2024全国科技活动周 （三）| 浅谈超高层建筑复杂钢结构加工技术
发布时间：2024-05-26
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伴随国内城市的发展，已有越来越多的超高层建筑建设完成。超高层建筑大多会采用钢结构，其结构的主要类型为核心筒-外框筒，例如宝钢建科（宝钢钢构）参与建设的上海中心大厦、中国尊等，这类超高层建筑的构件类型主要由巨柱、环带桁架、伸臂桁架、框架梁、楼面梁等钢结构组成。还有少量的超高层建筑采用密柱斜交网格钢结构，如宝钢建科（宝钢钢构）参与建设的深圳华润总部大厦，这类超高层建筑内部无核心筒，空间利用率更高。
不论采用哪种结构形式，超高层建筑钢结构的特点都是材料强度高、钢板厚度大、构件形式复杂，具有较大的技术和质量控制难度。
一般来讲，钢结构件的生产从合同签订以后，主要有以下几个工序：深化设计→加工工艺→下料→钻孔→零部件装配焊接→构件装配焊接→抛丸油漆→打包发运，其质量控制也是贯穿整个工序。
一般来讲，从事超高层钢结构生产制造的企业应具备完善的质量管理体系。主要从公司的组织机构到岗位的人员配备，从制度文件的完整性到执行的合规性等方面予以完善。
钢结构生产作业的关键岗位一般都有资质要求。例如焊工，除了具备特种作业操作证以外，还需要具备相关部门颁发的技能资格证；例如无损检测人员，需要具有中国机械工程学会无损检测学会版发的认证证书。
所有的设备都需要保证在良好的状态下运行，设备应及时进行保养和日常点检；
对有要求的计量器具应按照国家相关法律法规要求进行检定，并且登记造册，未经检定的计量器具不得使用；
材料管理主要从采购的技术要求，入场检、复验，材料色标管理，材料移植，余料管控等环节予以严格管理，使材料具有追溯性。
超高层钢结构一般来讲都是非标件，因此生产前要对项目的所有构件类型进行分析、分类，并针对每类的构件加工制定专项的加工工艺方案，加工工艺方案应包括加工工序及质量要求，焊接作业及质量要求，抛丸油漆作业及质量要求，打包、预装等。对于焊接和涂装还需要根据法规标准要求进行工艺评定。
钢结构生产制造中，作业环境对产品质量影响较大。例如，焊接过程风速、雨雪、温度等会产生气孔、裂纹等缺陷；油漆作业温度、湿度会产生漆膜开裂、脱落等缺陷。在作业环境不满足的条件下，应采取措施才能作业。
上海中心大厦（Shanghai Tower），位于上海市陆家嘴金融贸易区，为中国第一高楼、世界第二高楼 ，始建于2008年11月29日，于2016年3月12日完成建筑总体的施工工作。主楼为地上127层，建筑高度632米，地下室有5层；裙楼共7层，其中地上5层，地下2层，建筑高度为38米；总建筑面积约为57.8万平方米，其中地上总面积约41万平方米，地下总面积约16.8万平方米，占地面积30368平方米。
上海中心大厦结构采用了“巨型框架-核心筒-伸臂桁架钢-混凝土”抗侧力混合结构体系。巨型框架结构由8根巨型柱、4根角柱以及8道位于设备层两个楼层高的箱形空间环带桁架组成。巨柱为型钢混凝土柱，最大尺寸（5.3×3.7）。核心筒为钢筋混凝土结构，底部为边长30米的方形混凝土筒体，翼墙厚度1.2米，腹墙厚度0.9米，顶部翼墙和腹墙厚度均为0.5米。主楼沿结构竖向共布置6道伸臂桁架，分别位于2区、4区、5～8区的加强层，伸臂桁架在加强层处贯穿核心筒的腹墙，并与两侧的巨型柱相连接。
上海中心大厦采用的巨型柱为双腹板王字柱，截面尺寸最大达到5.3米×3.7米，材质为Q390，厚度超过80mm。巨柱及环带桁架的装配难度大，焊接变形控制难度大，焊缝拘束度大，通过合理的装配顺序和焊接工艺，以及焊接变形控制技术，确保构件的质量符合项目要求。
上海中心大厦项目是国内最早应用BIM技术应用于项目建设全流程、各专业的超高层建筑。从建筑钢结构领域来说主要分5步予以实施：
上海中心项目，宝钢建科（宝钢钢构）在数字化技术上进行了全方位的探索研究和应用。
宝钢建科（宝钢钢构）率先在行业内应用了数字化的预拼装和数字化测量技术，通过数字化的手段，有效的确保了产品的尺寸。
2019年，凭借上海中心大厦项目钢结构中相关的先进技术应用，宝钢建科（宝钢钢构）也荣获了上海市科学技术奖-特等奖。
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