大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工法

1、大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工法1 前 言鋼結(jié)構(gòu)是公共建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，尤其是在一些大跨度、大空間的建筑中。相對于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)有承載力大、自重小、抗震性能好等優(yōu)點，對一些大傾角、大懸挑的結(jié)構(gòu)而言有著混凝土結(jié)構(gòu)無法替代的優(yōu)勢。而往往大傾角、大懸挑的鋼結(jié)構(gòu)安裝是整個施工的重難點，特別是多步外傾斜的大傾角結(jié)構(gòu)，其安裝所要求的進度、質(zhì)量、安全等均是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)安裝技術所必須解決的難題。本工法以東南國際航運中心總部大廈37地塊A、B座工程B10區(qū)大角度多步傾斜鋼框結(jié)構(gòu)（懸挑長度24m，重285.4t，傾斜角度達61）為對象，對大角度多步傾斜鋼框體系施工方法進行探索，總結(jié)了一套關于大角度、大懸挑

2、鋼框體系無支撐自平衡安裝技術，形成施工工法，并通過技術查新認定為新技術。本工法施工技術現(xiàn)已于中文核心期刊施工技術2015年11月21期發(fā)表相關論文大角度多步傾斜鋼框體系自平衡安裝模擬分析1篇，并授權實用新型專利2篇新型鋼柱斜率測量儀和鋼直梯快速懸掛裝置。東南國際航運中心總部大廈項目位于廈門市海滄區(qū)海滄大道，西鄰東嶼南路，東臨海滄大道，建成后將成為我國繼上海、天津、大連之后的第四個國際性航運中心。37#地塊A、B座工程建筑面積約43萬平方米，建筑高度153.5米，鋼結(jié)構(gòu)用量4.6噸，結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒體系和框架-剪力墻體系。工程采用“大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工法”施工，利用BIM技術

3、，依照施工方案，在tekla structures軟件搭建精細化BIM施工模型，通過可視化的演示，論證方案的可操作性。確立方案可操作后，利用midas/Gen軟件建立計算模型，對整個體系的施工過程進行模擬分析，確保施工方案的全過程安全可靠，并根據(jù)分析結(jié)果，對施工方案提出了合理化建議。同時，將BIM精細化模型轉(zhuǎn)換成midas/FEA軟件有限元分析模型，通過非線性靜接觸分析技術真實地論證工法中應用到的自平衡安裝技術精度可控。圖1-1 A、B座正面塔樓效果圖圖1-2 B10施工完成圖2 特 點2.0.1 大角度多步傾斜鋼框體系BIM應用技術B座B10區(qū)結(jié)構(gòu)懸挑長度達24m，高度為14.7m，整個懸挑

4、部分總重量達285.4t，采用整體吊裝的方式難以實現(xiàn)，須對構(gòu)件進行分段吊裝，其分段點的設置，應充分考慮結(jié)構(gòu)受力特點。利用BIM技術對大角度多步傾斜鋼框體系進行深化設計，建立相關BIM模型，并利用BIM模型對多步分段安裝的施工方案進行模擬演示，論證安裝方案的可操作性。2.0.2 大傾角、大懸挑斜柱自平衡安裝技術根據(jù)大傾角斜柱的結(jié)構(gòu)特點將其進行分段，并按照受力特點，自行設計出斜柱自平衡安裝連接副，滿足結(jié)構(gòu)安裝過程中的安全要求和精度要求。在吊裝時利用手拉葫蘆將斜柱調(diào)整到安裝對應狀態(tài)，通過自平衡連接副快速將斜柱進行定位，同時設置臨時纜風繩保障斜柱穩(wěn)定性，從而順利進入后續(xù)斜柱焊接作業(yè)。2.0.3 柱梁雙

5、機協(xié)同作業(yè)技術在施工現(xiàn)場不具備搭設支撐胎架的情況下，充分利用現(xiàn)有塔吊設備，發(fā)揮汽車吊移動靈活的優(yōu)點，形成柱梁雙機協(xié)同作業(yè)。斜柱柱頭部分采用汽車吊進行安裝，與柱相連的主梁采用塔吊進行安裝。斜柱柱頭下端通過自平衡連接副與斜柱柱身相連，斜柱柱頭側(cè)向通過主梁與已安裝完成結(jié)構(gòu)連接，從而形成結(jié)構(gòu)的自平衡，無需設置獨立支撐系統(tǒng)。利用現(xiàn)有塔吊和汽車吊雙機協(xié)同作業(yè)，相比搭設胎架原位安裝節(jié)約了胎架制作和安裝的費用，取得良好的經(jīng)濟效益。2.0.4 有限元施工仿真分析技術工法分別利用有限元線性施工模擬分析技術和非線性靜接觸分析技術。有限元線性施工模擬分析技術利用midas/Gen軟件建立計算模型，對整個體系的施工過程

6、進行模擬分析，確保施工方案的全過程安全可靠，并根據(jù)分析結(jié)果，對施工方案提出了合理化建議。有限元非線性靜接觸分析技術用以解決論證大傾角斜柱自平衡安裝問題，將BIM精細化模型轉(zhuǎn)換成midas/FEA軟件有限元分析模型，通過非線性靜接觸分析技術真實地論證工法中應用到的自平衡安裝技術精度可控。3 適用范圍3.0.1 本工法適用于大傾角、大懸挑的鋼框架結(jié)構(gòu)的吊裝，現(xiàn)場條件不允許搭設胎架施工，且結(jié)構(gòu)的高度需在吊車的吊裝范圍內(nèi)。4 工藝原理隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對建筑的結(jié)構(gòu)的要求越來越高，采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑也越來越多。大懸挑，大跨度的框架形式頻繁的出現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，這種結(jié)構(gòu)形式比混凝土結(jié)構(gòu)能更好的滿足建筑

