超高层钢结构深化设计关键技术

基于天津117项目的超超高层钢结构构深化设计关关键技术2015年5月27日117项目工程概况1深化设计分段2塔楼外框巨柱深化设计要点3塔楼核心筒剪力墙深化设计要点4项目深化设计管控5其他超高层项目分段整体分析6一117项目工程概况况1.1117项目工工程概况本工程如右图图所示划分为为四部分：1、T区117办公楼；；2、E区总总部办公楼；；3、R区商商业群房；4、U区纯地地下室。本工工程的深化设设计重难点主主要在T区塔塔楼部分。1.2117项目塔塔楼钢结构概概况117办公楼楼结构高度约约为596米米，地上共117层，4层地下室。。整体呈四棱棱台体，中央央混凝土核心心筒为矩形。。结构体系为为：巨型框架架-核心筒-巨型斜撑多多重结构抗侧侧力体系。1.3117项目塔塔楼外框钢结结构概况一九塔楼巨柱位于于建筑物平面面四角并贯通通至结构顶部部，与桁架及及巨撑连接，，形成结构支支撑体系。其其呈六边菱形形，沿高度并并分多段内收收，外侧平齐齐。1.4117项目塔塔楼支撑钢结结构概况主塔楼在每个个立面均布置置有1道防屈屈曲支撑和8道巨型斜撑撑，防屈曲支支撑分布于B2-L7层层，巨型斜撑撑两端与巨柱柱相连，分布布如左图所示示，单道巨型型斜撑最长达达79m，重重量约为640t。——巨型支撑交叉叉处典型节点点1.5117项目塔塔楼桁架钢结结构概况塔楼结构设计计共布置九道道环形带状桁桁架，带状桁桁架分部如左左图所示。环环形桁架由箱箱型梁和组合合节点构成，，两端与巨柱柱相连。1.6117项目塔塔楼剪力墙钢钢结构概况整体结构中，，钢板墙从地地下3层到37层楼面处处（-18.350m~+192.300m））以及114层夹层二到到屋顶（+559.545m~+596.200m）,钢钢板墙钢板厚厚度分别有70mm、50mm、25mm、20mm。1.7117项目塔塔楼构件分部部概况杆件名称杆件截面形式最大截面外形尺寸主要材质主要板厚分布部位吨位所占比重巨柱

长11232mm宽5233mmQ345GJCQ390GJD25mm、30mm、40mm、60mm、80mm巨型框架柱4446036.58%支撑

口1800x900x120x50Q345GJC120mm/50mm斜撑及水平横梁1684313.86%桁架

口1200x800x100x100Q345GJC100mm带状桁架103538.52%钢板墙

长14250mm宽13425mmQ345GJC25mm/50mm/70mm钢板墙含翼墙钢板1922415.82%楼面梁

H700x400x14x25Q235B14mm/25mm楼面梁2529620.81%次框架柱

口1200x900x50x50Q345GJC30mm/35mm/50mm次框架柱50104.12%钢楼梯

长6915mm宽2070mmQ345C5mm钢楼梯3500.29%二深化设计分段段2.1.1深化设计分段段-巨柱分段段前分析1、巨柱壁板板较厚（大部部分为80mm，最厚100mm）），避免材料料拼接可节约成本，缩短短工期。分段段时考虑钢板板板幅不超过过4.4m，，单块重量不超过21吨吨。2、巨柱整体体重量重，现现场采用大吨吨位吊机，但但工厂制作时时重量受限（江苏厂仅一一台70吨行行车）。分段段时考虑重量量不超过60吨。3、巨柱截面面面积大，为为保证运输，，分段时考虑虑宽度不超过过4.2m，，高度不超过3.3m。4、巨柱内部部板件多而厚厚，分段时避避免现场“T"型焊缝，，以免出现板板件层状撕裂。5、巨柱腔体体众多（最多多26个），，且内壁布置置栓钉，最小小腔体净空间间为620mm。