北京某超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)總結(jié)

超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)摘要：中國*****中心三三期工程主樓樓高330m，是目前北北京最高的單單體鋼結(jié)構(gòu)建建筑，它獨特特的伸臂桁架架設計將核心心筒和外框筒筒結(jié)構(gòu)牢固地地連接成一個個整體，結(jié)構(gòu)構(gòu)的四個外立立面均向核心心簡內(nèi)傾斜。節(jié)節(jié)點構(gòu)造復雜雜，施工場地地狹小，對構(gòu)構(gòu)件吊裝、測測量定位、變變形控制及施施工管理的要要求非常高，需需要有先進的的管理水平以以及施工技術(shù)術(shù)和施工措施施。關鍵詞：超高層層；鋼結(jié)構(gòu)；；鋼柱；桁架架；安裝中國****中中心三期A階段工程主主樓建筑高330m，地下4層，地上74層，總建筑筑面積為28萬㎡，主樓建筑面面積20萬㎡，用鋼量達5萬t，鋼構(gòu)件數(shù)數(shù)量約為2．7萬件。在安裝裝過程中使用用高強螺栓447萬套，壓型型鋼板17萬㎡．栓釘241萬套。主樓地面平面外外輪廓尺寸在在地面層約為為55-3mx55．3m，至73層時收到約44mxx44m，塔樓從底底部到頂部向向內(nèi)傾斜11．3m。核心簡與與周邊框架柱柱的間距為16～10m,外框柱間距56層以下辦公公區(qū)為4．2m，56層以上旅館區(qū)區(qū)為5．6m(表1)。表l****三三期主樓建筑筑概況總建筑面積28萬主樓建筑面積20萬m?；A樁筏基礎厚筏基礎底標高高22.00mm主樓地B3停車場、設備房房下室3層B2一B1設備房、商業(yè)用用途途主樓高度主樓地1—4層大堂等多用途樓樓層層330mm上74層5—56層辦公樓層57層以上旅館層屋面74層頂停機平臺主樓結(jié)構(gòu)形式鋼一混凝土組合合結(jié)結(jié)構(gòu)外立面裝飾飾玻璃幕墻抗震設防烈度度8度防火等級一級主樓由外框筒和和核心簡兩部部分組成。外外框筒鋼柱由由中間腰桁架架分三次調(diào)整整斜率向內(nèi)側(cè)側(cè)傾斜。外框框筒與和核心心筒之間除一一般的平面連連接外，還有有分別在28—29層、54—56層兩道伸臂臂桁架連接，形形成整體的鋼鋼結(jié)構(gòu)體系(圖1)。圖l*****三期主樓樓結(jié)構(gòu)示意****三期主主樓鋼結(jié)構(gòu)主主要構(gòu)件為重重型鋼柱、超超大異型鋼柱柱、巨型斜柱柱、直柱、單單層鋼板墻、雙雙層鋼板墻、鋼鋼梁、斜撐和和巨型伸臂桁桁架。單節(jié)鋼鋼柱最重達660t，有箱形、H形、異形等等多種截面形形式，核心筒筒鋼柱截面最最大截面為37710mmxx2550mmm，由多個H形、箱形等等組成的復雜雜異型截面。工程主要采用QQ345C、Q345GGJC和Q345GGJD等鋼材，其中中Q345GGJ鋼材采用正正火或控軋狀狀態(tài)交貨，除除腰桁架和伸伸臂桁架外，所所有鋼材均滿滿足0℃時的沖擊功功不小于34j，腰桁架和和伸臂桁架的的鋼材需滿足足-20％時的沖擊功功不小于344j。40mm以上鋼板均均有Z向性能要求?