7、大開間、大懸挑的要求，同時能滿足建筑上造型的要求。大角度多步傾斜鋼框體系的安裝，傳統(tǒng)采用搭設胎架支撐進行施工， 需要搭設大量胎架，且其對場地有較高要求，施工周期慢，工期難以保證，因此在大角度多步傾斜的鋼框體系安裝中，應對原傳統(tǒng)施工技術進行革新，降低對場地要求，節(jié)約工期，降低施工成本。本工法闡述了大角度傾斜鋼框體系結(jié)構(gòu)的整體施工工藝，利用BIM技術對大角度多步傾斜鋼框體系進行深化設計，建立相關BIM模型，并利用BIM模型對多步分段安裝的施工方案進行模擬演示，論證方案的可操作性。確立方案可操作后，利用midas/Gen軟件建立計算模型，對整個體系的施工過程進行模擬分析，確保施工方案的全過程安全可靠

8、，并根據(jù)分析結(jié)果，對施工方案提出了合理化建議。懸挑結(jié)構(gòu)在自重狀態(tài)下會產(chǎn)生一定撓度變形，根據(jù)模擬計算結(jié)果，在深化階段對相關構(gòu)件進行預起拱以抵消變形。斜柱的安裝是整個懸挑結(jié)構(gòu)施工的關鍵。斜柱柱身采用自平衡法單機作業(yè)，將BIM精細化模型轉(zhuǎn)換成midas/FEA軟件有限元分析模型，通過非線性靜接觸分析技術真實地論證工法中應用到的自平衡安裝技術精度可控。施工過程中，通過合理設置吊點和吊繩使斜柱處于最終傾斜狀態(tài)，并利用自平衡連接副使得斜柱空中對接一次成功。斜柱柱頭采用與主梁進行雙機協(xié)同作業(yè)，利用主梁將斜柱柱頭與原結(jié)構(gòu)形成自平衡，以達到無支撐安裝。斜柱柱頭下端與斜柱柱身利用自平衡連接副進行定位和固定，斜柱柱

9、頭側(cè)向利用高強螺栓，通過主梁與原有結(jié)構(gòu)進行連接固定，并于柱梁平面外臨時設置2道纜風繩，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。5 工藝流程及操作要點5.1 工藝流程B10區(qū)大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工藝流程見圖5.1-1，結(jié)構(gòu)安裝順序見圖5.1-2。圖5.1-1 工法施工工藝流程圖圖5.1-2 結(jié)構(gòu)安裝順序流程圖5.2 操作要點5.2.1 BIM深化設計BIM技術在鋼結(jié)構(gòu)領域的應用與發(fā)展，為工程各方的信息共享與協(xié)同作業(yè)搭建了廣闊的平臺，同時也為鋼結(jié)構(gòu)精細化管理提供了先進的工具和手段。本項目鋼結(jié)構(gòu)施工圖深化采用國際通行的“誰承包誰出深化圖”的做法。各分包商承擔各自的深化設計工作，總承包負責對各分包商的深化設計進

10、行統(tǒng)一管理。首先，建立深化設計管理體系。體系的建立，有利于對工程中涉及的各個專業(yè)分包商進行有效的管理，有利于各個專業(yè)分包商之間的信息溝通與交流。其次，確立項目深化設計管理的主要內(nèi)容。鋼結(jié)構(gòu)深化設計的主要管控內(nèi)容為深化進度管理、圖紙質(zhì)量管理及技術問題協(xié)調(diào)管理。最后，對鋼結(jié)構(gòu)分包鋼結(jié)構(gòu)深化設計進行過程管控。通過體系的建立和工作范圍的劃分，明確各方的工作職責。作為項目總承包方，成立鋼結(jié)構(gòu)深化管理部，對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)分包進行過程管控，確保其按照工作計劃有序進行，并將監(jiān)督情況實時反饋于工程參與各方。鋼結(jié)構(gòu)深化設計管理組織機構(gòu)見圖5.2.1-1。圖5.2.1-1 鋼結(jié)構(gòu)深化設計管理組織機構(gòu)圖針對于本項其體量大

11、、技術難、施工實際不相符，造型設計變更度高、涉及專業(yè)工程交叉配合多等特點，為準確、快捷、高效地完成鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖的深化設計工作，項目采用“總承包組織協(xié)調(diào)、鋼結(jié)構(gòu)分包單位進行深化設計、總承包進行深化圖紙審核、設計單位審定”的形式，利用轉(zhuǎn)化工具，將設計院BIM模型導入至鋼結(jié)構(gòu)深化軟件tekla structures中，加快深化建模速度進度，具體流程如圖5.2.1-2，圖5.2.1-2 鋼結(jié)構(gòu)深化設計流程圖5.2.2 初步擬定安裝方案1 方案選擇受施工工期緊、施工場地條件限制，現(xiàn)場不具備搭設支撐胎架的條件，現(xiàn)擬定施工采用自平衡安裝方法。首先使用汽車吊將斜柱柱身段吊裝至相應位置，利用自平衡連接副完成一

12、次自平衡安裝；然后待柱身段校正焊接完成后，利用既有的MCT370塔吊與中聯(lián)150t汽車式起重機配合進行雙機協(xié)同作業(yè)將斜柱柱頭段和橫向主梁同步安裝（如圖5.2.2-1），利用結(jié)構(gòu)自身特點完成二次自平衡安裝，從而有效的避免搭設胎架施工。在構(gòu)件吊裝就位后，設置纜風繩來保證結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定性。圖5.2.2-1 柱梁雙機協(xié)同作業(yè)實景圖2 構(gòu)件分段由于構(gòu)件截面大，單根構(gòu)件重量大，必須將部分大構(gòu)件進行分段。本著易于吊裝、方便焊接、構(gòu)件體型大小適中的原則進行分段。項目利用tekla structures軟件進行BIM深化建模，按施工方案中汽車吊最大起重量將構(gòu)件分段，分段后最重單根構(gòu)件重達9.5t。圖5.2.2-

