随着我国经济持续快速发展，同时，由于城市建筑规模不断扩大，城市可利用的建设用地减少，超高层建筑不断涌现，超高层建筑建造也对国内建筑设计和施工水平提出更高要求。特别是复杂超高层建筑钢结构项目建造，亟需研发形成一套行之有效的解决方案和施工方法。

　　 在施工监测方面，以往施工监测多用于桥梁、隧道、大跨结构，对超高层结构(尤其400m以上)的监测少，其监测内容及监测效率无法满足实时在线监测的需要，不能很好地指导施工，通过本项目中研发的复杂超高层钢结构施工自动化监控技术，对整个建筑结构关键部位的变形情况、应力水平及不同位置实时温度作用进行全面监测，获得完整的施工全过程监测结果。

　　 在超高层钢板剪力墙方面，国内对双层钢板内填混凝土或双层钢板组合剪力墙工程实际应用较少，对采用超大、超宽、超厚板巨型双层钢板剪力墙结构形式鲜有报道，拟通过本项目中的巨型双层钢板剪力墙施工技术研究与应用，填补国内外应用空白，实现项目巨型双层钢板剪力墙高效、安全、经济施工。

　　 在超高层铸钢节点应用方面，国内对于建筑用200～300mm超厚铸钢件现场焊接经验较为缺失，相关规范和标准尚属空白。拟通过本项目中的200mm厚八面体多棱角铸钢件焊接技术进行研究，解决高性能钢构件现场焊接时难度大、质量难控制等问题。

　　 复杂超高层建筑施工监测包括变形、温度和应力3方面内容，3项技术均为自动化监测控制技术。该系统(见图1)可实现荷载与响应数据的自动采集;可对施工过程中的关键部位和构件响应进行监测;系统监测具有断电记忆功能，即断电重启后可接续断电前的状态继续进行监测;数据方便存储、查询与显示。

　　 该软件系统可实现包括采集数据收集与实时趋势显示、原始数据初步分析与转换、传感器失效和监测数据超限实时预警。考虑现场工作人员软件操作基础，应尽量使软件控制界面简洁明了，易于操作。

　　 为保证采集监控软件高效工作，软件开发分为2个部分及模块，其中一部分为控制模块。

　　 施工监测系统现场搭建包括1个主站和4个采集子站 ^[1]。以京基金融中心项目为例，主站布置在1层施工现场办公室，放置数据分析级存储系统，4个采集子站分别布置在1,18,21,37,55层，放置传感器系统和采集系统，主站和4个采集子站间通过无线传输系统进行数据通信。

　　 采集数据分析是监测中的关键步骤，施工现场条件复杂，系统所采集的数据为包含各种干扰及误差的初始数据，要从这些数据中提取真正的结构响应，必须对施工监测数据进行处理，获得有效的结构响应信息 ^[2]。基于此，对采集数据进行如下处理。

　　 1)有效通道判别首先判别出由传感器或采集硬件自身问题造成的问题通道(如数据规律完全脱离实际的通道)，选择有效通道的数据进行分析。

　　 2)数据离群判别及修正群点是指一个时间序列中，远离序列一般水平的极端大值和极端小值。对于不同的离群点应分别对待，首先找到对更新离群点、水平移位离群点的离群值进行整体修正、偏移，再进行加性离群点和暂时变更离群点的判定修正。

　　 3)数据绘图对离群判别及修正后的数据进行曲线绘图，总结相关规律。

　　 采用理论分析和施工监测相结合方法，对钢筋混凝土核心筒的压缩变形和钢框架与钢筋混凝土核心筒竖向变形差进行分析和实测。

　　 位移监测是超高层结构施工监测的重点内容，位移测点应根据施工全过程模拟进行布置，根据模拟结果选择结构竖向位移和内外筒相对变形较大的结构层进行布置，为考察整体位移发展规律，纵向均匀布置;为考察内外筒相对变形发展规律，应依据对称原则，在内外筒进行均匀布置;为考察伸臂桁架处变形发展规律，在伸臂桁架层增加测点布置。

　　 采取“分块制作-整体组装”的加工工艺，即将钢板剪力墙拆分成多个独立腔体和板件单元，然后再整体组装成型;同时定量分析焊接变形、预留焊接收缩量修正值，在易变形部位内腔加设可调性工艺隔板或刚性支撑进行反变形加强;并考虑以矩形内部对角线相等原则、以全站仪为辅助测控构件截面平面度、直角度等，最终保证巨型双层钢板剪力墙加工精度偏差控制在±2mm。

