超高层钢结构深化设计关键技术图文

基于天津117项目的超高层钢结构深化设计关键技术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1.1117项目工程概况本工程如右图所示划分为四部分：1、T区117办公楼；2、E区总部办公楼；3、R区商业群房；4、U区纯地下室。本工程的深化设计重难点主要在T区塔楼部分。1.2

117项目塔楼钢结构概况117办公楼结构高度约为596米，地上共117层，4层地下室。整体呈四棱台体，中央混凝土核心筒为矩形。结构体系为：巨型框架-核心筒-巨型斜撑多重结构抗侧力体系。1.3

117项目塔楼外框钢结构概况一九塔楼巨柱位于建筑物平面四角并贯通至结构顶部，与桁架及巨撑连接，形成结构支撑体系。其呈六边菱形，沿高度并分多段内收，外侧平齐。1.4

117项目塔楼支撑钢结构概况主塔楼在每个立面均布置有1道防屈曲支撑和8道巨型斜撑，防屈曲支撑分布于B2-L7层，巨型斜撑两端与巨柱相连，分布如左图所示，单道巨型斜撑最长达79m，重量约为640t。——巨型支撑交叉处典型节点1.5

117项目塔楼桁架钢结构概况塔楼结构设计共布置九道环形带状桁架，带状桁架分部如左图所示。环形桁架由箱型梁和组合节点构成，两端与巨柱相连。1.6

117项目塔楼剪力墙钢结构概况整体结构中，钢板墙从地下3层到37层楼面处（-18.350m~+192.300m）以及114层夹层二到屋顶（+559.545m~+596.200m）,钢板墙钢板厚度分别有70mm、50mm、25mm、20mm。1.7

117项目塔楼构件分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

深化设计分段-巨柱分段前分析1、巨柱壁板较厚（大部分为80mm，最厚100mm），避免材料拼接可节约成本，缩短工期。分段时考虑钢板板幅不超过4.4m，单块重量不超过21吨。2、巨柱整体重量重，现场采用大吨位吊机，但工厂制作时重量受限（江苏厂仅一台70吨行车）。分段时考虑重量不超过60吨。3、巨柱截面面积大，为保证运输，分段时考虑宽度不超过4.2m，高度不超过3.3m。4、巨柱内部板件多而厚，分段时避免现场“T"型焊缝，以免出现板件层状撕裂。5、巨柱腔体众多（最多26个），且内壁布置栓钉，最小腔体净空间为620mm。考虑分段后现场吊装顺序，人员施焊站位，避免进入狭小腔体施焊。6、巨柱在楼层处设置水平隔板，分段时考虑巨柱对接焊缝距离水平隔板至少150mm，以保证现场施焊。

深化设计分段-117巨柱分段（地下）地下室单根巨型柱重约1607吨，分为41个吊装单元。地下室高度范围内巨型钢柱共分为6节，每节构件分为4至9个吊装单元，单元最重约57t。

深化设计分段-117巨柱分段（非桁架层）地上巨型柱共有9种截面（MC2~MC10)。其中MC2~MC5截面，平面划分为4个单元，MC6~MC10截面未进行平面划分。MC2~MC5MC6MC7~MC10立面分段在12层以下为3500mm，12层以上多为4320mm立面分段多为3500mm立面分段多为3500mm

深化设计分段-117巨柱分段（桁架层）123巨柱大节点处平面整体分4个单元,其中二三节AC单元平面再次拆分ABCD一节二节三节四节

深化设计分段-117巨柱分段（桁架层）巨柱大节点1、2单元采取现场地面拼装为“L”形，整体吊装，然后吊装3单元，因大节点内部板件密集，且空间小，内部板件现场焊接方向、顺序均需仔细考虑。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

深化设计分段-钢板墙分段前分析1、钢板墙板较厚（最厚70mm），避免材料拼接可节约成本，缩短工期。分段时考虑钢板板幅不超过4.4m，单块重量不超过21吨。2、钢板墙平面外刚度小，加工、运输、堆放极易变性，且矫正困难，分段时应避免出现较大“L”形、“T”形，且宜与钢暗柱、暗梁连为一体，增强刚度。3、地上核心筒计划采用顶模系统，分段时应考虑顶模系统的顶升节奏、高度及对长度的限制。4、分段时应考虑剪力墙土建施工节奏（每次砼浇筑标高等）避免造成施工不协调。5、考虑现场横焊缝较立焊缝更易操作，分段应尽量分长单片构件，可减少现场立焊缝。6、考虑运输尺寸限制，结合钢板板幅限制，运输宽度尺寸控制在4.4m以内。

深化设计分段-117剪力墙分段（地下）地下室单片剪力墙重约720t，分为48个吊装单元。地下室高度范围内分6节，每节分为6至10个吊装单元，单元最重约25t。地上剪力墙分段除需考虑上述因素外，还需考虑顶模系统的影响。钢板墙分段需考虑顶模预留洞口大小。顶模系统与核心筒墙体施工的步距为一个楼层，钢板墙构件按照一层一节分块。长度方向对应顶模预留吊装口长度（最长分段9.12m）

