高层钢结构转换层桁架施工技术应用
高荣华+杨凯
摘 要：随着社会经济的发展，高层或超高层建筑在全国各地不断涌现，并向多功能化、结构复杂化发展，因而高层或超高层建筑的转换桁架结构也趋向多样化、节点复杂化和构件大型化，转换桁架结构施工成为高层建筑结构施工的特点及难点。论述转换桁架结构构件分段、构件制作、节点处理及测量定位等技术措施。
关键词：高层钢结构；转换层；桁架施工
随着城市的发展，对高层建筑要求有多用途，往往底层用作商场、餐馆等，中间层用作写字间，上层用作住宅或者旅馆。这种布局要求在底层布置大空间，顶层布置小空间，这恰恰与结构布置的常规方式相反，为了保证结构构件传力的合理，要在结构体系变换的楼层处设置转换层。常见的转换层结构形式有梁式转换，桁架式转换，空腹桁架式转换，箱形转换，板式转换，转换拱，组合柱等。对于高层建筑尤其是超高层建筑，由于转换层上部楼层较多，荷载较大，近年来，高层钢结构转换层桁架施工技术得到了广泛应用。
1 高层钢结构转换层桁架施工流程
转换层施工前，需根据现场土建施工工序、加工工艺、构件运输、安装方法等要求，对桁架层进行合理的分段，出具详细的深化图纸、加工工艺方案、现场安装方法。针对桁架层牛腿的复杂性，对其制作部分进行实体预拼装和计算机模拟双项对比验收，检验构件加工精度，满足现场要求。同时，对比验证计算机模拟验收的可操作性。现场安装采用先核心筒后外筒的施工方法。根据土建施工进度和设计要求，对构件合理的分步骤、分区域、分工序的安装，保证施工质量。
1、预拼验收检验
本工程伸臂桁架由筒外圆管柱及筒内方管柱相连接，构件连接牛腿较多，且安装精度要求高，为控制伸臂桁架的工厂制作误差、工艺检验数据等误差，保证构件的安装空间位置、减小现场安装产生的积累误差，应对首制作进行必要的工厂预拼装。以通过实样检验预拼装各部件的制作精度，修整构件部位的界面，定出构件的实际尺寸，复核构件各类标记。
伸臂桁架首制件的实体预拼装和电脑模拟预拼装同时进行，如若实体拼装和电脑模拟预拼装的效果相同，后续伸臂桁架可不进行实体预拼装，仅进行电脑模拟预拼装，其所有构件均严格按照首制件的制作工艺及精度要求进行加工制作，以满足设计、相关规范和现场安装要求。同时为现场按时吊装节省了宝贵的工期。
（1）实体卧拼装。实体卧拼装步骤：拼装胎架面确定→地面基准线划定→预拼装胎架设置→钢柱组装定位→上下弦杆定位→腹板定位。实体卧拼装完成后，检验定对各中心线、坡口间隙、板边差等，与公差进行对比。
（2）计算机模拟预拼。电脑模拟坐标系以P1点为整体的坐标原点；各单根构件，建立各自的分坐标系，然后将各自端口控制点坐标的实测值输入电脑，最后再将坐标原点重新放回P1点，把单个构件的控制点实测值换算成在整体坐标系实测坐标值并与整体坐标下的理论值进行一一对应比较，所得的公差值满足验收标准则合格，否则进行调整。将所得到的实际测量公差值带入整体坐标系中，用得到的整体坐标进行计算机模拟预拼装。经实体预拼装和计算机模拟预拼装对比分析后，制作精度满足现场安装要求，且计算机模拟预拼可对本工程复杂节点进行有效控制。
2、桁架层安装
桁架层安装分为核心筒和外筒桁架两部分。当核心筒混凝土浇筑至36层时，开始插入暗埋桁架施工，在36层标高处预埋箱型柱脚埋件，同时预埋临时加固措施用钢埋件，核心筒36～37层暗柱安装、测量校正完成后，立即对桁架层暗柱进行临时加固固定，然后安装下弦杆。下弦杆安装完成后，爬模架爬升1层，浇筑36层混凝土，最后安装37～38层暗柱、上弦杆和斜腹杆。53～54层桁架层的安装类似。外框桁架层安装施工步骤：钢结构施工至36层时，安装腰桁架和外伸臂桁架，先安装角部钢管柱，再安装下弦杆、水平弦杆和斜腹杆，形成局部稳定单元，然后对称地向中间扩展安装，最后安装楼层钢梁。