　　 广州东塔项目塔楼核心筒采用顶升模板系统，顶模桁架遮挡于核心筒上方，且顶模桁架将外墙划分成若干隔舱。核心筒内钢结构安装均需从顶模桁架杆件间隙穿过，较小截面构件如劲性柱易从顶模桁架内空隙穿过，但双层钢板剪力墙x,y,z向尺寸均较大，安装受限且部分顶模桁架杆件布设于双层钢板剪力墙正上方，致使吊装时会与顶模桁架结构发生碰撞、挡位。现场吊装施工时，对处于顶模桁架杆件下方的钢板剪力墙单元，采取从顶模桁架空隙间低档落位至安装标高，然后进行高空换吊水平移动最终就位安装，避免钢板剪力墙结构或栓钉与顶模桁架碰撞、影响施工。

　　 双层钢板剪力墙包括L形、一字形等形式，上、下节对接安装时，设计要求钢板剪力墙对接错口偏差控制在±3mm。尤其L形双层钢板米重/截面大、构件长细比小，且为混凝土墙体内嵌结构，其双层钢板在x,y双向均有分布，即具有双层双向性。双层钢板剪力墙存在多点、多面对接，安装位形精度较难控制，其中对于二维轴线、垂直度与标高3项为主控点，现场主要通过高差制作预调法、多点定位及三维坐标测量拟合技术等进行测量校正控制 ^[3]。

　　 1)内腔同步对称焊接内腔竖向加劲板焊接，墙内空间狭小封闭、温度高，5人(?，?，?，?，?)同步快速焊，增设排气扇、保证空气清新(见图2)。

　　 2)外腔超长横焊变形控制采取长边6人(?，?，?，?，?，?)同步对称，短边2人(?，?)同步对称，分段跳焊;加设临时固定装置反变形约束，保证精度(见图3)。

　　 3)外腔超长立焊变形控制双层钢板剪力墙横焊缝焊接完成后，采取4人(?，?，?，?)同步、由下至上、分段跳焊完成。为防止立焊收缩变形，竖向每隔1m外设焊接反变形约束装置。立焊反变形装置优化内置(即箱体内坡口反面)，既保证焊接变形约束，又不影响施焊，效果良好。

　　 伸臂桁架按楼层分段分节，采用散件吊装、高空组拼、逐层分次作业技术，假定初始状态为混凝土施工至(n-1)层，顶模顶升至(n+1)层，按伸臂桁架分段构件安装、核心筒顶模顶升、核心筒墙体混凝土浇筑的顺序交替施工。

　　 伸臂桁架柱吊装时，利用2台塔式起重机相互配合，将构件从顶模钢平台空档吊入后，缓慢移动并旋转角度，直至安装就位。在移动和旋转过程中，由于吊装钢丝绳与顶模钢平台杆件位置冲突，采用双机抬吊、交替更换吊点、旋转移位的吊装工艺。

　　 为避免内、外筒沉降压缩差对伸臂桁架大斜臂安装的影响，采取以下措施。

　　 1)核心筒施工在前，待核心筒内伸臂桁架安装完后，将伸出墙体外的牛腿三维坐标实测值报给深化设计人员，重新确定大斜臂三维尺寸，并加工。

　　 2)连接内、外筒伸臂桁架大斜臂吊装就位后，先焊接与外筒柱连接一侧，与核心筒连接一侧采用螺栓临时连接，使二者间可产生竖向变形，避免由于施工阶段内、外筒结构的竖向变形差在伸臂结构中产生过大的初始应力。待内，外筒竖向变形差稳定后，拧松核心筒一侧临时连接螺栓，释放大斜臂内初始应力后再进行焊接。

　　 伸臂桁架安装流程为:伸臂桁架大斜臂安装就位→大斜臂与外筒柱一侧焊接完成→大斜臂一侧铰接、一侧刚接→大斜臂与核心筒一侧焊接完成。

　　 在单组地脚螺栓的上、下两端各设置1块定位板，利用型钢支架连成整体，与只设置单块定位板的传统方法相比，既保证了每根地脚螺栓间相对距离的定位准确，也保证了单根地脚螺栓垂直度 ^[4];同时，由于增加底部定位板，大大提高地脚螺栓抗拔力。

　　 现场采用2台M900D动臂式塔式起重机作为吊装设备，塔式起重机位于核心筒内，距离起吊区达30m，最大有效起吊重为37.7t。根据塔式起重机起重性能、构件运输及安装方便性对矩形钢管混凝土柱分段分节，同时应考虑分段长度对柱内钢筋绑扎及混凝土浇筑的影响。