考虑分段段后现场吊装装顺序，人员员施焊站位，，避免进入狭狭小腔体施焊。。6、巨柱在楼楼层处设置水水平隔板，分分段时考虑巨巨柱对接焊缝缝距离水平隔板至少150mm，以以保证现场施施焊。2.1.2深化设计分段段-117巨巨柱分段（地地下）地下室单根巨巨型柱重约1607吨，，分为41个个吊装单元。。地下室高度度范围内巨型型钢柱共分为为6节，每节节构件分为4至9个吊装装单元，单元元最重约57t。2.1.3深化设计分段段-117巨巨柱分段（非非桁架层）地上巨型柱共共有9种截面面（MC2~MC10)。其中MC2~MC5截面，平面面划分为4个个单元，MC6~MC10截面未进进行平面划分分。MC2~MC5MC6MC7~MC10立面分段在12层以下为为3500mm，12层层以上多为4320mm立面分段多为为3500mm立面分段多为为3500mm2.1.4深化设计分段段-117巨巨柱分段（桁桁架层）123巨柱大节点处处平面整体分分4个单元,其中二三节节AC单元平平面再次拆分分ABCD一节二节三节四节2.1.4深化设计分段段-117巨巨柱分段（桁桁架层）巨柱大节点1、2单元采采取现场地面面拼装为“L”形，整体体吊装，然后后吊装3单元元，因大节点点内部板件密密集，且空间间小，内部板板件现场焊接接方向、顺序序均需仔细考考虑。23123后装板现场焊接坡口朝上现场焊接坡口朝上后装板现场焊接坡口朝下2.2.1深化设计分段段-钢板墙分分段前分析1、钢板墙板板较厚（最厚厚70mm）），避免材料料拼接可节约约成本，缩短短工期。分段时考考虑钢板板幅幅不超过4.4m，单块块重量不超过过21吨。2、钢板墙平平面外刚度小小，加工、运运输、堆放极极易变性，且且矫正困难，分段时应应避免出现较较大“L”形形、“T”形形，且宜与钢钢暗柱、暗梁梁连为一体，增强强刚度。3、地上核心心筒计划采用用顶模系统，，分段时应考考虑顶模系统统的顶升节奏、高度及对对长度的限制制。4、分段时应应考虑剪力墙墙土建施工节节奏（每次砼砼浇筑标高等等）避免造成施工不协调调。5、考虑现场场横焊缝较立立焊缝更易操操作，分段应应尽量分长单单片构件，可减少现场立立焊缝。6、考虑运输输尺寸限制，，结合钢板板板幅限制，运运输宽度尺寸寸控制在4.4m以内内。2.2.2深化设计分段段-117剪剪力墙分段（（地下）地下室单片剪剪力墙重约720t，分分为48个吊吊装单元。地地下室高度范范围内分6节节，每节分为为6至10个个吊装单元，，单元最重约约25t。地上剪力墙分分段除需考虑虑上述因素外外，还需考虑虑顶模系统的的影响。钢板墙分段需需考虑顶模预预留洞口大小小。顶模系统与核核心筒墙体施施工的步距为为一个楼层，，钢板墙构件件按照一层一一节分块。长长度方向对应顶顶模预留吊装装口长度（最最长分段9.12m）2.2.3深化设计分段段-117剪剪力墙分段（（地上）2.3.1深化设设计分分段-桁架架及巨巨撑分分段前前分析析1、宜宜选择择界面面内力力较小小处。。2、宜宜有利利于现现场施施工操操作，，避免免仰焊焊，确确保施施工质质量。。3、应应满足足现场场起重重设备备作业业半径径内的的吊重重4、宜宜便于于构件件制作作和运运输5、巨巨撑交交叉处处节点点板尺尺寸较较大（（7mx7m）），分分段时时考虑虑分段段位置置，使使其满足足钢板板轧制制限制制。利用弦弦杆与与腹杆杆节点点以及及板厚厚变化化进行行现场场分段段分节节，以以达到到减少少总焊焊接量量的目目标。。每段长长度在在15m以以内，，腹杆杆现场场散件件吊装装。