，F(xiàn)現(xiàn)場焊接70％為高強厚厚板焊接，焊焊接母材強度度高，焊接量量大，焊縫長長，焊接收縮縮變形大，焊焊接質(zhì)量要求求高。如何控控制變形和應應力消除，將將直接影響結(jié)結(jié)構(gòu)安裝成型型，特別是雙雙向傾斜重型型鋼柱的空間間位置及雙鋼鋼板墻的安裝裝焊接。1工程重點和難難點1．1計算結(jié)構(gòu)構(gòu)安裝誤差預預調(diào)正分析****三期屬屬于超高層建建筑，其構(gòu)件件有著大型化化、異型化的的特點，導致致其施工技術(shù)術(shù)和施工精度度要求都非常常高，所以本本工程的結(jié)構(gòu)構(gòu)施工計算分分析和施工誤誤差調(diào)整分析析尤為重要，這這是本工程施施工最關鍵的的技術(shù)措施之之一。因此首首先要保證結(jié)結(jié)構(gòu)施工計算算的正確性，其其次確保施工工誤差調(diào)整的的可控性。本工程各項施工工方案在實施施前都運用結(jié)結(jié)構(gòu)分析軟件件進行了大量量的結(jié)構(gòu)施工工虛擬計算分分析，為防止止安裝過程中中產(chǎn)生較大誤誤差而制定了了行之有效的的措施。1．2傾斜鋼柱柱安裝穩(wěn)定性性控制在吊裝過程中，傾傾斜鋼柱構(gòu)件件本身帶有雙雙向傾斜角度度，屬于非穩(wěn)穩(wěn)定體系，安安裝精度和安安裝技術(shù)要求求高。為保證鋼柱開始始安裝時的穩(wěn)穩(wěn)定性，采用用多臺塔吊同同時進行協(xié)作作吊裝。為了了多塔近距離離協(xié)作的安全全施工，不僅僅聘用技術(shù)過過硬經(jīng)驗豐富富的信號工進進行指揮，而而且所有構(gòu)件件的安裝角度度位置、連接接形式等都通通過計算機進進行預先計算算，并通過專專家論證。1．3大噸位異異型柱吊裝就就位本安裝工程中最最重的鋼柱達達60t，而且鋼柱柱截面復雜、不不對稱，這些些都對構(gòu)件吊吊點重心的選選擇、起吊、就就位等造成困困難，極易造造成構(gòu)件起吊吊后，構(gòu)件的的安裝面不在在同一水平面面，增加了施施工過程中的的安裝難度。通過對核心筒非非對稱特重構(gòu)構(gòu)件分析計算算，找出構(gòu)件件中心，合理理布置吊耳，并并采用多繩多多吊點滑輪組組吊裝．保證證鋼柱準確就就位。根據(jù)現(xiàn)現(xiàn)場布置塔吊吊的起重性能能，部分重型型鋼柱吊裝需需要使用兩臺臺吊車進行吊吊裝：一臺主主吊，另一臺臺輔助吊裝。1．4鋼板剪力力墻的吊裝與與安裝本工程在15層層頂以下核心心筒內(nèi)剪力墻墻放置鋼板剪剪力墻，但由由于鋼板剪力力墻長細比較較大，剛度較較小，在構(gòu)件件單體起吊時時產(chǎn)生變形。同同時，由于鋼鋼板剪力墻與與核心筒鋼柱柱連接形式有有兩種：即超超長焊縫的焊焊接和高強螺螺栓連接。超超長焊縫易產(chǎn)產(chǎn)生焊接變形形，高強螺栓栓的一次穿孔孔率很難保證證。為避免吊裝時構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生吊裝裝變形，在吊吊裝時采用雙雙機抬吊遞送送法。為保證證螺栓的一次次穿孔率，采采用加工廠和和現(xiàn)場各鉆一一半的孔。1．