13、2 構(gòu)件分段圖5.2.3 BIM可視化施工模擬隨著建設工程規(guī)模的不斷擴大、現(xiàn)場情況變得越來越復雜，專項施工方案的制定顧及的面越來越廣，難度越來越大。BIM技術的應用提高了專項施工方案的質(zhì)量，使其更具有可建設性。項目通過BIM的軟件平臺，采用立體動畫的方式，配合施工進度，精確地描述出整個B10區(qū)大傾角多步傾斜鋼框體系的安裝過程，找出施工方案的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性的編制安全保障措施，使施工安全保證措施的制定，更直觀，更具有可操作性。圖5.2.3-1 B10區(qū)BIM模型圖項目利用tekla structures軟件進行模型搭建，并將其導入至navisworks軟件中進行施工模擬，通過可視化的動態(tài)展示，

14、將大角度多步傾斜鋼框體系自平衡安裝技術全過程展現(xiàn)。項目通過BIM施工模擬的可視化展示，分析施工順序的合理性，明確施工的質(zhì)量控制要點，并對施工過程中可能出現(xiàn)的安全風險進行評估，其具體安裝流程如下：第一步，首先使用塔吊MCT370完成原結(jié)構(gòu)B-4軸四根立柱及柱間斜撐的吊裝；圖5.2.3-2 施工流程圖一第二步，使用中科重科150噸汽車吊依次吊裝B-3與B-4軸之間二層斜柱柱身段；圖5.2.3-3 施工流程圖二第三步，使用塔吊和汽車吊雙機協(xié)同作業(yè)完成B-3軸三層斜柱與主梁吊裝；圖5.2.3-4 施工流程圖三第四步，依次完成三層斜柱柱頭與主梁吊裝；圖5.2.3-5 施工流程圖四第五步，使用塔吊完成B1

15、0區(qū)三層剩余主次梁吊裝；圖5.2.3-6 施工流程圖五第六步，依次吊裝B-3與B-4軸之間斜柱、B-3軸三層立柱、B-2與B-3軸之間斜柱及相互連接的橫梁；圖5.2.3-7 施工流程圖六第七步，使用塔吊完成四層B10區(qū)所有主次梁的吊裝；圖5.2.3-8 施工流程圖七第八步，使用塔吊完成B10區(qū)周圍懸挑部分的挑檐梁吊裝，調(diào)校完成后進行螺栓緊固作業(yè)及焊接作業(yè)。圖5.2.3-9 施工流程圖八5.2.4 有限元施工仿真分析1 整體結(jié)構(gòu)施工模擬分析1）計算模型根據(jù)BIM施工模型和具體施工方案，選取B-1至B-4軸之間結(jié)構(gòu)，在midas/Gen中建立計算模型進行施工過程有限元模擬分析，分析采用線性分析模式

16、，如圖5.2.4-1所示。圖5.2.4-1 B10區(qū)計算模型三維圖根據(jù)設計文件，鋼材均采用Q345，部分構(gòu)件選取SRC材料，其中混凝土等級為C40。邊界約束對首層的柱腳采用固支約束，同時對照圖紙將部分梁端約束進行釋放；荷載根據(jù)GB50755-2012鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范相關要求，吊裝過程中考慮自重荷載、施工機械設備荷載及工人施工荷載。將施工過程中荷載進行簡化模擬在相應的部位施加節(jié)點荷載-4kN，如圖5.2.4-2、圖5.2.4-3；施工步驟參照實際施工步驟在midas/Gen中定義十三個施工階段，每個施工階段工期按照實際施工時間來設定。圖5.2.4-2 施工荷載示意圖一圖5.2.4-3 施工荷載

17、示意圖二2）施工階段力學分析假設構(gòu)件的整個吊裝過程近乎是剛體運動，在安裝就位前力學性能不發(fā)生變化?，F(xiàn)就midas/Gen軟件對施工階段模擬結(jié)果進行相關分析，主要從應力值、位移值等方面進行分析。圖5.2.4-4 最大應力曲線圖圖5.2.4-4為施工各個階段的最大應力值的曲線圖。從圖中可以看出，進行完第五階段施工以后，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)最大應力值111.2MPa，該值小于材料設計值。在施工過程中安裝懸挑部分會出現(xiàn)較大應力值，但在安裝完連接橫梁后最大應力值會略微減小，施工過程中應重點監(jiān)控開始安裝懸挑結(jié)構(gòu)階段。圖5.2.4-5 最大位移曲線圖圖5.2.4-5為施工各階段的最大位移值的曲線圖，由圖可見前幾個施工階

18、段最大位移值均為較小;隨著施工的進行，最大值出現(xiàn)在施工完成后，位移達36.5mm。在安裝懸挑結(jié)構(gòu)時位移會發(fā)生突變，因此在該階段應該盡量慢的松開吊繩。如圖5.2.4-6所示對懸挑結(jié)構(gòu)點642點666、點367、點495、點360、點348進行施工過程位移監(jiān)測，分別得出位移曲線圖。圖5.2.4-6 監(jiān)測點選取示意圖圖5.2.4-7 監(jiān)測點位移曲線圖由圖5.2.4-7可知，在前幾施工階段，所有監(jiān)測點的位移值很小且基本一致；從整個施工過程來看，構(gòu)件懸挑大的一側(cè)的位移值要比懸挑小的一側(cè)位移值明顯要大；監(jiān)測點348、360的位移在第十施工階段突然變大，可以斷定第十施工階段為重點監(jiān)控的施工階段；六個監(jiān)測點最