2.3.2深化设设计分分段-117桁桁架及及巨撑撑分段段每道巨型斜斜撑分分为5段，，控制制运输输长度度不大大于13米米，且且尽量量使每每节长长度一一致；；十字字交叉叉处需需控制制异形形板宽宽。2.4深化设设计分分段-钢材材尺寸寸加价价对照照宽度加价宽度范围加价金额1600mm≤W≤2500mm0元/吨2500mm<W≤3200mm50元/吨3200mm<W≤3800mm80元/吨3800mm<W≤4200mm150元/吨4200mm<W≤4500mm250元/吨4500mm<W≤4700mm450元/吨长度加价长度范围加价金额6000mm≤L≤17000mm0元/吨17000mm<L≤22000mm长度每增加一米加价30元/吨，不足一米按一米计算钢板生生产宽宽度范范围为为1600mm≤≤W≤≤4700mm，长长度范范围为为6000mm≤L≤22000mm，在生产产范围围内加加价原原则如如下表表：2.5深化设设计分分段-构件件运输输价格格对照照13米车（车厢长12.5、宽2.3米、地面到车厢板是1.6米）构件参数长宽高重量长宽高重量长宽高重量长宽高重量长宽高重量12.52.42.838142.7338153350153.53.260

费用合同价*100％合同价*120％合同价*130％合同价*150％合同价*％17米车（车厢长17.5米、宽3米、地面到车厢板是1.4米）构件参数长宽高重量长宽高重量长宽高重量长宽高重量长宽高重量1833.134203.33.334213.53.545214.23.560214.73.560费用合同价*100％合同价*120％合同价*130％合同价*150％合同价*200％特种车

长途运输构件长度可达28米、宽度4.7米、高度4米、重量80吨左右。短途倒运在无涵洞、桥梁、高架的限制情况下构件长度可达40米、宽度7米、高度5米、重量200吨左右。运费根据不同构件尺寸增减。注：此此表中中构件件尺寸寸为最最大理理想化化尺寸寸，根根据构构件实实际外外形及及装车车时加垫块块、木木方等等会相相应减减低尺尺寸范范围。。三塔楼外框巨巨柱深深化设设计要要点3.1巨柱深深化设设计要要点巨柱深深化设设计除除了需需合理理考虑虑分段段分节节以外外，还还需注注意以以下要要点：：1、巨巨柱钢钢结构构专业业与土土建专专业的的配合合2、巨巨柱钢钢结构构制作作与安安装的的配合合3、巨巨柱深深化需需考虑虑现场场安装装顺序序及操操作空空间4、巨巨柱深深化需需尽量量考虑虑提高高制作作效率率5、巨巨柱深深化需需尽量量规避避质量量、安安全风风险。。3.2巨柱深深化设设计要要点-117巨柱内内腔体体众多多（最最多26个个腔体体），，大部部分腔腔体内内均设设置钢钢筋，，深化化设计计时充充分考考虑钢钢筋施施工所所需空空间及及人员员上下下通道道。巨柱内内腔体体钢筋筋施工工配合合3.3巨巨柱深深化设设计要要点-117为保证证巨柱柱现场场焊缝缝质量量，现现场焊焊接采采取焊焊前预预热和和焊后后保温温措施施（电电加热热），，深化化设计计时需需考虑虑电加加热设设备的的操作作空间间。巨柱深深化设设计时时配合合现场场考虑虑操作作平台台搭设设3.4巨柱深深化设设计要要点-117根据现现场安安装顺顺序及及巨柱柱截面面多腔腔体特特点，，巨柱柱现场场焊接接坡口口均为为单面面坡口口，坡坡口深深化方方向需需考虑虑现场场焊接接站位位。3.5巨柱深深化设设计要要点-117深蓝色色板件件与下下节对对接时时需人人员进进入腔腔体施施焊，，其余余均可可在外外部施施焊，，深化化设计计时注注意现现场坡坡口朝朝向。。