超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與管理

同發(fā)達國家相比，超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國起步較晚，成熟及可借鑒的經(jīng)驗不多。改革開放以來，許多“高、大、新、尖”的現(xiàn)代化建筑如雨后春筍般聳立，成為國民經(jīng)濟高速發(fā)展的重要標志。而鋼結(jié)構(gòu)因其自重輕、施工周期短、抗震能力強等優(yōu)勢和特點被人們廣泛應(yīng)用于高層尤其是超高層建筑中。中建三局以其“敢為天下先，爭創(chuàng)第一流”的企業(yè)精神和勇于承接“高、大、新、尖”工程的膽魄和實力，瞄準了這塊尚待開墾的沃土，發(fā)揮大型企業(yè)的技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢，于1986年率先承建了當時全同第一座超高層鋼結(jié)構(gòu)的建筑——高165.3m的深圳發(fā)展中心大廈，僅10個月便完成了主體11000噸鋼結(jié)構(gòu)施工任務(wù)，垂直最大偏差25mm，提高了美國AISC規(guī)范程度的標準，并首先運用CO2氣體保護半自動焊用于超厚鋼板焊接的新工藝，刻苦鉆研、反復攻關(guān)，終于成功地解決了130mm超厚鋼板的焊接技術(shù)。填補廠國內(nèi)超厚鋼板焊接的空白，整個工程的焊接質(zhì)量10O％超聲波探傷，100％合格，達到了國際一流水平。該工程成套施工技術(shù)的成功應(yīng)用，使在我國起步較晚的超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)向前跨進了一大步，深圳發(fā)展中心大廈鋼結(jié)構(gòu)成套安裝技術(shù)因此分別獲1988年、1989年度中建總公司科技進步一等獎和國家科技進步三等獎。

　 從深圳發(fā)展中心到上侮國貿(mào)、從上海國貿(mào)到深圳地王大廈是我國在超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝發(fā)展史上從無到有、施工技術(shù)由弱到強的里程碑，代表著三局在近十年超高層鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展史上的光輝歷程。

二、超高層鋼結(jié)構(gòu)自裝施工技術(shù)

 　因有幸參與了在我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展史上具有劃時代意義的三個主要超高層鋼結(jié)構(gòu)工程：深創(chuàng)發(fā)展中心大廈、上海國際貿(mào)易中心和深圳地王商業(yè)大廈的施工組織與管理，結(jié)合高層鋼結(jié)構(gòu)的工藝流程與特點：（構(gòu)件驗收→吊裝→量控制→高強螺栓→焊接及其檢測→壓型鋼板與熔焊栓釘）。超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)主要體現(xiàn)在以下七個方面：

　　1、構(gòu)件進場，驗收與堆放

　　2、塔吊的選擇、布置及裝拆

　　3、吊裝

　　4、測量控制

　　5、焊接

　　6、工期及質(zhì)量控制

　　7、安全施工

　　下面我結(jié)合深圳地王大廈主樓超高層鋼結(jié)構(gòu)的施工情況就這些問題同各位專家和同仁交流一下超高層鋼結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗和體會。

1、構(gòu)件的進場、驗收與堆放

　場地狹小、施工條件差是當前施工工程普遍存在的困難，對越高層鋼結(jié)構(gòu)工程而言，相對緊張的工期內(nèi)構(gòu)件堆場要求更高更嚴，這個問題不處理好必將對吊裝及整個工程施工造成嚴重影響。地王大廈施工初期，由于構(gòu)件堆場較多，鋼結(jié)構(gòu)進場量大，需堆疊2－3層，如沒有周密的進場計劃，勢必造成現(xiàn)場構(gòu)件進場順序的混亂，其結(jié)果是：需要的構(gòu)件壓在下面，不用的構(gòu)件放在上面，不僅驗收工作無法進行，而且存在著大量的翻料、找料等重復工作。后來在強化現(xiàn)場管理及構(gòu)件進場計劃的基礎(chǔ)上，著重抓了堆場布置、構(gòu)件的堆放順序等工作，除根據(jù)吊裝需要周密的進場構(gòu)件外，還根據(jù)吊裝順序和堆場規(guī)劃特點將進場構(gòu)件進行有序排列，既保證了驗收工作的正常進行，也為吊裝創(chuàng)造了良好的外部條件。

