超高層建筑大型伸臂桁架安裝施工工法(優(yōu)秀成果)

1、超高層建筑大型伸臂桁架安裝工法 xx鋼構(gòu)有限公司1、前言隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的整體提升，超高層建筑在城市中如雨后春筍般迅 速崛起。在超高層建筑中，一般設(shè)有若干道伸臂桁架，以提高鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)在地震作用下的協(xié)同工作性能及減小結(jié)構(gòu)在豎向荷 載作用下的變形差異。在 400米以上的超高層建筑中，伸臂桁架外形尺 寸巨大、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜、鋼構(gòu)件板厚超厚、內(nèi)外筒間沉降壓縮變形值存在 差異等因素，使得伸臂桁架的安裝難度大，且無(wú)現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)和成熟的工藝 供參考。研究、探索超高層結(jié)構(gòu)大型伸臂桁架的安裝方法，具有十分重要 的意義，也是施工中需要迫切解決的問(wèn)題。 在深圳京基金融中心鋼結(jié)構(gòu)工 程的施工中，不斷摸索

2、研究，總結(jié)出了一整套超高層建筑大型伸臂桁架施 工的指導(dǎo)思想和工藝，成功的解決了工程中的施工難題。2、工法特點(diǎn)2.1 合理安排伸臂桁架安裝、核心筒頂模系統(tǒng)頂升及混凝土澆筑的相 互交替施工，并采用“雙機(jī)抬吊、交替更換吊點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)移位”的吊裝工藝， 有效地克服了頂模系統(tǒng)對(duì)伸臂桁架安裝的影響。2.2 采用“高空雙機(jī)抬吊、自動(dòng)翻轉(zhuǎn)90 ”的吊裝工藝，完成大型復(fù) 雜鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的吊裝。2.3 采用“無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)”對(duì)連接內(nèi)外筒伸臂桁架大斜臂的應(yīng)力應(yīng)變 進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，分析內(nèi)外筒的沉降壓縮變形差對(duì)大斜臂內(nèi)力的影響， 確定伸臂桁架合攏的最佳時(shí)機(jī)。2.4 開展高強(qiáng)度超厚鋼板的現(xiàn)場(chǎng)焊接防變形研究，制定合理的焊接工 藝

3、措施，確保焊后的伸臂桁架安裝精度。3、適用范圍本工法適用于超高層建筑大型伸臂桁架的安裝。4、工藝原理4.1 吊裝原理4.1.1 核心筒內(nèi)伸臂桁架的吊裝原理核心筒施工采用頂模系統(tǒng)，其主要承力結(jié)構(gòu)為鋼平臺(tái)，鋼平臺(tái)支承于 能自動(dòng)頂升的四根鋼管立柱上，內(nèi)外掛架和鋼模板懸掛在鋼平臺(tái)上， 頂模 的頂升步距為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層高度，即4.2m。伸臂桁架吊裝時(shí)，受到頂模鋼平臺(tái)的制約限制，包括： 1）構(gòu)件從上 往下垂直落放時(shí)，受到鋼平臺(tái)桿件阻擋，無(wú)法直接就位； 2）單根伸臂桁 架的高度跨越4個(gè)樓層，而頂模和核心筒墻體施工的步距為 1個(gè)樓層， 整根伸臂桁架無(wú)法一次吊裝完成。伸臂桁架按樓層分段分節(jié)，散件吊裝至高空組拼，每次

4、安裝一個(gè)樓層， 與頂模頂開、核心筒墻體施工逐層交替進(jìn)行。伸臂桁架分段分節(jié)需考慮頂 模鋼平臺(tái)空檔的尺寸、混凝土墻體頂面到頂模鋼平臺(tái)下弦底的高度等因素。伸臂桁架逐段逐節(jié)從頂模鋼平臺(tái)的空檔中吊入， 兩臺(tái)M900D塔吊相 互配合，采用“雙機(jī)抬吊、交替更換吊點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)移位”的吊裝工藝，有效 克服頂模鋼平臺(tái)桿件的阻擋。4.1.2 伸臂桁架與外框柱相交節(jié)點(diǎn)的吊裝原理伸臂桁架與外框柱相交節(jié)點(diǎn)內(nèi)有兩塊厚 130mm、高3268mm的豎 向肋板，且此節(jié)點(diǎn)與腰桁架相交，內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，重達(dá) 37t,超過(guò)單臺(tái)塔 吊的有效起重量，采用兩臺(tái)塔吊抬吊，包括卸車、垂直起升、翻轉(zhuǎn) 90 平移就位等多個(gè)動(dòng)作。4.2 監(jiān)測(cè)及合攏原理伸