5伸臂桁架架高空拼裝精精度的保證本工程伸臂桁架架整體重量大大，現(xiàn)場塔吊吊無法進行整整體吊裝，同同時伸臂桁架架又直接受內(nèi)內(nèi)外簡不均勻勻沉降影響，這這要求現(xiàn)場安安裝精度高。為保證伸臂桁架架的安裝精度度，現(xiàn)場構(gòu)件件起吊前，在在地面上由專專人對構(gòu)件進進行詳細的構(gòu)構(gòu)件檢查，與與圖紙進行仔仔細核對。同同時為將日后后伸臂桁架受受內(nèi)外簡不均均勻沉降的影影響降至最低低，不僅由專專家論證制定定了行之有效效的專項方案案，而且在安安裝過程中全全程測量檢測測，并在日后后分階段復測測起變化值。1．6腰桁架高高空拼裝精度度的保證本工程中四道腰腰桁架均跨越越多層，桁架架支撐多。截截面大。為保保證腰桁架的的安裝精度，除除了加工廠對對桁架全部進進行預拼裝以以外，現(xiàn)場構(gòu)構(gòu)件起吊前，將將構(gòu)件與圖紙紙仔細核對。同同時制定行之之有效的專項項方案，并通通過專家論證證。腰桁架安安裝以中心軸軸線對稱向兩兩邊安裝，安安裝過程全程程進行測量跟跟蹤。為保證證結(jié)構(gòu)整體幾幾何尺寸的準準確，在最后后一根鋼柱就就位后，再次次進行復測，按按現(xiàn)場實際尺尺寸對最后一一根鋼梁進行行現(xiàn)場測量加加工的方法安安裝，保證桁桁架的安裝精精度。1．7施工平面面布置由于本工程施工工現(xiàn)場場地狹狹窄，而鋼結(jié)結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)業(yè)面廣，構(gòu)件件的現(xiàn)場運輸輸和起吊區(qū)設設置受場地限限制。根據(jù)****三三期現(xiàn)場場地地的大小、主主樓鋼結(jié)構(gòu)的的構(gòu)件重量分分析以及吊裝裝設備回轉(zhuǎn)所所需的空間，在在主樓的頂部部選擇了一臺臺澳大利亞生生產(chǎn)的內(nèi)爬式式M760D動臂塔吊和一一臺M4400D動臂塔吊，分分別負責整個個吊裝區(qū)域的的吊裝，各塔塔吊隨主體鋼鋼結(jié)構(gòu)的安裝裝上升而爬升升。為解決構(gòu)件運輸輸和臨時堆放放，滿足現(xiàn)場場最大塔吊的的起重性能，在在主樓的南側(cè)側(cè)設置了一臺臺外附著中升升ZSL7550動臂塔吊，在在主樓西側(cè)料料場設置一合合K50／50塔吊．圖2總體施工安安裝流程2．2總體安裝裝順序2．2．1豎向向施工順序鋼結(jié)構(gòu)總體豎向向施工順序為為核心筒施工工先行．緊跟跟著的是外框框筒施工，內(nèi)內(nèi)外筒始終保保持相差3.6層高度；然后后是焊接施工工、壓型鋼板板鋪設、混凝凝土澆筑等工工序，形成流流水施工，保保持6—10層的施工節(jié)節(jié)奏。2．2．2平面面施工分區(qū)(1)標準準層平面分區(qū)區(qū)標準層平面面共分8個施工區(qū)，其其中西北側(cè)為為M440DD塔吊施工區(qū)區(qū)，東南側(cè)為為M760D塔吊施工區(qū)區(qū)，現(xiàn)場兩臺臺塔吊同時吊吊裝，施工順順序為第一施施工區(qū)_第二施工區(qū)區(qū)一第三施工工區(qū)_+第四施工區(qū)(圖3)。(2)核心心筒平面分區(qū)區(qū)．