斜向钢柱与吊柱协同安装施工关键技术

1 工程概况

本工程为超高层办公写字楼，地上27 层，总建筑高度132 米，结构形式为框架—核心筒结构，其外围由 16 根钢管混凝土柱构成承重骨架，钢材强度等级为 Q390B；其塔楼东南角两个角部框架柱设计为斜柱（直径 1200mm， 壁厚 35mm），该斜柱由首层钢柱分叉延伸，施工至 8 层后转换为纵向钢柱，形成独特的空间受力转换节点；在 4-7 层斜柱覆盖区域内，配套设置钢柱下吊结构（直径700mm，壁厚 30mm）：吊柱上端通过“倒 y 型”节点与斜向钢柱实现刚性连接（节点钢材等级为 Q460GJB，确保高强度传力），下端用于悬挂楼面钢梁；同时在 7 层楼层处设置水平环板，将吊柱与斜柱拉结加强，共同构成稳定的空间受力体系。此外，工程 4-8 层楼板采用钢筋桁架楼承板结构，9 层及以上楼板为现浇钢筋混凝土结构，形成“钢- 混”协同的楼板体系。

图1.1 斜向钢柱与吊柱结构三维模型图 图 1.2 倒 y 型节点图2 施工特点

2.1 空间定位难度大

斜钢柱与钢吊柱作为结构的核心受力构件，其安装精度直接决定结构的稳定性和安全性，斜向钢柱存在三维空间倾斜（X、Y 轴双向偏移 +Z 轴标高变化），吊柱不仅需与斜柱节点精准对接，还需同步匹配楼面钢梁的安装位置，定位偏差要求严格控制在 ±3mm以内，超常规钢构件安装精度。

2.2 荷载传递路线复杂

从荷载传递上分析，吊柱上部的纵向钢柱承担上部楼层全部荷载，并将荷载传递至斜向钢柱，处于受压工作状态；吊柱与 7 层纵向钢柱及 4-7 层挑板刚性连接，主要承受拉力作用；同时工程在 8层存在“斜柱 - 纵向柱”的受力体系转换，节点处构件连接关系复杂。安装过程中，若安装顺序错乱、施工方法不当或作业时机偏差，极易导致节点安装精度不足，破坏荷载传递路径，影响整体结构受力性能。

2.3 施工安全风险高

钢吊柱施工常用两种工艺：一是逆做法，优先完成主体结构框架施工，待主体稳定后再安装吊柱及相关构件，此工艺虽能降低主体施工干扰，但吊柱吊装难度大、高空作业风险高；二是正做法，通过设置临时支撑，使吊柱与主体结构同步施工，此工艺虽吊装便捷，但易因斜柱沉降导致吊柱意外受压变形。结合本项目吊柱上部纵向钢柱需传递上部荷载、9 层存在钢混结构转换的工况，最终确定采用“正装逆做”法，平衡施工效率与结构安全。

3 施工顺序

结合工程结构特点及现场施工条件，斜向钢柱与吊柱协同安装遵循“分层分段、先斜柱后吊柱、先支撑后连接”的原则，具体分为五个阶段有序推进：

3.1 施工准备阶段

进行 BIM 模型深化（建立斜柱、吊柱、节点及临时支撑的三维模型，模拟安装过程）、测量控制网布设（设置高精度控制点，采用全站仪建立三维坐标体系）、构件工厂预拼装（斜柱与吊柱节点在工厂预拼，确保节点贴合度 ⩾98% ）。

3.2 斜柱安装阶段

按“从下至上、先竖向后水平”的施工顺序，先安装 4 层斜柱以及 5 层水平钢梁。吊装斜柱至设计位置→采用双夹板对斜柱底部进行临时固定→测量复核→吊装水平钢梁，与斜柱采用螺栓固定。

3.3 吊柱协同安装阶段

待斜柱临时固定且偏差复核合格后，设置临时支撑。吊装吊柱→调整吊柱垂直度→吊装吊柱与斜柱间水平钢梁→测量复核节点位置→节点连接固定。

3.4 斜柱与吊柱衔接阶段

“倒 y 型”节点作为斜柱与吊柱的核心连接构件，其贯口焊缝在工厂提前焊接拼装。吊装“倒 y 型”节点→调整节点定位→与下部斜柱、吊柱通过双夹板临时固定→测量复核→吊装 8 层水平钢梁→测量复核→ 8 层水平钢梁、“倒 y 型”节点与斜柱连接固定→ 8层钢筋桁架楼层板施工，混凝土浇筑。