   把好構(gòu)件的驗收關(guān)是我們在以往施工的超高層鋼結(jié)構(gòu)工程中的經(jīng)驗體會。深圳地王大廈主樓共有鋼構(gòu)件14860件，制造及運輸過程中難免會出現(xiàn)這樣或那樣的問題，這些問題如不在地面加以消除，吊裝到上面勢必增加安裝的進度，對整個工種質(zhì)量控制也將產(chǎn)生嚴重影響。

2、塔吊的選擇、布置與裝拆

　塔吊是超高層鋼結(jié)構(gòu)工程施工的核心設(shè)備，其選擇與布置要根據(jù)建筑物的布置、現(xiàn)場條件及鋼結(jié)構(gòu)的重量等因素綜合考慮，并保證裝拆的安全、方便、可靠。

　我們根據(jù)地王大廈的地理位置、結(jié)構(gòu)形狀及大量的特殊構(gòu)件（如重47.5t的大型“A”字斜柱和37t／節(jié)的箱形柱等）選擇二臺澳大利亞產(chǎn) M440D大型內(nèi)爬式塔吊并將其布置在核心墻#1和#5井道內(nèi)，不僅滿足了所有構(gòu)件的垂直運輸，而且為大量超重、超高及偏心構(gòu)件的雙機抬吊創(chuàng)造了條件。

　M440型內(nèi)爬式塔吊在國內(nèi)尚屬首次使用，成熟可借鑒的經(jīng)驗不多。施工中我們一改傳統(tǒng)的塔吊互吊的爬升方案，采用了一套“卷揚機＋扁擔”輔助系統(tǒng)較好地解決了二部塔吊的爬升難題，大大提高了塔吊的使用效率，加快了提升速度，為工期提前起了決定性作用；而大型內(nèi)爬塔吊的拆除是一項技術(shù)復雜、施工難度大的工作，我們采用了“以大化小、化整為零”的方法，較好地解決了在國內(nèi)視為難題的大型內(nèi)爬塔吊的拆除難題，為國內(nèi)同類工程運用內(nèi)爬式塔吊提供了范例。

3、吊裝

  吊裝是鋼結(jié)構(gòu)施工的龍頭工序，吊裝的速度與質(zhì)量對整個工程起舉足輕重的作用。在深圳的地王大廈主體超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中，通過采取“區(qū)域吊裝”及“一機多吊”技術(shù)解決了工期緊與工程量大的矛盾。

　通過采用“雙機抬吊”及門型架不僅解決了高53.79m、長63.20m跨度為32.1m、重達232t的大型“A”斜吊的吊裝難題，而同解決了主樓兩根長85.61m、重85.51t并處于超重、偏心、超高狀態(tài)下大型桅桿的吊裝難題。

4、測量控制

 在超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中，垂直度、軸線和標高的偏差是衡量工程質(zhì)量的重要指標，測量作為工程質(zhì)量的控制階段，必須為施工檢查提供依據(jù)。

　從鋼結(jié)構(gòu)施工流程可以看出，各工序間既相互聯(lián)系又相互制約，選擇何種測量控制方法直接影響到工程的進度與測量。在深圳地王大廈鋼結(jié)構(gòu)施工初期，總包單位的測量監(jiān)理工程師提出采用“整體校正”的方法，即在柱子安裝后再跟蹤糾偏，梁裝不上去時臨時掛或搭在上面，待整節(jié)柱、梁、斜撐全部安裝后再整體校正。由于構(gòu)件的制作及核心的施工都存在著一定的誤差，采用這種校正方法具有很大的盲目[性，不僅造成大量的二次安裝，而且柱梁安裝后結(jié)構(gòu)本身已具有一定的剛度，大大增加了校正的難度。后來我們及時將“整體校正”改為“跟蹤校正”，即在柱梁框架形成前將柱子初步校正并及時糾偏，大大減輕了校正難度，每節(jié)校正時間由原來10d左右縮短為2－3d，即可交給下道工序作業(yè)，并實現(xiàn)了區(qū)域施工各工序間良性循環(huán)的目標。

