北京某超高层钢结构安装施工技术总结

超高层钢结构安装技术摘要：中国*****中心三三期工程主楼楼高330m，是目前北北京最高的单单体钢结构建建筑，它独特特的伸臂桁架架设计将核心心筒和外框筒筒结构牢固地地连接成一个个整体，结构构的四个外立立面均向核心心简内倾斜。节节点构造复杂杂，施工场地地狭小，对构构件吊装、测测量定位、变变形控制及施施工管理的要要求非常高，需需要有先进的的管理水平以以及施工技术术和施工措施施。关键词：超高层层；钢结构；；钢柱；桁架架；安装中国****中中心三期A阶段工程主主楼建筑高330m，地下4层，地上74层，总建筑筑面积为28万㎡，主楼建筑面面积20万㎡，用钢量达5万t，钢构件数数量约为2．7万件。在安装装过程中使用用高强螺栓447万套，压型型钢板17万㎡．栓钉241万套。主楼地面平面外外轮廓尺寸在在地面层约为为55-3mx55．3m，至73层时收到约44mxx44m，塔楼从底底部到顶部向向内倾斜11．3m。核心简与与周边框架柱柱的间距为16～10m,外框柱间距56层以下办公公区为4．2m，56层以上旅馆区区为5．6m(表1)。表l****三三期主楼建筑筑概况总建筑面积28万主楼建筑面积20万m。基础桩筏基础厚筏基础底标高高22.00mm主楼地B3停车场、设备房房下室3层B2一B1设备房、商业用用途途主楼高度主楼地1—4层大堂等多用途楼楼层层330mm上74层5—56层办公楼层57层以上旅馆层屋面74层顶停机平台主楼结构形式钢一混凝土组合合结结构外立面装饰饰玻璃幕墙抗震设防烈度度8度防火等级一级主楼由外框筒和和核心简两部部分组成。外外框筒钢柱由由中间腰桁架架分三次调整整斜率向内侧侧倾斜。外框框筒与和核心心筒之间除一一般的平面连连接外，还有有分别在28—29层、54—56层两道伸臂臂桁架连接，形形成整体的钢钢结构体系(图1)。图l*****三期主楼楼结构示意****三期主主楼钢结构主主要构件为重重型钢柱、超超大异型钢柱柱、巨型斜柱柱、直柱、单单层钢板墙、双双层钢板墙、钢钢梁、斜撑和和巨型伸臂桁桁架。单节钢钢柱最重达660t，有箱形、H形、异形等等多种截面形形式，核心筒筒钢柱截面最最大截面为37710mmxx2550mmm，由多个H形、箱形等等组成的复杂杂异型截面。工程主要采用QQ345C、Q345GGJC和Q345GGJD等钢材，其中中Q345GGJ钢材采用正正火或控轧状状态交货，除除腰桁架和伸伸臂桁架外，所所有钢材均满满足0℃时的冲击功功不小于34j，腰桁架和和伸臂桁架的的钢材需满足足-20％时的冲击功功不小于344j。40mm以上钢板均均有Z向性能要求。现现场焊接70％为高强厚厚板焊接，焊焊接母材强度度高，焊接量量大，焊缝长长，焊接收缩缩变形大，焊焊接质量要求求高。如何控控制变形和应应力消除，将将直接影响结结构安装成型型，特别是双双向倾斜重型型钢柱的空间间位置及双钢钢板墙的安装装焊接。1工程重点和难难点1．1计算结构构安装误差预预调正分析****三期属属于超高层建建筑，其构件件有着大型化化、异型化的的特点，导致致其施工技术术和施工精度度要求都非常常高，所以本本工程的结构构施工计算分分析和施工误误差调整分析析尤为重要，这这是本工程施施工最关键的的技术措施之之一。