现代施工技术(6)--高层钢结构施工

高层钢结构工程施工1钢结构构件1.1钢结构构件的截面形式①柱：柱截面可以采用H形、箱形、十字形、圆形等。②梁：多为轧制或焊接的H型钢梁，也可使用复合截面。1.2钢结构构件的连接方式①柱与柱的连接：高强螺栓连接、焊接、混合连接。图5-12。②柱与梁的连接：高强螺栓连接、焊接、混合连接。图5-13。③梁与梁的连接：高强螺栓连接、焊接连接。图5-14。1.3钢构件的制作在加工厂制作的流程为：编制构件制作指示书原材料矫正放样、号料、切割制孔边缘加工组装和焊接端部加工和磨擦面处理除锈和涂装验收和发运柱与柱的连接柱与梁的连接梁与梁的连接2高层钢结构的安装2.1结构安装前的准备工作2.1.1制定钢结构安装方案钢框架结构的安装方法：分层安装法、分单元退层安装法钢框架的安装方法钢框架的安装顺序一流水段的安装流程2.1.2高层钢结构构件的质量检查在中转库进行质量复检，主要内容是：a.构件尺寸与外观检查b.构件加工精度的检查c.焊缝的外观检查和无损探伤检查2.1.3钢构件的运输和现场堆放宜采用平运；堆放场地应平整、坚实、排水良好；构件应分类型、单元、型号堆放。2.1.4钢柱基础准备安装前应对建筑物的定位轴线、基础中心线和标高、地脚螺栓位置等进行检查；基础检测2.1.5柱基地脚螺栓准备地脚螺栓的预埋方法：直埋法、套管法2.1.6标高块设置标高块设置示意图1-标高块2-基础表面3-钢柱4-螺栓2.2钢结构构件的安装2.2.1钢构件的起吊钢柱吊装钢梁吊装1-吊耳2-垫木2.2.2钢构件的校正a.柱的校正：包括标高、轴线位移、垂直度等。校正顺序：先调整标高，再调整轴线位移，最后调整垂直度。b.梁的校正：预留焊缝变形量、梁面标高的校正。钢柱顶的激光测量装置示意图2.2.3高层钢结构的焊接施工a.焊接准备工作•检验焊条、垫板和引弧板•焊接工具、设备、电源准备•焊条预热•焊缝剖口检查•气象条件b.焊接顺序：从中心向四周扩展，采用结构对称、节点对称的焊接顺序。一节柱（三层）的竖向焊接顺序是：上层主梁压型钢板支托压型钢板点焊；下层主梁压型钢板支托压型钢板点焊；中层主梁压型钢板支托压型钢板点焊；上柱与下柱焊接。c.焊接工艺流程d.焊接工艺：预热、焊接e.焊缝质量检验：外观检查、无损伤检验2.2.4高层钢结构的高强螺栓连接施工a.高强螺栓的连接方法摩擦型连接承压型连接张拉型连接混用连接和并用连接b.高强螺栓连接的施工：扭矩法、转角法案例中央电视台新址上海环球金融大厦深圳京基100中央电视台新台址工程（CCTV）一工程概况及特点二工程难点的认识和理解三钢结构安装施工技术四多媒体演示内容1工程概况及特点1.1基本情况中央电视台(CCTV)新台址建设工程位于北京市中央商务区(CBD)规划范围内,计划2009年建成。约234m高的中央主楼是该工程建设中的主要建筑,其独特的建筑形式、复杂的结构体系(如图1)一出现,就引起了民众和专家学者的广泛关注。建筑设计由荷兰大都会建筑事务所(OMA)完成,结构设计由奥雅纳工程顾问公司(ARUP)和华东建筑设计研究院有限公司(ECADI)共同完成。CCTV新台址主楼是由9层裙楼、3层地下室、两座斜塔(地上各52层和49层)和连接两塔楼的悬臂部分组成的一个不规则的空间门式结构。两个塔楼均以6°双向倾斜,高度分别是234m和194m,在37层(163m标高处)处通过L形的长悬臂连为一体,形成了独特的“倾斜”、“悬臂”、“大体量空中连体”的结构形式。两塔楼悬臂外伸67m和75m,高度55m,悬臂结构共14层,重量达1·4×104t,由37、38层转换桁架及框筒结构支承。整个结构用钢量达1·3×105t,是世界上单体用钢量最大的建筑。1.2钢结构概况屋顶悬臂塔楼2塔楼1裙楼+234.000m+162.200m-16.500mF10B3F37F46F52+45.150m钢结构分布在塔楼1、塔楼2、悬臂、裙楼四个部分1.2钢结构概况核心筒内柱外框筒塔楼2塔楼1塔楼双向向内倾斜塔楼塔楼分为塔楼1和塔楼2，两座塔楼结构相似。