（1）核心筒桁架施工
因核心筒钢柱超重，牛腿最多达到10处，校正非常困难。钢柱安装前，对暗埋定位预埋件进行精确定位，以保证钢柱吊装时精确定位，后期仅进行微调处理。
（2）外筒桁架安装顺序
外筒桁架共分8个单元（单元形式共2个），安装顺序：钢柱→腰桁架下弦杆→伸臂桁架下弦杆→上弦杆件和腹杆。安装时按照分单元进行吊装、校正、焊接，最后施工各单元间的连接件，保证焊缝收缩量符合施工规定。
2 高层钢结构转换层桁架施工质量控制
1、在施工过程中，为确保质量，钢筋连接采用闪光对焊现场帮条焊连接，对于ф28Ⅲ级钢筋闪光对焊，选定专人施焊，焊前利用短钢筋头进行多次工艺试验，焊接质量稳定后进行正式施工。电弧焊选E5003型焊条。钢筋撑脚按设计要求采用ф25“Z”字形Ⅲ钢筋撑脚，@500×500mm垫块采用30mm厚花岗岩块@500×500mm.绑扎要求同一方向同一层的梁、板钢筋要在同一空间高度位置，以保证梁板有效高度。
2、高空安全防护。第一，高空安全网挂设高空散件安装时，施工下方必须采用软性安全防护。桁架安装前，在悬挑桁架正下方处拉设安全兜网，通过塔楼4根结构柱绑扎10mm的钢丝绳作为安全兜网主筋绳，将安全网铺设在主筋绳上，再通过倒链进行调节，达到安全防护的要求；在首层处设置警戒区，施工期间派专人看护，严禁人员进入。第二，大斜撑模块式脚手架吊装初期，首先安装的部分为大斜撑，操作空间极其有限，且风险较大，为此设计模块式脚手架，在地面组装成门字形后可直接吊装至高空已焊接完成的大斜撑上，并箍紧钢构件。第三，桁架悬挂脚手架为保证安装及涂装过程有安全的操作空间，需随桁架安装进度，搭设悬挂于钢构件之上的悬挂脚手架，实现封闭安全防护。
3、同步补偿系统。同步补偿系统由测量、控制、动力和可伸缩柱脚等组成。测量系统采集转换桁架和上部结构标高变化信息，为控制系统运行提供依据。控制系统在比较控制目标与监测信息的基础上，做出控制决策，并发布控制指令。动力系统根据控制指令动作，补偿转换桁架下挠引起的上部结构标高变化。可伸缩柱脚需具备伸缩功能，满足标高补偿需要。同步补偿系统属于闭环控制系统。施工前利用有限元模型预测每层框架荷载引起的转换桁架挠度；施工中利用液压千斤顶于每层框架吊装完毕后实施补偿，并将调整情况及结构内应力反馈至计算模型；根据实际情况调整模型，确定下一层施工完毕后各组千斤项的顶升数据。采用计算机控制系统对群组千斤顶实施同步或单独顶升，灵活控制楼层标高及内力。
3 结束语
综上所述，高层住宅的结构转换层是一个住宅建筑物中不同结构形式相连结的关节点，它既是下部结构的封顶，又是上部结构的“空中基础”，在整个建筑物结构体系中起着至关重要的连结纽带作用。在具体的施工中，为了保证超高层建筑结构的稳定性，需要根据竖向结构以及具体的轴线形式来提升整体功能的需求。另外，从转换桁架的结构形式上看，主要是以大跨度的转换桁架的形式来提升空间感。这种施工形式不仅工艺比较简单，成本相对较低，其可控性还比较强，因此，在目前我国的多数建筑工程中都得到了高效应用。
参考文献
[1]宋金祥，刘晓莉.重庆石桥广场转换桁架结构初步方案[J].山西建筑，2011（15）.
[2]柴海东.上海155号东街坊地块转换桁架制作技术[J].安装，2011（3）.
[3]王磊，张同波.青岛高新区创业中心型钢转换桁架的设计与施工[J].青岛理工大学学报，2010（5）.
[4]周德玲，王毅，赵华，张伟.津湾广场9号楼转换桁架结构设计[J].建筑结构，2014（2）.