核心筒部分分鋼結(jié)構(gòu)施工工分為A、B、C、D四個區(qū)域進行行吊裝，其中中A、B兩個施工區(qū)區(qū)為M440D塔吊施工區(qū)區(qū)．C、D兩個施工區(qū)區(qū)為M760D塔吊施工區(qū)區(qū)。(3)腰桁桁架平面施工工順序及分區(qū)區(qū)圖3標準層半面面分區(qū)不恿本工程腰桁架結(jié)結(jié)構(gòu)復雜，而而且構(gòu)件立面面方向帶有雙雙向角度，根根據(jù)現(xiàn)場實際際情況和構(gòu)件件分段情況綜綜合分析，決決定將腰桁架架部分施工平平面分為8個施工區(qū)，現(xiàn)現(xiàn)場兩臺塔吊吊各負責四個個施工區(qū)域，同同時吊裝，總總體安裝順序序為從結(jié)構(gòu)中中部向兩側(cè)，施施工區(qū)域順序序為第一施工工區(qū)一第二施施工區(qū)一第三三施工區(qū)一第第四施工區(qū)。2．3主樓主要要節(jié)點處理2．3．1外框框筒周邊框筒平面為為削角的正方方形，外輪廓廓尺寸在地面面層約為55．3m，至73層收到約44m。周邊框簡簡在旅館層(即57層以上)的柱距為5．6m，而在其其他樓層(桁架層和底部部巨型斜撐處處除外)柱距均為4．2m，盡量提高高框筒結(jié)構(gòu)的的整體剛度。為使周邊框筒能能更有效地承承擔底部剪力力，減輕核心心筒底部的負負擔，同時滿滿足塔樓地面面入口處大開開間的需要，在在1-5層設置巨型型支撐外簡。此此支撐外簡之之上為6-7層的腰桁架架與上部框筒筒連接，在地地面層亦設置置深1m的型鋼混凝凝土梁以提供供聯(lián)系和約束束?？紤]到建筑的曲曲線外形導致致框架數(shù)目隨隨高度增加而而減少，在66-7層、28-29層及54-56層的機電層層處設置3個兩層高的的腰桁架，以以滿足不同柱柱網(wǎng)布置。同同時腰桁架也也增強了框筒筒的整體抗彎彎和抗剪剛度度，提高了框框筒的抗側(cè)性性能?？蛲菜兄刹捎眯弯摶炷两孛?。以以增加延性及及減少鋼材用用量。腰桁架架的斜桿及所所有的框架梁梁均為H型鋼截面。在在外筒鋼柱施施工同時，考考慮到外包混混凝土中鋼筋筋到鋼柱節(jié)點點處的處理，在在節(jié)點處如鋼鋼筋需穿過鋼鋼梁翼緣時，為為保證鋼筋在在結(jié)構(gòu)上正常常傳力，同時時又保證鋼結(jié)結(jié)構(gòu)受力不被被削弱，在鋼鋼梁的上翼緣緣加焊鋼筋連連接板，大小小由所需要連連接鋼筋的長長度決定：在在節(jié)點處如鋼鋼筋需穿過鋼鋼梁腹板時，若若為箍筋就在在腹板上開孔孔，若為主筋筋則同樣在腹腹板處加焊鋼鋼筋連接板，大大小由所需要要連接鋼筋的的搭接長度決決定(圖4)。（a）(b)圖4外框筒典型型節(jié)點示意(a)8—277和30一53層頂單鋼骨骨外框組合柱柱；（b)56—668層頂雙鋼骨骨外框組合柱柱2．3．2核心心筒核心筒的外籠尺尺寸為26．8mx220．7m(BB3-33層)、23．8mx220．7m(333-57層層)禾N20mmx20mm(57-773層)。核心筒周邊邊框架為型鋼鋼混凝土(SSRC)巨型柱和實實腹式工字型型鋼梁及支撐撐形成的支撐撐框架，16層以下墻體體中還有鋼板板剪力墻。SSRC柱有L形和矩形，內(nèi)內(nèi)含2～5支型鋼截面。57層以上核心心筒尺寸有所所縮小，同時時結(jié)構(gòu)的側(cè)向向剛度中外框框架承擔的份份額增大。