5、臂桁架大斜臂與核心筒相連的合攏口，先用耳板和螺栓臨時(shí)連接， 待內(nèi)外筒沉降壓縮變形差對(duì)大斜臂內(nèi)力影響變得很小時(shí)，松開臨時(shí)連接螺栓，釋放大斜臂內(nèi)力，然后焊接合攏口。采用“無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)”對(duì)內(nèi)外筒的沉降壓縮變形和伸臂桁架大斜臂的 內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析沉降壓縮變形差對(duì)大斜臂內(nèi)力的影響關(guān)系，確定合攏口內(nèi)力釋放和焊接的最佳時(shí)機(jī)?！盁o(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)”包括：通過(guò)模擬計(jì)算分析，找出大樓結(jié)構(gòu)和伸臂桁 架大斜臂的受力最不利位置，確定測(cè)點(diǎn)布設(shè)平面位置；傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的高 頻連續(xù)采集、無(wú)線傳輸、數(shù)據(jù)分析及存儲(chǔ)等。4.3 焊接防變形原理伸臂桁架大斜臂由2塊130mm厚Q420材質(zhì)的鋼板組拼而成，分別與外框柱和內(nèi)筒伸出牛腿相連，全熔

6、透焊接?，F(xiàn)場(chǎng)立焊縫豎向長(zhǎng)度4.4 m3.2m ,現(xiàn)場(chǎng)條件只能采取朝外開單面剖口的方式。分析焊接可能 產(chǎn)生的變形，并采取防變形措施，包括：1）增加約束條件，控制側(cè)向變形及橫向收縮量。設(shè)置 46組水平向 連接板、2組豎直向連接板進(jìn)行臨時(shí)固定，在內(nèi)部每側(cè)設(shè)置三塊 30mm 厚的三角形肋板。2）多道多層施焊，以減少每層的輸入熱，控制側(cè)向及橫向變形。3）采取間斷跳躍式施焊代替連續(xù)施焊，消除沿焊縫長(zhǎng)度方向的變形。4）適當(dāng)提高焊前預(yù)熱和焊后后熱溫度、 加大預(yù)熱和后熱面積，使焊件 上的溫度差減小，控制焊接過(guò)程中的層間溫度，使溫度趨于均勻化，降低 壓縮塑性變形率，減少壓縮塑性變形量，從而減小焊接變形。5、施工工

7、藝流程及操作要點(diǎn)5.1 工藝流程-19-彳標(biāo)層而蘋I 二后測(cè)E*18變一M度圖5-1超高層建筑大型伸臂桁架安裝工藝流程5.2 操作要點(diǎn)5.2.1 核心筒內(nèi)伸臂桁架吊裝操作要點(diǎn)1）伸臂桁架分段分節(jié)在滿足塔吊起重量和運(yùn)輸條件的情況下，主要根據(jù)頂模鋼平臺(tái)空檔大 小、混凝土墻體頂面到頂模鋼平臺(tái)下弦底的凈高等因素進(jìn)行分段。2）伸臂桁架柱（包含鑄鋼節(jié)點(diǎn)）的吊裝工藝伸臂桁架柱吊裝時(shí)，用兩臺(tái)塔吊相互配合，將構(gòu)件從頂模鋼平臺(tái)的空 檔吊入后，緩慢移動(dòng)并旋轉(zhuǎn)角度，直至安裝就位。在移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中， 由于吊裝鋼絲繩與頂模鋼平臺(tái)桿件位置相沖突， 采用“雙機(jī)抬吊、交替更 換吊點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)移位”的方法。圖5.2.1-1伸臂桁