塔楼由核心筒、内部结构、外框筒三部分组成。塔楼内部核心筒及内柱为竖直，塔楼1和塔楼2外框筒双向倾斜。塔楼1在F21～F23、F28～F30、F36～F38，塔楼2在F22～F24、F37～F39之间设有转换桁架。钢结构概况裙楼由与塔楼类似的网格状外框柱、内框柱梁和转换桁架组成，裙楼的柱由钢筋混凝土柱、钢柱和型钢混凝土组成，首层以上主要为全钢结构。平面内布置钢柱82根。B3F10塔楼1塔楼2-16.500m外框架B3钢结构概况悬臂结构从塔楼37层至顶层外伸，悬臂底面为水平，顶面与两座塔楼的顶面位于同一个倾斜面内。塔楼1悬臂外伸67.165m，塔楼2悬臂外伸75.165m，悬臂底标高162.200m，共有14层，悬臂宽39.1m。悬臂部分总重量为13949t，其中37层～39层部分为4395t。底部正交桁架10榀塔楼1悬臂桁架2榀塔楼1塔楼2塔楼2悬臂桁架3榀悬臂悬臂根部外框支撑三角形加密悬臂根部外框支撑三角形加密F37F49悬臂底部水平三角支撑钢结构概况塔楼和悬臂屋顶为一个整体倾斜面，从塔楼1向塔楼2方向倾斜下来，倾斜的屋顶在平面上也呈交叉格状，与整体外框相适应。塔楼1+234.000m屋顶部分双向倾斜塔楼2悬臂部分+194.000m屋顶面支撑组成与外框相似的三角形1.3钢构件特点连接形式钢柱与砼底板的连接（外框筒柱）钢柱与砼底板的连接（核心筒柱）钢柱对接（外框筒目字柱）钢柱对接（外框筒井字柱）外框筒蝶形节点悬臂角接节点转换桁架上弦节点转换桁架下弦节点1.3钢构件特点连接形式悬臂底部正交桁架节点屋顶部分斜钢管与钢柱的连接形式支撑连接节点（核心筒）支撑连接节点（外框筒）双箱型柱与梁的连接形式内柱与钢梁连接形式梁柱连接形式（刚接）梁柱连接形式（铰接）1.4工程难点钢结构工程量大、分布范围广。结构倾斜，水平和垂直运输难度大。悬臂安装。预调值和结构变形控制测量控制要求焊接工作量大、质量要求高安全防护要求高2钢结构安装施工技术钢结构安装方案总体概述总体施工流程及施工顺序塔楼钢结构安装悬臂钢结构安装2.1安装流程与顺序总体施工流程栈桥安装插入式钢柱安装塔楼1M1280D塔吊安装塔楼2M1280D塔吊安装塔楼1M600D塔吊安装塔楼2M600D塔吊安装裙楼M440D塔吊安装预埋件埋设钢平台搭设B3-B1层钢结构安装B1-F2层钢结构安装F2-F6层钢结构安装F6-F28层钢结构安装F28-F36层钢结构安装F36-F37层钢结构安装F37-F43层钢结构安装F43-F52层钢结构安装B3-B1层钢结构安装B1-F2层钢结构安装F2-F6层钢结构安装F6-F28层钢结构安装F28-F36层钢结构安装F36-F37层钢结构安装F37-F43层钢结构安装F43-F49层钢结构安装裙楼B3-B1钢结构安装裙楼F1-F2钢结构安装裙楼桁架安装裙楼F2-F10安装K50安装悬臂第一跨安装悬臂块体扩大安装悬臂37-39桁架安装悬臂对接悬臂39以上安装塔楼、裙楼延迟构件安装两台M1280D塔吊移位M600D塔吊移位两台M600D塔吊拆除钢结构安装完毕两台M1280D塔吊拆除其他准备工作钢结构安装施工顺序一：搭设栈桥安装塔吊。二：两个塔楼同时开始钢结构安装，裙楼滞后塔楼安装，塔楼钢结构连续施工出地面层后，裙楼钢结构开始施工直到地面层。三：塔楼钢结构继续安装，裙楼钢结构安装到屋面。四：塔楼继续安装到顶部，并将悬臂第一跨的构件安装。2.2主塔楼钢结构安装主塔楼的安装步骤1安装塔吊主塔楼的安装步骤3安装外框钢柱主塔楼的安装步骤4塔吊改为内爬式，安装地上部分钢柱主塔楼的安装步骤5F1-F21楼层安装主塔楼的安装步骤8主塔楼安装到顶层2.3悬臂钢结构安装概述施工难点和重点：•设计技术要求：悬臂安装完成后，悬臂底面为水平，允许向上微翘。达到设计荷载后，不容许悬臂端出现下垂。•采用块体逐步扩大、高空散件组装的方法•重点：按预调值进行加工，安装施工的全过程必须按具体的施工组合工况对预调值进行动态控制。