广州新图书馆钢结构施工方案

1第一章概述1.1工程概况广州新图书馆项目位于珠江新城文化广场区J2-6地块，南临兴安路，北临珠江大道东。建成后的广州新图书馆将与广州歌剧院、广东省博物馆、广州市第二少年宫、超高双塔（分东塔和西塔）和电视观光塔一起作为珠江新城的灵魂建筑，成为广州的七大地标之一，将具有广州市文献存储中心、文献信息传递中心、面向社会的文化教育中心、公共信息导航中心、信息加工生产增值中心、图书馆学业务研究辅导中心、对外文化交流的重要窗口等7项功能。广州新图书馆项目在建筑设计理念上体现出“美丽书籍”构思理念，用书的堆砌组织空间形体，建筑形象上平面和立面相互以“之”字锲合，具有如同堆砌的书本的独特造型、有文化底蕴、现代感和视觉冲击力强的建筑风格，凸现了历史人文的感染力和大都市的吸引力。广州新图书馆效果图广州新图书馆建筑分为南楼和北楼两部分，两楼倾斜相连。整个建筑地上10层（部分8层），地下2层（其中地下一层设1层夹层），建筑高度为50.0m，总用地面积21067平方米，总建筑面积98977平方米，地上建筑面积59787平方米，地下建筑面积39190平方米，建筑基底面积7643平方米。21.2结构特点广州新图书馆工程为框架、型钢混凝土框架连体结构。本工程主要特点为结构倾斜，其中南塔框架呈7°～18°倾斜，北塔呈9°～11°倾斜。新图书馆结构按不同结构材料形式，分为钢筋混凝土（RC）结构、型钢-钢筋混凝土（SRC）结构和钢结构（S）。钢结构主要集中在南楼，北楼部分柱和结构边缘位置钢梁采用型钢-钢筋混凝土（SRC）结构。南塔西侧1-4轴间结构为单纯的钢结构。该部分结构一端由2轴上的钢柱KZ1独立支撑，最大悬挑长约10m，另一端与塔楼内相邻位置的劲性钢柱及钢梁相连，与主塔楼结构成为一体。悬挑端纯钢结构采用框架结构体系，由主梁、斜撑及水平支撑等组成。除钢柱对接节点采用焊接外，其它节点均采用高强螺栓连接。高强螺栓采用扭剪型高强螺栓。3南楼西侧架空部分14－15轴位置上的劲性结构同样采用框架支撑结构，形式如下：平面图1-1剖面2-2剖面北楼中间位置的劲性钢柱之间由南北向的劲性钢梁相连，各别位置钢柱之间设置东西向连接钢梁。南楼除东西两侧边缘位置钢柱之间设置南北向连接劲性钢4梁外，其它不设置连接钢梁。劲性钢梁平面位置示意图（本图为五层平面，其余各层劲性钢梁的分布基本相同）南北楼之间根据建筑需要在3－8层不同的楼层位置处布置一到两个连廊。连廊结构由H钢主、次梁及角钢组成，构件之间采用螺栓连接。连廊最大长度约19m，两端设置滑动球形支座。滑动球形支座布置5两塔楼八层位置设置水平连梁将南北楼连接成一个可靠的结构体系，水平钢梁采用箱型截面构件，箱型截面规格为：口800X500X30X30。南北楼连接钢梁平面布置钢柱KZ1为箱型截面，地下部分为劲性混凝土柱钢骨，箱体内填充混凝土，钢柱外壁设置栓钉，地上部分采用钢管混凝土柱形式。钢柱箱型内部设置两道横隔板，形成“目”字形构造。地下部分钢柱截面为□1300X2517X60X60，在节点范围的翼缘、腹板厚度方向性能要求Z25。地上部分钢柱截面大小沿高度方向分三段变化，标高-1.050~10.000：□1300X2500X60X60，标高10.000~19.800：□1000X2500X40X40，标高19.800~顶：□1000X2000X30X30。地下及地上部分钢柱KZ1在－0.750m标高对接，同时钢柱由直柱转化为斜柱，倾斜角度6.64°。除上述KZ1钢柱的“目”字型箱体构造外，本工程还钢构件包括了其它多种类型的截面形式，如H钢、异形H钢、双拼异形H钢、“日”字型箱体构造截面、“十”字柱、圆管等多种截面形式。H钢异形H钢双拼异形H钢6本工程钢结构总用钢量约4222t，材质主要为Q345GJC和Q345C，另外还包括Q345GJC-Z25和Q235B。