因此首首先要保证结结构施工计算算的正确性，其其次确保施工工误差调整的的可控性。本工程各项施工工方案在实施施前都运用结结构分析软件件进行了大量量的结构施工工虚拟计算分分析，为防止止安装过程中中产生较大误误差而制定了了行之有效的的措施。1．2倾斜钢柱柱安装稳定性性控制在吊装过程中，倾倾斜钢柱构件件本身带有双双向倾斜角度度，属于非稳稳定体系，安安装精度和安安装技术要求求高。为保证钢柱开始始安装时的稳稳定性，采用用多台塔吊同同时进行协作作吊装。为了了多塔近距离离协作的安全全施工，不仅仅聘用技术过过硬经验丰富富的信号工进进行指挥，而而且所有构件件的安装角度度位置、连接接形式等都通通过计算机进进行预先计算算，并通过专专家论证。1．3大吨位异异型柱吊装就就位本安装工程中最最重的钢柱达达60t，而且钢柱柱截面复杂、不不对称，这些些都对构件吊吊点重心的选选择、起吊、就就位等造成困困难，极易造造成构件起吊吊后，构件的的安装面不在在同一水平面面，增加了施施工过程中的的安装难度。通过对核心筒非非对称特重构构件分析计算算，找出构件件中心，合理理布置吊耳，并并采用多绳多多吊点滑轮组组吊装．保证证钢柱准确就就位。根据现现场布置塔吊吊的起重性能能，部分重型型钢柱吊装需需要使用两台台吊车进行吊吊装：一台主主吊，另一台台辅助吊装。1．4钢板剪力力墙的吊装与与安装本工程在15层层顶以下核心心筒内剪力墙墙放置钢板剪剪力墙，但由由于钢板剪力力墙长细比较较大，刚度较较小，在构件件单体起吊时时产生变形。同同时，由于钢钢板剪力墙与与核心筒钢柱柱连接形式有有两种：即超超长焊缝的焊焊接和高强螺螺栓连接。超超长焊缝易产产生焊接变形形，高强螺栓栓的一次穿孔孔率很难保证证。为避免吊装时构构件产生吊装装变形，在吊吊装时采用双双机抬吊递送送法。为保证证螺栓的一次次穿孔率，采采用加工厂和和现场各钻一一半的孔。1．5伸臂桁架架高空拼装精精度的保证本工程伸臂桁架架整体重量大大，现场塔吊吊无法进行整整体吊装，同同时伸臂桁架架又直接受内内外简不均匀匀沉降影响，这这要求现场安安装精度高。为保证伸臂桁架架的安装精度度，现场构件件起吊前，在在地面上由专专人对构件进进行详细的构构件检查，与与图纸进行仔仔细核对。同同时为将日后后伸臂桁架受受内外简不均均匀沉降的影影响降至最低低，不仅由专专家论证制定定了行之有效效的专项方案案，而且在安安装过程中全全程测量检测测，并在日后后分阶段复测测起变化值。1．6腰桁架高高空拼装精度度的保证本工程中四道腰腰桁架均跨越越多层，桁架架支撑多。截截面大。为保保证腰桁架的的安装精度，除除了加工厂对对桁架全部进进行预拼装以以外，现场构构件起吊前，将将构件与图纸纸仔细核对。同同时制定行之之有效的专项项方案，并通通过专家论证证。腰桁架安安装以中心轴轴线对称向两两边安装，安安装过程全程程进行测量跟跟踪。为保证证结构整体几几何尺寸的准准确，在最后后一根钢柱就就位后，再次次进行复测，按按现场实际尺尺寸对最后一一根钢梁进行行现场测量加加工的方法安安装，保证桁桁架的安装精精度。1．7施工平面面布置由于本工程施工工现场场地狭狭窄，而钢结结构安装作业业面广，构件件的现场运输输和起吊区设设置受场地限限制。