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超高层地上钢结构安装思路及节点安装流程施工技术

发表时间：2020/8/13 来源：《基层建设》2020年第10期作者：芮秀明吴大伟张余平何焰江

[导读] 摘要：本文讲述了深圳红土创新广场地上钢结构安装整体思路以及重要典型节点安装流程的施工技术。

        安徽富煌钢构股份有限公司安徽 238076
        摘要：本文讲述了深圳红土创新广场地上钢结构安装整体思路以及重要典型节点安装流程的施工技术。工程由 55层超高层办公楼、裙房4层，地下室4层组成，建筑高度258.5米。本工程钢板板厚为40~150mm，厚板在焊接过程中容易产生根部缺陷，丁字和十字接头容易产生层状撕裂；焊后会产生比较大的残余应力。另外，钢结构构件多且复杂，但场地非常狭小，对钢结构吊装施工的制约较大，且钢结构施工和土建施工存在交叉作业，与土建单位同时用塔吊，交叉作业多，干扰因素多。协调和做好上述工作是保证地上钢结构安装顺利进行的基础，有利于钢结构在节点处理上的完美融合。
        关键词：超高层；厚板焊接；吊装制约大；场地小交叉多
        1.工程概况
        1.1 红土创新广场工程位于深圳市南山区后海中心区东南部，科苑南路与海德三道交汇处西北角。项目地块东临科苑南路、南临海德三路、北临滨海大道。项目用地南北方向长约150米，东西方向宽约65米，建筑用地面积为8819.97平方米。规划用地性质为办公和相应的配套设施。本工程由A16地块3层商业裙房，A17地块55层超高层办公楼、裙房4层，地下室4层（A1（6）、A17地下连通）组成。功能含办公室、商业、地下室及配套设施，建筑高度258.5米。

        1.2 钢结构概况本工程含地下室钢结构和主体塔楼钢结构；地下室共4层，首节钢柱为埋入式柱脚，主要构件包含外框钢柱16根、核心筒钢骨柱18根及地脚螺栓。截面形式包含十字型、工字型，其中十字型柱主要分布于办公楼外框及大都会区域；主体结构钢结构截面形式主要为：十字型柱及箱型柱分布于办公楼外框区域和核心筒区域。钢构件材质主要为Q390GJC\Q345GJC\Q345B，钢板厚为16~150mm，隔板最大板厚为150mm，常用的是40mm。根据设计要求，当钢板厚度等于或大于40mm时，厚度方向性能不得小于Z15级规定要求。
        2.地上钢结构安装
        2.1 地上钢结构概况
        办公塔楼外框钢柱截面变成了日字型截面和箱型截面，分别交叉交替出现；中间由X型节点过渡变形，其截面复杂多变；办公塔楼核心筒钢柱随着高度上升逐渐减少，当高度上升到标高31.95米时，就只剩下核心筒四角有钢柱。地上楼层板均采用钢筋桁架板。地上钢结构施工主要为办公塔楼标准层施工。
        2.2 安装要点
        1）核心筒施工领先外框架6个楼层，外框架领先压型钢板及楼面混凝土施工3个楼层。压型钢板领先楼面混凝土施工2个楼层。
        2）钢柱采用分段吊装，分段位置位于梁顶面以上1.2m处。钢梁整根吊装。
        3）为了保证混凝土施工时钢柱的稳定，核心筒钢柱安装后需在钢柱间加装临时桁架，外框钢柱每安装一根后随即安装与其相邻钢柱或核心筒之间的钢梁。
        4）伸臂桁架采用散装的方式安装，屋面花冠桁架采用分片吊装的方式。
        2.3 地上钢结构安装整体思路
        根据工程的具体特点，对钢结构施工分区，将施工区域分成1区、3区（含H轴线钢柱）和2区、4区，实现流水施工作业。总体思路是先起核心筒、后期钢框架；核心筒超出钢框架6层，钢框架超出混凝土楼板2层；地上结构施工阶段主要采用1#塔吊（ZSL750，臂长55m）和2#塔吊（ZSL750，臂长55m）负责吊装。塔楼1区、3区（含H轴线钢柱）钢结构由1#塔吊负责吊装，2区、4区由2#塔吊负责吊装；
        钢柱位置和分区域图如下：

        地上室钢结构施工分区及吊装顺序图
        2.4 地上构件分段及吊装分析
        （1）、钢柱分段示意图

        2.5 塔吊匹配性分析
        （1）、地上结构施工阶段主要采用1#塔吊（ZSL750，臂长55m）和2#塔吊（ZSL750，臂长55m）负责吊装。塔楼1区、3区钢结构由1#塔吊负责吊装，2区、4区由2#塔吊负责吊装；塔吊负责构件卸车，1#2#塔吊卸车半径R=30m，吊重T=21.3t，办公塔楼最大分段重量约20.85t，塔吊满足卸货要求；办公塔楼最大分段重量约20.85t，距离1#2#塔吊中心R=28.5m，塔吊吊重T=22.8t，满足吊装需求；最远分段重20.85t，距离塔吊中心R=28.5m，塔吊吊重T=22.8t，满足吊装要求。
        塔吊布置示意图如下：
        （2）、吊重分析
        吊重分析的原理：选择距离塔吊最远的钢柱和选择钢柱最重的构件进行分析，选取最不利的情况进行列表和计算，来进行符合塔吊的吊重分析：通过分析和选在，可以看出轴线位置12/D的钢柱重量最大而且位置最远，最大重量为20.85t，最远距离为28.5米：
        （3）、塔吊布置图：堆载地点应距离基坑边5米以上，每平米堆载不超过12KN；