19、終位移分別為3.49mm、2.32mm、0.35mm、0.20mm、36.51mm、10.95mm，所有監(jiān)測點最終位移值都符合相關規(guī)范要求。2 斜柱非線性靜接觸分析1）計算模型接觸分析假定空間上兩個物體可以互相接觸但是不能互相貫通。接觸的類型有一般接觸(general contact)和焊接接觸(weld contact)等多種類型，接觸分析屬于非線性分析。本項目斜柱自平衡連接副采用的臨時螺栓進行緊固，為一般接觸類型(Symmetric General Contact)。圖5.2.4-8 斜柱自平衡連接副從計算上看將物體定義為主體或從屬體沒有什么關系，但是從數(shù)值分析的角度上看，一般將剛體、密度

20、或剛度相對較大的物體、或者單元劃分較粗的物體定義為主體時，分析結(jié)果會更真實一些。因此分析假定將連接板定義為主體，螺栓定義為從屬體。在midas/FEA的接觸分析中使用罰方法(penalty method)，該方法是為了防止節(jié)點貫穿接觸面，在節(jié)點和接觸面之間布置罰彈簧(penalty spring)的方法。該方法實現(xiàn)起來相對容易，具有在動力分析時不受時間增量影響的優(yōu)點。根據(jù)BIM施工模型和具體施工方案，選取B-3軸結(jié)構(gòu)，在midas/FEA中建立計算模型進行施工過程模擬分析。模型是模擬原豎向結(jié)構(gòu)柱與斜柱通過自平衡連接副進行連接，整個分析模型僅受自重，沒有外荷載作用。當在自重荷載時因為連接板和螺栓

21、產(chǎn)生變形，連接板和螺栓之間產(chǎn)生一個接觸面，并通過接觸面?zhèn)鬟f荷載。如圖5.2.4-9所示，模型由原結(jié)構(gòu)柱、斜柱、自平衡連接副構(gòu)成，單元采用了實體單元，基于分析的準確性，分析考慮進行完整性建模。圖5.2.4-9 靜接觸分析模型一圖5.2.4-10 靜接觸分析模型（細部）根據(jù)設計文件，鋼材均采用Q345，螺栓材料選取SM520材料，對原結(jié)構(gòu)柱進三個方向采用固接(約束所有自由度)。荷載根據(jù)GB50755-2012鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范相關要求，吊裝過程中考慮自重荷載、施工機械設備荷載及工人施工荷載，綜合考慮采用1.1倍自重進行分析。2）施工階段力學分析選擇的分析類型不同，分析控制對話框中的參數(shù)也不同。本次

22、模擬分析是進行材料非線性分析，所以在分析控制對話框中選擇“材料非線性”。如果要同時考慮大變形，可以同時勾選“幾何非線性”。迭代計算的方法可以選擇收斂性較好的Newton Raphson方法，荷載步為10次，每步內(nèi)迭代次數(shù)為30回，可同時勾選自動調(diào)整荷載步選項。midas FEA中提供能量范數(shù)、位移范數(shù)、荷載范數(shù)三種收斂條件。收斂條件可以重復選擇。本次模擬分析使用位移范數(shù)的收斂條件，現(xiàn)就midas/FEA軟件對施工模擬結(jié)果進行相關分析，主要從應力值、位移值等方面進行分析。從下列各應力云圖中可以看出，整體結(jié)構(gòu)最大應力值126.9MPa，原結(jié)構(gòu)最大應力為12.1MPa，斜柱最大應力為7.3MPa，豎

23、向自平衡連接副最大應力為29.3MPa，豎向自平衡連接副螺栓最大應力為29.3MPa，橫向自平衡連接副最大應力為18.5MPa，橫向自平衡連接副螺栓最大應力為17.0MPa，應力值均小于其材料設計值。在施工過程中，自平衡連接副會出現(xiàn)較大應力值，施工過程中應重點監(jiān)控自平衡連接副開始安裝到拆除階段。圖5.2.4-11 整體模型應力云圖圖5.2.4-12 原結(jié)構(gòu)柱應力云圖圖5.2.4-13 斜柱應力云圖圖5.2.4-14 豎向自平衡連接副應力云圖圖5.2.4-15 豎向自平衡連接副螺栓應力云圖圖5.2.4-16 橫向自平衡連接副應力云圖圖5.2.4-17 橫向自平衡連接副螺栓應力云圖從下列各位移云圖

24、中可以看出，整體結(jié)構(gòu)最大位移值2.15mm，原結(jié)構(gòu)最大位移為0.26mm，斜柱最大位移為2.14mm，豎向自平衡連接副最大位移為0.01mm，豎向自平衡連接副螺栓最大位移為0.01mm，橫向自平衡連接副最大位移為0.66mm，橫向自平衡連接副螺栓最大位移為0.66mm，位移值均滿足規(guī)范要求。圖5.2.4-18 整體模型位移云圖圖5.2.4-19 原結(jié)構(gòu)柱位移云圖圖5.2.4-20 斜柱位移云圖圖5.2.4-21 豎向自平衡連接副位移云圖圖5.2.4-22 豎向自平衡連接副螺栓位移云圖圖5.2.4-23 橫向自平衡連接副螺栓位移云圖圖5.2.4-24 橫向自平衡連接副螺栓位移云圖5.2.5 確定

