中国在建第一高楼的结构设计与施工技术

HECHANG

中国在建第一高楼，深圳平安金融中心项目地处深圳市福田区商业中心区地段，该项目总高度660米，地下5层、地上118层，建筑面积达49万平方米，总用钢量达10万吨，建成后将成为“中国第一、世界第二高楼。

中国在建第一高楼，深圳平安金融中心项目地处深圳市福田区商业中心区地段，该项目总高度660米，地下5层、地上118层，建筑面积达49万平方米，总用钢量达10万吨，建成后将成为“中国第一、世界第二高楼。”该项目钢结构工程于2012年5月24日正式开吊，其主体结构采用“巨型框架-核心筒-外伸臂”结构，工程由中国建筑一局(集团)有限公司总承包、中建钢构有限公司承担钢结构安装，平安金融中心从结构设计到施工技术等方面有不少的难点。 

支撑“平安”的八根定楼“神针”

平安项目的外框共有八根巨型钢柱，均匀分布于建筑周围，巨柱从地下室一直贯通至地上550米标高，整体高度达580米，犹如八根擎天巨柱支撑起整栋大楼的重量和竖向荷载，成为定“楼”神针。每根580米长的巨柱在工厂要拆分为112节单独制作，在施工现场逐节安装。巨柱最大截面长5.5米，宽2.3米，最大重量的单节巨柱达115吨，构造十分复杂。这样超重异型的大构件如何保证准确、安全吊装是施工过程的一大难题。中建钢构项目部集思广益，反复斟酌吊装方法，通过实体模型进行安装模拟，最终确立了双机抬吊协同作业，巧设临时措施保证结构稳定性，严抓测量环节控制安装误差等方法顺利完成了安装任务，大力推进了施工进度。 

拔高“平安”的四支“铁臂”

目前在深圳平安项目使用的两台ZSL2700重型动臂式塔吊和两台M1280D重型动臂式塔吊，均为国内最大型号动臂式塔吊，每台塔吊起重臂长60米，最大起重量100吨，塔吊自重440吨。因施工需要，4台塔吊均采用核心筒附墙外爬形式布置，需安装支承系统承担荷载及维持稳定，这种布置形式在国内工程施工应用中十分罕见，在结构的整体构造、墙体附着节点设计方面难度非常之大。 

据负责支承系统设计的中建钢构技术人员介绍说，在设计过程中模拟安装工况并采用有限元模型进行仿真计算，合理设置施工荷载、工况。此外，严格按照相关规范标准，结合加工工艺，对结构形式进行了修改加强，确保设计的合理性及安全性。在加工制作过程中，对支承系统的销轴、丝杆等构件按机械制作行业标准实施精加工。该支承系统的成功设计和运用为项目4台塔吊的顶升做好了关键性技术准备，为中国第一高楼的长高提供坚实保障。 

稳固“平安”的七条“金腰带”

在超高层建筑的施工过程中，桁架层的安装历来是重点和难点。由于其在结构加固及抗侧力方面起到的关键作用，又被誉为超高层建筑的“金腰带”。平安项目共有7条这样的“金腰带”连成一体。项目目前完成了第二道桁架层的安装，其三层桁架的结构形式，给现场施工带来了极大的困难。 

第二道桁架为首道伸臂桁架，位于25到27层，由四面共16榀带状桁架、16榀角桁架与16榀内外伸臂桁架以及8根外框巨柱合围而成，总用钢量达5538吨。其安装难度从首吊中可窥一斑：首个桁架下弦由两片长度分别为10米和20米的构件焊接组成，焊接板厚达80毫米，总重量达106吨，采用双机抬吊法，由两台国内最大塔吊同时协调，确保安装的顺利进行。 

据现场技术人员介绍，安装取得胜利源于两个方面的突破。一为吊装：即构件重量大，不规则构件多。第二道桁架层施工吊装次数达646次，其中超70吨的超重构件吊装便有24次;此外，K形，T形，L形等多牛腿复杂桁架量大，复杂节点多，多种杆件安装就位困难。二为质量：即高空作业难，焊缝质量把关难。第二道桁架层施工在110米的高处进行，多种异型构件安装控制难度大;同时，焊缝接口众多，伸臂桁架处最大焊接板厚达120毫米，高空施焊难度大，焊缝质量难以保证。 

