钢结构吊装技术在超高层建筑中的应用

郭再旭，臧青青，景赵丰

[1.北京城建二建设工程有限公司，北京 100039；2.建研（北京）结构工程有限公司，北京 100029]

0 引言

随着人们生活水平的提高和城市化进程的不断加快，越来越多的超高层建筑在全国各地涌现。超高层建筑钢结构吊装作为一项重要的施工技术，在其中发挥着不可替代的作用，当前，大众对于高层建筑的需求逐渐增加，建筑业也面临着更高的施工难度和风险，随之而来的是越来越高的技术和安全要求。超高层建筑作为现代城市建设的标志性建筑，其钢结构的施工是一个非常复杂和困难的过程。陈思[1]认为，采用跨外分段吊装方法安装大跨度钢梁，保证了施工质量与安全。闫帅[2]提出了异形钢结构吊装是工程施工的难点，传统的二维设计和施工模式不擅长解决此问题。钱士元[3]认为由于建筑功能的需要结构跨度大，主桁架和次桁架的最大跨度提高，吊装过程存在困难。因此，如何科学地、高效地实现钢结构的吊装施工成了一个重要的研究方向，必须加强对吊装施工技术的研究和探索，不断完善吊装施工方案，提高施工效率和质量，最大程度减少建筑事故的发生。本文针对钢结构吊装技术在超高层建筑中的应用进行研究，结合工程概况，提出在施工前制定吊装方案，对施工现场的材料和器械设备进行准备；在吊装施工过程中明确施工顺序，详细阐述吊装梁体及吊装楼板的关键技术点，对吊装施工方案进行总结。为建筑工程领域的吊装施工提供借鉴，同时对于推动我国建筑工程产业的发展，提升建筑工程的施工水平和质量，具有一定的实际意义和价值。

1 工程概况

项目建筑位于城市中心的黄金地段，交通便利，周边设施完备，建筑属于高度达到300m 的超高层建筑，建筑总面积为10 万m2，共有100 层，包括地下5 层和地上95 层。建筑外观设计采用了现代简约的风格，使其具有独特的视觉效果。建筑结构为钢结构框架，所使用钢材是Q345B 钢材，结构稳定性和承载能力高。建筑施工周期为2 年，包括建筑结构的搭设、钢结构的吊装、内部装修和设备安装等阶段，施工队伍由300 名经验丰富的建筑工人和工程师组成，施工人员均具有专业的技术和丰富的经验，能够保证工程质量和进度。此次工程的技术难点主要集中在超高层建筑的钢结构吊装方面，其中包括吊装高度的限制、风力对吊装的影响、吊装过程中钢结构的变形控制等，通过对吊装过程进行细致的计算和模拟制定一系列科学合理的吊装方案，以应对技术难点所带来的挑战。

2 施工前准备

2.1 吊装方案制定

根据工程实际情况，该超高层建筑的高度为500m，结构为双塔联排式结构，每个塔楼为100 层，每层高度为4.5m，总建筑面积为30 万m2，总钢结构用量为1.5 万t，以此为依据，可以制定如下的吊装方案：

（2）吊装机具的选择：考虑到钢结构的重量和高度，选择具有大吨位、高效率、稳定性好的塔式起重机，最大起重量为500t，最大起升高度为500m。

（3）吊装顺序：为了保证施工的安全和效率，吊装应按照从下往上的顺序进行，每次吊装的数量不应超过三个钢构件。考虑到每个钢构件的重量和施工的安全性，制定吊装顺序表，具体内容如表1 所示。

表1 吊装顺序表

吊装高度限制：为了确保吊装的安全和稳定，吊装高度应控制在每次300m 以内，并根据实际施工情况进行调整，吊装高度在0～300m 时，最大吊装高度为300m，吊装高度在301～500m 时，最大吊装高度为200m。

2.2 施工现场准备

超高层建筑钢结构吊装施工需要进行大量的现场准备工作，以确保施工过程的安全、高效和顺利进行。施工前，需要对施工现场进行勘察，确定吊装机具和人员的作业区域和安全范围，制定相应的施工方案和安全措施。对于钢结构建筑的吊装施工，需要准备大型吊装机具、钢绳、吊钩、吊装带、吊装索等大量的专业吊装设备和材料，表2 是吊装设备和材料的具体数量和重量。