根据****三三期现场场地地的大小、主主楼钢结构的的构件重量分分析以及吊装装设备回转所所需的空间，在在主楼的顶部部选择了一台台澳大利亚生生产的内爬式式M760D动臂塔吊和一一台M4400D动臂塔吊，分分别负责整个个吊装区域的的吊装，各塔塔吊随主体钢钢结构的安装装上升而爬升升。为解决构件运输输和临时堆放放，满足现场场最大塔吊的的起重性能，在在主楼的南侧侧设置了一台台外附着中升升ZSL7550动臂塔吊，在在主楼西侧料料场设置一合合K50／50塔吊．图2总体施工安安装流程2．2总体安装装顺序2．2．1竖向向施工顺序钢结构总体竖向向施工顺序为为核心筒施工工先行．紧跟跟着的是外框框筒施工，内内外筒始终保保持相差3.6层高度；然后后是焊接施工工、压型钢板板铺设、混凝凝土浇筑等工工序，形成流流水施工，保保持6—10层的施工节节奏。2．2．2平面面施工分区(1)标准准层平面分区区标准层平面面共分8个施工区，其其中西北侧为为M440DD塔吊施工区区，东南侧为为M760D塔吊施工区区，现场两台台塔吊同时吊吊装，施工顺顺序为第一施施工区_第二施工区区一第三施工工区_+第四施工区(图3)。(2)核心心筒平面分区区．核心筒部分分钢结构施工工分为A、B、C、D四个区域进行行吊装，其中中A、B两个施工区区为M440D塔吊施工区区．C、D两个施工区区为M760D塔吊施工区区。(3)腰桁桁架平面施工工顺序及分区区图3标准层半面面分区不恿本工程腰桁架结结构复杂，而而且构件立面面方向带有双双向角度，根根据现场实际际情况和构件件分段情况综综合分析，决决定将腰桁架架部分施工平平面分为8个施工区，现现场两台塔吊吊各负责四个个施工区域，同同时吊装，总总体安装顺序序为从结构中中部向两侧，施施工区域顺序序为第一施工工区一第二施施工区一第三三施工区一第第四施工区。2．3主楼主要要节点处理2．3．1外框框筒周边框筒平面为为削角的正方方形，外轮廓廓尺寸在地面面层约为55．3m，至73层收到约44m。周边框简简在旅馆层(即57层以上)的柱距为5．6m，而在其其他楼层(桁架层和底部部巨型斜撑处处除外)柱距均为4．2m，尽量提高高框筒结构的的整体刚度。为使周边框筒能能更有效地承承担底部剪力力，减轻核心心筒底部的负负担，同时满满足塔楼地面面入口处大开开间的需要，在在1-5层设置巨型型支撑外简。此此支撑外简之之上为6-7层的腰桁架架与上部框筒筒连接，在地地面层亦设置置深1m的型钢混凝凝土梁以提供供联系和约束束。考虑到建筑的曲曲线外形导致致框架数目随随高度增加而而减少，在66-7层、28-29层及54-56层的机电层层处设置3个两层高的的腰桁架，以以满足不同柱柱网布置。同同时腰桁架也也增强了框筒筒的整体抗弯弯和抗剪刚度度，提高了框框筒的抗侧性性能。框筒所有柱均采采用型钢混凝凝土截面。以以增加延性及及减少钢材用用量。腰桁架架的斜杆及所所有的框架梁梁均为H型钢截面。在在外筒钢柱施施工同时，考考虑到外包混混凝土中钢筋筋到钢柱节点点处的处理，在在节点处如钢钢筋需穿过钢钢梁翼缘时，为为保证钢筋在在结构上正常常传力，同时时又保证钢结结构受力不被被削弱，在钢钢梁的上翼缘缘加焊钢筋连连接板，大小小由所需要连连接钢筋的长长度决定：在在节点处如钢钢筋需穿过钢钢梁腹板时，若若为箍筋就在在腹板上开孔孔，若为主筋筋则同样在腹腹板处加焊钢钢筋连接板，大大小由所需要要连接钢筋的的搭接长度决决定(图4)。