摘要：中国尊大厦是世界上第一座建造在抗震设防烈度8度区，且高度超过500m的超高层大楼，结构高度为528m，总建筑面积43.7万m²。结构体系[1]为框架-筒体结构，多腔体异形巨型柱位于塔楼四角，其巨型柱体量大，材质占比高，但巨型柱分段分节、高空原位拼装及厚板焊接施工难度极大。故阐述多腔体异形巨型柱的施工方法，指出此类异性多腔体钢柱的施工需考虑多方面因素，以为同类超高层施工提供借鉴意义。
关键词：中国尊大厦,多腔体异形巨型柱,原位拼装
1工程概况
1.1 总体概况
本主塔楼为框架-筒体结构，外框为巨型柱、巨型支撑、转换桁架组成的巨型框架，内部为型钢混凝土核心筒。内筒外框共同构成多道设防的抗侧力结构体系，总用钢量约13.5万t。CBD核心区中轴线东至金和东路，南至规划绿地，西至金和路，北至光华路。总建筑面积43.7万m2，地上建筑面积约35万m2，地下约8.7万m2，建筑高528m，地上108层，地下7层，基础埋深37.3m。
1.2 巨型柱概况
多腔体巨型柱，位于塔楼四角，底部柱截面面积约63.9m2，顶部柱截面约2.56m2，钢板厚度最大为60mm，材质主要为Q390GJ，用钢量约5万t的巨型柱可分为MC1,MC2,MC3和MC4共4根巨型柱，MC2与MC1关于轴线对称，MC4与MC3关于轴线对称。
巨型柱在F001~F006层为4根六边形异形多腔体柱；巨型柱在F007层开始分叉，由4根转换为8根，柱外形由六边形渐变为五边形、四边形，且柱截面逐渐变小，F007~F017层为六边形田字形巨型柱。F018~F019层为五边形田字形巨型柱；F020~F092层为四边形田字形巨型柱；F093~F106层为四边形箱形柱（图1,2）。
2复杂多腔体巨型柱分段分节及安装技术
2.1巨型柱分段分节
合理的分段分节是确保构件重量、外形、尺寸满足现场吊装要求，结构施工稳定要求及远距离运输限制等客观条件的关键一环。此外，分段分节还须考虑结构分段的力学性能、施工工艺等，保证复杂节点受力合力，尽量避免焊缝交叉、重叠，从而降低应力集中；须考虑焊接设备或人工操作的空间，方便构件制作、安装，以便保证焊接质量，从而在源头控制整个大厦的施工质量。
2.2分段分节原则
B007~F006巨型柱为巨大异形截面，将其分为4段（2个工字型和2个田字形构件），F007层以上4根巨型柱变为8根田字形构件，将巨型柱进行横向分段，田字形构件中间60mm钢板与斜撑、桁架相连处断开位置超出巨型柱本体200mm。
巨型柱地下共分为10节；地上共分为108节。巨型柱分段高，宽限值为3.5m×4.5m，均未设托座。巨型柱端口水平分段，其他倾斜构件断口均垂直于杆件方向，并且保证托座长度不小于截面高度。
分段后进行施工模拟分析，复核结构安全性，分段分节方案经多方论证，并经相关单位批准后执行。
2.4巨型柱安装
2.4.1预拼装
巨型柱腔体形式多样，构造复杂，且巨型柱外形尺寸发生多次变化，构件高空原位拼装技术难度大，控制精度要求高，为保证现场施工的顺利进行，每根构件在进入施工现场前均进行了三维软件模拟拼装与工厂实体预拼装相结合的方式进行巨型柱安装精度预控，确保构件进入现场后一次性精确就位（图4）。
模拟拼装控制点数值均为理论值，即不考虑现场接口处的焊缝间隙。用拼装临时嵌补块将坡口和间隙找平，达到托座现场接口零间隙对接，这样既能保证构件的制作精度又有利于现场对接处间隙的控制。
2.4.2巨型柱现场安装
巨型柱在F001~F006为多腔体截面，将其分为4段（2个工字形和2个十字形构件），优先安装田字形构件再进行工字形构件的安装；在F007层以上4根巨型柱变为8根田字形构件，柱外形截面由六边形渐变为五边形、四边形，且柱截面逐渐变小。在满足吊重的前提下将巨型柱进行横向分节，安装时逐节依次安装。
巨型柱分段分节最大重量44t，最小重量13.3t，巨型柱分段分节重量重，吊装主要使用2台M1280D塔式起重机进行吊装，2台M900D塔式起重机辅助吊装，根据分段分节情况和巨型柱构造，巨型柱的安装分为两个阶段。