25、施工方案通過BIM可視化施工模擬和有限元仿真分析，得以論證該施工方案可行。因此項目確定最終采用自平衡安裝技術進行B10區(qū)大角度傾斜鋼框體系的安裝。首先使用汽車吊將斜柱柱身段吊裝至相應位置，利用自平衡連接副完成一次自平衡安裝；然后待柱身段校正焊接完成后，利用既有的MCT370塔吊與中聯(lián)150t汽車式起重機配合進行雙機協(xié)同作業(yè)將斜柱柱頭段和橫向主梁同步安裝，利用結(jié)構(gòu)自身特點完成二次自平衡安裝，從而有效的避免搭設胎架施工。在構(gòu)件吊裝就位后，設置纜風繩來保證結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定性。5.2.6 技術交底施工技術交底實為一種施工方法，在建筑施工企業(yè)中的技術交底，是指在某一單位工程開工前，或一個分項工程施工前，由

26、相關專業(yè)技術人員向參與施工的人員進行的技術性交待，其目的是使施工人員對工程特點、技術質(zhì)量要求、施工方法與措施和安全等方面有一個較詳細的了解，以便于科學地組織施工，避免技術質(zhì)量等事故的發(fā)生。本工程施工方案確定后，需完成三級技術交底。首先，由技術部向其他各部門進行交底，特別是現(xiàn)場工長；其次現(xiàn)場工長向?qū)嶋H作業(yè)班組長進行交底；最后由班組長向?qū)嶋H作業(yè)工人進行交底。技術交底記錄作為工程技術檔案資料中不可缺少的部分，應包含作業(yè)所需的技術要點、質(zhì)量控制要點、安全注意事項。5.2.7 結(jié)構(gòu)安裝1 吊點、吊繩的設置對于大傾角斜柱吊裝而言，吊點的設置尤為重要。斜柱是等截面連續(xù)構(gòu)件，質(zhì)量分布均勻，吊點位置選擇遵循最小

27、彎矩準則。為了讓斜柱準確對位，吊裝時采用吊繩與規(guī)格為20t的葫蘆相連。通過分析計算，調(diào)節(jié)葫蘆鎖鏈長度來控制斜柱的傾斜角度，如圖5.2.7-1所示。圖5.2.7-1 吊點設置圖2 斜柱柱身段空中對接通過采取自平衡法吊裝斜柱，調(diào)節(jié)手拉葫蘆使得斜柱處于最終的傾斜角度。然后將斜柱吊至相對應位置，用自平衡連接副進行固定，測量后通過手拉葫蘆、千斤頂校正就位，最后完成對接焊縫。圖5.2.7-2 二層斜柱柱身吊裝完成圖3 柱梁雙機協(xié)同作業(yè)根據(jù)現(xiàn)場場地條件、吊裝高度合理分配汽車吊和塔吊的吊裝構(gòu)件，充分利用塔吊吊裝高度高，汽車吊移動靈活的特點，盡量讓汽車吊吊裝外圍構(gòu)件，塔吊吊裝上部構(gòu)件。在柱梁雙機協(xié)同作業(yè)時，汽車

28、吊吊裝斜柱柱頭，塔吊吊裝與之相連的主梁，通過主梁將斜柱與原結(jié)構(gòu)柱形成自平衡體系。圖5.2.7-3 構(gòu)件吊裝圖4 連接部位的焊接本工程主要采用CO2氣體保護焊的焊接方法，焊接材料主要采用實芯焊絲。根據(jù)焊接情況，進行針對性的焊接工藝評定，焊接施工按照已評定合格的焊接工藝進行，保證現(xiàn)場焊接質(zhì)量。焊縫的層間溫度應始終控制在100150之間，要求焊接過程具有最大的連續(xù)性，在施焊過程中出現(xiàn)修補缺陷、清理焊渣所需停焊的情況造成溫度下降，則必須進行加熱處理，直至達到規(guī)定值后方能繼續(xù)焊接。焊后應清除飛濺物與焊渣，清除干凈后，用焊縫量規(guī)、放大鏡對焊縫外觀進行檢查，不得有凹陷、咬邊、氣孔、未熔合、裂紋等缺陷，并做好

29、焊后自檢記錄，自檢合格后鑒上操作焊工的編號鋼印，鋼印應鑒在接頭中部距焊縫縱向50mm處，嚴禁在邊沿處鑒印。5.2.8 結(jié)構(gòu)驗收B座主體結(jié)構(gòu)完成后，在自驗合格的基礎上，項目對將驗收的施工的內(nèi)容進行自評，并報當?shù)刭|(zhì)量安全監(jiān)督總站進行主體結(jié)構(gòu)分部的實體檢測報告。監(jiān)理單位對驗收部分檢查工程資料和驗收，并出評估報告。由業(yè)主向當?shù)刭|(zhì)量安全監(jiān)督總站提交結(jié)構(gòu)驗收申請表，申請進行主體結(jié)構(gòu)工程的中間驗收。在質(zhì)安站的監(jiān)督下，由總監(jiān)理工程師或建設單位項目負責人組織勘察、設計單位及施工單位項目負責人、技術質(zhì)量負責人按設計要求和有關施工驗收規(guī)范要求共同進行驗收。圖5.2.8 B10區(qū)完成實景圖5.3 勞動力組織勞動力投入

30、計劃：根據(jù)本工程特點共安排以下8個工種,各工種人員在不同階段投入勞動力情況參見計劃表: 表5.3-1 勞動力計劃表工種按工程施工階段投入勞動力情況1-7天8-15天起重工22鋼構(gòu)安裝44鉚工22電焊工33油漆工13電工11測量工22普工及其他33合計18206 材料與設備6.1 材 料6.1.1 主要材料名稱、規(guī)格、主要技術指標；表6.1施工投入主要材料表序號材料名稱規(guī)格數(shù)量單位用途備注1鋼絲繩2、10、16600米吊裝、校正4跳板木跳板30塊腳手架5鐵絲8500米防護6棕繩100米吊裝7焊條J422、J5060.5噸焊接8焊絲J5071噸焊接9CO2氣體40瓶焊接10氧氣30瓶11乙炔15瓶

