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【摘 要】无论是发达国家，还是发展中国家都把兴建超高层建筑作为展示社会发展成就的重要手段。而超高层建筑通常采用钢结构作为主要构成部分，因此超高层建筑一般都是超高层钢结构。
【关键词】超高层建筑；钢结构；施工；特点
1.超高层建筑钢结构的发展
超高层建筑的兴建不但具有显著的经济效益和社会效益，能够展现一个时代、一个国家的科技发展成就，而且可以极大地促进相关领域科技的发展。因此目前兴起了超高层建筑建设的新高潮。不仅高度越来越高，而且超高层建筑造型也更加多样化。
2.现代大型超高层钢结构的特点
大型超高层钢结构通常具有高、重等突出特点和共性；而最近十几年间，大型超高钢结构又呈现出斜、扭、悬等更多特异性特点。
（1）高：高度带来施工高风险。
（2）重：结构构件重，用钢量大，对机械设备要求高。
（3）斜：施工过程会发生较大的水平变形。
（4）扭：能使结构呈三维倾斜，施工过程中不仅定位复杂，而且受温度等随机荷载影响较大。
（5）悬：如某电视塔高空巨大的悬臂挑出，使得结构吊装和变形控制异常复杂和困难。
3.大型超高层钢结构施工关键技术和措施
确定大型超高层钢结构工程施工技术路线时，首先应该对所施工的结构对象有充分地了解，并综合技术、经济、环境各方面的因素来考虑。对于结构本身的准确理解以及对环境、自身资源的充分认识是确定施工总体技术路线的前提。最优秀的技术路线一定是符合主客观条件，并充分利用时间、空间和自身特长的技术路线。主要考虑的方面有：
（1）要理解结构的基本组成和荷载传递途径。只有分析清楚结构的基本组成，才能恰当地划分吊装单元，只有分析清楚结构荷载传递路径，才能确定合理的施工顺序，保证施工完成状态与设计要求一致。对于超高层钢结构，钢柱、钢梁、钢桁架是通常的组成部分，也是结构分析的主要对象。
（2）熟悉施工场地条件和周边环境是合理选择施工设备、有效进行施工组织和规划施工的重要前提之一。施工环境还包括业主对工程建设的要求（如工期等），场外运输条件以及土建施工和设备安装等上下道工序对钢结构安装的制约等。充分利用施工现场的环境和空间条件，实现连续、高效、快速施工，是确定安装技术路线的主要考虑因素之一。
（3）了解资源配置情况及技术能力，这也是确定安装方案的重要前提。各施工企业有其特定的资源环境和技术特长，确定施工技术路线时应充分发挥自己的长处和优势，才能取得事半功倍的效果。
对于大型超高层钢结构，关键的施工技术和措施主要有如下几个方面。
3.1机械设备选择
根据结构的实际情况，选用合理的吊装机械，是钢结构吊装最重要的工作。目前，塔式起重机是钢结构高空吊装的主力设备。而履带吊、门式起重机可以作为低空吊装以及构件驳运的辅助机械。目前得到快速发展的液压集群千斤顶可以用于大型构件或组件乃至整体结构的提升、平移和旋转就位作业。
3.2测量技术
配备适用完好的仪器，精心布设测量基准点和基准网，选择正确的测校方法和数值传递路线，是工程测量的基本要素。超高层由于结构高，通视条件差等因素的影响，结构测量的难度很大。目前比较先进的方法是建立双重控制网，选用GPS定位系统进行测量基线网的测设，并以高精度全站仪为重要手段，进行构件空中三维坐标定位。
3.3焊接技术
超高层钢结构构件多数采用等强焊接连接，不仅焊接量大，而且质量要求高。同时由于结构超高，大多数焊接作业需在高空完成，安全控制难，气候影响显著。
因此，需要根据不同的钢材特性和现场施工条件，选择合理的焊接工艺、设备和材料，关注高空施焊的操作条件，培训熟练的焊接技工，落实防风防雨的技术措施，适时进行无损检测等，是钢结构现场焊接作业的关键所在。此外，焊接方案也必须从保证焊接质量、提高焊接功效、减少焊接变形等因素进行综合考虑。
目前以二氧化碳气体保护半自动焊为主，手工焊为辅的焊接工艺最为常用，施焊时不仅需要考虑总体和区段的焊接顺序，对一个焊接节点也需采用对称分布焊接的施焊顺序，以最大限度控制焊接变形的不利影响。
3.4施工仿真分析技术