表2 吊装材料设备准备

表2 所体现的设备和材料是吊装工程所必需的基本装备，根据具体工程需求，可能需要准备其他设备和材料。在准备吊装设备和材料时，还需要考虑设备的型号和数量。起重机的型号应根据建筑物高度、吊装点位置和安全范围等因素确定，该项目选择XCMG QY50K 起重机及SANY SCC5000WE 履带起重机、Potain MR 1600 塔式起重机，钢绳、吊钩、吊装带、吊索等吊装材料根据实际需求选择不同直径和承重能力的钢绳，不同承重等级的吊钩和吊装带，不同长度和承重能力的吊索等，施工安全设备包含安全帽、安全绳、防护网等。

3 吊装施工

3.1 施工顺序

超高层建筑钢结构吊装施工中的具体的吊装顺序及工艺流程。

（1）预处理：对吊装设备进行检查和维护，对吊装现场进行勘查和分析，确定吊装方案和作业安全措施，准备吊装设备和材料。

1) 研究以挪威和美国为代表，例如BREIVIK等[5]在北海水域开展大量的海上漂浮物体轨迹漂移试验，总结出63种不同类型物体的漂移规律，这些物体主要包括人、自由航行船舶、非机动船舶等，并根据水面以上部分所占比例进一步分为若干子类，总结出不同类别物体的漂移规律，这对于失踪物体轨迹的预测具有重要的参考意义。

（2）搭设吊装设备：按照吊装方案，在施工现场搭设吊装设备，包括吊装钢绳、吊钩、吊装索等，同时安装防护网、设置安全区域。

（3）吊装主梁：先吊装建筑主梁，将主梁吊装至预定位置，确保安装位置的准确性及主梁安装的稳定性。

（4）吊装副梁：根据吊装方案，依次吊装副梁，确保副梁在主梁上的位置准确，且稳定。

（5）吊装楼板：吊装楼板时，需要确保楼板平稳地进入吊装机具的工作范围内，然后在吊钩上安装吊装带，利用吊装机具将楼板吊装至指定位置，然后再固定在主梁和副梁上。

（6）吊装其他构件：按照吊装方案，吊装立柱、桥架、外墙板等其他构件。

（7）检验和清理：吊装工作完成后，对吊装结果进行验收和评估，确认吊装质量和安全性；同时清理吊装现场，撤回吊装设备和材料，恢复现场环境。

需要注意的是，各个步骤的具体顺序和流程需要根据建筑结构和吊装方案进行适当的调整和变化。同时，为确保吊装过程的安全和质量，需要配备专业的技术人员进行现场指导和操作。

3.2 吊装梁体

吊装建筑主梁和副梁是超高层建筑钢结构吊装施工中的重要环节，需要特别注意吊装顺序和步骤，以确保安全和质量。吊装梁体首先需要制定吊装方案和施工方案，确定吊装机具和吊装索具的选择、吊装点的位置和高度、吊装顺序等。之后在主梁或副梁的两端设置吊装索具，通过吊装机具将梁吊离地面。通过调整吊装索具的长度和角度，控制主梁或副梁的平衡状态，将梁吊至预定位置，并用吊装索具进行固定，防止梁发生晃动和位移，依据式（1）可计算得出吊装索具的合适长度：

图1 安装梁两端支撑

该项目在梁的两端安装支撑的步骤和方法如下：（1）在梁两端的钢结构柱上安装4m 的支撑架，确保支撑架牢固稳定；（2）在支撑架上安装长度为6m，宽度为1.2m 的托板，托板上设置50mm 厚的垫木，以保证梁的水平和平稳；（3）通过吊装机具将梁吊装至支撑架上，使梁的两端分别与支撑架上的托板相对应；（4）调整支撑架和垫木的位置，使梁处于水平和平稳的状态，同时使用水平仪检测梁的水平度，将梁的水平度误差控制在5mm/m 以下；（5）在梁两端和支撑架之间设置钢丝绳或吊带，用于固定住梁，吊装机具的吊重能力为300t，以确保梁的稳定性和安全性。

