新電視塔結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

1、 廣州新電視塔結(jié)構(gòu)施工技術(shù)【摘要】 610m高的廣州新電視塔具有高、扭、偏等復(fù)雜特征。基于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工難點(diǎn),詳細(xì)闡述鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù) ,包括機(jī)械設(shè)備選擇、測(cè)量技術(shù)、焊接技術(shù)、施工仿真分析技術(shù)、預(yù)變形技術(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)、臨時(shí)支撐技術(shù)、安全操作系統(tǒng)、氣象保障措施以及天線桅桿提升技術(shù)、超高混凝土泵送技術(shù)等。通過(guò)采取有效的施工控制措施,保證結(jié)構(gòu)安全和工程質(zhì)量。1、工程概況廣州新電視塔是為 2010年廣州亞運(yùn)會(huì)建設(shè)的廣播電視塔。位于珠江岸邊，是廣州新城市中軸線上的主要建筑物?？傆玫孛娣e約萬(wàn) m2，結(jié)構(gòu)總高 610 m，鋼結(jié)構(gòu)總量 5.5萬(wàn)噸， 7.2m平臺(tái)層 3萬(wàn) m2.形體扭轉(zhuǎn)向上，

2、形成纖纖細(xì)腰，體態(tài)優(yōu)美。18萬(wàn) m2，總建筑面積10廣州新電視塔有一座454m的塔身和 156m的鋼結(jié)構(gòu)桅桿組成，總高 610m.塔身由鋼結(jié)構(gòu)外框筒和鋼筋混凝土核芯筒構(gòu)成。內(nèi)外框筒通過(guò)樓層結(jié)構(gòu)相連，但樓層缺失一半。功能層分段分布，外框筒由24根鋼柱和 46個(gè)鋼橢圓環(huán)及鋼斜撐組成，由下到上，截面由大變小，再由小變大，扭轉(zhuǎn)而成，鋼柱截面由2000mm漸變到 1200mm.核芯筒結(jié)構(gòu)高達(dá) 448m，截面呈橢圓形，外壁壁厚由 1200mm隨高度減小到 400mm，混凝土標(biāo)號(hào)由 C80變化到 C40，內(nèi)置 14根工字型截面的勁性柱。 24根外框筒柱呈空間三維傾斜，且環(huán)間距離高達(dá) 10余米，且采用低收縮的

3、 C60混凝土。2 、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)特點(diǎn)如下：（1）高：塔樓高 454m，天線桅桿頂高 610m，超高度帶來(lái)施工高風(fēng)險(xiǎn)。（2）扭：鋼外筒自下而上扭轉(zhuǎn) 45度，使結(jié)構(gòu)呈三維傾斜，萬(wàn)余構(gòu)件無(wú)一相同。施工變形控制難度大。（3）偏：鋼結(jié)構(gòu)底座與核心筒偏心 9.3m，而頂部鋼結(jié)構(gòu)又與底座偏位 9m，使結(jié)構(gòu)在自重作用下發(fā)生側(cè)移。（4）柔：結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，內(nèi)外框筒連接較弱，核芯筒截面只有14X17m，高度卻達(dá) 450余米。（5）外：外框筒位于功能層外側(cè)，因此施工時(shí)不能依靠樓層作操作面，大大增加了施工難度。3、關(guān)鍵施工技術(shù)3.1 、鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)由于結(jié)構(gòu)的高度和形體上的特殊性，鋼結(jié)構(gòu)施工的吊裝、測(cè)量、焊接、變形控制等方面

4、都存在很多的難題，因此采用了十大技術(shù)措施來(lái)解決。3.1.1機(jī)械設(shè)備選擇廣州新電視塔外框筒鋼結(jié)構(gòu)柱子直徑2m1.2m，壁厚 50mm30mm，根據(jù)外框筒構(gòu)成的情況及重量分布，宜將結(jié)構(gòu)柱按環(huán)分節(jié)分段（約2040t.812m/段），環(huán)梁按照柱間長(zhǎng)度分段，斜撐按間斷點(diǎn)分段，柱子單件吊重約為選用兩臺(tái) 1200t.m級(jí)的 M900D塔吊作為主力起重設(shè)備，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的吊裝和就位。兩臺(tái)M900D分別安裝于塔吊南北兩側(cè)， M900D塔吊的安裝、爬升和拆除的技術(shù)要求非常高，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了附墻體系，確保了塔吊的安全施工。另外，考慮到工期和結(jié)構(gòu)重量的分布以及M900D安裝的時(shí)間， 100m以下吊裝時(shí)，輔助以兩臺(tái) 300t

