07超大型项目钢结构安装施工技术

17.1钢结构安装特点7.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术7.3工程案例2—广州塔项目天线桅杆安装施工技术7.4工程案例3—广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术第7章超大型项目钢结构安装施工技术7.1钢结构安装特点•7.1.1钢结构安装工程特点钢结构加工制作全部在工厂完成，施工现场作业少，现场作业机械化程度高，施工速度快，施工工期短，满足了建设单位对工期控制的需要，因此在超大型项目中应用日益广泛。钢结构工程具有以下特点：（1）钢结构应用高度不断突破（2）钢结构体系更加复杂（3）钢结构构件越来越重27.1钢结构安装特点•7.1.2超高层钢结构安装施工特点超高层建筑钢结构应用高度不断突破、结构体系更加复杂、构件越来越重，使钢结构施工具有鲜明特点：（1）施工机械要求高（2）施工工艺要求高37.1钢结构安装特点•7.1.3大跨度空间钢结构安装施工特点大跨度空间钢结构安装施工特点主要采用高空散装法、分条分块吊装法、滑移法、单元或整体提升（顶升）法、整体吊装法、折叠展开式整体提升法、高空悬拼安装法等施工方法。因此，施工前应根据结构特点和现场施工条件，制定施工技术路线—安装方法。吊装单元应结合结构特点、运输方式、起重设备性能、安装场地条件来划分，同时应采用工业化施工，减少现场作业量和高空作业量，提高施工质量。47.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术•7.2.1概述1.工程总体概述广州国际金融中心的地下室4层（局部5层），主塔楼地上103层（层高为4.5/3.375m），最大高度达440.75m，工程总建筑面积为451926m2，其主塔楼70层以下为智能甲级写字楼，70层以上为白金五星级酒店。2.钢结构主要构件概述主塔楼采用钢筋混凝土核心筒+巨型斜交网格钢管混凝土柱外筒结构形式，外框楼盖采用型钢梁和钢筋桁架混凝土组合楼板，主塔楼73～74层设置了超大型转换桁架，见表7-1。（1）主塔楼巨型斜交网格外筒钢管混凝土柱，见表7-2。（2）主塔楼楼盖钢梁系统，见表7-3。（3）主塔楼73层转换桁架及转换钢架，见表7-4。（4）主塔楼核心筒钢结构，见表7-5。（5）主塔楼天面停机坪钢架，见表7-6。56表7-1总体结构和典型平面图总体结构图典型平面图78910117.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术•7.2.2钢结构工程主要施工的重点和难点1.外筒斜交网格钢构件的分段控制由于该项目钢结构施工主要采用三台M900D动臂式塔吊分段散件吊装，塔吊的最大起重量为64.0t。由于部分外筒斜交网格节点处于最大起重能力半径以外，分段需特殊考虑。按照起重性能和焊接操作空间，对外筒柱合理分段以控制重量是工程施工组织的关键点。2.巨型钢构件的预拼装检验验收该项目钢结构外筒为巨型斜交网格钢管柱体系，每个网格交接点就是一个复杂多变、形态各异、体量巨大、多点对位的空间巨型构件。该巨型构件的超高空安装需要解决空间多点对位、高空精确定位的问题。在钢构件的加工制作各道工序严格精度控制的基础上，为检验制作的精度，以便及时调整、消除误差，减少现场特别是高空安装过程中对构件的安装调整时间，对外筒节点、斜钢柱及环梁需进行工厂预拼装。通过预拼装技术进行复核验收是重点。127.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术3.超长、超宽、巨型构件的高空安装施工主塔楼外筒斜交网格钢管柱竖向分成17节，每节有30根直管段和15个“X”形节点。直管段钢柱的最大宽度约3m、最大长度约17m，“X”形节点最大宽度约4.3m、最大长度约13m，构件最大重量达到了64t。外筒斜交网格钢管柱的安全、精准、快捷吊装是施工难点。4.高空恶劣施工环境下复杂厚板节点的焊接质量保证主塔楼外筒斜交网格钢管柱直径从底部的Φ1800mm×50（55）mm过渡为顶部的Φ700mm×20mm，最大壁厚55mm，材质为Q345B、Q345GJC。