4倍螺栓直径，打磨方向不能与受力方向一致，而应垂直于受力方向，摩擦面在打磨后应没有明显的不平整情况；应采取措施确保摩擦面不被油渍或油漆污染，若出现污染情况则应彻底清理干净，避免影响焊接等工艺。

2.6 焊接施工工艺分析

本工程中位于外框的钢柱连接节点是四叉节点，采用斜钢托座连接节点与柱，4个斜钢托座从每个节点延伸。节点的加工与焊接是工程难点之一。节内焊缝主要采用一级与二级全熔透焊缝焊接，部分节点板采用部分熔透焊缝焊接。节点内竖向劲板组焊顺序如图3所示，节点主焊缝焊接顺序如图4所示。

   

图3 节点内竖向劲板组焊顺序示意

   

图4 节点主焊缝焊接顺序示意

焊接时采取整体对称焊与局部对称焊相结合的方式。

（1）平面焊接顺序。本工程钢结构所采用的平面焊接顺序，与各楼层的平面分区施工顺序保持一致，与各区域的安装工作按顺序同步展开，由椭圆形短轴中心开始，向两侧对称焊接，减小焊接造成的结构变形。

（2）外框结构单元焊接流程。在一个外框结构单元吊装完毕后，先同时焊接斜柱下方的两个焊口。施焊完毕后再焊接斜柱上方的两个焊口。焊接过程中应注意控制变形。

（3）斜柱–节点对接焊口焊接流程。每个斜柱–节点对接焊口均由两名焊工同时施焊，第一名焊工由对接口下端向上端顺时针焊接，焊接应不间断一次成型；与此同时，第二名焊工由对接口上端向下端焊接，焊接分为3段进行，3段总体顺序为顺时针，每个焊接工段内为逆时针焊接。

（4）节点焊接顺序。对称焊接时，由两名焊工在对称位置以相同速度同时施焊；焊接H形柱时，由两名焊工在两翼缘板位置以相同速度同时施焊。以逆时针方向在距柱角50mm处起焊。焊完一层后，第二层以及以后各层均在离前一层起焊点30~50mm处起焊。每焊一遍应认真清查焊渣。焊到柱脚处要稍微放慢速度使柱角焊缝饱满。最后一层盖面焊缝应采用小电流进行焊接。

（5）竖向加劲板焊接顺序。四叉节点内部竖向加劲板采用退装法焊接，先组装焊接节点内对于焊缝等级要求较高的加劲板，后组装焊接节点内对于焊缝等级要求较低的加劲板。施焊时以中和轴为对称轴进行焊接。施工时优化坡口，并采用减小焊接热输入的工艺。另外在制作阶段采用残余应力的控制与消减措施，有利于施工质量的把控。

3 结束语

超高层复杂异形钢结构是一项复杂的系统工程，给施工带来了很大的挑战和困难。本研究提出的技术方案，严谨合理，精准有序，可以严格把控质量控制要点，能够确保施工的顺利、高效进行。