31、12安全網(wǎng)1000平米防護13花籃螺栓M20100個校正15腳手架管48x3.75200米腳手架租賃16卡扣800個校正6.2 設 備6.2.1 主要施工設備表6.1 施工投入設備機具表序號用途設備名稱型號規(guī)格數(shù)量1起重設備塔吊MCT3701臺2汽車吊QY1501臺3焊接設備CO2焊機OTC-60064直流電焊機AX-30045電焊條烘箱YGCH-X-40016手拉葫蘆1T/2T/3T/5T10/10/5/27角磨機200/1003/38高強螺栓槍M20/M2219碳弧氣刨H-10210測量儀器激光經(jīng)緯儀J2111水準儀S3112激光鉛垂儀J2JD113全站儀GTS-601/OP114水平尺8

32、00mm27 質(zhì)量控制7.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制程序7.2 安裝質(zhì)量控制思路本工法質(zhì)量控制按鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205-2001和建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準(GB50300-2013)執(zhí)行。施工質(zhì)量保證技術思路:采用midas軟件模擬計算位移值時，將結(jié)構(gòu)因自重產(chǎn)生的撓度變形考慮進深化設計中。嚴格測量監(jiān)控，保證斜柱的安裝精度，在安裝的全過程中進行實時監(jiān)測，出現(xiàn)偏差及時調(diào)整。焊接前由技術負責人會同質(zhì)檢員檢查以下項目，合格后方能焊接：1 構(gòu)件標高達到設計要求2 梁腹板高強螺栓已經(jīng)終擰3 焊接防護措施搭設完成并經(jīng)驗收合格7.3 安裝質(zhì)量控制目標安裝質(zhì)量控制目標如下：表7.3-1 安裝偏

33、差控制表項 目工程允許偏差（mm）項目內(nèi)控目標（mm）構(gòu)件長度30.0-10 e10支座中心偏移l/3000，不大于30.0-10 e10相鄰支座高差l/400，不大于15.0-10 e10支座最大高差30.0e3.0節(jié)點中心偏移2.0e1.57.4 焊接質(zhì)量控制焊接檢驗應由質(zhì)量管理部門合格的檢驗員按照焊接檢驗工藝執(zhí)行。7.4.1 焊工檢查（過程中自檢）焊工應在焊前，焊接時和焊后檢查以下項目。1 焊前任何時候開始焊接前都要檢驗構(gòu)件標記并確認該構(gòu)件,檢驗焊接材料,清理現(xiàn)場,預熱。2 焊接過程中預熱和保持層間溫度。檢驗填充材料。清理焊道。按認可的焊接工藝焊接。3 焊后清除焊渣和飛濺物。焊縫外觀。咬

34、邊。焊瘤。裂紋和弧坑。冷卻速度。7.4.2 無損檢驗質(zhì)檢員將就檢驗要求與檢驗機構(gòu)保持密切聯(lián)系。項目質(zhì)量負責人應會同有關各方，共同參與現(xiàn)場檢測。1 外觀檢查所有焊縫都按規(guī)范JBJ81或相關規(guī)范檢查。外觀檢查記錄由項目質(zhì)檢員保存。2 超聲波檢驗厚度超過8mm的全熔透焊縫均按設計以及規(guī)范的要求進行超聲波檢驗。超聲波檢查按國家規(guī)范JBJ81和GB11345相關規(guī)范進行質(zhì)量檢驗證明。所有超聲波檢驗都應填寫焊縫超聲波檢驗記錄表。7.4.3焊縫檢驗的范圍1 外觀檢查所有焊縫2 無損檢驗1）全熔透對接焊縫100%超聲波檢驗。2）焊腳尺寸超過12mm的部分熔透對接焊縫至少20%超聲波檢驗。3）貼角焊縫：外觀檢查

35、。3 選擇受檢焊縫當要求少于100%檢驗，在開始檢驗前，對受檢焊縫的抽樣要征得工程監(jiān)理的同意。當在一個接頭中檢查出超標缺陷時，在同一組中要增加檢查兩個接頭，如果這兩個增加的接頭是合格的，最開始的焊縫返工后再采用同樣方式檢驗。如果那兩個增加的接頭也有超標缺陷，那么同組內(nèi)的每一個接頭都要檢驗。8 安全措施8.1 安全管理制度及辦法8.1.1 建立安全保證體系為搞好安全生產(chǎn)工作，成立專門安全領導小組，設立安全監(jiān)督小組，班組設安全員，形成一個健全的三級安全保證體系。負責日常的安全工作，定期組織安全檢查。8.1.2 健全安全生產(chǎn)責任制明確各管理人員、施工技術人員和生產(chǎn)工人在工程中的安全責任。8.1.3

36、強化安全教育堅持“三級安全教育”，規(guī)范“三級安全交底”制度，施工中堅持“班組安全活動”制度。8.1.4 改善施工勞動條件積極改進施工工藝和操作方法，改善勞動環(huán)境條件、減輕勞動強度，消除危險因素。8.1.5 實行人身安全保險所有施工人員均參與人身安全保險。8.1.6 加強施工安全監(jiān)控采用數(shù)碼相機，通過Internet向總工室和有關部門及時反饋監(jiān)測信息，進行科學的信息化施工，確保施工安全（包括地面建筑物、道路、地下管線安全）。8.2 施工安全保證措施8.2.1 做好個人安全防護1 必須系好安全帶2 安全帶高掛低用，且必須系在固定物上3 臨邊作業(yè)、2米以上高空作業(yè)必須使用安全帶4 必須佩戴安全帽5