為了使地王大廈主樓鋼結(jié)構(gòu)施工達到世界一流水平，項目還制訂了比美同AISC規(guī)范標準更嚴格的質(zhì)量控制指標：內(nèi)向 25mm、外向 20mm，并摸索出一整套采用激光鉛直議進行“雙系統(tǒng)復核控制”的新方法，為保證項目質(zhì)量控制目標實現(xiàn)起了十分重要的作用。

5、焊接

　高層鋼結(jié)構(gòu)具有工期緊、結(jié)構(gòu)復雜、工程量大、質(zhì)量要求高的特點，而焊接作為鋼結(jié)構(gòu)施工的重要工序，其工序的選擇與施焊水平對工程的“安全、優(yōu)質(zhì)、高速”的完成影響重大。

　深圳地王大廈因其罕見的高寬比達1：9，所以設(shè)計中采用了大量的斜撐及大型“A”字斜柱。在總計60萬m延長縫中，立焊、斜立焊約有8.6萬延長米，共848組接頭，占整個焊接工程量的1／7.此類結(jié)構(gòu)不僅處于結(jié)構(gòu)的重要部位，而且大都處于外向、斜向及懸空部位，安全操作與施工防護都比較困難。尤其是相對緊迫的工期與浩大的焊接工程量之間的矛盾，使我們一開始就面臨著嚴峻的考驗。盡管在深圳發(fā)展中心大廈，上海國貿(mào)中心大廈等鋼結(jié)構(gòu)工程施工中，我們采用CO2氣體保護半自動焊應(yīng)用于立焊、斜立焊和俯角焊的新工藝，才能從根本上解決焊接施工的需要。

　工藝選定后，編制出一整套切實可行的適用本工程特點的CO2氣體保護半自動焊接工藝及方法便成了當務(wù)之急。焊接QC小組在項目組的帶動下進行了艱難的嘗試，開展了一系列卓有成效的工作。

　首先我們確定了攻關(guān)目標，運用關(guān)聯(lián)圖找出影響質(zhì)量的原因，并應(yīng)用01分析法進行系列分析，針對這些問題找出相應(yīng)的對策措施；并建立了有效的質(zhì)量保證體系，制定了完善的工藝指導書，經(jīng)過反復實驗，確定了運用于立焊、斜立焊的工藝參數(shù)；通過對焊絲的伸出長度、焊縫層間清理，焊槍施焊角度反復摸索，形成了一整套“挑壓拖帶轉(zhuǎn)”的操作要領(lǐng)；為使焊接環(huán)境處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，加強了施工防護措施和輔助措施。經(jīng)過項目組和焊接QC小組全體人員的不懈努力，經(jīng)過半月之久的失敗、總結(jié)，小有成效研究；大有成效、鞏固，到比較成熟、反復焊驗，終于成功地解決了CO2氣體保護焊應(yīng)用在超厚件立向、斜立向焊接頭上的施焊工藝課題（已獲得國家專利）。通過技術(shù)攻關(guān)、工藝的改進，焊接質(zhì)量得到了逐步提高，工期大大提前，受到總包及業(yè)主的好評，產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，并在社會上產(chǎn)生了良好的聲譽。

6、質(zhì)量與工期控制

　超高層鋼結(jié)構(gòu)不同于一般混凝土建筑的顯著特點是：質(zhì)量高、工期緊。質(zhì)量與工期的保證依賴于科學的管理、嚴格的施工組織和新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的大膽應(yīng)用。

　深圳地王大廈主體鋼結(jié)構(gòu)14860件，重24500t，壓型鋼板14萬平米，熔焊栓釘50萬套，焊縫總計60萬延長米。而業(yè)主規(guī)定的工期僅14.5個月，并且工程按美國規(guī)范標準進行驗收，工期短、工程量大、施工難度高國內(nèi)外罕見。