               地上塔吊布置图
        2.6 地上结构吊装流程
        办公楼地上结构主要内容由核心筒箱型钢柱、外框箱型柱、H型钢梁组成，采用1#塔吊和2#塔吊进行对称安装的方式进行施工。安装流程如下：
        步骤1：利用7030型塔吊进行地脚螺栓预埋和柱脚安装，安装完毕及时测量校正。
        步骤2：安装1#塔吊；利用1#塔吊安装核心筒首节钢柱，钢柱安装完毕及时测量校正。拆除7030型塔吊。
        步骤3：土建单位施工负4层核心筒钢筋混凝土。
        步骤4：安装首节外框钢柱。
        步骤5：土建单位施工负4层外墙板、楼板钢筋混凝土。
        步骤6：安装第2节核心筒钢柱、土建单位施工负3层核心筒钢筋混凝土。
        步骤7：安装第2节外框钢柱、土建单位施工负3层墙板、楼板钢筋混凝土。
        步骤8：继续安装负2层、负1层、地下室顶板核心筒柱、外框钢柱梁，补充次梁，土建施工负（2）、负（1）、地下室顶板层混凝土板，核心筒施工超出钢框架6层。
        步骤9：继续安装地上第一层外框柱梁、安装核心筒柱第7节钢柱梁，补充次梁，土建施工地下室顶板层混凝土板，安装2#塔吊。
        步骤10：两台塔吊以对称施工的方式安装第5层Y型外框钢柱梁和核心筒结构的安装。
        步骤11：继续安装第6~9层外框钢柱梁和12~15层核心筒结构的安装。土建施工1~4层混凝土板
        步骤12：安装钢结构连廊、继续安装外框柱梁、核心筒结构施工
        步骤13：继续安装外框柱梁、核心筒结构施工，土建施工混凝土楼板
        步骤14：安装最后一节钢柱，核心筒结构施工；施工混凝土楼板
        步骤15：安装屋面层主次梁，核心筒结构施工；施工混凝土楼板
        步骤16：主体钢结构施工完成，安装连廊钢结构，完成所有的安装任务，拆除塔吊。
        3.典型节点安装流程
        本工程塔楼有两道转换桁架，其节点较复杂，安装方案流程如下
        3.1、转换桁架侧面采取合宜的吊装节段和合理的安装顺序能够保证安装精度及减少安装误差。
        3.1.1安装流程
        步骤1：安装桁架钢柱，测量校正，确保牛腿定位准确；
        步骤2：安装上、下层楼层钢梁，测量校正，确保钢梁牛腿节点定位准确；
        步骤3：通过手拉葫芦调整斜撑角度，从侧面推入斜撑杆，完成斜撑安装；
        步骤4：安装第二层中间横向钢梁；
        步骤5：安装桁架钢柱，测量校正，确保牛腿定位准确；
        步骤6：通过手拉葫芦调整斜撑角度，从侧面推入斜撑杆，完成斜撑安装；
        步骤7：安装第二层中间横向钢梁；
        步骤8：安装完成。
        3.2、钢柱、钢梁立面安装流程：
        步骤1：安装中间位置钢柱
        步骤2：安装钢柱之间的联系横梁。
        步骤3：继续安装旁边的钢柱。
        步骤4：安装钢柱之间的联系横梁。
        步骤5：安装钢柱与核心筒之间的联系横梁。
        步骤6：继续安装钢柱与核心筒之间的联系横梁。
        步骤7：依次安装钢柱，联系横梁。
        步骤8：依照上述步骤依次上层联系横梁。
        4.钢结构施工安装误差消除措施
        4.1在正常情况下钢结构安装误差来源于构件在吊装过程中因自重产生的变形、因日照温差造成的缩胀变形、因焊接产生收缩变形。结构由局部至整体形成的安装过程中，若不采取相应措施，对累积误差加以减小、消除，将会给结构带来严重的质量隐患。
        4.2由于在安装过程中，细长、超重，构件较多。构件因抵抗变形的刚度较弱，会在自身重力的影响下，发生不同程度的变形。为此，构件在运输、倒运、安装过程中，应采取合理保护措施，如布设合理吊点，局部采取加强抵抗变形措施等，来减小自重变形，防止给安装带来不便。
        4.3在构件测控时，节点定位实施反变形：钢构件在安装过程中，因日照温差、焊接会使细长杆件在长度方向会有显著伸缩变形。从而影响结构的安装精度。因此，在上一安装单元安装结束后，通过观测其变形规律，结合具体变形条件，总结其变形量和变形方向，在下一构件定位测控时，对其定位轴线实施反向预偏，即点定位实施反变形，以消除安装误差的累积。
        5.结束语
        通过本工程的实际操作，有效证实了超高层钢结构安装的正确思路，在有限的狭小空间内，如何保证超大型钢结构构件的顺利吊装和完美对接，在塔吊的选型和匹配上更进一步的指明了安装方向，牢牢把控住在超高层钢结构中典型和重要节点上的布置和施工，确保整体钢结构安装思路和典型节点的完美结合。
        参考文献：
        [1]贾伟鹏，范鹏涛，汪鹏：安徽国际金融贸易中心超高层钢结构圆管柱施工技术《大型复杂钢结构建筑工程施工新技术与应用》.2012
        [2]张建国：超高层钢结构施工技术与管理《房地产导刊》2015