為為減小承臺厚厚度并改善承承臺內(nèi)力分布布，在B3--1層核心筒四四角各有兩片片鋼板翼墻，長長度由上至下下逐層增加((圖5)。2．3．3腰桁桁架及伸臂桁桁架連接節(jié)點點腰桁架為H型鋼鋼截面組合而而成的立面桁桁架。根據(jù)腰腰桁架的設計計節(jié)點、工廠廠制作條件、構(gòu)構(gòu)件運輸條件件、施工現(xiàn)場場場地條件、現(xiàn)現(xiàn)場其重機械械性能等多方方面對比。綜綜合分析，并并與有關專家家論證后，將將腰桁架分段段成多個散(b)圖5核心筒典型型節(jié)點示意(a)用于翼緣緣垂直的支撐撐斜桿；(b)鋼梁與鋼支支撐連接節(jié)點點(c)用于腹腹板垂直的支支撐斜桿件進進行制作、運運輸、安裝。腰桁架的散件現(xiàn)現(xiàn)場安裝采用用腹板高強度度螺栓連接和和翼緣焊接連連接的方式。伸伸臂桁架與該該層的腰桁架架相連，因而而每個伸臂桁桁架可以將傾傾覆力同時傳傳于兩邊支柱柱。在28-29層層頂及54-56層頂之間均均設有伸臂桁桁架。此伸臂臂桁架可以更更好地發(fā)揮周周邊框筒抵抗抗側(cè)向力的作作用，減少核核心筒整體受受力(圖6)。為避免伸臂桁架架施工完成后后被內(nèi)外不均均勻沉降所產(chǎn)產(chǎn)生的內(nèi)力拉拉壞，故在伸伸臂桁架兩端端連接處做長長孔。先用銷銷軸連接，然然后階段性觀觀測，待內(nèi)外外筒沉降差變變化很小，核核查無誤后，再再進行最后的的焊接。腰桁架典型節(jié)點點見圖7，伸臂桁架架連接節(jié)點見見圖8。2．4安裝方法法2．4．1雙向向傾斜巨型鋼鋼柱巨型鋼柱的安裝裝使用現(xiàn)場的的兩臺動臂塔塔吊和外附著著動臂塔吊輔輔助進行安裝裝。由于巨型型鋼柱雙向傾傾斜，而且大大部分屬于超超重構(gòu)件，傾傾斜角度較大大，安裝開始始時采用三臺臺塔吊同時作作業(yè)，當安裝裝出一個節(jié)間間后就可以根根據(jù)巨型鋼柱柱所安裝的位位置，采用一一臺塔吊為主主吊．另一臺臺塔吊為輔吊吊，兩臺塔吊吊同時作業(yè)。

(a)（b)圖6腰桁架及伸伸臂桁架示意意(a)28-229層；fb)54—56層圖7腰桁架典型型節(jié)點示意(a)L1、LL69層；Co)LSS-L6層；(c)L8層；(d)L7層；(e)L30層-；(t)L288-L29層層(g)L29,,L55層；(h)L556層總體安裝順序共共劃分了8個流水段施施工，平面施施工順序為從從各個立面中中心向四周擴擴散安裝，具具體單元體安安裝如下。(1)先將側(cè)側(cè)立面中間的的鋼柱吊裝就就位。同時安安裝此鋼柱與核心筒筒支撐的鋼梁梁，以支撐外外筒斜柱向內(nèi)內(nèi)側(cè)傾斜(圖9)。(2)吊裝與與已就位的鋼鋼柱最近的一一根鋼柱。因因為(b)圖8伸臂桁架連連接節(jié)點示意意(a)28層伸伸臂桁架與外外框架節(jié)點；；(b)55層伸臂桁架架與外框架節(jié)點；((c)伸臂桁架與與核心筒連接接圖9巨型柱安裝裝步驟一巨型斜柱在就位位后為傾斜狀狀態(tài)，其重心心在構(gòu)件外，為為保持鋼柱吊吊裝時的平衡衡及就位后鋼鋼柱的穩(wěn)定，所所以安裝時將將兩鋼柱間的的鋼梁與鋼柱柱用安裝螺栓栓暫時連接并并同時起吊。就就位時，連接接鋼柱柱腳的的臨時連接耳耳板和隨鋼柱柱同時起吊的的兩鋼柱之間間的框架梁((圖10)。