3.6巨巨柱深深化设设计要要点-117构件加加工时时工厂厂通常常采用用构件件“翻翻身””达到到较好好的焊焊接工工况，，以保保证焊焊接质质量。。巨柱柱截面面大，，钢板板厚，，分段段后单单个单单元重重量依依然较较重，，合理理减少少“翻翻身””次数数，将将提高高工厂厂制作作效率率。深化设设计时时与原原结构构单位位沟通调调整钢钢板贯贯通方方式，，达到构件件工厂厂制作作翻身身次数减少少3.7巨巨柱深深化设设计要要点-117巨柱壁壁板厚厚度在在节点点处最最厚达达100mm，，且存存在异异形板板件，，工厂厂数控控下料料时，，转角角处易易出现现缺陷陷，深深化时时需考考虑在在此类类板件件转角角处进进行圆圆弧过过渡。。巨柱内内部腔腔体多多，分分段时时容易易出现现“T”型型现场场立焊焊接头头，对对焊接接温度度控制制及工工艺要要求极极高，，如控控制不不好易易导致致板材材撕裂裂。深深化设设计时时应尽尽量规规避此此类接接头，，并转转换为为对接接接头头。现场对对接四塔楼核心筒筒钢板板墙深深化设设计要要点4钢板墙墙深化化设计要要点钢板墙墙深化化设计计除了了需合合理考考虑分分段分分节以以外，，还需需注意意以下下要点点：1、钢钢板墙墙与土土建专专业的的配合合2、钢钢板墙墙与机机电专专业的的配合合3、钢钢板墙墙现场场安装装的考考虑4、钢钢板墙墙工厂厂制作作的考考虑5、钢钢板墙墙深化化图的的表达达4.1钢板墙墙深化化设计要要点-117剪力墙墙由约约束边边缘翼翼墙柱柱和墙墙体、、暗梁梁、暗暗柱组组成。。约束边边缘构构件墙体暗梁暗柱4.2钢板墙墙深化化设计要要点-117剪力墙墙典型型构件件4.3钢板墙墙深化化设计要要点-117为保证证剪力力墙现现场焊焊缝质质量，，现场场焊接接采取取焊前前预热热和焊焊后保保温措措施（（电加加热）），深深化设设计时时需考考虑电电加热热设备备的操操作空空间。。钢板墙墙深化化设计计时配配合现现场考考虑操操作平平台搭搭设4.4钢板墙墙深化化设计要要点-117钢板剪剪力墙墙暗柱柱与墙墙板主主次关关系对对构件件后期期制作作变形形控制制有一一定关关系，，向有有利于于钢板板变形形控制制的方方向调调整墙墙板与与暗柱柱主次次关系系。4.5钢板墙墙深化化设计要要点-117钢板剪剪力墙墙暗柱柱、暗暗梁与与墙板板焊缝缝原本本均为为一级级全熔熔透焊焊接，，根据据暗柱柱、暗暗梁所所处部部位及及优化化后的的墙柱柱主次次关系系向设设计提提出优优化建建议。。4.6钢板墙墙深化化设计要要点-117剪力墙墙内与与钢板板相连连的钢钢筋：：约束束边缘缘构件件箍筋筋、墙墙体水水平筋筋、墙墙体拉拉筋、、暗梁梁纵筋筋、暗暗梁箍箍筋。。约束边边缘构构件箍箍筋及墙体体水平平筋连连接暗梁箍箍筋连连接墙体拉拉筋连连接暗梁纵纵筋连连接4.7钢板墙墙深化化设计要要点-117钢板墙墙单个个构件件板幅幅大，，平面面外刚刚度小小，在在构件件加工工吊装装、运运输以以及构构件堆堆放过过程中中主要要是平平面外外受力力，极极易发发生平平面外外变形形。变变形矫矫正困困难，，对现现场施施工质质量影影响大大，加加设防防变形形板。。深化设计时时需注意连连梁钢筋搭搭接板的焊焊接顺序。。4.8钢板墙深化化设计要点-117深化设计时时，充分考考虑现场钢钢筋施工要要求，钢筋筋两端避免免同时出现现套筒连接接。墙板设备开开洞补强套套管深化时时，注意套套管长度采采用负公差差，避免土土建合模质质量不高。。4.9钢板墙深化化设计要点-117钢板墙零件件多，信息息量大，如如何清晰体体现在深化化图中也是是关键要点点之一。