高层超高层建筑钢结构施工关键技术要点剖析

摘要：随着城市化进程的加速，高层及超高层建筑日益增多，钢结构因其自重轻、抗震性好、施工速度快等优势，在高层建筑中得到了广泛应用。本文旨在剖析高层及超高层建筑钢结构施工的关键技术要点，通过深入研究施工过程中的各个环节，为提升钢结构施工质量和效率提供参考。本文将从钢结构材料的选择与检验、钢结构的加工制作、钢结构的安装技术、钢结构的连接技术等方面展开论述。

关键词：高层超高层建筑；钢结构施工；关键技术要点

1 钢结构材料的选择与检验

1.1 材料选择

钢材类型：高层超高层建筑钢结构通常选用Q345、Q390等低合金高强度结构钢。这些钢材不仅具有较高的屈服强度和抗拉强度，能够承受建筑在使用过程中的各种荷载，而且具备良好的可焊性和冷弯性能，便于加工制作与现场安装。例如，在超高层建筑上海中心大厦的建设中，大量使用了Q345GJ等高性能建筑结构用钢，满足了建筑复杂结构对钢材性能的严格要求。

连接材料：连接是钢结构的重要组成部分，连接材料的质量直接影响结构的整体性能。对于焊接连接，应根据母材的材质和焊接工艺要求，选择合适的焊条、焊丝和焊剂。如在全熔透焊缝中，采用与母材强度匹配且具有良好抗裂性能的焊接材料。对于螺栓连接，高强度螺栓是常用的连接件，其材质一般为45号钢、40Cr钢等，需具备较高的强度和良好的紧固性能。

1.2 材料检验

外观检验：钢材进场后，首先进行外观检查，查看钢材表面是否有裂纹、气泡、结疤、折叠、夹杂等缺陷，表面的锈蚀深度是否符合规范要求。对于不符合外观质量要求的钢材，应予以退场处理。

理化性能检验：按照相关标准和规范，对钢材进行抽样送检，检验其力学性能（如屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击韧性等）和化学成分。对于焊接材料，同样要检验其熔敷金属的力学性能和化学分析，确保焊接质量。只有经检验合格的材料，才能投入使用。

2 钢结构的加工制作

2.1 深化设计

根据建筑设计图纸，进行钢结构的深化设计。深化设计不仅要详细标注构件的尺寸、形状、连接方式等信息，还要考虑加工制作和现场安装的可行性。通过建立三维模型，对复杂节点进行模拟分析，优化节点设计，确保结构的受力性能。

2.2 原材料预处理

对钢材进行矫正、除锈、涂装等预处理工作。矫正可以消除钢材在运输和存放过程中产生的变形，保证构件加工精度。除锈采用抛丸、喷砂等方法，将钢材表面的铁锈、油污等杂质清除干净，提高钢材与涂层的附着力。涂装一般采用底漆、中间漆和面漆多层涂装体系，起到防腐和装饰的作用。

2.3 构件加工

根据深化设计图纸，对钢材进行切割、下料、弯曲、成型、制孔等加工操作。切割可采用火焰切割、等离子切割等方法，对于精度要求较高的构件，优先选用数控切割设备。弯曲和成型则通过专用的模具和设备进行，确保构件的形状符合设计要求。制孔采用钻孔工艺，以保证孔的精度和质量。

2.4 构件组装

将加工好的零件按照设计要求进行组装，形成完整的钢结构构件。组装可采用地样法、仿形复制装配法、立装法和平装法等。在组装过程中，要严格控制构件的尺寸偏差、焊接变形等，确保构件的组装质量。

2.5 焊接与质量检验

焊接是钢结构加工制作的关键工序。根据构件的材质、板厚、焊接位置等因素，选择合适的焊接方法（如手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧焊等）和焊接工艺参数。焊接过程中，要严格执行焊接工艺规程，控制焊接变形和焊接缺陷。焊接完成后，对焊缝进行外观检查和无损探伤检验，如超声波探伤、射线探伤等，确保焊缝质量符合设计和规范要求。