在施工（焊接、施工荷载等）和自重作用影响下，以及在环境条件（风、温度、日照等）的影响下，结构会不断发生变形，如果不加以控制，会造成安装的困难和精度的不可控制，甚至留有安全隐患。因此需要事先对各种因素引起的结构变形和内力进行计算分析，并结合现场实测数据掌握结构在各个施工阶段和各种环境条件下的变形规律，指导结构施工。
以计算机模拟施工阶段结构验算为先导，进行施工工艺设计和施工控制是一项重要的施工技术措施。利用MIDAS、ANSYS 等软件，可以对施工全过程的工况进行仿真分析，了解结构在重力作用下的变形规律，同时也可以对温度以及风荷载对施工各阶段的影响进行评价和分析，为确定关键的工艺过程和方案提供依据，并确保最后施工完毕时，达到变形不超差，内力不超限的要求。
3.5预变形技术
目前超高层钢结构中，呈现出斜、扭等结构特征的建筑物不在少数，而这些结构在施工过程中必然会发生不可忽略的空间三维变形，必须加以控制，否则会影响到结构的功能，严重的会危及到结构的安全。同时，差异压缩变形、不均匀沉降也会引起结构较大变形，必须进行综合考虑。
预变形技术是解决这个难题的有效方法。预变形技术即在施工全过程仿真分析的基础上，得到结构施工过程中连续变化的、不断积累的节点变形值，通过加工调整构件长度和施工中预先反向节点变形值的手段，来最终达到施工完成时结构处于设计的初始几何位置的方法。需要说明的是，由于风荷载、温度荷载等为可变和随机荷载，影响可恢复，因此预变形补偿通常只考虑恒载作用（一般是结构自重）。
3.6实时监控技术
在施工过程中，情况在不断的变化，仿真计算的结果和实际有时也会有比较大的差异，为保证施工过程的可控和安全，运用实时监控技术就变得非常重要和必要。
由于实时监测系统采用现代化的监测设备，可以实时跟踪结构施工过程中关键部位的位移和应力变化，以及其他如振动、温度等内容记录。从而通过实时收集到的信息，判断原有的预期和实际发生的是否一致，以便及时调整，使结构施工的准确性和安全性得到保证。
施工监测系统包括信息采集（传感器）、信息收集、信息传输和信息处理4个部分。信息采集用的传感器根据不同的信息类型，进行配置，如位移监测可采用全站仪或者高速数码摄像机进行，应力监测可采用振弦式应变计或者光线应变计进行，温度监测可采用光栅传感器进行；信息收集设备根据传感器的数量和收集的频率进行配置，可自动实时收集、储存相关信息；信息传输有有线传输和无线传输两种，有线传输抗干扰性能较好，无线传输则宜于远距离监测和控制；信息处理由计算机和专用分析软件进行，对信息进行归类整理、专业分析，寻求规律，指导施工，当结构内力和变形数据超过限界预警值时，及时报警。
3.7临时措施和安全操作系统
超高层钢结构施工过程中，通常会采用临时措施，用以临时稳定结构或作为施工的通道。同时考虑到作业人员的施工条件和安全，安全操作系统需要根据结构的情况因地制宜的确定。
3.8气象保障措施
风、雨、雷电、高温等构成的不利气候条件始终是建筑施工（特别是超高层建筑施工）的一大威胁，超高层钢结构的施工周期长通常达到2～3 年，高空易受到雷电的打击，因此应重视不利气候的防御。施工过程中可以委托气象站负责工程周边地区的近地和高空的气象监测，对风力、温度、湿度和异常气候条件进行近期、中期及长期的气象预报，必要时进行实时监测和即时报告。特殊要求时，可以同时建立严密的防雷、防风、防雨措施，这样，就形成了以气象预测为主要手段，以防风、遮雨、避雷击为重点的全天候应对保障系统。
3.9整体提升技术
对于超高层钢结构中的高空联体结构或天线桅杆结构，可以事先将其在地面或某个适当位置组合成整体，然后通过提升或顶升安装到设计所要求的位置。采用这种工艺，可以降低起重机的安装高度或作业半径，以较小的起重机代替大型起重机，便于起重设备的落实；也可以减少对结构和其他工序的不利影响，加快施工的进度。还可将大量的节点连接工作在地面完成，减少高空作业，有利于施工质量的控制和安全操作。整体结构的提升或平移通过计算机控制的液压千斤顶系统来实现。
4.结语
钢结构施工是一项技术难度和工艺复杂程度都比较高的工作，根据结构的情况、施工的环境和企业的资源综合确定技术路线和关键工艺，是施工成败之关键。
【参考文献】
［1］崔晓强，郭彦林，叶可明.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J]．工程力学，2005,(5)：83-88.