3.5 受力体系转换阶段

为避免斜柱、吊柱沉降导致吊柱受压，“倒 y 型”节点与下部吊柱采用双夹板临时固定（保持可活动状态，暂不焊接）；待 8 层混凝土强度达到设计值（结构约施工至13 层，斜柱沉降基本稳定）后，将“倒 y 型”节点与下部吊柱焊接连接，形成完整受力体系，实现“临时承重→永久受力”的转换。吊柱连接节点焊接→吊柱卸荷（三级卸荷，每次卸荷静置 24h 并监测变形）→临时支撑拆除→楼面混凝土浇筑（每层浇筑一次，间隔 3 天，浇筑过程中实时监测沉降变形）。

4 施工方法

4.1 精准测量定位方法

基于 BIM 模型与全站仪的协同定位技术，有效解决三维空间定位难题：

1）BIM 模型坐标提取：在 Tekla 模型中精确提取斜柱两端中心点、吊柱两端中心点及“倒 y 型”节点关键控制点三维坐标，导出坐标数据表并与设计图纸复核。

2）现场放样与复核：采用全站仪按“先控制点复核，再放样构件坐标”流程，先对现场控制点进行闭合测量（误差≤ 2mm），再依次放样斜柱及吊柱控制坐标，采用激光铅垂仪辅助验证 Z 轴标高，确保每个控制点偏差≤3mm。

3）动态跟踪测量：在斜柱顶部、中部及吊柱顶部设置 3 个监测点，安装过程中每 30min 测量 ¹ 次，记录坐标变化，若偏差超2mm，立即通过临时支撑调节。

4.2 协同吊装施工

1）吊点与吊索设计

斜柱：根据受力计算，在柱顶侧 200mm 处对称设置 2 个主吊点（采用16mm 厚耳板焊接），柱底侧 200mm 处设置1 个辅助吊点（配10t 手拉葫芦），通过“2 主1 辅”吊点控制斜柱起吊姿态，避免倾斜偏移；吊索选用 Φ36mm 钢丝绳，主吊索与斜柱轴线夹角控制在45° -60°，确保受力均匀。

吊柱：在柱顶侧 200mm 处对称设置 2 个主吊点（采用 16mm 厚耳板焊接），起吊时保持吊柱垂直，避免与斜柱碰撞。

2）吊装机械选型与协同

根据现场场地及构件重量（斜柱单重约 11t、“倒 y 型” 节点单重约13t、吊柱单重约5t），选用1 台250t 汽车吊负责斜柱、“倒y 型”节点吊装，选用1 台STC350-16A 塔吊负责钢梁、吊柱吊装。斜柱吊装时，汽车吊主吊柱顶，手拉葫芦辅助控制柱底角度，将斜柱调至设计倾斜角度后，缓慢吊运至安装位置，塔吊配合吊装水平钢梁，实现“一机主吊、一机协同”的作业模式。

3）吊装过程控制

试吊：吊装前先进行试吊，检查吊具受力、吊柱平衡、临时支撑稳定性，确认无问题后再正式起吊。

缓慢就位：起吊过程中控制起吊速度 ⩽0.5m/min ，安排专人通过全站仪或激光投线仪实时监测构件位置；当构件接近连接节点时，通过缆风绳（一端拴系构件，一端固定在地面锚点）微调构件角度，确保连接孔精准对齐，避免强行穿栓导致构件变形。

临时固定：就位后，立即采用临时螺栓与上节钢柱固定，同时设置斜拉钢丝绳及水平钢梁拉结，防止移位失稳。

4.3 钢吊柱正装逆做施工技术

1）技术核心

钢吊柱正装逆做的核心逻辑是“先控变形，再建体系”：在结构施工初期，通过可活动的临时固定措施约束钢吊柱的位移，避免因斜柱沉降导致吊柱意外受压；待 8 层混凝土达到设计强度、斜柱沉降基本稳定后，再将吊柱与“倒 σ_V 型”节点永久焊接，完成“临时承重→永久受力”的体系转换，同步推进楼面附属结构施工，平衡施工进度与结构安全。

