中國在建第一高樓的施工技藝

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     中國在建第一高樓，深圳平安金融中心項目地處深圳市福田區(qū)商業(yè)中心區(qū)地段，該項目總高度660米，地下5層、地上118層，建筑面積達49萬平方米，總用鋼量達10萬噸，建成后將成為“中國第一、世界第二高樓。”該項目鋼結(jié)構(gòu)工程于2012年5月24日正式開吊，其主體結(jié)構(gòu)采用“巨型框架-核心筒-外伸臂”結(jié)構(gòu)，工程由中國建筑一局(集團)有限公司總承包、中建鋼構(gòu)有限公司承擔鋼結(jié)構(gòu)安裝，平安金融中心從結(jié)構(gòu)設(shè)計到施工技術(shù)等方面有不少的難點。
    支撐“平安”的八根定樓“神針”
     平安項目的外框共有八根巨型鋼柱，均勻分布于建筑周圍，巨柱從地下室一直貫通至地上550米標高，整體高度達580米，猶如八根擎天巨柱支撐起整棟大樓的重量和豎向荷載，成為定“樓”神針。每根580米長的巨柱在工廠要拆分為112節(jié)單獨制作，在施工現(xiàn)場逐節(jié)安裝。巨柱最大截面長5.5米，寬2.3米，最大重量的單節(jié)巨柱達115噸，構(gòu)造十分復雜。這樣超重異型的大構(gòu)件如何保證準確、安全吊裝是施工過程的一大難題。中建鋼構(gòu)項目部集思廣益，反復斟酌吊裝方法，通過實體模型進行安裝模擬，最終確立了雙機抬吊協(xié)同作業(yè)，巧設(shè)臨時措施保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，嚴抓測量環(huán)節(jié)控制安裝誤差等方法順利完成了安裝任務(wù)，大力推進了施工進度。
    拔高“平安”的四支“鐵臂”
     目前在深圳平安項目使用的兩臺ZSL2700重型動臂式塔吊和兩臺M1280D重型動臂式塔吊，均為國內(nèi)最大型號動臂式塔吊，每臺塔吊起重臂長60米，最大起重量100噸，塔吊自重440噸。因施工需要，4臺塔吊均采用核心筒附墻外爬形式布置，需安裝支承系統(tǒng)承擔荷載及維持穩(wěn)定，這種布置形式在國內(nèi)工程施工應(yīng)用中十分罕見，在結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)造、墻體附著節(jié)點設(shè)計方面難度非常之大。
     據(jù)負責支承系統(tǒng)設(shè)計的中建鋼構(gòu)技術(shù)人員介紹說，在設(shè)計過程中模擬安裝工況并采用有限元模型進行仿真計算，合理設(shè)置施工荷載、工況。此外，嚴格按照相關(guān)規(guī)范標準，結(jié)合加工工藝，對結(jié)構(gòu)形式進行了修改加強，確保設(shè)計的合理性及安全性。在加工制作過程中，對支承系統(tǒng)的銷軸、絲桿等構(gòu)件按機械制作行業(yè)標準實施精加工。該支承系統(tǒng)的成功設(shè)計和運用為項目4臺塔吊的頂升做好了關(guān)鍵性技術(shù)準備，為中國第一高樓的長高提供堅實保障。
    穩(wěn)固“平安”的七條“金腰帶”
     在超高層建筑的施工過程中，桁架層的安裝歷來是重點和難點。由于其在結(jié)構(gòu)加固及抗側(cè)力方面起到的關(guān)鍵作用，又被譽為超高層建筑的“金腰帶”。平安項目共有7條這樣的“金腰帶”連成一體。項目目前完成了第二道桁架層的安裝，其三層桁架的結(jié)構(gòu)形式，給現(xiàn)場施工帶來了極大的困難。
     第二道桁架為首道伸臂桁架，位于25到27層，由四面共16榀帶狀桁架、16榀角桁架與16榀內(nèi)外伸臂桁架以及8根外框巨柱合圍而成，總用鋼量達5538噸。其安裝難度從首吊中可窺一斑：首個桁架下弦由兩片長度分別為10米和20米的構(gòu)件焊接組成，焊接板厚達80毫米，總重量達106噸，采用雙機抬吊法，由兩臺國內(nèi)最大塔吊同時協(xié)調(diào)，確保安裝的順利進行。
     據(jù)現(xiàn)場技術(shù)人員介紹，安裝取得勝利源于兩個方面的突破。一為吊裝：即構(gòu)件重量大，不規(guī)則構(gòu)件多。第二道桁架層施工吊裝次數(shù)達646次，其中超70噸的超重構(gòu)件吊裝便有24次；此外，K形，T形，L形等多牛腿復雜桁架量大，復雜節(jié)點多，多種桿件安裝就位困難。二為質(zhì)量：即高空作業(yè)難，焊縫質(zhì)量把關(guān)難。第二道桁架層施工在110米的高處進行，多種異型構(gòu)件安裝控制難度大；同時，焊縫接口眾多，伸臂桁架處最大焊接板厚達120毫米，高空施焊難度大，焊縫質(zhì)量難以保證。