37、必須穿安全勞保鞋；帶電操作必須戴絕緣手套。6 進行可能引致眼睛受到傷害的工作，必須佩戴護目鏡。7 施工作業(yè)，長發(fā)必須盤入安全帽內(nèi)8 嚴禁酒后作業(yè)8.2.2 施工現(xiàn)場安全生產(chǎn)交底施工負責人必須對職工進行安全生產(chǎn)教育，增強法制觀念和提高職工的安全生產(chǎn)思想意識及自我保護能力，自覺遵守安全紀律、安全生產(chǎn)制度，服從安全生產(chǎn)管理。所有的施工及管理人員必須嚴格遵守安全生產(chǎn)紀律，正確穿、戴和使用好勞動防護用品。機械設備、腳手架等設施，使用前需經(jīng)有關單位按規(guī)定驗收，并做好驗收及交付使用的書面手續(xù)。租賃的大型機械設備現(xiàn)場組裝后，經(jīng)驗收、負荷試驗及有關單位頒發(fā)準用證方可使用，嚴禁在未經(jīng)驗收或驗收不合格的情況下投入使

38、用。8.2.3 現(xiàn)場安全生產(chǎn)技術措施要在職工中牢牢樹立起安全第一的思想，認識到安全生產(chǎn)，文明施工的重要性，做到每天班前教育，班前總結(jié)，班前檢查，嚴格執(zhí)行安全生產(chǎn)三級教育。進入施工現(xiàn)場必須戴安全帽，2米以上高空作業(yè)必須佩帶安全帶。吊裝前起重指揮要仔細檢查吊具是否符合規(guī)格要求，是否有損傷，所有起重指揮及操作人員必須持證上崗。高空操作人員應符合超高層施工體質(zhì)要求，開工前檢查身體。8.2.4 高空作業(yè)高空作業(yè)人員應佩帶工具袋，工具應放在工具袋中不得放在鋼構(gòu)件或易失落的地方，所有手工工具（如手錘、扳手、撬棍），應穿上繩子套在安全帶或手腕上，防止失落傷及他人。高空作業(yè)人員嚴禁帶病作業(yè)，施工現(xiàn)場禁止酒后作業(yè)

39、，高溫天氣做好防暑降溫工作。吊裝時應架設風速儀，風力超過6級或雷雨時應禁止吊裝，夜間吊裝必須保證足夠的照明，構(gòu)件不得懸空過夜。8.2.5 現(xiàn)場安全用電現(xiàn)場施工用電執(zhí)行一機、一閘、一漏電保護的“三級”保護措施。其電箱設門、設鎖、編號、注明責任人。機械設備必須執(zhí)行工作接地和重復接地的保護措施。電箱內(nèi)所配置的電閘、漏電、熔絲荷載必須與設備額定電流相等。不使用偏大或偏小額定電流的電熔絲，嚴禁使用金屬絲代替電熔絲。8.2.6 消防安全措施1 電氣防火裝置在電氣裝置和線路周圍不堆放易燃、易爆和強腐蝕物質(zhì)，不使用火源。在電氣裝置相對集中場所，配置絕緣滅火器材，并禁止煙火。合理設置防雷裝置，加強電氣設備相間和

40、相地間絕緣，防止閃爍。加強電氣防火知識宣傳，對防火重點場所加強管制，并設置禁止煙火標志。2 焊接工程電焊機外殼必須接地良好，其電源的裝拆要由電工進行。電焊機要設單獨開關，并放置在防雨閘箱內(nèi)。多臺電焊機一起集中施焊時，焊接平臺或焊件必須接地，并有隔光板。工作結(jié)束后要切斷電源，并檢查操作地點，確認無火災隱患后，方可離開。3 易燃易爆物品存放管理施工材料的存放、保管，要符合防火安全要求，庫房采用阻燃材料搭設，易燃易爆物品設專庫存放保管，庫房保持通風，用電符合防火規(guī)定，指定防火負責人，配備消防器材，嚴格防火措施，確保施工安全。4 現(xiàn)場明火作業(yè)管理現(xiàn)場嚴禁動用明火，確需明火作業(yè)時，必須事先向主管部門辦理

41、審批手續(xù)，并采取嚴密的消防措施，切實保證施工安全。結(jié)構(gòu)階段施工時，焊接量比較大，要增加看火人員。特別是高層施工時，電焊火花一落數(shù)層，如果場內(nèi)易燃物品多，更要多設看火人員。鋼管焊接時，在焊點垂直下方，要將易燃物清理干凈，特別是冬季結(jié)構(gòu)施工多用草袋等易燃材料進行保溫，電焊時更要對電焊火花的落點進行監(jiān)控和清理，消滅火種。9 環(huán)保措施9.1 環(huán)境保護環(huán)境衛(wèi)生的保護工作，已納入全球環(huán)境衛(wèi)生的計劃，人人都在倡導環(huán)境衛(wèi)生，且越來越被人類所重視和關注，認真貫徹ISO14000環(huán)境保護體系，不隨意排放廢物、廢氣，不亂丟垃圾，不隨地大小便，生活、生產(chǎn)垃圾做到每天專人清理，教育工人遵守當?shù)丨h(huán)保部門及建設單位對環(huán)境管

42、理制訂的規(guī)章制度?，F(xiàn)場最可能造成的環(huán)境問題：建筑垃圾、生活垃圾問題9.2 文明施工9.2.1 文明施工目標文明施工目標：嚴格遵守當?shù)爻鞘泄芾?、爭?chuàng)文明施工工地。9.2.2 施工管理1 平面管理本工程項目文明施工管理嚴格按成都安全文明施工條例執(zhí)行，由項目經(jīng)理總體策劃，項目技術總工程師組織編制并監(jiān)督實施，其主要管理項目包括場地總平面布置、生活設施、施工設施、縱使設施、綜合管理。2 噪聲管理1）盡量防止噪音大的機械進入現(xiàn)場，若不可避免，應做好降噪措施。2）應安排好正常的作息時間。3）工人應做好素質(zhì)培訓，以防大聲叫嚷。10 效益分析10.1 經(jīng)濟效益10.1.1 采用大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工