在超高层建筑钢结构吊装施工中，支撑架和托板必须具有足够的承载能力，以承受梁的重量和施工过程中的各种荷载。垫木的厚度和数量应根据梁的长度和重量确定，以保证梁的水平和平稳。在梁两端和支撑架之间使用的钢丝绳或吊带必须具有足够的强度和承载能力，以确保梁的稳定性和安全性，在梁的中间位置进行测量，以此检查梁的整体水平度和垂直度。最后，逐步进行梁的放置工作，并同步进行监控，以便实时调整，保证梁放置位置的准确性及放置的稳定性。

3.3 吊装楼板

在超高层建筑钢结构吊装施工中，被吊装的楼板需要平稳地进入吊装机械设备所在的工作范围内，在吊钩上安装吊装带，利用吊装机具将楼板吊装至指定位置后固定在主梁和副梁上。安装吊装带时需要调整带的长度，确保吊装带的接触点均匀分布在楼板的底部，吊装带长度的计算公式为：

式中，Q为吊装机具的额定载重，k 为吊装机具的载重系数，H为吊装高度，g 为重力加速度，取9.8m/s2。在将楼板吊装至指定位置前，需要将吊钩安装在楼板上，并根据楼板的重量和尺寸选择合适的吊装带进行绑扎。

利用吊装机具将楼板吊装至指定位置后，固定在主梁和副梁上，首先需要根据楼板的重量和尺寸选择合适的吊装带进行绑扎，吊装带的数量和位置要根据楼板的形状和尺寸确定，该工程中楼板重量为100t，使用8 条吊装带，分别固定在楼板四周，以保证楼板的重心和平衡。其次，安装吊钩，将吊钩连接到吊装带上，通过吊装机具控制将楼板吊起，控制好吊装速度，吊装速度为0.5m/min，以防止楼板晃动或摆动，确保安全稳定。按照吊装方案将楼板移动至指定位置，指定位置为距离地面100m 高度的楼层，此过程需要注意与周围建筑物、道路等的保持安全距离，以免发生意外。最后，将楼板固定在主梁和副梁上，确保楼板的稳定性及安全性。

4 质量保证措施

在超高层建筑钢结构吊装施工技术中，为保证焊接质量，需要进行严格的焊接控制和检测。构件材质主要为Q345B，柱－柱接头为I 级焊缝，对其进行100%超声波探伤；其余熔透焊缝为Ⅱ级焊缝，对其进行20%超声波探伤抽查。以下为质量保证目标下，具体的焊接措施：

（1）焊工资质：对焊工进行资质认证，确保焊工具备相应的技能和知识，能够熟练操作焊接设备并进行焊接操作。

（2）材料检验：使用钢材进行焊接连接前，要对钢材进行检验，包括材质、尺寸、质量等方面的检查，确保材料符合设计要求和相关标准。

（3）焊接工艺：根据设计要求和焊接材料的特性，确定适合的焊接工艺，包括焊接电流、电压、焊接速度等参数。

（4）焊接检验：对焊缝进行非破坏性检测和破坏性检测，确保焊接质量符合要求。非破坏性检测包括超声波探伤、X 射线检测等技术，破坏性检测包括拉伸试验、冲击试验等。

（5）焊接质量记录：记录焊接过程中的各项参数和检验结果，建立焊接质量档案，为后续使用和检查保留档案依据。

（6）焊接质量保证体系：建立符合ISO9001 质量管理体系标准的焊接质量保证体系，对焊接施工过程中的每个环节进行管控，确保焊接质量稳定可靠。

综上所述，通过对焊工资质、材料质量、焊接工艺、焊接检验等各个环节进行严格控制，可以保证焊接施工的质量，确保超高层建筑钢结构的安全和稳定。

5 结论

综上所述，本文制定施工前的吊装方案，对施工现场的材料和器械设备进行准备，明确施工顺序，详细阐述吊装梁体及吊装楼板的关键技术点，对吊装施工方案进行总结等方向出发，对钢结构吊装技术在超高层建筑中的应用进行探究。超高层建筑钢结构吊装施工技术有助于为工程施工者和相关从业人员提供参考和帮助，未来需要在不断总结和借鉴前人经验的基础上不断创新，以保证超高层建筑钢结构的安全性和稳定性。