（a）(b)图4外框筒典型型节点示意(a)8—277和30一53层顶单钢骨骨外框组合柱柱；（b)56—668层顶双钢骨骨外框组合柱柱2．3．2核心心筒核心筒的外笼尺尺寸为26．8mx220．7m(BB3-33层)、23．8mx220．7m(333-57层层)禾N20mmx20mm(57-773层)。核心筒周边边框架为型钢钢混凝土(SSRC)巨型柱和实实腹式工字型型钢梁及支撑撑形成的支撑撑框架，16层以下墙体体中还有钢板板剪力墙。SSRC柱有L形和矩形，内内含2～5支型钢截面。57层以上核心心筒尺寸有所所缩小，同时时结构的侧向向刚度中外框框架承担的份份额增大。为为减小承台厚厚度并改善承承台内力分布布，在B3--1层核心筒四四角各有两片片钢板翼墙，长长度由上至下下逐层增加((图5)。2．3．3腰桁桁架及伸臂桁桁架连接节点点腰桁架为H型钢钢截面组合而而成的立面桁桁架。根据腰腰桁架的设计计节点、工厂厂制作条件、构构件运输条件件、施工现场场场地条件、现现场其重机械械性能等多方方面对比。综综合分析，并并与有关专家家论证后，将将腰桁架分段段成多个散(b)图5核心筒典型型节点示意(a)用于翼缘缘垂直的支撑撑斜杆；(b)钢梁与钢支支撑连接节点点(c)用于腹腹板垂直的支支撑斜杆件进进行制作、运运输、安装。腰桁架的散件现现场安装采用用腹板高强度度螺栓连接和和翼缘焊接连连接的方式。伸伸臂桁架与该该层的腰桁架架相连，因而而每个伸臂桁桁架可以将倾倾覆力同时传传于两边支柱柱。在28-29层层顶及54-56层顶之间均均设有伸臂桁桁架。此伸臂臂桁架可以更更好地发挥周周边框筒抵抗抗侧向力的作作用，减少核核心筒整体受受力(图6)。为避免伸臂桁架架施工完成后后被内外不均均匀沉降所产产生的内力拉拉坏，故在伸伸臂桁架两端端连接处做长长孔。先用销销轴连接，然然后阶段性观观测，待内外外筒沉降差变变化很小，核核查无误后，再再进行最后的的焊接。腰桁架典型节点点见图7，伸臂桁架架连接节点见见图8。2．4安装方法法2．4．1双向向倾斜巨型钢钢柱巨型钢柱的安装装使用现场的的两台动臂塔塔吊和外附着着动臂塔吊辅辅助进行安装装。由于巨型型钢柱双向倾倾斜，而且大大部分属于超超重构件，倾倾斜角度较大大，安装开始始时采用三台台塔吊同时作作业，当安装装出一个节间间后就可以根根据巨型钢柱柱所安装的位位置，采用一一台塔吊为主主吊．另一台台塔吊为辅吊吊，两台塔吊吊同时作业。

(a)（b)图6腰桁架及伸伸臂桁架示意意(a)28-229层；fb)54—56层图7腰桁架典型型节点示意(a)L1、LL69层；Co)LSS-L6层；(c)L8层；(d)L7层；(e)L30层-；(t)L288-L29层层(g)L29,,L55层；(h)L556层总体安装顺序共共划分了8个流水段施施工，平面施施工顺序为从从各个立面中中心向四周扩扩散安装，具具体单元体安安装如下。(1)先将侧侧立面中间的的钢柱吊装就就位。同时安安装此钢柱与核心筒筒支撑的钢梁梁，以支撑外外筒斜柱向内内侧倾斜(图9)。(2)吊装与与已就位的钢钢柱最近的一一根钢柱。