了解构件制制作流程，，图纸表达达遵循此流流程按类型将信信息分别体体现钢筋连接孔孔、连接器器定位栓钉、其他他零件定位位五项项目深化设设计管控5.1项目深化设设计管控-人员组织织设计分院院院长项目负责人人靠山楼塔楼钢板墙墙劲性柱塔楼巨柱巨巨撑桁架塔楼钢梁钢钢板楼梯R区裙房建模2人，，出图3人人建模2人，，出图4人人建模1人，，出图2人人建模2人，，出图2人人建模2人，，出图1人人项目中前期期按照项目目特点分为为5个分项项工程进行行，共计21人。5.2项目深化设设计管控-进度控制制循环计划项目深化计计划分为四四级：总进进度计划、、阶段性进进度计划、、周计划、、日计划，，层层分解解，如有偏偏差及时调调整。5.2项目深化设设计管控-进度控制制项目深化计计划分为四四级：总进进度计划、、阶段性进进度计划、、周计划、、日计划，，层层分解解，如有偏偏差及时调调整。总计划阶段计划周计划日计划5.3项目深化设设计管控-质量控制制深化设计质质量管控措措施：深化大面积积开展前组组织现场、、工厂进行行设计评审审模型完成，，出图前进进行模型校校审大面积出图图前开展样样图评审出图完成后后，送审或或发生产前前进行图纸纸校审5.4项目深化设设计管控-材料控制制项目钢结构构体量大，，施工时间间跨度大，，设计变更更多，易导导致材料多多提或漏提提，从而带带来经济和和工期延误误损失。材料变更及及时统计处处理阶段性复核核，多退少少补摘料规划批次划分清清楚六其其他超高层层项目钢板板墙分段整整体分析分段整体分分析：1、本项目钢钢板墙6层以下分段段主控平面面长度、合合理考虑钢钢板采购尺尺寸、运输输尺寸，大大量减少现现场立焊缝缝，规避了了工厂材料料拼接，降降低了运输输费用。此此方案使得得构件制作作周期缩短短，现场焊焊接质量能能更好受控控（横焊缝缝质量较立立焊缝容易易保证），，且较为经经济。2、钢板墙6层以上核心心筒采用顶顶模施工，，钢板墙分分段主要考考虑现场钢钢结构及土土建各工序序间的流水水作业，并并考虑顶模模的顶升节节奏。高度度方向分段段为一层一一节（大部部分为4.32m），长度方方向对应顶顶模预留吊吊装口长度度（最长分分段9.12m），工厂无无法采购对对应钢板板板幅，存在在工厂横向向拼接，且且运输宽度度大，导致致构件制作作、运输成成本增加。。但现场安安装吊次减减少，起重重设备占用用时间相对对较短，进进度易保证证；能够保保证现场流流水作业顺顺畅进行。。此分段方方案在考虑虑整体进度度、质量的的情况下增增加工厂成成本保证现现场安装进进度、质量量及与其他他专业的顺顺畅配合，，在项目全全局角度合合理利用了了工厂、现现场资源。。钢板墙现场场安装图（（1/4平面）一节钢板墙墙三维示意意图（典型型）6.1钢板墙分段段整体分析析-117分段适用用情况：：项目施工工工期紧紧、各工工序流水水作业配配合紧密密时较为为适用。。本项目分分段需注注意事项项：1、本项目目6~37层钢板墙墙分段方方案导致致工厂存存在材料料拼接，，分段前前应充分分考虑因因此而导导致工厂厂制作周周期的延延长、成成本的增增加。2、因流水水作业需需要，分分段前应应确保分分段位置置处于土土建预留留钢筋位位置上部部，以便便钢结构构施焊。。3、分段应应确保分分段满足足结构要要求。6.1钢板墙分分段整体体分析-117剪力墙结结构特征征：本项目塔塔楼核心心筒钢结结构在12层以下采采用劲性性钢骨暗暗梁、暗暗柱、钢钢板组合合钢板剪剪力墙，，钢板剪剪力墙均均为单层层无加劲劲形式。。钢板墙墙钢板厚厚度为60、40、30、20mm。材质均均为Q390C。剪力墙分分段特征征：12层以下钢钢骨暗柱柱、钢骨骨暗梁与与钢板墙墙在工厂厂焊接为为整体，，分片吊吊装。钢钢板墙分分段以高高度控制制为主（（2层一节）），宽度度方向合合理考虑虑运输宽宽度及钢钢板板幅幅宽度。。