5、的履帶吊，構(gòu)成四條作業(yè)線，同步吊裝，大大提高了速度。3.1.2、測(cè)量技術(shù) 以 GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量基線網(wǎng)的測(cè)設(shè)，以高精度全站儀為重要手段，進(jìn)行構(gòu)件空中三維坐標(biāo)定位。為滿足鋼結(jié)構(gòu)安裝定位需要，利用周邊通視條件好、穩(wěn)固的高層建筑物，構(gòu)建了空間測(cè)量基準(zhǔn)網(wǎng)?？臻g測(cè)量基準(zhǔn)網(wǎng)由五個(gè)空間點(diǎn)和一個(gè)地面點(diǎn)組成。受現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制，平面測(cè)量基準(zhǔn)網(wǎng)分階段進(jìn)行布設(shè)。鑒于電視塔結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)高于周邊其他建筑物，為了滿足結(jié)構(gòu)施工的測(cè)量定位要求，位于地面的平面測(cè)量控制網(wǎng)沿核心筒壁進(jìn)行垂直傳遞。在C區(qū)底板的核心筒外周設(shè)置投影基準(zhǔn)點(diǎn)，每隔4至 6層向上設(shè)置相應(yīng)的高空施工控制點(diǎn)。設(shè)置投影基準(zhǔn)點(diǎn)以及高空施工控制點(diǎn)時(shí)，考慮到在每節(jié)立柱測(cè)

6、量時(shí)需與兩個(gè)控制點(diǎn)保持通視，以便必要時(shí)進(jìn)行校核。此外，施工時(shí)，核心筒外的夠通視，以方便傳遞后的校核及觀測(cè)時(shí)將作為后視。6個(gè)施工控制點(diǎn)同場(chǎng)外空間測(cè)量基準(zhǔn)網(wǎng)能3.1.3焊接技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)外筒均采用鋼管構(gòu)件，高空節(jié)點(diǎn)均為等強(qiáng)焊接連接。焊接量大，質(zhì)量要求高，但高空作業(yè)條件差，氣候影響明顯。結(jié)合以往的焊接經(jīng)驗(yàn)，采用了二氧化碳?xì)怏w保護(hù)半自動(dòng)焊為主，手工焊為輔，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)高空全位置焊接的焊接工藝。焊接時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)采用對(duì)稱分布焊接的施焊順序，焊接單元內(nèi)按立柱斜撐環(huán)梁的順序控制，同環(huán)內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用對(duì)稱分布、交錯(cuò)焊接，最大限度控制焊接變形的不利影響。3.1.4 、施工仿真分析技術(shù)采用 MIDAS和 ANSYS軟件，對(duì)施工

7、全過(guò)程的工況進(jìn)行了仿真分析，了解了結(jié)構(gòu)在重力作用下的變形規(guī)律，同時(shí)對(duì)溫度以及風(fēng)荷載對(duì)施工各階段的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，確定了關(guān)鍵的工藝過(guò)程和方案。如確定了核芯筒領(lǐng)先外框筒的要求。5070m等的技術(shù)方案，并確保最后施工完畢時(shí)，達(dá)到變形不超差，內(nèi)力不超限3.1.5 、預(yù)變形技術(shù)由于廣州新電視塔具有偏，扭的結(jié)構(gòu)特征，因此結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中，不僅會(huì)產(chǎn)生壓縮變形，不均勻沉降，也會(huì)發(fā)生較大的水平變形，因此必須進(jìn)行預(yù)變形控制，否則，即使初始安裝位置精確，但在后續(xù)荷載的作用下，會(huì)發(fā)生較大的累積變形，使得節(jié)點(diǎn)偏離原設(shè)計(jì)位置。通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鲇?jì)算，制定了以階段調(diào)整、逐環(huán)復(fù)位為特征的預(yù)變形方案，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)在恒載作業(yè)下的