同时，广州具有的典型亚热带季风性气候，特别是200m以上超高空风大、雾大、湿度重、施工环境恶劣，对钢结构现场高空焊接质量影响极大。焊接质量控制也是必须攻克的难点。137.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术•7.2.3超高层巨型斜交网格钢管柱安装技术1.外筒斜交网格钢构件的分段控制技术（1）分段原则外筒钢结构复杂，且管径大、重量重，分段需考虑相关因素，见表7-7。（2）分段重量M900D塔吊最大起重量64.0t，部分“X”形边节点处于最大起重能力半径外，分段需特殊考虑，各层节点工况分析见表7-8。（3）超重节点处理角节点JB最重达75.3t，超出塔吊最大起重性能，需再分段处理，见表7-9，分段在加工厂进行。141516177.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术2.巨型钢构件的预拼装检验验收预拼装主要目的是检验制作的精度，以便及时调整、消除误差，从而确保构件现场顺利吊装，减少现场特别是高空安装过程中对构件的安装调整时间，有力保障工程的顺利实施。通过对构件的预拼装，及时掌握构件的制作装配精度，对某些超标项目进行调整，并分析产生原因，在以后的加工过程中及时加以控制。针对该工程外筒结构特点，采用计算机预拼装与工厂实物预拼装相结合的预拼装方案。（1）实体预拼装选取三个具有代表性的拼装单元为例，见图7-1，工厂实物预拼装即采用循环全预拼装进行。以节点JB、JC、JD之间的预拼装为例，将该网格单元分为三部分，每部分的预拼装分三个拼装单元进行，依次按拼装过程1→拼装过程2→拼装过程3进行外框筒的预拼装，见图7-2～图7-4，其他节点间的拼装单元与此类似。图7-5为拼装现场实例。（2）计算机模拟拼装鉴于钢构件体量较大，构件最重达64t，利用全站仪实现计算机预拼装具有较大的经济意义。具体步骤见表7-10。181920图7-5拼装现场照片7.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术3.超长、超宽、巨型构件的斜交网格钢构件高空安装施工技术（1）安装总体思路该工程斜交网格外筒钢结构主要采用三台M900D塔吊分段散件吊装，钢柱分节点柱和非节点柱（即直段）两种形式，三台塔吊分区作业，钢柱吊装至就位位置后，安装上临时连接钢板和高强螺栓，通过千斤顶等调节措施，并及时连接钢柱上主次钢梁及环梁，在全站仪观测下，完成钢柱校正并焊接，然后浇筑钢管内混凝土。钢结构在平面上的安装顺序为奇数节按顺时针方向安装，偶数节按逆时针方向安装；在立面上，钢柱按从下而上，钢梁按先主梁上层后下层、次梁先下层后上层的顺序进行安装。按设计要求，待结构封顶后，对拉梁翼缘与节点对接焊缝以及桁架抗拉（压）节点进行焊接。217.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术（2）施工立面和平面分区，见图7-6和图7-7（3）斜交网格外筒钢结构施工工艺流程典型标准区域钢结构施工，一个区域钢结构施工，分为构件区和节点区两个部分施工，其流程见图7-8。（4）标准区域安装流程，见表7-11（5）钢柱安装及高空焊接操作平台搭设钢构件吊装和焊接施工时，为满足施工操作人员高空作业的需要，必须在相应位置设置操作平台，见表7-12。为减少高空安装风险，操作平台主要构件在地面组装，然后起吊。图7-9为操作平台现场实例。222324图7-6施工立面分区2526277.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术（6）巨型斜钢柱加强型临时连接节点自稳定吊装技术主塔楼外筒斜交网格钢管柱竖向分成17节，每节有30根直管段和15个“X”形节点。“X”形节点最大宽度约4.3m、最大长度约13m，构件最大重量达到了64t。直管段钢柱的最大宽度约3m、最大长度约17m，构件最大重量39t，钢管柱中心线与铅垂线间的最大夹角约17°。在若干根钢柱和钢梁形成小范围稳定体系前，由于构件自重、风荷载、施工荷载的共同作用，巨型斜钢柱均存在较大的倾覆弯矩。