8、架柱吊裝工藝示意3）伸臂桁架安裝與核心筒頂模爬升、混凝土澆筑的逐層交替施工按照伸臂桁架分段構(gòu)件安裝、核心筒頂模頂開、核心筒墻體混凝土澆 筑的順序交替施工。5.2.2 核心筒外伸臂桁架吊裝操作要點(diǎn)1）伸臂桁架與外框柱節(jié)點(diǎn)的吊裝采用雙機(jī)抬吊卸車，垂直上升并翻轉(zhuǎn) 90。，平移至單臺(tái)塔吊吊重范圍內(nèi)后，另外一臺(tái)塔吊松鉤，換成單機(jī)將構(gòu)件吊裝就(a)(b)圖5.2.2-1雙機(jī)抬吊卸車伸臂桁架節(jié)點(diǎn)示意（a、b）(c)圖5.2.2-2抬吊上升，翻轉(zhuǎn)90 示意0、b、c）(a)(b)(c)圖5.2.2-3 單機(jī)將節(jié)點(diǎn)吊裝就位示意2）大斜臂的吊裝核心筒內(nèi)的伸臂桁架安裝完后，將伸出墻體外的牛腿三維坐標(biāo)實(shí)測(cè)值 報(bào)給深化

9、設(shè)計(jì)人員，重新確定伸臂桁架大斜臂的三維尺寸，制作廠按最終 尺寸下料加工。大斜臂吊裝就位后，用耳板螺栓臨時(shí)固定。將大斜臂與外框柱相連的 這一端先行焊接，與核心筒相連的一端仍用螺栓臨時(shí)連接。圖5.2.2-4伸臂桁架大斜臂的吊裝及臨時(shí)連接示意5.2.3 監(jiān)測(cè)與合攏操作要點(diǎn)1）測(cè)點(diǎn)位置的確定：選擇伸臂桁架大斜臂桿件上具有代表性、受力 最不利的位置布設(shè)傳感器，才能采集到具有代表性、更精確的應(yīng)力應(yīng)變數(shù) 值，便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析和最佳合攏時(shí)機(jī)的確定。圖5.2.3-1電阻應(yīng)變傳感器布設(shè)示意圖5.2.3-2鋼板計(jì)的布設(shè)示意圖5.2.3-3伸臂桁架監(jiān)測(cè)線路的布設(shè)示意2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)：嚴(yán)格按規(guī)范和說(shuō)明書焊接固定傳

10、感器，并 保證傳感器沿構(gòu)件的主受力方向布設(shè)；采集系統(tǒng)各儀器間接線需規(guī)范準(zhǔn)確， 并采取保護(hù)措施，保證數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性。3）數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)通電后采集一組穩(wěn)定的數(shù)據(jù)作為測(cè)量初值，利用 初值設(shè)置數(shù)據(jù)分析軟件，保證軟件能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)；對(duì)采集數(shù)據(jù)定 期保存?zhèn)浞荩刻煲淮伪４鏀?shù)據(jù)總檔），并記錄每天詳細(xì)的施工進(jìn)度情況 和環(huán)境變化，為后期數(shù)據(jù)分析作依據(jù)。4）數(shù)據(jù)分析：定期對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析（每 10天一次），對(duì)伸 臂桁架的受力進(jìn)行及時(shí)的跟蹤、分析和判斷。5）合攏口焊接時(shí)機(jī)的選定：當(dāng)監(jiān)測(cè)出的大斜臂內(nèi)力趨于穩(wěn)定，不再 受內(nèi)外筒沉降壓縮差的影響后，對(duì)合攏口進(jìn)行焊接。6）內(nèi)力釋放：由于內(nèi)外筒沉降壓縮變形的差異

11、，造成伸臂桁架大斜 臂中積累了很大的內(nèi)力，在合攏口焊接前，先將臨時(shí)耳板的螺栓松開，將 內(nèi)力釋放掉后再進(jìn)行焊接。5.2.4 焊接防變形操作要點(diǎn)1）增加約束條件對(duì)稱布置共六組水平向連接板、四組豎直向連接板作為臨時(shí)固定措施， 在130mm鋼板內(nèi)側(cè)各設(shè)置三塊30mm厚的三角板，控制側(cè)向變形及橫 向收縮量。2）工藝評(píng)定及焊前準(zhǔn)備開工前做焊接工藝評(píng)定，確定最佳的焊接工藝參數(shù)；搭設(shè)腳手架操作 平臺(tái)和焊接防風(fēng)防雨棚；清洗打磨焊縫坡口 ；貼緊母材加設(shè)襯墊板；按要 求對(duì)引入、引出板進(jìn)行組對(duì)，并做好焊前檢查記錄。3）預(yù)熱為使焊道周圍的熱源分布均勻合理，防止出現(xiàn)母材層狀撕裂和焊縫冷 裂紋，焊前進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱區(qū)域在焊縫