8、變形補(bǔ)償。由于風(fēng)荷載和溫度荷載為可變和隨機(jī)荷載，影響可恢復(fù)，因此僅對(duì)其影響范圍進(jìn)行了分析，確保安全，而不對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。3.1.6 、實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)由于廣州新電視塔結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，施工時(shí)間跨度大，因此結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中受溫度影響比較大，同日溫差，陰陽(yáng)面溫差，季節(jié)溫差這些變化始終貫穿于結(jié)構(gòu)施工的全過(guò)程。因此必須其對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響規(guī)律，對(duì)主體結(jié)構(gòu)溫度分布情況進(jìn)行檢測(cè)，并輔助計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，提前對(duì)結(jié)構(gòu)溫度變形情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，以減小溫度變形對(duì)結(jié)構(gòu)施工的影響。制定了以無(wú)線傳輸，實(shí)時(shí)檢測(cè)的結(jié)構(gòu)溫度的檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)在環(huán)境溫差條件下的溫度監(jiān)測(cè)的方案。具體實(shí)施方案是在均勻分布的8根立柱、 3道環(huán)梁上和核芯筒的 6根測(cè)

9、軸上，布置溫度傳感器，其中同根柱子內(nèi)外都布置溫度傳感器，采用無(wú)線傳輸技術(shù)進(jìn)行采集，然后對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，指導(dǎo)施工。同時(shí)也布置了少量應(yīng)力傳感器對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化情況進(jìn)行監(jiān)控，確保施工目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。3.1.7、臨時(shí)支撐技術(shù)廣州新電視塔樓層分段集中分布，有大量樓層缺失，給鋼外筒施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和登高作業(yè)帶來(lái)極大難度。因此制定了以徑向布置的臨時(shí)支撐作為結(jié)構(gòu)在安裝階段的穩(wěn)定措施的技術(shù)方案。即在樓層缺失處鋼外筒結(jié)構(gòu)施工時(shí)設(shè)置徑向臨時(shí)支撐作為外筒鋼柱安裝定位和結(jié)構(gòu)臨時(shí)穩(wěn)定的措施，并作為核心筒通往鋼外筒施工作業(yè)面的臨時(shí)通道。 徑向臨時(shí)支撐依據(jù)外筒鋼環(huán)位置對(duì)應(yīng)布置。每道環(huán)共布置12根臨時(shí)支撐，原則上每間隔一

10、根外筒鋼柱布置一根臨時(shí)支撐。臨時(shí)支撐的長(zhǎng)度不等，最長(zhǎng)達(dá)31m，考慮支撐的側(cè)向穩(wěn)定，長(zhǎng)度大于 20m時(shí)增設(shè)側(cè)向支承。其一端連接到核心筒勁性鋼骨預(yù)設(shè)的連接件上，另一端擱置在外筒鋼柱的環(huán)梁牛腿上。選取與外筒鋼環(huán)梁相近標(biāo)高的核心筒樓層處，布置臨時(shí)支撐的內(nèi)側(cè)支點(diǎn)，盡量減小臨時(shí)支撐兩端的高差，便于現(xiàn)場(chǎng)施工人員通行3.1.8 、安全操作系統(tǒng)廣州新電視塔鋼結(jié)構(gòu)安裝為超高空作業(yè)，樓層的不連續(xù)，造成懸空作業(yè)。高空墜物帶來(lái)的傷害風(fēng)險(xiǎn)也隨著高度增加。同時(shí)由于外框筒外露于結(jié)構(gòu)的外側(cè)，因此鋼結(jié)構(gòu)施工安全設(shè)施設(shè)置的困難大大增加。根據(jù)結(jié)構(gòu)和施工特點(diǎn)，合理規(guī)劃、統(tǒng)籌安全作業(yè)設(shè)施就極為重要。綜合分析后，制定了以垂直爬梯，水平通道

11、，臨邊圍欄，操作平臺(tái)和防墜隔離設(shè)施，組成了安全操作系統(tǒng)。其中鋼結(jié)構(gòu)施工的安全措施操作平臺(tái)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，適應(yīng)了由于外框筒柱子密集，空間狹小的特點(diǎn)，具有安全可靠，裝拆方便的優(yōu)點(diǎn)。3.1.9 、氣象保障措施廣州新電視塔施工周期長(zhǎng)達(dá)3年，且電視塔處于雷電的高發(fā)區(qū)域，因此更應(yīng)重視不利氣候的防御。因此，施工過(guò)程中委托廣州市氣象站負(fù)責(zé)工程周邊地區(qū)的近地和高空的氣象監(jiān)測(cè)，對(duì)風(fēng)力、溫度、濕度和異常氣候條件進(jìn)行近期、中期及長(zhǎng)期的氣象預(yù)報(bào)，必要時(shí)（如天線鋼桅桿安裝時(shí)）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和即時(shí)報(bào)告。同時(shí)建立了嚴(yán)密的防雷、防風(fēng)、風(fēng)雨措施。形成以氣象預(yù)測(cè)為主要手段，以防風(fēng)，遮雨，避雷擊為重點(diǎn)的全天候應(yīng)對(duì)保障系統(tǒng)。3.1.10