　建立科學管理的組織體系，嚴格按項目管理法施工是保證工程“安全、優(yōu)質(zhì)、高速”進行的關(guān)鍵。為此，我們組建了地王項目經(jīng)理部，實行項目經(jīng)理負責制和全員合同管理。在組織形式上，實行定編定員、定崗位、定職責，提倡一專多能、一人多職、工段長與工人一道上前線。既起到了表率作用，又便于現(xiàn)場管理。從項目經(jīng)理到勞資、安全、技術(shù)等職能部門到現(xiàn)場辦公，及時了解、掌握工程的進度情況，解決有關(guān)的技術(shù)、質(zhì)量、安全等問題，在整個項目管理形成了以項目經(jīng)理為核心，集施工組織網(wǎng)絡(luò)的安全質(zhì)量保證體系及新技術(shù)攻關(guān)應(yīng)用和QC小組為一體的短小精悍的施工隊伍。同時各工段均實行了項日承包，明確了責、權(quán)、利并實行風險抵押制度，最大限度地調(diào)動了一線工人的積極性和責任感，為工程的大干快干奠定了基礎(chǔ)。為把為中國人自己施工的第一座世界級摩天大廈建設(shè)成跨世紀的經(jīng)典之作，項目不僅制作了比美國規(guī)范標準更嚴格的質(zhì)量控制目標，而且積極配合吊裝、測量、焊接QC小組進行了攻關(guān)，“四新”技術(shù)在地王大廈主樓超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中得到了充分的應(yīng)用。在項目的領(lǐng)導下，吊裝QC小組改進了傳統(tǒng)的“一機多吊”和“雙機抬吊”技術(shù)，大大加快了吊裝的進度；測量QC小組將傳統(tǒng)的“整體測量”技術(shù)進行了改進，創(chuàng)新了“跟蹤測量”和“雙系統(tǒng)復核控制”技術(shù)，成功地將主樓垂直度總偏差控制為向外17mm，向內(nèi)25mm，僅是美國規(guī)范標準1／3；焊接QC小組經(jīng)過艱苦的嘗試，終于成功地突破了CO2氣體保護半自動焊應(yīng)用于立焊、斜立悍的禁區(qū)，不僅提高了工效、保證了工期，而且所有焊縫經(jīng)權(quán)威的第三方100％探傷，100％合格，優(yōu)良率達94％。

　在鋼結(jié)構(gòu)工程中區(qū)型鋼板鋪設(shè)是一道工作量大及危險性大的工序其鋪設(shè)的快慢不僅直接影響工程的進度，并經(jīng)過吊裝艦慢校正、高強螺栓及焊接等一系列工序的施工安全帶來嚴重影響。為此我們從日本進D了兩臺國際先進水平的Co.點焊機，不僅操作簡單加間短而己焊點光潔平滑、質(zhì)量好工效是手工焊的五倍。地工大廈主樓超高層鋼結(jié)構(gòu)L程中所引進的澳大利亞M44OD大型內(nèi)爬吊、日本產(chǎn)CO.氣體保護半自動焊機及熔焊杜釘機等先進設(shè)將都在本工程施中發(fā)揮了重要作用。

7、安全施工

　安全施工是鋼結(jié)構(gòu)施工中的重要環(huán)節(jié)，超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的特點是高空、懸空作業(yè)點多。地王大廈施工過程中，僅高強螺栓就有50萬顆，這些東西雖小，但如果從幾百米高的地方掉下去，后果可想而知。為了杜絕安全事故，項目成立了安全監(jiān)督小組，設(shè)立了專職安全員，嚴格管理，制定了周密完善的安全生產(chǎn)條例，對職工進行定期的安全教育，樹立“安全第一”的思想。在嚴格管理的基礎(chǔ)上，項目不惜花大量的人力、物力、財力進行嚴密的防護。采取搭設(shè)雙層安全網(wǎng)及壓型鋼板提前鋪設(shè)等新工藝，創(chuàng)造了地王大廈主體超高層鋼結(jié)構(gòu)施工379天，人員無一傷亡，構(gòu)件無一墜落的奇跡。在中建總公司組織的深圳地工商業(yè)大廈超高層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)鑒定會上，專家們從為地王商業(yè)大廈超高層鋼結(jié)構(gòu)裝施工技術(shù)達到了國際先進水平，該項成果已被評為我局科技成果特等獎。