12、兩側(cè)，寬度為焊接厚度的2倍以上，采用氧氣加乙快火焰加熱至120150 C,用紅外線測(cè)溫儀在加熱停 止后進(jìn)行測(cè)溫。4）焊接采用半自動(dòng)焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊， 兩條立焊縫同時(shí)對(duì)稱施焊，每 條焊縫各由2名焊工上下分片施焊。實(shí)行三班制，采取焊工輪換，焊機(jī) 不停，連續(xù)作業(yè)方式，直至整條焊縫焊接完成。打底焊：打底層和第一填充層采取分段逐步退焊的焊接工藝，打底焊 過(guò)程中，及時(shí)清除夾渣、氣孔等缺陷。中間多層焊：中間層由四名焊工自下向上采取多層多道 “之”字形遞 升法熔焊，層間溫度保持在100 C120 C,重點(diǎn)防止邊緣凹溝出現(xiàn)裂紋， 逐道清理焊渣、焊瘤及飛濺。蓋面焊：面層分5道由兩邊向中間蓋面焊接，面層焊接要

13、均勻平整， 焊縫增強(qiáng)量控制在04mm。5）后熱及保溫焊接完畢后稍作焊縫表面清理，立即同時(shí)用火焰自上向下進(jìn)行后熱。 構(gòu)件焊縫每側(cè)加熱寬度范圍至少為鋼板厚度的 2倍，且不小于200mm c 后熱溫度達(dá)到150 c后用石棉布貼緊包裹保溫，在防風(fēng)防雨棚內(nèi)緩慢冷卻 至常溫。6、材料和設(shè)備6.1所使用材料一覽表序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1型鋼16a米伸臂桁架臨時(shí)支撐2鋼板20mml1米臨時(shí)連接耳板及夾板3螺栓10.9SM24套臨時(shí)螺栓4電纜線1 7.5mm米AWG22/ AWG235振弦鋼板計(jì)VWR個(gè)6電阻應(yīng)變計(jì)KCW個(gè)7鋼筋計(jì)（）20VWR個(gè)8混凝土USR31005個(gè)6.2所使用設(shè)備機(jī)具及儀器一覽表序

14、號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1塔式起重機(jī)臺(tái)2根據(jù)工地已有塔吊確定2二氧化碳焊機(jī)600型臺(tái)43氣割設(shè)備套14空氣壓縮機(jī)V0.8/1.0臺(tái)15角向磨光機(jī)100型臺(tái)16紅外線測(cè)溫儀ST652個(gè)27超聲波探傷儀USL-32臺(tái)18經(jīng)緯儀J2臺(tái)29水準(zhǔn)儀DSZ3臺(tái)110全站儀GPT-7001臺(tái)111靜態(tài)采集箱CR1000個(gè)八含無(wú)線發(fā)射器12高性能電腦Dell臺(tái)17、質(zhì)量控制7.1 核心筒中需加設(shè)埋件，伸臂桁架安裝固定在埋件上，以防澆筑混 凝土?xí)r產(chǎn)生偏移；安裝前需測(cè)量放線，安裝時(shí)嚴(yán)格控制伸臂桁架的軸線、 標(biāo)圖。7.2 核心筒混凝土澆筑完成后，將伸出墻體外的牛腿三維坐標(biāo)實(shí)測(cè)值 報(bào)給深化設(shè)計(jì)人員，重新確定伸臂桁架

15、大斜臂的三維尺寸，制作廠按最終 尺寸下料加工，以避免大斜臂的制作誤差。7.3 最終合攏前，需松開合攏口的臨時(shí)連接螺栓，將大斜臂內(nèi)應(yīng)力釋放后，再進(jìn)行焊接，以消除內(nèi)外筒沉降壓縮變形差所導(dǎo)致的大斜臂內(nèi)應(yīng)力。7.4 焊接應(yīng)使用高純度的二氧化碳?xì)怏w，具純度應(yīng)保證二氧化碳含量 不小于99.9%,并經(jīng)檢查無(wú)液態(tài)水。7.5 在焊接過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度，隨時(shí)對(duì)施焊區(qū)域的溫度進(jìn)行 檢測(cè)，當(dāng)層間溫度低于120 c時(shí)，應(yīng)及時(shí)用火焰加熱補(bǔ)償；當(dāng)層間溫度高 于200 c時(shí)，應(yīng)立即停焊，待溫度自然降至規(guī)定值時(shí)，再繼續(xù)焊接。7.6 盡量控制焊縫表面的余高，并使之平緩過(guò)渡，以減少焊趾部位的 應(yīng)力集中。焊縫余高應(yīng)控制在 04