摘 要：随着社会经济的发展，高层或超高层建筑在全国各地不断涌现，并向多功能化、结构复杂化发展，因而高层或超高层建筑的转换桁架结构也趋向多样化、节点复杂化和构件大型化，转换桁架结构施工成为高层建筑结构施工的特点及难点。论述转换桁架结构构件分段、构件制作、节点处理及测量定位等技术措施。
关键词：高层钢结构；转换层；桁架施工
随着城市的发展，对高层建筑要求有多用途，往往底层用作商场、餐馆等，中间层用作写字间，上层用作住宅或者旅馆。这种布局要求在底层布置大空间，顶层布置小空间，这恰恰与结构布置的常规方式相反，为了保证结构构件传力的合理，要在结构体系变换的楼层处设置转换层。常见的转换层结构形式有梁式转换，桁架式转换，空腹桁架式转换，箱形转换，板式转换，转换拱，组合柱等。对于高层建筑尤其是超高层建筑，由于转换层上部楼层较多，荷载较大，近年来，高层钢结构转换层桁架施工技术得到了广泛应用。
1 高层钢结构转换层桁架施工流程
转换层施工前，需根据现场土建施工工序、加工工艺、构件运输、安装方法等要求，对桁架层进行合理的分段，出具详细的深化图纸、加工工艺方案、现场安装方法。针对桁架层牛腿的复杂性，对其制作部分进行实体预拼装和计算机模拟双项对比验收，检验构件加工精度，满足现场要求。同时，对比验证计算机模拟验收的可操作性。现场安装采用先核心筒后外筒的施工方法。根据土建施工进度和设计要求，对构件合理的分步骤、分区域、分工序的安装，保证施工质量。
1、预拼验收检验
本工程伸臂桁架由筒外圆管柱及筒内方管柱相连接，构件连接牛腿较多，且安装精度要求高，为控制伸臂桁架的工厂制作误差、工艺检验数据等误差，保证构件的安装空间位置、减小现场安装产生的积累误差，应对首制作进行必要的工厂预拼装。以通过实样检验预拼装各部件的制作精度，修整构件部位的界面，定出构件的实际尺寸，复核构件各类标记。
伸臂桁架首制件的实体预拼装和电脑模拟预拼装同时进行，如若实体拼装和电脑模拟预拼装的效果相同，后续伸臂桁架可不进行实体预拼装，仅进行电脑模拟预拼装，其所有构件均严格按照首制件的制作工艺及精度要求进行加工制作，以满足设计、相关规范和现场安装要求。同时为现场按时吊装节省了宝贵的工期。
（1）实体卧拼装。实体卧拼装步骤：拼装胎架面确定→地面基准线划定→预拼装胎架设置→钢柱组装定位→上下弦杆定位→腹板定位。实体卧拼装完成后，检验定对各中心线、坡口间隙、板边差等，与公差进行对比。
（2）计算机模拟预拼。电脑模拟坐标系以P1点为整体的坐标原点；各单根构件，建立各自的分坐标系，然后将各自端口控制点坐标的实测值输入电脑，最后再将坐标原点重新放回P1点，把单个构件的控制点实测值换算成在整体坐标系实测坐标值并与整体坐标下的理论值进行一一对应比较，所得的公差值满足验收标准则合格，否则进行调整。将所得到的实际测量公差值带入整体坐标系中，用得到的整体坐标进行计算机模拟预拼装。经实体预拼装和计算机模拟预拼装对比分析后，制作精度满足现场安装要求，且计算机模拟预拼可对本工程复杂节点进行有效控制。
2、桁架层安装
桁架层安装分为核心筒和外筒桁架两部分。当核心筒混凝土浇筑至36层时，开始插入暗埋桁架施工，在36层标高处预埋箱型柱脚埋件，同时预埋临时加固措施用钢埋件，核心筒36～37层暗柱安装、测量校正完成后，立即对桁架层暗柱进行临时加固固定，然后安装下弦杆。下弦杆安装完成后，爬模架爬升1层，浇筑36层混凝土，最后安装37～38层暗柱、上弦杆和斜腹杆。53～54层桁架层的安装类似。外框桁架层安装施工步骤：钢结构施工至36层时，安装腰桁架和外伸臂桁架，先安装角部钢管柱，再安装下弦杆、水平弦杆和斜腹杆，形成局部稳定单元，然后对称地向中间扩展安装，最后安装楼层钢梁。