43、法大大縮短了施工工期，而且有效地節(jié)約了胎架制作和安裝成本，取得了良好的經(jīng)濟效益，對以后類似的鋼結(jié)構(gòu)工程提供了較高的指導意義。 東南國際航運中心總部大廈(36#地塊)E、F座工程施工過程中，采用大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工法，為項目節(jié)約了36噸支撐胎架費用，并縮短施工工期15天。該工法應用使得施工更加簡單、方便，提高了功效，節(jié)約了工期，綠色環(huán)保。胎架的制作和安裝費8254元/噸，需36噸。塔吊租賃費16.85萬元/月，塔吊作業(yè)人員工資4.4萬元/月。節(jié)約胎架施工費用：8254*36=29.7萬元節(jié)省塔吊使用的臺班費：16.85*1*0.5=8.4萬元 司機和指揮工工資約：4.4*1*0.5

44、=2.2萬元 共節(jié)省費用40.3萬元。東南國際航運中心總部大廈(36#地塊)A、B座工程施工過程中，采用大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工法，為項目節(jié)約了23噸支撐胎架費用，并縮短施工工期10天。該工法應用使得施工更加簡單、方便，提高了功效，節(jié)約了工期，綠色環(huán)保。胎架的制作和安裝費8254元/噸，需23噸。塔吊租賃費16.85萬元/月，塔吊作業(yè)人員工資4.4萬元/月。節(jié)約胎架施工費用：8254*23=19.0萬元節(jié)省塔吊使用的臺班費：16.85*1*1/3=5.6萬元 司機和指揮工工資約：4.4*1*1/3=1.5萬元 共節(jié)省費用26.1萬元。東南國際航運中心總部大廈(36#地塊)C、D座工程

45、施工過程中，采用大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工法，為項目節(jié)約了52噸支撐胎架費用，并縮短施工工期30天。該工法應用使得施工更加簡單、方便，提高了功效，節(jié)約了工期，綠色環(huán)保。胎架的制作和安裝費8254元/噸，需52噸。塔吊租賃費16.85萬元/月，塔吊作業(yè)人員工資4.4萬元/月。節(jié)約胎架施工費用：8254*52=42.9萬元節(jié)省塔吊使用的臺班費：16.85*1*1=8.4萬元 司機和指揮工工資約：4.4*1*1=2.2萬元 共節(jié)省費用64.2萬元。10.2 社會效益10.2.1 該工法施工工藝先進、實用性強，對于大傾角、大懸挑鋼結(jié)構(gòu)框架體系施工而言，能夠顯著提高施工質(zhì)量和施工安全水平，同時節(jié)

46、約機械、材料、人工成本，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。廈門東南國際航運中心項目作為福建自貿(mào)區(qū)廈門片區(qū)的重要工程，大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工法的應用縮短了安裝工期，為項目的提前完工，奠定了堅實的基礎，該工法的應用獲得了業(yè)主、監(jiān)理一致好評。11 應用實例11.1 東南國際航運中心總部大廈(36#地塊)E、F座工程11.1.1 工程概況本工法應用于東南國際航運中心總部大廈(36#地塊)E、F座工程，項目用地面積25946m2，總建筑面積201498 m2（不含避難層），其中地上建筑面積約155483 m2，地下建筑面積約46015 m2，E座和F座分別為約128.2米和144.2米的塔樓，E

47、座用鋼量12855.95噸，F(xiàn)座用鋼量為15352.2噸。兩座塔樓在8層以下部分有機的形成一個整體。并且和37#地塊建設風格一致，外部造型獨特，底部和裙樓有機的結(jié)合成一體，在空間上呈逐步過渡的形態(tài)，從底部往上逐漸的縮小，形成的梯田狀。圖11.1.1-1東南國際航運中心項目鋼結(jié)構(gòu)工程36#地塊E座11.1.2 施工情況項目EF座裙樓處存在大量傾斜鋼結(jié)構(gòu)，該處鋼結(jié)構(gòu)施工采用大角度多步傾斜鋼框體系自平衡施工工法。工法實施過程中，充分利用了BIM技術、自平衡安裝技術、雙機協(xié)同作業(yè)技術、有限元施工模擬分析技術及項目自主研發(fā)的新型鋼柱斜率測量儀和鋼直梯快速懸掛裝置兩項專利。工程施工效果優(yōu)良、安裝準確、且提

48、高了效率，安全經(jīng)濟環(huán)保，現(xiàn)已通過主體結(jié)構(gòu)驗收。11.1.3 工程評價工程對大角度多步傾斜鋼框體系自平衡安裝方法進行研究，通過對BIM技術、自平衡安裝技術、雙機協(xié)同作業(yè)技術、有限元施工模擬分析技術等多項技術的應用，使得工程得以順利實施，其實施效果得到業(yè)主、監(jiān)理、設計等各方的認可，并且為項目舉行省市級、國家級各類觀摩活動奠定了堅實的基礎。通過本工法的應用項目已總結(jié)出論文1篇大角度多步傾斜鋼框體系自平衡安裝模擬分析和相關實用新型專利2篇新型鋼柱斜率測量儀和鋼直梯快速懸掛裝置，論文發(fā)表于中文核心期刊施工技術2015年11月第21期。11.2 東南國際航運中心總部大廈(37#地塊)A、B座工程11.2.1 工程概況本工法應用于東南國際航運中心總部大廈(37#地塊)A、B座工程，37#地塊用地面積78507平方米，A、B兩幢辦公