各种材质占总用钢量的比例如下图所示：各种材质使用比例1%55%37%7%Q345GJC-Z25Q345GJCQ345CQ235B1.3施工重点分析及解决方案1.4.1施工过程交差作业多，管理协调难度大新图书馆工程为框架、型钢混凝土框架连体结构，根据材料不同可分为钢筋混凝土（RC）结构、型钢-钢筋混凝土（SRC）结构和钢结构（S）等多种结构形式。以上结构特点决定了现场混凝土施工与钢结构施工在施工工艺、施工机械、施工场地等方面均存在频繁交叉作业的现象，诸多工种、工序的交叉、配合对现场施工管理及协调提出了较高的要求。解决方案：施工工艺方面针对钢结构与混凝土结构交界面的处理、劲性钢骨柱与混凝土施工、钢筋与钢骨柱之间相交位置的钢柱预留孔及连接板的设置等各种技术问题与设计、总包等进行协商处理、并在钢结构工程的深化及现场施工组织方案中体“日”字型箱体构造截面“十”字柱圆管7现；施工机械的使用方面，由于钢结构与土建均存在较多的垂直运输，合理调配机械是现场必须解决的关键问题，我们将根据施工进度情况在每天提供第二天的吊装计划给总包方，由总包方统一协调塔吊的施用，保证各施工单位顺利施工；施工场地方面地下阶段施工过程中，现场施工场地构件临时堆场紧张，钢构件无法在现场长时间堆放，必须做到随到随吊，而地下室结构施工完成后，虽然地下室顶板在加固后可用来作为构件的临时堆场，但构件的堆放数量增加则地下室的加固成本也会随之成倍增长，所以也无法长期在现场大量堆积，因此我们将根据现场吊装进度安排工厂生产和构件运输，做到构件在现场不堆积或少量储备以满足进度要求。1.4.2吊装机械的合理配置及吊装工况分析目前地下室施工时总包已安装了两台TC7030B型塔吊和一台Q6015型塔吊，但是局部区域的钢柱或钢梁自重大，超出塔吊吊装能力范围，也有部分钢结构超出了塔吊的覆盖范围，需要大型吊装机械进行结构安装。因此，如何选择合理配置施工机械，对决定工程施工的安全性和经济性起着关键作用。解决方案：吊装机械的选择应结合各个钢梁、钢柱的自重进行，优先选用塔吊吊装，局部位置采用120t汽车吊进行。因此，需要对钢构件进行合理分段，分段数量在满足吊机起重能力的前提下尽可能减少，使得钢结构焊接工作量减小，达到较为理想的经济效益。1.4.3斜钢柱的吊装测量定位及精度控制由于结构自身倾斜的特点，本工程存在大量的斜钢柱，这给钢柱的安装定位及测量工作提出了严格的要求，如何满足斜钢柱定位精度成为了本工程的一项重点，也是保证本工程施工质量的关键。解决方案：现场测量配备专业的测量工程师，采用先进的施工测量仪器进行构件的定位测量，保证定位精度；根据结构自身特点，充分发挥结构自身杆件的作用，同时结合土建施工方案，利用土建外脚手架及模板体系进行钢柱的牢靠固定，确保把土建混凝土施工对劲性钢骨的扰动控制在最小范围。81.4.4施工过程的变形控制和施工过程验算新图书馆工程结构主要特点为结构倾斜，结构在顶部合拢，但在施工过程中是一种悬臂悬挑结构；另外，整个结构又是由钢筋混凝土（RC）结构、型钢-钢筋混凝土（SRC）结构和钢结构（S）三种结构形式组合而成的大型组合结构。综合以上结构特点，由于各种材料材性的不同，同时整个结构在施工过程各阶段的结构形态不同，因此整个结构在施工过程中的变形控制是本工程的又一重要课题。解决方案：利用大型结构计算软件Midas/Gen对整个图书馆结构的所有材料类型及结构类型进行完整的整体建模，针对施工过程进行仿真分析，分析过程充分考虑各工序之间的相互关系及各结构之间的协同作用及相互影响，通过对计算结果提供的结构内力及变形情况进行分析，进一步优化施工方案。1.4.5超大重量钢柱的吊装KZ1为“目”字型钢柱，最大截面尺寸为2517×1300×60×60，线密度约为4.6t/m，远远超过塔吊的起重能力。KZ1采用何种吊机、如何安装已经成为整个钢结构工程施工的重点。解决方案：由于现场基坑开挖超过13m，且有地下室施工影响，大型吊机无法下到地下室进行吊装。因此，根据目前土建提供安装思路考虑KZ1安装方案如下：先完成1～4轴纯钢结构区的地下土建结构，由土建方在KZ1位置预留6m×6.5m的孔洞，待土建完成至±0.000m楼面后，以加固后的地下室顶板作为吊机行走平台，通过预留孔洞分段补装KZ1。