因因为(b)图8伸臂桁架连连接节点示意意(a)28层伸伸臂桁架与外外框架节点；；(b)55层伸臂桁架架与外框架节点；((c)伸臂桁架与与核心筒连接接图9巨型柱安装装步骤一巨型斜柱在就位位后为倾斜状状态，其重心心在构件外，为为保持钢柱吊吊装时的平衡衡及就位后钢钢柱的稳定，所所以安装时将将两钢柱间的的钢梁与钢柱柱用安装螺栓栓暂时连接并并同时起吊。就就位时，连接接钢柱柱脚的的临时连接耳耳板和随钢柱柱同时起吊的的两钢柱之间间的框架梁((图10)。(3)将第二根根就位钢柱与与核心筒之间间相连的钢梁梁安装完毕，以以便形成框架架，使已安装装的构件稳定定。此时第一一个节间安装装完毕。在安安装过程中两两钢柱上的吊吊钩一直未摘摘，此时可以以进行摘钩((图11)。(4)向已安装装完成的节间间左右逐渐扩扩散安装。一一台塔吊吊装装钢柱，同时时另一台塔吊吊进行此钢柱柱与核心筒相相连的钢梁和和与已安装完完成的节间相相连的钢梁安安装(图12)。’(5)两个相连连侧立面安装装完毕(图13)。(6)对两个已已安装完毕相相连侧立面之之间的角柱及及角柱之间的的钢梁进行安安装(图14)。图10巨型柱安安装步骤二图11巨型柱安安装步骤三图12巨型柱安安装步骤四图13巨型柱安安装步骤五2．4．2大吨吨位异型柱核心筒内的结构构柱由13种异型截面面钢柱组成。最最重的单根单单节达60t，截面为37100mrnx22550raam。根据钢柱重重量采取不同同的卸车、倒倒运方法。图14巨型柱安安装步骤六这种大吨位异型型柱的吊装，钢钢柱截面复杂杂不对称．对对构件吊点重重心的选择、起起吊、就位等等都相当困难难。而且由于于核心简钢柱柱截面复杂多多样且不对称称，钢柱测量量校正点较多多，整体标高高轴线及垂直直度调整难度度大，极易造造成构件起吊吊后，构件的的安装面不在在同一水平面面．不但给构构件的高空安安装增加了极极大的危险系系数，同时也也增加了施工工过程中的安安装难度。为保证钢柱在高高空就位后的的垂直调整，在在吊装前对每每一根异型钢钢柱都进行认认真计算，放放置吊耳，以以确保构件安安装精度。2．4．3钢板板墙本工程在核心筒筒钢柱之间设设置单(双)钢板墙，单单钢板墙采用用螺栓连接，在在核心筒四个个角位置设置置了双钢板墙墙，双钢板墙墙采用焊接连连接，其中单单钢板墙一块块连接板螺栓栓最多达1000颗，施工难难度大，而双双钢板墙最长长一条焊缝为为16m。钢板剪力墙的分分段原则是：：根据现场实实际情况、塔塔吊起重能力力及构件运输输车的运输能能力分段，经经过计算，钢钢板剪力墙均均不超重，故故宽度不超过过3m的均可采取取汽车公路运运输。宽度不超过3m的钢板剪力力墙，制作时时与钢梁一体体拼成三层一一整体；宽度度超过3m的钢板剪力力墙，分段制制作为高度方方向不超过33m的构件。所有钢板剪力墙墙均在夜间进进行卸车，所所有钢板剪力力墙构件均可可以单机卸车车，卸车使用用四个吊装夹夹具均匀抬吊吊卸车，卸车车后摆放在主主楼西侧料场场。钢板剪力墙在起起吊时，根据据要起吊的钢钢板墙所要安安装的位置选选用相应塔吊吊作为主吊进进行吊装，为为避免起吊时时钢板剪力墙墙因自重而变变形，钢板剪剪力墙以双机机递送的方式式起吊，后由由主吊塔吊提提升，直至钢钢板剪力墙提提升至垂直后后将辅助递送送塔吊摘钩，由由主吊进行安安装。钢板剪力墙吊装装就位后，先先由提前焊好好的防滑铁固固定在其安装装位置(图15)。在核心简简钢柱