     面對困難，項目技術(shù)部成立專項小組，從計劃編制，施工部署，結(jié)構(gòu)計算，模擬仿真等方面多次協(xié)調(diào)，重復實驗，最終確定安裝方案。針對吊裝難題，設(shè)計預起拱，巧搭支撐胎架，確保安裝過程穩(wěn)定，精確。針對復雜構(gòu)件，采取地面拼接，整體吊裝的方法，分片，分桿件，多種拼裝方法并施；針對焊接質(zhì)量難題，在進行多次焊接實驗后，總結(jié)方法，合理安排焊接次序，提高質(zhì)量、安全性，保證了施工的順利進行。
    保障“平安”的三條巧計
     平安金融中心作為中國在建第一高樓，其建筑難度自非比尋常。針對現(xiàn)場施工難點，項目技術(shù)部設(shè)三條巧計，力克國內(nèi)三大焊接技術(shù)難題，為拔高平安保駕護航。
     第一計，挑戰(zhàn)“國內(nèi)第一立焊”。 平安金融中心建筑外框由八根巨柱構(gòu)成，其中第5節(jié)巨柱長達16.33米，需采用立焊方式進行現(xiàn)場拼裝焊接，立焊區(qū)板厚65毫米，于每側(cè)8人共計16名焊工進行二氧化碳保護焊對稱等速施焊。由于立焊區(qū)長度大、構(gòu)件厚、高空作業(yè)環(huán)境惡劣，進行全熔透一級單面坡口焊接，焊接時極易使熱源分布不均勻，產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力引起層狀撕裂和焊接變形，而且立焊長度長又導致焊接段之間的銜接與過渡較多易引起外觀及內(nèi)部缺陷。
     現(xiàn)場技術(shù)人員積極協(xié)調(diào)施焊條件，認真策劃專項技術(shù)措施和作業(yè)指導書并交底到所有施焊工人，焊接全程監(jiān)控，嚴格控制每一道焊接工序、焊接電流和焊接速度，確保焊前預熱、焊后保溫、防風擋雨等措施的有效實施。此外，為做到萬無一失，平安項目采取了在焊縫兩側(cè)中間區(qū)域每2米、兩端1米區(qū)域以每50厘米加一塊“T”型加勁板的方法，起到了良好的效果。最終，重重困難得到克服，不僅焊接外觀得到業(yè)主認可，而且首次UT探傷合格率達到98%以上，有效地保證了后續(xù)吊裝及土建施工的順利開展。
     第二計，攻克“國內(nèi)第一厚焊”。平安金融中心整體結(jié)構(gòu)為“巨型框架-核心筒-外伸臂”抗側(cè)力體系，其中外框架由巨型柱、帶狀桁架、巨型斜撐、V型支撐及樓層鋼梁構(gòu)成受力結(jié)構(gòu)。鑄鋼節(jié)點設(shè)在V型支撐交點處，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用。鑄鋼件結(jié)構(gòu)復雜，重量最大達150噸，需分段吊裝，焊接厚度更是史上空前，局部達到300毫米，在國內(nèi)施工現(xiàn)場運用來看實屬罕見，堪稱“國內(nèi)第一厚焊”。焊接在約50米的高空進行，深圳夏季多變的天氣及鑄鋼件本身組織不均勻等諸多因素給現(xiàn)場施焊帶來巨大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)場技術(shù)人員積極營造施工條件，多次研討專項施工方案、對焊接人員進行交底，實際操作前進行模擬焊接試驗積累經(jīng)驗。同時為避免重復多次加熱冷卻再加熱影響母材質(zhì)量，技術(shù)人員采取12人三班倒作業(yè)、24小時連續(xù)焊接，全焊段盡可能保持連續(xù)施焊，避免多次熄弧、起弧，嚴格控制每一道焊接工序、焊接電流和焊接速度，做到焊前預熱、焊后保溫、防風擋雨，確保了焊接質(zhì)量。歷經(jīng)一個多月的艱苦作業(yè)，深圳平安金融中心終于克服重重困難圓滿完成所有鑄鋼件節(jié)點的安裝，成功挑戰(zhàn)“國內(nèi)第一厚焊”這一國內(nèi)性技術(shù)難題。
     第三計，力拿“國內(nèi)第一仰焊”。 第二道桁架層存在伸臂桁架，作為核心筒與外框之間的連接件，對整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要，需采用仰焊施工。本次仰焊施工位于130米高空，厚度更是達到120毫米，由單人進行單面全熔透一級V形坡口焊，在施工過程中，極易出現(xiàn)熔池金屬下墜、背部缺陷、正面焊瘤等問題，施工難度堪稱全國第一。在整個項目工程中，如此大規(guī)模、高難度的仰焊施工也僅此一例。據(jù)悉，此次施工在厚度、難度上已全面打破由國家體育場“鳥巢”項目保持的80毫米厚底板仰焊焊接紀錄。
     針對此重大施工難題，項目部經(jīng)過月余綢繆，從焊絲挑選、工藝評定、模擬實驗等方面認真策劃，不斷總結(jié)經(jīng)驗，多方面協(xié)調(diào)改善施焊條件，并嚴格控制每一道焊縫焊接參數(shù)，達到焊接過程全程監(jiān)控，確保焊接質(zhì)量保障措施得到有效執(zhí)行。