（1）第一阶段为F006层以下巨型柱构件安装，此阶段巨型柱为六边形异性多腔体结构，截面超大，重量重；巨型柱在竖向分节后，在横向位置再次分段，分为2个田字形构件和2个工字形构件，即单根巨型柱每节共有4个构件，安装时首先安装2个田字形构件，然后从两侧横向插入工字形构件，4件构件安装完成后，采用坐标法+垂直度法整体测量校正该节构件的外轮廓尺寸，确保该节巨型柱构件外轮廓满足设计要求，测量校正报验合格后交予焊接工序进行焊接（图5）。
（2）第二阶段为F007~F106层，此阶段构件截面尺寸较小，由六边形构件渐变为四边形构件，且巨型柱由4根分叉变为8根，分段分节时只有竖向分节，单根巨型柱每节1根构件，构件安装就位后，采用坐标法+垂直度法测量校正该节构件，测量校正报验合格后交予焊接工序进行焊接。对于F007以上巨型柱安装前搭设操作平台，逐节进行安装。为有效控制巨型柱焊接过程沉降变形[4]，需提前进行科学分析预测，制订合理变形预调值（图6）。
3巨型柱焊接
3.1焊接模拟
巨型柱分段后，巨型柱内部腔体多，纵横隔板交错，空间狭小，焊接作业受限。分段构件间焊接焊缝长，巨型柱节点焊缝集中，钢板最大厚度60mm，焊前约束薄弱，焊接变形大，焊接残余应力控制难。
通过利用SYSWELD和Pam-Assembly软件结合“局部-整体”思想有效地对异形多腔体巨型柱进行焊接装配模拟。分析得出最优焊接顺序，优化焊接工艺，降低焊接变形，避免因焊后错边进行矫正而造成工期延误，大幅提高施工效率与经济效益。
3.2焊接原则及措施
焊接时采取整体对称焊接与单根构件对接焊相结合的方式进行，焊接节点采取分段、对称的焊接方法，巨型柱焊接先立后横，先内后外的原则。采用焊接约束支撑，采取焊接智能温控措施，减少焊接变形和局部拘束应力。
焊接过程中要始终进行结构标高、水平度、垂直度的监控。结构对称、节点对称、全方位对称焊接。由于节点焊缝超长、超厚，施工过程需在临时连接板上根据要求增加拘束板进行刚性固定，控制焊接变形。焊缝采取窄道、薄层、多道的焊接方法。
采取钢柱外壁后焊，利用焊口缝隙保证柱腔内空气循环。焊接前采用电脑自动控温技术和电加热技术，焊工操作前进行焊接工艺评定并取证上岗。设置焊接约束板、焊接约束支撑，同时焊缝处每隔1m设置一道焊接约束板。积极尝试自动焊接、机器人焊接等新工艺。进人焊接洞口设置安全绳、排气扇等受限空间有效应对措施。采用爬升式焊接操作平台，最大限度减少重型焊接操作平台移位拆装时对塔式起重机的依赖与工期的耗费。
3.3焊接顺序
巨型柱受塔式起重机吊装性能和运输条件的限制，将巨型柱构件在制作厂分段分节，在现场组装焊接，因此合理的焊接顺序能有效控制焊接收缩变形和构件焊接质量。巨型柱在F006层以下分成2个田字形构件和2个工字形构件，安装组拼时有立焊缝和横焊缝，巨型柱MC1分叉前的焊接顺序如图7所示。
4结束语
多腔体异形巨型柱高空原位拼装、高材质厚板焊接等技术是超高层建筑结构施工中的关键技术。随着建筑高度的增高，结构荷载逐渐的增大，多腔体异形巨型柱的使用越来越多，巨型柱的截面尺寸也会越来越大。由此造成的多腔体异形巨型柱的施工技术难点更加突出。
本文基于中国尊大厦多腔体异形巨型柱施工过程，分析了多腔体异形巨型柱施工过程中的关键施工技术，从巨型柱的分段分节、预拼装、吊装、焊接等过程提出1套可行的技术方案，总结了多腔体异形巨型柱施工过程的一般技术原则，其中“异形多腔体巨型柱焊接变形控制方法”获得发明专利。可为同类工程提供宝贵的参考价值。
参考文献
[1]王宏.超高层钢结构施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2013．
[2]刘晓斌.超高层建筑钢结构施工焊接关键技术[J].金属加工(热加工),2014(18):20-23.
[3]瞿海雁,赵学鑫,李鹏宇.超高层建筑中巨型转换桁架高空原位拼装施工技术[J].钢结构,2016,31(8):96-101.
[4]朱忠尹.大型构件多层多道焊焊接变形数值模拟[D].成都:西南交通大学,2013.
[5]陈晖.超高层钢-混凝土混合结构若干关键设计技术研究[D].济南:山东大学,2013.
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