钢板立立面现场场对接采采用双夹夹板高强强螺栓连连接；钢钢板水平平现场对对接采用用焊接连连接。钢板墙立立面分段段图（典典型）钢板墙构构件三维维示意图图（典型型）钢板墙三三维示意意图6.2钢板墙分分段整体体分析-武汉中中心分段整体体分析：：1、本项目目分段采采用节高高为主控控点，增增加了钢钢板墙立立面连接接材料用用量及工工作量（（螺栓施施工），，但此方方案使钢钢板墙分分节节次次相对较较少,横向对接接焊缝大大量减少少（一级级全熔透透），相相对节高高较小的的分段方方案，现现场安装装进度、、质量更更容易保保证。2、分段方方案较好好的考虑虑了运输输尺寸及及钢板轧轧制尺寸寸，避免免了构件件运输宽宽度过大大，钢板板轧制宽宽度过宽宽的情况况。此分段适适用情况况：1、增加墙墙板立面面对接连连接板及及螺栓量量，单价价合同、、螺栓单单独计价价时较为为适用。。2、现场钢钢结构施施工与土土建施工工节奏配配套（如土建建一层浇浇筑一次次墙体混混凝土时时，按此此分段将将出现一一节钢板板墙安装装完后，，土建多多次浇筑筑混凝土土的情况况为不配配套）时较为适适用。此分段方方案需注注意事项项：1、本项目目钢板墙墙分段方方案主控控节高，，增加大大量的立立面连接接，需充充分考虑虑现场人人员配备备（焊铆铆工数量量、质量量）、土土建专业业施工介介入时机机等因素素。2、高度较较高，需需考虑钢钢板墙的的现场防防倾覆措措施加设设。整体三维维示意图图6.2钢板墙分分段整体体分析-武汉中中心剪力墙结结构特征征：本项目塔塔楼核心心筒钢结结构在32层以下及及107~111层采用劲劲性钢骨骨暗柱、、钢板组组合钢板板剪力墙墙，其中中17层以下为为双层钢钢板剪力力墙形式式；17~32层及107~111层为单层层钢板剪剪力墙形形式。双双层钢板板墙内部部设置横横向及竖竖向加劲劲板，单单层钢板板墙设置置通长双双面横向向、竖向向加劲板板。钢板板墙板厚厚为20、25、40、45、50mm。剪力墙分分段特征征：32层以下及及107~111层钢骨暗暗柱、钢钢骨暗梁梁与钢板板墙在工工厂焊接接为整体体，分片片吊装。。钢板墙墙立面分分段为一一层一节节（多为为4.5m），横向向分段除除角部受受顶模影影响分为为2个吊装单单元外，，其余均均按照墙墙体布置置分块。。其立面面尺寸作作为运输输宽度尺尺寸。钢钢板现场场对接采采用全焊焊连接；；单层钢板板墙示意意图双层钢板板墙示意意图钢板墙平平面分段段示意图图钢板墙墙墙三维示示意图6.3钢板墙分分段整体体分析-广州东东塔分段整体体分析：1、32层以下钢钢板墙分分段考虑虑顶模影影响，节节高一层层一节（（多为4.5m），使工工厂无法法采购对对应钢板板板幅，，存在工工厂横向向拼接，，且运输输宽度大大，导致致构件制制作、运运输成本本增加。。但现场场安装吊吊次减少少，起重重设备占占用时间间相对较较短，进进度易保保证；能能够保证证现场流流水作业业顺畅进进行。2、此分段段每节剪剪力墙立立焊缝较较少（4处），现现场焊缝缝质量相相对易保保证。分段适用用情况：：项目施工工工期紧紧、各工工序流水水作业配配合紧密密时较为为适用。。本分段方方案需注注意事项项：1、本项目目钢板墙墙分段方方案使工工厂存在在大量拼拼接缝，，且运输输尺寸超超宽，分分段前应应与工厂厂积极沟沟通，充充分考虑虑因此而而导致工工厂制作作周期的的延长、、成本的的增加。。2、因流水水作业需需要，分分段前应应与土建建充分沟沟通，确确保分段段位置处处于土建建预留钢钢筋位置置上部，，以便钢钢结构施施焊。3、分段前前应与结结构设计计沟通，，确保分分段满足