2）临时固定与上部结构施工

1. 安装钢吊柱下部构件，采用可活动双夹板与“倒 y 型”节点临时固定，约束吊柱径向位移；

2. 2. 按正装顺序施工继续 8 层以上结构。

3）体系转换准备

1. 检测8 层混凝土强度，确保达到设计值；

2. 监测斜柱沉降数据，确

4）永久连接与体系转换

1. 拆除钢吊柱临时固定夹板，对“倒 y 型”节点与钢吊柱进行满焊连接；

2. 焊接完成后，检查焊缝质量，确认钢吊柱与永久结构形成整体受力体系，完成“临时→永久”转换。

5）吊柱卸荷与临时支撑拆除

1. 采用“三级卸荷法”逐步释放钢吊柱的临时支撑荷载，第一级卸荷 30% ，第二级卸荷 50% ，第三级卸荷 20% ；

2. 每级卸荷后静置 24h，监测钢吊柱、斜柱的变形；

3. 确认变形稳定后，拆除所有临时支撑构件。

6）楼面混凝土浇筑

1. 按“从下至上，分层浇筑”原则浇筑楼面混凝土；

2. 相邻两层浇筑间隔 ⩾3 天，确保前一层混凝土具备一定强度）；

3. 浇筑过程中实时监测钢吊柱、斜柱的沉降变形，发现异常立即停工调整。

4.4 节点焊接质量控制方法

斜柱与吊柱节点为全熔透焊缝（焊缝等级一级），焊接质量直接影响结构安全，通过“前控、中管、后检”三步法严格控制：

1）焊接前准备：一是坡口清理，采用角磨机去除节点坡口及两侧 100mm 范围内的铁锈、油污、氧化皮，露出金属光泽，避免杂质影响焊缝质量；二是预热处理，采用电加热片对坡口两侧 100mm 范围进行预热，预热温度控制在 120-150℃，通过测温仪实时监测温度分布，确保预热均匀；三是焊接材料选用，采用ER55-G 焊丝，焊丝进场前进行化学成分及力学性能抽检，确保质量合格。

2）焊接顺序与参数控制：采用“对称分层、先短后长”焊接顺序；焊接电流控制在 220-260A，电压 26-30V，焊接速度 120-150mm/min，每焊完 1 层，采用角向磨光机清理焊渣，再进行下一层焊接（共焊接 5 层，每层厚度 6-8mm）。焊接完成后立即进行后热消氢处理：采用电加热片将焊缝及两侧 100mm 范围加热至 250-300℃，保温 2-3h（保温时间根据板厚调整，板厚每增加 10mm，保温时间增加0.5h），随后采用岩棉覆盖缓慢冷却至室温（冷却速度≤50℃/h），减少氢在焊缝中的扩散，防止产生延迟裂纹。

3）焊后检测：焊接完成后，先进行外观检查（无裂纹、气孔、咬边等缺陷），再采用超声波探伤（UT）检测焊缝内部质量（探伤比例 100% ），确保一级焊缝合格率 100% 。

5 结语

本工程斜向钢柱与吊柱组合体系结构复杂，节点力径传递关系特殊，对施工技术提出极高要求。项目通过 BIM 深化设计与动态监测技术，实现了构件“毫米级”精准定位；采用“正装逆做”法，有效规避了吊柱受压变形风险，保障了体系转换安全；通过严格的焊接质量控制，确保节点传力可靠。相关技术与经验可为同类“斜柱 + 吊柱”组合体系工程提供借鉴，具有较高的推广应用价值。

参考文献

[1] 廖祖荣 . 高层建筑钢框架结构施工吊装与连接技术研究 [J].中国新技术新产品 ，2009（16）：150.

[2] 杨正军 . 钢结构工程中临时支撑拆除验算 [J]. 钢结构，2012，27（4）：35- 38.

[3]GB50661- 2011， 钢结构焊接规范 [S].

[4]GB50205- 2020， 钢结构工程施工质量验收标准 [S].

第一作者：杨登 1995 年03 月 男 湖北省黄冈市 汉族 大学本科项目技术负责人 土木工程方向

第二

作者简介： 吴达福（1996.10.22），男，江西省宜春市丰城市人，汉族，大学本科学历，上海宝冶集团有限公司，工程管理

第三

作者简介：杜士亮（1978.08—26），男，山东省 淄博市张店区人，汉族，大学本科学历，上海宝冶集团有限公司，工程管理方向。

第四

作者简介：于金梁（1987.05.07），男，山东省 济宁市鱼台县人，汉族，大学本科学历，上海宝冶酷狗音乐大楼项目，党员。