(3)將第二根根就位鋼柱與與核心筒之間間相連的鋼梁梁安裝完畢，以以便形成框架架，使已安裝裝的構(gòu)件穩(wěn)定定。此時第一一個節(jié)間安裝裝完畢。在安安裝過程中兩兩鋼柱上的吊吊鉤一直未摘摘，此時可以以進行摘鉤((圖11)。(4)向已安裝裝完成的節(jié)間間左右逐漸擴擴散安裝。一一臺塔吊吊裝裝鋼柱，同時時另一臺塔吊吊進行此鋼柱柱與核心筒相相連的鋼梁和和與已安裝完完成的節(jié)間相相連的鋼梁安安裝(圖12)?！?5)兩個相連連側(cè)立面安裝裝完畢(圖13)。(6)對兩個已已安裝完畢相相連側(cè)立面之之間的角柱及及角柱之間的的鋼梁進行安安裝(圖14)。圖10巨型柱安安裝步驟二圖11巨型柱安安裝步驟三圖12巨型柱安安裝步驟四圖13巨型柱安安裝步驟五2．4．2大噸噸位異型柱核心筒內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)柱由13種異型截面面鋼柱組成。最最重的單根單單節(jié)達60t，截面為37100mrnx22550raam。根據(jù)鋼柱重重量采取不同同的卸車、倒倒運方法。圖14巨型柱安安裝步驟六這種大噸位異型型柱的吊裝，鋼鋼柱截面復雜雜不對稱．對對構(gòu)件吊點重重心的選擇、起起吊、就位等等都相當困難難。而且由于于核心簡鋼柱柱截面復雜多多樣且不對稱稱，鋼柱測量量校正點較多多，整體標高高軸線及垂直直度調(diào)整難度度大，極易造造成構(gòu)件起吊吊后，構(gòu)件的的安裝面不在在同一水平面面．不但給構(gòu)構(gòu)件的高空安安裝增加了極極大的危險系系數(shù)，同時也也增加了施工工過程中的安安裝難度。為保證鋼柱在高高空就位后的的垂直調(diào)整，在在吊裝前對每每一根異型鋼鋼柱都進行認認真計算，放放置吊耳，以以確保構(gòu)件安安裝精度。2．4．3鋼板板墻本工程在核心筒筒鋼柱之間設設置單(雙)鋼板墻，單單鋼板墻采用用螺栓連接，在在核心筒四個個角位置設置置了雙鋼板墻墻，雙鋼板墻墻采用焊接連連接，其中單單鋼板墻一塊塊連接板螺栓栓最多達1000顆，施工難難度大，而雙雙鋼板墻最長長一條焊縫為為16m。鋼板剪力墻的分分段原則是：：根據(jù)現(xiàn)場實實際情況、塔塔吊起重能力力及構(gòu)件運輸輸車的運輸能能力分段，經(jīng)經(jīng)過計算，鋼鋼板剪力墻均均不超重，故故寬度不超過過3m的均可采取取汽車公路運運輸。寬度不超過3m的鋼板剪力力墻，制作時時與鋼梁一體體拼成三層一一整體；寬度度超過3m的鋼板剪力力墻，分段制制作為高度方方向不超過33m的構(gòu)件。所有鋼板剪力墻墻均在夜間進進行卸車，所所有鋼板剪力力墻構(gòu)件均可可以單機卸車車，卸車使用用四個吊裝夾夾具均勻抬吊吊卸車，卸車車后擺放在主主樓西側(cè)料場場。鋼板剪力墻在起起吊時，根據(jù)據(jù)要起吊的鋼鋼板墻所要安安裝的位置選選用相應塔吊吊作為主吊進進行吊裝，為為避免起吊時時鋼板剪力墻墻因自重而變變形，鋼板剪剪力墻以雙機機遞送的方式式起吊，后由由主吊塔吊提提升，直至鋼鋼板剪力墻提提升至垂直后后將輔助遞送送塔吊摘鉤，由由主吊進行安安裝。鋼板剪力墻吊裝裝就位后，先先由提前焊好好的防滑鐵固固定在其安裝裝位置(圖15)。在核心簡簡鋼柱