12、 、天線桅桿整體提升技術(shù)廣州新電視塔 156m高的天線桅桿，重約 1800t左右，分成格構(gòu)段和實(shí)腹段，設(shè)置于 454610m的高空，施工難度高。下部格構(gòu)段施工時(shí)，可以利用移置放置于 454m樓面的 M900D塔吊，進(jìn)行吊裝。但是頂部約 75m，220噸的實(shí)腹段是 M900D難以達(dá)到的吊裝高度。因此制定了以計(jì)算機(jī)控制，液壓整體提升技術(shù)完成超高空桅桿的安裝就位的技術(shù)方案。即將實(shí)腹段在格構(gòu)段內(nèi)組裝完成后，利用在格構(gòu)段頂部處設(shè)置的提升平臺(tái)（設(shè)8組導(dǎo)輪和八根導(dǎo)軌作導(dǎo)向及抗風(fēng)糾偏裝置，以八組（ 16只）穿心式液壓千斤頂及鋼絞線為提升設(shè)備，由計(jì)算機(jī)多參數(shù)自動(dòng)控制）實(shí)現(xiàn)提升段天線的超高空連續(xù)提升，快速就位安裝

13、。3.2、混凝土施工技術(shù)廣州新電視塔鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別是鋼筋混凝土核芯筒和鋼管混凝土施工也是結(jié)構(gòu)施工中的關(guān)鍵問(wèn)題。這是因?yàn)?，電視塔核芯筒?nèi)徑只有17X14m，空間非常狹??；層高5.2m，層高較大；核芯筒截面呈橢圓形，線型控制難度高；內(nèi)部剪力墻密集，操作空間狹小。而鋼管混凝土柱直徑較大（21.2m），空間傾斜，且位于功能層外側(cè)，施工難度大，質(zhì)量控制難度高。3.2.1、超高混凝土核芯筒施工技術(shù)根據(jù)核芯筒上述特點(diǎn)，制定了以整體提升鋼平臺(tái)模板體系的施工方案。整體提升鋼平臺(tái)體系由提升系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、掛腳手系統(tǒng)構(gòu)成，外墻采用鋼大模體系，內(nèi)墻采用定型小鋼模體系。依據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)設(shè)計(jì)的整體提升鋼平臺(tái)系

14、統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：（1）充分利用了核芯筒內(nèi)的勁性柱作為承力體系，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。（2）核芯筒內(nèi)部采用定型小鋼模體系，實(shí)現(xiàn)了核芯筒內(nèi)水平結(jié)構(gòu)和豎向結(jié)構(gòu)同步施工，使施工過(guò)程中的安全得到更好的控制，也使得施工過(guò)程中，核芯筒剛度大大提高，確保了核芯筒超高5070m施工過(guò)程中，核芯筒結(jié)構(gòu)的安全。（3）整體提升鋼平臺(tái)具有封閉的操作環(huán)境，避免了高空墜落的危險(xiǎn)，確保了施工的安全。（4）鋼大模體系整體性好，剛度大，保證了混凝土的施工的質(zhì)量。（5）鋼平臺(tái)體系可以帶載提升，提高了施工的效率。 3.2.2 、超高混凝土泵送技術(shù)由于廣州新電視塔結(jié)構(gòu)超高，混凝土泵送高度將達(dá)到450m左右，且標(biāo)號(hào)達(dá)到 C45，因此混凝土泵送成為一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。借鑒以往成功的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化混凝土配合比和采用兩泵兩布，一泵到頂?shù)募夹g(shù)，完成超高程混凝土的泵送。3.2.3 、鋼管混凝土施工技術(shù)廣州新電視塔鋼管混凝土施工有別于普通鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，一是空間傾斜，易造成那隔板底部產(chǎn)生空洞，二是由于鋼管位于樓層外側(cè)，難以采用布管，混凝土運(yùn)輸困難大。通過(guò)對(duì)比泵送頂升法、高位拋落法、立式澆搗法，最終決定采用高位拋落法施工，為此在進(jìn)行了足尺模型實(shí)驗(yàn)，證明此工藝滿足混凝土的施工和質(zhì)