面对困难，项目技术部成立专项小组，从计划编制，施工部署，结构计算，模拟仿真等方面多次协调，重复实验，最终确定安装方案。针对吊装难题，设计预起拱，巧搭支撑胎架，确保安装过程稳定，精确。针对复杂构件，采取地面拼接，整体吊装的方法，分片，分杆件，多种拼装方法并施;针对焊接质量难题，在进行多次焊接实验后，总结方法，合理安排焊接次序，提高质量、安全性，保证了施工的顺利进行。 

保障“平安”的三条巧计

平安金融中心作为中国在建第一高楼，其建筑难度自非比寻常。针对现场施工难点，项目技术部设三条巧计，力克国内三大焊接技术难题，为拔高平安保驾护航。

第一计，挑战“国内第一立焊”。 平安金融中心建筑外框由八根巨柱构成，其中第5节巨柱长达16.33米，需采用立焊方式进行现场拼装焊接，立焊区板厚65毫米，于每侧8人共计16名焊工进行二氧化碳保护焊对称等速施焊。由于立焊区长度大、构件厚、高空作业环境恶劣，进行全熔透一级单面坡口焊接，焊接时极易使热源分布不均匀，产生较大的焊接残余应力引起层状撕裂和焊接变形，而且立焊长度长又导致焊接段之间的衔接与过渡较多易引起外观及内部缺陷。 

现场技术人员积极协调施焊条件，认真策划专项技术措施和作业指导书并交底到所有施焊工人，焊接全程监控，严格控制每一道焊接工序、焊接电流和焊接速度，确保焊前预热、焊后保温、防风挡雨等措施的有效实施。此外，为做到万无一失，平安项目采取了在焊缝两侧中间区域每2米、两端1米区域以每50厘米加一块“T”型加劲板的方法，起到了良好的效果。最终，重重困难得到克服，不仅焊接外观得到业主认可，而且首次UT探伤合格率达到98%以上，有效地保证了后续吊装及土建施工的顺利开展。 

第二计，攻克“国内第一厚焊”。平安金融中心整体结构为“巨型框架-核心筒-外伸臂”抗侧力体系，其中外框架由巨型柱、带状桁架、巨型斜撑、V型支撑及楼层钢梁构成受力结构。铸钢节点设在V型支撑交点处，对结构稳定性起到至关重要的作用。铸钢件结构复杂，重量最大达150吨，需分段吊装，焊接厚度更是史上空前，局部达到300毫米，在国内施工现场运用来看实属罕见，堪称“国内第一厚焊”。焊接在约50米的高空进行，深圳夏季多变的天气及铸钢件本身组织不均匀等诸多因素给现场施焊带来巨大挑战。现场技术人员积极营造施工条件，多次研讨专项施工方案、对焊接人员进行交底，实际操作前进行模拟焊接试验积累经验。同时为避免重复多次加热冷却再加热影响母材质量，技术人员采取12人三班倒作业、24小时连续焊接，全焊段尽可能保持连续施焊，避免多次熄弧、起弧，严格控制每一道焊接工序、焊接电流和焊接速度，做到焊前预热、焊后保温、防风挡雨，确保了焊接质量。历经一个多月的艰苦作业，深圳平安金融中心终于克服重重困难圆满完成所有铸钢件节点的安装，成功挑战“国内第一厚焊”这一国内性技术难题。 

第三计，力拿“国内第一仰焊”。 第二道桁架层存在伸臂桁架，作为核心筒与外框之间的连接件，对整体结构稳定性至关重要，需采用仰焊施工。本次仰焊施工位于130米高空，厚度更是达到120毫米，由单人进行单面全熔透一级V形坡口焊，在施工过程中，极易出现熔池金属下坠、背部缺陷、正面焊瘤等问题，施工难度堪称全国第一。在整个项目工程中，如此大规模、高难度的仰焊施工也仅此一例。据悉，此次施工在厚度、难度上已全面打破由国家体育场“鸟巢”项目保持的80毫米厚底板仰焊焊接纪录。 

针对此重大施工难题，项目部经过月余绸缪，从焊丝挑选、工艺评定、模拟实验等方面认真策划，不断总结经验，多方面协调改善施焊条件，并严格控制每一道焊缝焊接参数，达到焊接过程全程监控，确保焊接质量保障措施得到有效执行。