施工流程I区F37~F39层第一跨外框筒施工I区F39~F43层外框筒向前阶梯状施工I区F37~F39层转换桁架高空散件组装I、III区外框筒和III区转换桁架施工至施工缝II区F37~F39层第一跨外框筒施工II区F39~F43层外框筒向前阶梯状施工II区F37~F39层转换桁架高空散件组装II、III区外框筒和III区转换桁架施工至施工缝悬臂III区施工缝连接分两塔施工悬臂施工开始悬臂内框柱、梁和外框筒安装,每两层一个施工流程屋面钢结构的安装悬臂钢结构施工完成安装分区塔楼一塔楼二第一跨第二跨第三跨第1H2H3H5H7H8H9HAHBHHHDHEHHHJH一跨跨二第跨三第跨四第I区II区III区块体扩大完全散装法-步骤1F37～F39悬臂I、II区第一跨和转换桁架支座斜腹杆安装，F39平面增加的临时支撑块体扩大完全散装法-步骤2F39～F43层悬臂I、II区第一跨安装，并增加临时水平桁架段，此时塔楼施工至顶部（除悬臂顶层边梁）块体扩大完全散装法-步骤4悬臂外框筒、转换桁架继续按块体扩大安装，为了减小悬臂整体向塔楼倾斜方向偏心，加快悬臂外侧块体扩大安装进程块体扩大完全散装法-步骤6测定外界气候条件及施工缝开合变化规律，施工缝处所有构件一端就位，连接杆件采用转轴翻转形式，1.5小时内完成全部高强螺栓临时连接固定，然后进行精确定位、焊接。块体扩大完全散装法-步骤9安装F42～F45楼层外框筒、钢柱和钢梁，并拆除临时水平桁架块体扩大完全散装法-步骤11安装屋面斜支撑和屋面钢梁2.4焊接施工焊接接头形式焊接材料准备焊接工艺冬季焊接施工注意事项典型节点-“目”字形钢柱对接节点的焊接顺序冬季施工保温棉围护范围：600~1000mm钢柱焊接围护棚内保温棉冬季焊接焊后保温措施实例上海环球金融中心上海环球金融中心（SWFC）是目前全球已建成，人可到达结构最高位置的超高层建筑，地下3层，地上101层，总高度492m。1工程概况台北101大厦金茂大厦马来西亚双塔上海环球金融中心工程主体结构由核心筒、周边的巨型柱、带状桁架、巨型斜撑以及核心筒和周边巨型结构之间的伸臂桁架共同组成。2上海环球金融中心巨型铸钢节点单件重量达34.3吨体形相当复杂，共有多达12个分枝分枝截面极不规则，截面形式有箱型、BH型、十子型和不规则四边形材质为SCW550安装高度达390m在高空呈双向倾斜处于临边位置巨型铸钢节点巨型铸钢节点巨型铸钢节点巨型铸钢节点带状桁架带状桁架伸臂桁架内埋桁架2.1铸钢节点与带状桁架2.2巨型铸钢节点的二次制作制作厂对巨型铸钢节点进行二次加工，在巨型铸钢节点每个分枝上焊接一定长度的短牛腿，短牛腿的材质与同巨型铸钢节点分枝连接的主体钢结构材质相同，实现了在超高空进行同种钢材的焊接。牛腿材料切割进行牛腿组装牛腿焊缝焊接焊缝验收（或经返修后合格）牛腿上口的端铣设置专用组装胎架胎架验收吊上铸钢件定位安装牛腿牛腿焊接测量验收巨型铸钢节点二次制作流程巨型铸钢节点牛腿在胎架上进行制作巨型铸钢节点牛腿制作前巨型铸钢节点牛腿制作后2.3巨型铸钢节点的GPS测量整体施工测量选G1、G2两个控制点，采用高精度大地型双频GPS接收机（Leica1230）三台（套）对两个巨型铸钢节点上M1、M2两个特征点进行了复核测量。G1、G2控制点位置G1G2M1M2NGPS静态观测网★GPS静态测量，复核常规测量控制结果。★GPS动态测量，考察监测点的动态变化特征。G1控制点M1特征点★GPS静态测量结果分析（1）两种测量坐标的吻合性存在一定的系统偏差，但从两个复核点坐标所计算的距离来看，两者距离差异仅为3.2mm，表明GPS测量和常规测量相对关系都是好的，系统性偏差的原因可能与投点有关。（2）标高偏差较大，数值约为30cm。（3）垂直度总偏差值为39.9mm，完全控制在规程允许范围之内。GPS测量坐标与常规方法测量坐标之差★GPS动态测量结果分析（以M1点