地上部分的KZ1钢柱按层分段进行吊装，吊装进度与楼层施工同步进行。1.4.6组合截面柱及非常规节点的加工制作本工程加工制作的重点在于组合截面柱及非常规节点的加工制作，其它构件相对简单，根据我司现有的设备及技术实力不存在加工难点。解决方案：组合截面柱中重点在于V形截面组合柱，其截面形式特殊，采用数控切割精确下料，并设计专用拼装胎架组装，钢柱端面进行端铣加工以保证安装精度；9非常规节点加工的重点在于十字柱节点，该节点形态相对复杂，但根据节点特点制定合理的工艺顺序及焊接方案即可解决。1.4.7大型吊机上楼面的加固措施由于钢柱KZ1必须利用大型吊机上到±0.000m标高的地下室顶板上进行吊装，所以必须考虑对结构的加固。解决方案：本工程地下共两层，结构加固也应从负二层地下室底板加固到首层结构下部。对于框架梁的加固主要采用工具式钢管加固支撑进行加固，楼面则采用路基箱进行加固。通过加固措施将上部施工荷载直接传递到混凝土结构承载力较大的梁柱之上，避免施工对已有楼面及已有结构的损坏。101.4施工条件分析设备车间仓库工人娱乐室兴安路珠江新城地下空间施工区域小型机具及钢构件等临堆场配电房冲凉房工地饭堂水泥罐预拌砂浆罐钢构件堆放场小型钢板加工棚钢筋成品堆放场钢筋加工场小型钢板加工棚钢构件堆放场广州新图书馆天面轮廓线首层轮廓线预拌砂浆罐水泥罐施工道路广州新图书馆篮球场工人宿舍业主、代建办公室会议室、展示室业主、物管、总包、监理及设计办公室地下室建筑边界线用地红线10F北发电机仓仓库水电仓机具二层为土建单位管理人员宿舍首层为土建单位办公室二层为各施工单位管理人员宿舍首层为各专业配合单位办公室首层为物管人员宿舍二层为工人宿舍±0.000m以上现场施工平面布置图1.4.1施工环境及周边道路广州新图书馆项目位于珠江新城文化广场区J2-6地块，南临兴安路，北临珠江大道东，西侧为地下空间施工现场，东侧现已有建筑。根据施工平面的规划，现场目前仅北侧一个施工入口，且该入口处道路狭窄，大型钢构件运输车辆行驶存在一定困难，而且如果运输车辆从此入口进行施工现场则必须经过地下室楼面。现场施工方目前计划在东侧另行开设一道施工入口，以满足钢构件运输需要。另外，在兴安路设置一施工入口，则构件可直接通过此11入口运输到塔吊位置附近，方便塔吊吊装，同时也减少了现场地下室结构的加固。1.4.2地下室对钢结构施工的影响由上面的施工平面可以看到，整个图书馆结构位于地下室中部，由于目前总包设置的塔吊超重能力较小，一方面所有构件起吊必须要就近，另一方面，部分构件要利用汽车吊等其它施工机械进行吊装，因此必然存在对地下室结构的大面积加固。本工程地下室结构共2层，地下一层设1层夹层，地下室底板标高为-13.5m。地下室的加固需要通过精确的设计计算，采取合理的加固措施，在保证施工过程结构安全的前提下达到最佳的经济效果。1.4.3总包现有施工塔吊目前，总包在施工现场设置三台塔吊作为主要施工机械——2台TC7030B型塔吊、1台Q6015型塔吊。三台塔吊臂长均为60m，其布置位置如上图所示。北楼东西两侧局部位置无法覆盖。由于塔吊超重能力有限，且并没有能够覆盖整个结构，因此在对钢构件按照塔吊超重能力合理分段的基础上，部分钢构件仍需要另行选择施工机械进行安装。1.4.4施工临时用地由于地处城区范围内，本工程施工场地极为狭小。目前地下室施工阶段，施工现场已基本为土建施工单位完全占具，因此地下部分钢结构施工时钢构件必须严格按照施工顺序进场。结构施工到±0.000m标高以后，可对靠近塔吊位置的地下室顶板进行加固来作为钢构件的临时堆场。第二章钢结构深化设计方案2.1钢结构深化设计概况广州新图书馆项目在建筑设计上体现出“美丽书籍”构思理念，建筑形象上平面和立面相互以“之”字锲合，具有如同堆砌的书本的独特造型、有文化底蕴、现代感和视觉冲击力强的建筑风格，凸现了历