2.6 涂装与标识

对焊接检验合格的构件进行二次涂装，进一步提高构件的防腐性能。涂装完成后，在构件表面标注构件编号、重量、安装位置等信息，便于现场安装。

3 钢结构的安装技术

3.1 安装顺序

高层超高层建筑钢结构的安装顺序一般遵循“先竖向结构，后水平结构；先核心筒，后外框架；自下而上，分层分节安装”的原则。首先安装钢柱，形成竖向承重结构体系，然后安装钢梁，连接钢柱形成框架结构，最后安装支撑、楼承板等附属结构。在安装过程中，要合理安排施工流水段，确保各施工工序之间的衔接紧密，提高施工效率。

3.2 安装方法

（1）塔式起重机安装法

塔式起重机是高层超高层建筑钢结构安装的主要起重设备。根据建筑的高度、结构形式和构件重量等因素，选择合适型号的塔式起重机。塔式起重机具有起升高度大、工作幅度广、起重量大等优点，能够满足钢结构构件的垂直运输和安装要求。在安装过程中，通过塔式起重机将钢结构构件吊运至安装位置，采用临时支撑和连接措施进行固定，然后进行精确调整和永久连接。

（2）液压提升安装法

对于一些大跨度、大吨位的钢结构屋盖或整体结构，可采用液压提升安装法。该方法通过在地面将钢结构构件拼装成整体，然后利用液压提升设备将结构整体提升至设计标高进行安装。液压提升安装法具有施工速度快、安全可靠等优点，能够有效减少高空作业量，提高施工效率和质量。

（3）顶升安装法

顶升安装法适用于高层超高层建筑的钢结构核心筒施工。在核心筒内部设置顶升设备，通过顶升设备将钢结构模块逐步顶升到位，然后进行连接和固定。顶升安装法可以实现钢结构的快速安装，同时减少了对外部起重设备的依赖，提高了施工的自主性和灵活性。

3.3 垂直度校正

钢柱的垂直度是钢结构安装质量的关键指标之一。在钢柱安装过程中，采用经纬仪或全站仪对钢柱的垂直度进行测量和校正。通过调整钢柱底部的垫板和临时支撑，使钢柱的垂直度偏差控制在允许范围内。对于高层和超高层建筑的钢柱，随着结构高度的增加，还需考虑日照、风力等环境因素对钢柱垂直度的影响，采取相应的措施进行修正。

4 钢结构的连接技术

4.1 焊接连接

焊接是钢结构常用连接方式。依据构件材质、板厚及焊接位置，确定适宜焊接工艺，如厚钢板采用多层多道焊，严格把控每层焊缝厚度、电流电压等参数，保障焊缝熔透性与质量。施工时，遵循焊接工艺规程，合理安排焊接顺序与方向，减少变形与应力。

质量控制上，采用先进设备与检测手段。焊前烘干焊接材料、预热焊件，预防裂纹。焊接中检查焊缝外观，及时处理缺陷。焊后用无损探伤全面检测。为控制焊接变形，可优化焊接接头设计、合理规划焊接顺序，运用刚性固定、反变形等工艺，对已产生的变形，借助机械或火焰矫正处理。

4.2 螺栓连接

螺栓连接分普通与高强度螺栓连接。普通螺栓多用于次要或临时结构，安装拆卸便捷。高强度螺栓广泛用于关键连接部位，依受力性能又分摩擦型与承压型，前者靠摩擦力传力，抗滑移系数高、连接可靠；后者允许接触面滑移，以螺栓承压和抗剪为承载极限。

安装时，保证螺栓孔同心垂直，防止强行穿入。高强度螺栓按设计紧固顺序与预拉力值，采用扭矩法、转角法或专用扳手紧固法操作，使用校准工具确保预拉力达标，同时留意拧紧时间，防止松动。质量检验涵盖外观检查、扭矩抽检及抗滑移系数试验，对不合格连接及时整改更换。

5 结束语

综合前述分析，高层及超高层建筑钢结构施工的关键技术要素涵盖多个阶段，每个阶段均需实施严格控制措施，以保障施工品质与安全。本文旨在通过对这些技术要点的深入剖析，为相关行业从业者提供有价值的参考与借鉴，进而促进高层及超高层建筑钢结构施工技术的持续发展与提升。

参考文献：

[1]陈昆.超高层建筑钢结构施工技术要点及应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2024，（34）：138-140.

[2]贺卜，程庚，陈剑，等.超高层建筑钢结构施工关键技术及措施分析[J].中国建筑装饰装修，2024，（07）：163-165.

[3]董永新，陈西鹏.超高层建筑钢结构安装施工技术的应用要点分析[J].建筑技术开发，2024，51（02）：7-9.