（1）核心筒桁架施工
因核心筒钢柱超重，牛腿最多达到10处，校正非常困难。钢柱安装前，对暗埋定位预埋件进行精确定位，以保证钢柱吊装时精确定位，后期仅进行微调处理。
（2）外筒桁架安装顺序
外筒桁架共分8个单元（单元形式共2个），安装顺序：钢柱→腰桁架下弦杆→伸臂桁架下弦杆→上弦杆件和腹杆。安装时按照分单元进行吊装、校正、焊接，最后施工各单元间的连接件，保证焊缝收缩量符合施工规定。
2 高层钢结构转换层桁架施工质量控制
1、在施工过程中，为确保质量，钢筋连接采用闪光对焊现场帮条焊连接，对于ф28Ⅲ级钢筋闪光对焊，选定专人施焊，焊前利用短钢筋头进行多次工艺试验，焊接质量稳定后进行正式施工。电弧焊选E5003型焊条。钢筋撑脚按设计要求采用ф25“Z”字形Ⅲ钢筋撑脚，@500×500mm垫块采用30mm厚花岗岩块@500×500mm.绑扎要求同一方向同一层的梁、板钢筋要在同一空间高度位置，以保证梁板有效高度。
2、高空安全防护。第一，高空安全网挂设高空散件安装时，施工下方必须采用软性安全防护。桁架安装前，在悬挑桁架正下方处拉设安全兜网，通过塔楼4根结构柱绑扎10mm的钢丝绳作为安全兜网主筋绳，将安全网铺设在主筋绳上，再通过倒链进行调节，达到安全防护的要求；在首层处设置警戒区，施工期间派专人看护，严禁人员进入。第二，大斜撑模块式脚手架吊装初期，首先安装的部分为大斜撑，操作空间极其有限，且风险较大，为此设计模块式脚手架，在地面组装成门字形后可直接吊装至高空已焊接完成的大斜撑上，并箍紧钢构件。第三，桁架悬挂脚手架为保证安装及涂装过程有安全的操作空间，需随桁架安装进度，搭设悬挂于钢构件之上的悬挂脚手架，实现封闭安全防护。
3、同步补偿系统。同步补偿系统由测量、控制、动力和可伸缩柱脚等组成。测量系统采集转换桁架和上部结构标高变化信息，为控制系统运行提供依据。控制系统在比较控制目标与监测信息的基础上，做出控制决策，并发布控制指令。动力系统根据控制指令动作，补偿转换桁架下挠引起的上部结构标高变化。可伸缩柱脚需具备伸缩功能，满足标高补偿需要。同步补偿系统属于闭环控制系统。施工前利用有限元模型预测每层框架荷载引起的转换桁架挠度；施工中利用液压千斤顶于每层框架吊装完毕后实施补偿，并将调整情况及结构内应力反馈至计算模型；根据实际情况调整模型，确定下一层施工完毕后各组千斤项的顶升数据。采用计算机控制系统对群组千斤顶实施同步或单独顶升，灵活控制楼层标高及内力。
3 结束语
综上所述，高层住宅的结构转换层是一个住宅建筑物中不同结构形式相连结的关节点，它既是下部结构的封顶，又是上部结构的“空中基础”，在整个建筑物结构体系中起着至关重要的连结纽带作用。在具体的施工中，为了保证超高层建筑结构的稳定性，需要根据竖向结构以及具体的轴线形式来提升整体功能的需求。另外，从转换桁架的结构形式上看，主要是以大跨度的转换桁架的形式来提升空间感。这种施工形式不仅工艺比较简单，成本相对较低，其可控性还比较强，因此，在目前我国的多数建筑工程中都得到了高效应用。
参考文献
[1]宋金祥，刘晓莉.重庆石桥广场转换桁架结构初步方案[J].山西建筑，2011（15）.
[2]柴海东.上海155号东街坊地块转换桁架制作技术[J].安装，2011（3）.
[3]王磊，张同波.青岛高新区创业中心型钢转换桁架的设计与施工[J].青岛理工大学学报，2010（5）.
[4]周德玲，王毅，赵华，张伟.津湾广场9号楼转换桁架结构设计[J].建筑结构，2014（2）.