［2］郭彥林, 崔晓强．大跨度钢结构的施工过程中若干力学问题及探讨[J]．工业建筑2004，(12)：1-5.
【关键词】超高层建筑；钢结构；施工；特点
1.超高层建筑钢结构的发展
超高层建筑的兴建不但具有显著的经济效益和社会效益，能够展现一个时代、一个国家的科技发展成就，而且可以极大地促进相关领域科技的发展。因此目前兴起了超高层建筑建设的新高潮。不仅高度越来越高，而且超高层建筑造型也更加多样化。
2.现代大型超高层钢结构的特点
大型超高层钢结构通常具有高、重等突出特点和共性；而最近十几年间，大型超高钢结构又呈现出斜、扭、悬等更多特异性特点。
（1）高：高度带来施工高风险。
（2）重：结构构件重，用钢量大，对机械设备要求高。
（3）斜：施工过程会发生较大的水平变形。
（4）扭：能使结构呈三维倾斜，施工过程中不仅定位复杂，而且受温度等随机荷载影响较大。
（5）悬：如某电视塔高空巨大的悬臂挑出，使得结构吊装和变形控制异常复杂和困难。
3.大型超高层钢结构施工关键技术和措施
确定大型超高层钢结构工程施工技术路线时，首先应该对所施工的结构对象有充分地了解，并综合技术、经济、环境各方面的因素来考虑。对于结构本身的准确理解以及对环境、自身资源的充分认识是确定施工总体技术路线的前提。最优秀的技术路线一定是符合主客观条件，并充分利用时间、空间和自身特长的技术路线。主要考虑的方面有：
（1）要理解结构的基本组成和荷载传递途径。只有分析清楚结构的基本组成，才能恰当地划分吊装单元，只有分析清楚结构荷载传递路径，才能确定合理的施工顺序，保证施工完成状态与设计要求一致。对于超高层钢结构，钢柱、钢梁、钢桁架是通常的组成部分，也是结构分析的主要对象。
（2）熟悉施工场地条件和周边环境是合理选择施工设备、有效进行施工组织和规划施工的重要前提之一。施工环境还包括业主对工程建设的要求（如工期等），场外运输条件以及土建施工和设备安装等上下道工序对钢结构安装的制约等。充分利用施工现场的环境和空间条件，实现连续、高效、快速施工，是确定安装技术路线的主要考虑因素之一。
（3）了解资源配置情况及技术能力，这也是确定安装方案的重要前提。各施工企业有其特定的资源环境和技术特长，确定施工技术路线时应充分发挥自己的长处和优势，才能取得事半功倍的效果。
对于大型超高层钢结构，关键的施工技术和措施主要有如下几个方面。
3.1机械设备选择
根据结构的实际情况，选用合理的吊装机械，是钢结构吊装最重要的工作。目前，塔式起重机是钢结构高空吊装的主力设备。而履带吊、门式起重机可以作为低空吊装以及构件驳运的辅助机械。目前得到快速发展的液压集群千斤顶可以用于大型构件或组件乃至整体结构的提升、平移和旋转就位作业。
3.2测量技术
配备适用完好的仪器，精心布设测量基准点和基准网，选择正确的测校方法和数值传递路线，是工程测量的基本要素。超高层由于结构高，通视条件差等因素的影响，结构测量的难度很大。目前比较先进的方法是建立双重控制网，选用GPS定位系统进行测量基线网的测设，并以高精度全站仪为重要手段，进行构件空中三维坐标定位。
3.3焊接技术
超高层钢结构构件多数采用等强焊接连接，不仅焊接量大，而且质量要求高。同时由于结构超高，大多数焊接作业需在高空完成，安全控制难，气候影响显著。
因此，需要根据不同的钢材特性和现场施工条件，选择合理的焊接工艺、设备和材料，关注高空施焊的操作条件，培训熟练的焊接技工，落实防风防雨的技术措施，适时进行无损检测等，是钢结构现场焊接作业的关键所在。此外，焊接方案也必须从保证焊接质量、提高焊接功效、减少焊接变形等因素进行综合考虑。
目前以二氧化碳气体保护半自动焊为主，手工焊为辅的焊接工艺最为常用，施焊时不仅需要考虑总体和区段的焊接顺序，对一个焊接节点也需采用对称分布焊接的施焊顺序，以最大限度控制焊接变形的不利影响。
3.4施工仿真分析技术
在施工（焊接、施工荷载等）和自重作用影响下，以及在环境条件（风、温度、日照等）的影响下，结构会不断发生变形，如果不加以控制，会造成安装的困难和精度的不可控制，甚至留有安全隐患。因此需要事先对各种因素引起的结构变形和内力进行计算分析，并结合现场实测数据掌握结构在各个施工阶段和各种环境条件下的变形规律，指导结构施工。