为抵抗此倾覆弯矩，传统的做法是采用缆风绳或钢支撑形式，但根据施工现场空间、后续工作面必须及时开展的实际情况，传统的做法难以实施，因此，采用“加强型临时连接节点自稳定吊装”技术是当前最优的选择。287.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术“加强型临时连接节点自稳定吊装”施工技术，是在钢柱常规吊装所采用的临时连接节点基础上，经安全计算后，对临时连接节点中连接夹板和连接耳板的规格、临时连接螺栓的性能等级和数量进行加强和优化，由加强后的螺栓、连接夹板和连接耳板共同受力，抵抗倾覆弯矩，见表7-13和图7-10，“加强型连接板自稳定吊装”施工技术的应用，极大地加快了钢结构安装施工速度，节省了施工成本，同时也提高了工程施工过程中的安全性。2930317.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术4.高空恶劣施工环境下复杂厚板节点的焊接技术（1）焊接施工难点1）单件构件焊接量大、焊接时间长、工期紧：由工程概况和钢结构工程主要施工重点和难点分析可知，主塔楼外筒斜交网格钢管柱直径为Φ1800mm×55mm～Φ700mm×20mm，最大构件重达64t。2）焊缝质量要求高：钢结构主要材质为Q345B、Q345GJC，现场焊缝基本为一级熔透焊缝。3）焊接工程量大：据工程完工后统计，现场焊缝总长达115万延长米，实际使用焊丝达600t。4）高空施工环境恶劣：广州具有的典型亚热带季风性气候，特别是200m以上超高空风大、雾大、湿度重、施工环境恶劣，对钢结构现场高空焊接质量影响极大。（2）应对措施，见表7-1432337.2工程案例1—广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术•7.2.4实施效果该项目用了705d顺利完成了主塔楼钢结构的施工，施工过程无一例重大安全事故，建筑垂直度偏差仅15mm，115万延长米焊缝一次探伤合格率为98.90%。从2008年11月26日开始第88层钢结构安装至12月25日103层安装完成，一个月内完成16层，“两天一层”创下超高层钢结构安装施工的世界新速度。347.3工程案例2—广州塔项目天线桅杆安装施工技术•7.3.1概述广州塔项目的天线钢桅杆分为格构段和实腹段两部分，见图7-11。格构段自标高453.83m至550.50m，长96.67m。其由8根钢管柱、水平环杆和斜杆组成，呈八边形，对边距由12m逐渐过渡至3.5m。钢材主要采用Q390GJC高强度低合金结构钢，部分H型钢环杆和斜杆采用Q345GJC。节点连接以等强焊接连接为主，部分H型钢连接采用高强螺栓。实腹段自标高550.50m至610.00m（后变更为600.00m），长60.5m，其截面形式为正四边形和正八边形，对边距750mm至2500mm，呈阶梯状变化。钢板厚度最大达70mm。钢材采用BRA520C高强耐候钢，焊接等强连接。天线桅杆系统还包括部分次结构，有层间电梯井道、内外爬梯、外部平台、阻尼装置、铝合金封板、馈线架、消防水箱等。35367.3工程案例2—广州塔项目天线桅杆安装施工技术•7.3.2天线桅杆整体提升1.天线桅杆提升总体思路天线桅杆提升段高约92m，重约640t，采用“钢绞线承重，液压千斤顶集群作业，计算机同步控制”的提升安装工艺。即在综合安装的格构段顶部+529.00m标高处设置提升平台，布置20只50t级穿心式液压千斤顶作为提升设备。液压千斤顶安装在提升支架上，承重钢绞线通过液压千斤顶夹具固定下垂，然后通过钢绞线底锚与提升段底环锚固。提升时液压千斤顶、上下锚交替作业，向上提起承重钢绞线，以钢绞线传递动力，天线提升段上升，在计算机的控制下向上做连续垂直运动，直至安装至设计位置。液压千斤顶的配置提升能力为1000t（50t×20），提升荷载即提升段重量约为640t，配置系数k=1000/640=1.56；计算机可根据桅杆垂直度、千斤顶油压等多项参数实现多目标实时控制和自动连续作业。每小时提升高度2～4m，提升总高度约65m。天线杆提升前应对组装完毕的结构和提升装置作全面的检查验收，并对提升阶段的气候条件作详细跟踪预测，选择适当的气候条件（特别是风速情况）实施提升。377.3工程案例2—广州塔项目天线桅杆安装施工技术2