　　 对于巨型斜撑与钢柱相交的节点位置，由于节点板较厚且贯穿柱内，单个节点重达200多t，超过塔式起重机起重性能，需对节点进行分解处理。考虑矩形钢管柱截面尺寸大及巨型斜撑牛腿后构件超宽，无法运输，因此采取将矩形钢管柱本体横向切分，巨型斜撑牛腿沿柱身竖向切分的方式分段(见图4)。

　　 为方便钢管柱安装焊接，吊装前在地面搭设操作平台。操作平台由脚手管和铺设在其上的跳板及围护结构组成。钢管通过焊接在钢柱上的钢筋环将力传给钢柱。操作平台主要用于矩形钢管柱吊装、校正、焊接及柱内混凝土浇灌。

　　 平安金融中心项目在外框巨柱的4个角部设有V形支撑，有4个相交节点，节点处利用铸钢件连接，铸钢件材质为G20Mn5QT。以10层铸钢件截面为例，由于构件运输和吊装的限制，考虑将其分为上、下2段现场焊接，构件截面设计尺寸为1 400mm×1 400mm×200mm×200mm(见图5)，对接焊缝周长约7.5m，厚度为200mm，工厂铸造完成后实际厚度为215mm，阳角位置厚度达304mm，且焊接平面内有很多拐角，焊接难度极大。

　　 铸钢件高空焊接是技术攻关和创新的重难点，原设计除2段铸钢件对接外，上、下两端及铸钢件与V形支撑对接焊(见图6)。其中铸钢件材质为G20Mn5QT，交货状态为调质态;V形支撑材质为Q390，交货状态为热轧态。

　　 铸钢件加工方式为液态成型，组织较疏松，存在一定的成分偏析，残余应力较小，整体晶粒分布呈各向同性，不存在明显择优取向的织构组织。V形支撑的加工方式为压加成型，组织较致密，晶粒更细化，存在一定的残余应力，整体晶粒分布呈各向异性，存在平行于轧面和轧向的板织构 ^[5]。因此，铸钢件材质成分和加工状态与V形支撑存在一定差异，其物理、化学性质有所不同，因此二者的焊接性能也不尽相同，现场焊接挑战极大。

　　 此外，铸钢件与V形支撑对接处焊接板厚度较大，如何有效控制焊接热循环也是一个难点。针对上述异种材质对接、焊接质量难以保证的特点，经过多次研究论证，最终确定在铸钢件与V形支撑对接处，增加400mm长过渡段(见图7)，其材质与V形支撑相同，由制作厂完成铸钢件与过渡段的焊接，避免现场进行异种材质对接焊，解决端部焊接难题，从而将研究重点集中在中部铸钢件对接焊的课题 ^[6]。

　　 根据专项讨论会研究，确定铸钢件焊接1∶1厚度模拟试验的实施方法。拟选取2组模拟试件，采用的焊接试验方法有2种:(1)一次性连续焊接完成，最后进行无损探伤检测;(2)分3次焊接完成，过程中进行探伤检测，如有缺陷可及时处理。为探索满足现场施工需要的焊接方法和参数，进行带直拐角的200mm超厚铸钢件1∶1模拟焊接试验。

　　 超声波探伤波形如图8所示，2号试件MT,UT探伤报告合格。对2号试件切片送检，做力学性能测试，拉伸性能和冲击韧性报告显示:2号试件焊接完成后力学性能符合要求。金相组织测试如图9所示。针对金相测试结果，可考虑采取控制加热及冷却措施，均匀组织微观尺寸，改善晶粒粗大，抑制脆性相的产生，从而进一步提高焊接质量。因此，通过力学性能和金相组织测试，证实本试验所用无损检测结果的客观性和真实性，确定现场焊接中合理的无损检测探伤标准和验收方法。

　　 通过焊接方法、检测方法的讨论，最终选取第1种焊接方式，即一次性焊接成型作为实体铸钢件的焊接方法，并采用模拟试验试件的无损检测方法作为实体铸钢件焊接的验收标准。

　　 复杂超高层建筑钢结构建造关键技术创新与应用的研发，取得了丰富科技成果。系列关键技术的研发和创新对于我国后续城市发展具有深远意义，可实践指导国内规划建设的大批超高层项目，对海外超高层建筑钢结构项目的高效建造同样有重要指导意义。