以计算机模拟施工阶段结构验算为先导，进行施工工艺设计和施工控制是一项重要的施工技术措施。利用MIDAS、ANSYS 等软件，可以对施工全过程的工况进行仿真分析，了解结构在重力作用下的变形规律，同时也可以对温度以及风荷载对施工各阶段的影响进行评价和分析，为确定关键的工艺过程和方案提供依据，并确保最后施工完毕时，达到变形不超差，内力不超限的要求。
3.5预变形技术
目前超高层钢结构中，呈现出斜、扭等结构特征的建筑物不在少数，而这些结构在施工过程中必然会发生不可忽略的空间三维变形，必须加以控制，否则会影响到结构的功能，严重的会危及到结构的安全。同时，差异压缩变形、不均匀沉降也会引起结构较大变形，必须进行综合考虑。
预变形技术是解决这个难题的有效方法。预变形技术即在施工全过程仿真分析的基础上，得到结构施工过程中连续变化的、不断积累的节点变形值，通过加工调整构件长度和施工中预先反向节点变形值的手段，来最终达到施工完成时结构处于设计的初始几何位置的方法。需要说明的是，由于风荷载、温度荷载等为可变和随机荷载，影响可恢复，因此预变形补偿通常只考虑恒载作用（一般是结构自重）。
3.6实时监控技术
在施工过程中，情况在不断的变化，仿真计算的结果和实际有时也会有比较大的差异，为保证施工过程的可控和安全，运用实时监控技术就变得非常重要和必要。
由于实时监测系统采用现代化的监测设备，可以实时跟踪结构施工过程中关键部位的位移和应力变化，以及其他如振动、温度等内容记录。从而通过实时收集到的信息，判断原有的预期和实际发生的是否一致，以便及时调整，使结构施工的准确性和安全性得到保证。
施工监测系统包括信息采集（传感器）、信息收集、信息传输和信息处理4个部分。信息采集用的传感器根据不同的信息类型，进行配置，如位移监测可采用全站仪或者高速数码摄像机进行，应力监测可采用振弦式应变计或者光线应变计进行，温度监测可采用光栅传感器进行；信息收集设备根据传感器的数量和收集的频率进行配置，可自动实时收集、储存相关信息；信息传输有有线传输和无线传输两种，有线传输抗干扰性能较好，无线传输则宜于远距离监测和控制；信息处理由计算机和专用分析软件进行，对信息进行归类整理、专业分析，寻求规律，指导施工，当结构内力和变形数据超过限界预警值时，及时报警。
3.7临时措施和安全操作系统
超高层钢结构施工过程中，通常会采用临时措施，用以临时稳定结构或作为施工的通道。同时考虑到作业人员的施工条件和安全，安全操作系统需要根据结构的情况因地制宜的确定。
3.8气象保障措施
风、雨、雷电、高温等构成的不利气候条件始终是建筑施工（特别是超高层建筑施工）的一大威胁，超高层钢结构的施工周期长通常达到2～3 年，高空易受到雷电的打击，因此应重视不利气候的防御。施工过程中可以委托气象站负责工程周边地区的近地和高空的气象监测，对风力、温度、湿度和异常气候条件进行近期、中期及长期的气象预报，必要时进行实时监测和即时报告。特殊要求时，可以同时建立严密的防雷、防风、防雨措施，这样，就形成了以气象预测为主要手段，以防风、遮雨、避雷击为重点的全天候应对保障系统。
3.9整体提升技术
对于超高层钢结构中的高空联体结构或天线桅杆结构，可以事先将其在地面或某个适当位置组合成整体，然后通过提升或顶升安装到设计所要求的位置。采用这种工艺，可以降低起重机的安装高度或作业半径，以较小的起重机代替大型起重机，便于起重设备的落实；也可以减少对结构和其他工序的不利影响，加快施工的进度。还可将大量的节点连接工作在地面完成，减少高空作业，有利于施工质量的控制和安全操作。整体结构的提升或平移通过计算机控制的液压千斤顶系统来实现。
4.结语
钢结构施工是一项技术难度和工艺复杂程度都比较高的工作，根据结构的情况、施工的环境和企业的资源综合确定技术路线和关键工艺，是施工成败之关键。
【参考文献】
［1］崔晓强，郭彦林，叶可明.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J]．工程力学，2005,(5)：83-88.
［2］郭彥林, 崔晓强．大跨度钢结构的施工过程中若干力学问题及探讨[J]．工业建筑2004，(12)：1-5.