16、mm以內(nèi)。7.7 焊接完畢經(jīng)后熱保溫處理，冷卻 24小時(shí)后，對(duì)焊縫進(jìn)行100% 的超聲波探傷檢測(cè)。8、安全注意事項(xiàng)8.1 堅(jiān)持用好安全“三寶”，所有進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)人員必須配戴安全帽，高 空作業(yè)人員必須系好安全帶，穿軟底防滑絕緣鞋。8.2 鋼爬梯、操作平臺(tái)等，應(yīng)焊接牢固，檢查合格，并按規(guī)定正確使 用。8.3 電焊作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)力求平穩(wěn)、安全、周圍設(shè)防護(hù)欄桿。8.4 所有安全設(shè)施由專業(yè)班組按規(guī)定統(tǒng)一設(shè)置，并經(jīng)有關(guān)部門驗(yàn)收， 其它人不能隨便拆卸。因工作需要必須拆卸時(shí)，要經(jīng)過(guò)有關(guān)人員允許，事 后要及時(shí)恢復(fù)，安全員要認(rèn)真檢查。8.5 各種施工機(jī)械應(yīng)編制操作規(guī)程和操作人員崗位責(zé)任制，專機(jī)專人使用保管，機(jī)操人員必須

17、持證上崗，電動(dòng)機(jī)具按規(guī)程使用。8.6 重點(diǎn)把好高空作業(yè)安全關(guān)，高空作業(yè)人員須體檢合格。工作期間, 嚴(yán)禁喝酒、打鬧。小型工具、焊條頭子、高強(qiáng)螺栓尾部等放在專用工具袋 內(nèi)。使用工具時(shí)，要握持牢固。手持工具也應(yīng)系安全掛繩，避免直線垂直 交叉作業(yè)。8.7 起重指揮要果斷，指令要簡(jiǎn)單、明確。按“十不吊”操作規(guī)程認(rèn) 真執(zhí)行。8.8 電焊機(jī)房保持干燥，整潔，通風(fēng)效果良好，并每個(gè)機(jī)房配置四罐 干粉滅火器。8.9 焊接場(chǎng)所或區(qū)域配置消防水桶和干粉滅火器，并安排專職看火人 巡視，焊前及時(shí)清理周圍易燃易爆物品。8.10 焊接前班組長(zhǎng)必須到項(xiàng)目安全部開動(dòng)火證，并明確動(dòng)火部位或 區(qū)域及看火人員。9、環(huán)保保護(hù)措施9.1

18、文明施工：要求現(xiàn)場(chǎng)做到機(jī)具、材料堆放整齊，施工現(xiàn)場(chǎng)工完場(chǎng) 清，電線頭、塑膠管、焊渣等余料及時(shí)分類存放和轉(zhuǎn)運(yùn)。9.2 焊接需搭設(shè)防護(hù)棚，防止電弧光外泄和降低噪音。9.3 使用和存放油料、油漆等，采取有效措施，防止跑、冒、滴、漏 污染水體和土壤。10、效益分析10.1 通過(guò)對(duì)伸臂桁架吊裝工藝的創(chuàng)新，節(jié)約了大型吊裝設(shè)備的投入， 同時(shí)避免了核心筒頂模系統(tǒng)的改裝費(fèi)用；伸臂桁架與頂模系統(tǒng)的逐層交替 協(xié)調(diào)施工，節(jié)省了伸臂桁架整體安裝所需的臨時(shí)胎架等措施費(fèi)用。10.2 采取合理的焊接工藝，使焊接一次探傷合格率提高到100% ,保證了焊接質(zhì)量，加快了焊接速度，確保了工程整體工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。10.3 通過(guò)對(duì)伸臂桁架大斜臂內(nèi)力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，找出了大斜臂合 攏的最佳時(shí)機(jī)，使伸臂桁架處于最理想的受力狀態(tài)。這一創(chuàng)新做法，優(yōu)化 了伸臂桁架的施工方案，保證了建成后結(jié)構(gòu)整體受力處于最安全狀態(tài)；同時(shí)為伸臂桁架的內(nèi)力提供了實(shí)測(cè)數(shù)值， 完善了其設(shè)計(jì)理論，為今后類似工 程的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。10.4 通過(guò)焊接防變形技術(shù)的研究，制定出