深化设计分段-117剪力墙分段（地上）

深化设计分段-桁架及巨撑分段前分析1、宜选择界面内力较小处。2、宜有利于现场施工操作，避免仰焊，确保施工质量。3、应满足现场起重设备作业半径内的吊重4、宜便于构件制作和运输5、巨撑交叉处节点板尺寸较大（7mx7m），分段时考虑分段位置，使其满足钢板轧制限制。利用三弦杆三与腹三杆节三点以三及板三厚变三化进三行现三场分三段分三节，三以达三到减三少总三焊接三量的三目标三。每段三长度三在1三5m三以内三，腹三杆现三场散三件吊三装。深化三设计三分段三-1三17三桁架三及巨三撑分三段每道巨型三斜撑三分为三5段三，控三制运三输长三度不三大于三13三米，三且尽三量使三每节三长度三一致三；十三字交三叉处三需控三制异三形板三宽。2.三4深化三设计三分段三-钢三材尺三寸加三价对三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三生产三宽度三范围三为16三00三mm三≤W三≤4三70三0m三m，三长度三范围三为6三00三0m三m≤三L≤三22三00三0m三m，在生三产范三围内三加价三原则三如下三表：2.5深化三设计三分段三-构三件运三输价三格对三照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：三此表三中构三件尺三寸为三最大三理想三化尺三寸，三根据三构件三实际三外形三及装三车时加垫三块、三木方三等会三相应三减低三尺寸三范围三。三塔楼外框三巨柱三深化三设计三要点3.三1巨柱三深化三设计三要点巨柱三深化三设计三除了三需合三理考三虑分三段分三节以三外，三还需三注意三以下三要点三：1、三巨柱三钢结三构专三业与三土建三专业三的配三合2、三巨柱三钢结三构制三作与三安装三的配三合3、三巨柱三深化三需考三虑现三场安三装顺三序及三操作三空间4、三巨柱三深化三需尽三量考三虑提三高制三作效三率5、三巨柱三深化三需尽三量规三避质三量、三安全三风险三。3.三2巨柱三深化三设计三要点三-1三17巨柱三内腔三体众三多（三最多三26三个腔三体）三，大三部分三腔体三内均三设置三钢筋三，深三化设三计时三充分三考虑三钢筋三施工三所需三空间三及人三员上三下通三道。巨柱三内腔三体钢三筋施三工配三合3.三3三巨柱三深化三设计三要点三-1三17为保三证巨三柱现三场焊三缝质三量，三现场三焊接三采取三焊前三预热三和焊三后保三温措三施（三电加三热）三，深三化设三计时三需考三虑电三加热三设备三的操三作空三间。巨柱三深化三设计三时配三合现三场考三虑操三作平三台搭三设3.三4巨柱三深化三设计三要点三-1三17根据三现场三安装三顺序三及巨三柱截三面多三腔体三特点三，巨三柱现三场焊三接坡三口均三为单三面坡三口，三坡口三深化三方向三需考三虑现三场焊三接站三位。3.三5巨柱三深化三设计三要点三-1三17深蓝三色板三件与三下节三对接三时需三人员三进入三腔体三施焊三，其三余均三可在三外部三施焊三，深三化设三计时三注意三现场三坡口三朝向三。3.三6三巨柱三深化三设计三要点三-1三17构件三加工三时工三厂通三常采三用构三件“三翻身三”达三到较三好的三焊接三工况三，以三保证三焊接三质量三。巨三柱截三面大三，钢三板厚三，分三段后三单个三单元三重量三依然三较重三，合三理减三少“三翻身三”次三数，三将提三高工三厂制三作效三率。深化三设计三时与三原结三构单三位沟通三调整三钢板三贯通三方式三，达到构三件工三厂制三作翻三身次数减三少3.三7三巨柱三深化三设计三要点三-1三17巨柱三壁板三厚度三在节三点处三最厚三达1三00三mm三，且三存在三异形三板件三，工三厂数三控下三料时三，转三角处三易出三现缺三陷，三深化三时需三考虑三在此三类板三件转三角处三进行三圆弧三过渡三。巨柱三内部三腔体三多，三分段三时容三易出三现“三T”三型现三场立三焊接三头，三对焊三接温三度控三制及三工艺三要求三极高三，如三控制三不好三易导三致板三材撕三裂。三深化三设计三时应三尽量三规避三此类三接头三，并三转换三为对三接接三头。现场三对接四塔楼核心三筒钢三板墙三深化三设计三要点4钢板三墙深三化设计三要点钢板三墙深三化设三计除三了需三合理三考虑三分段三分节三以外三，还三需注三意以三下要三点：1、三钢板三墙与三土建三专业三的配三合2、三钢板三墙与三机电三专业三的配三合3、三钢板三墙现三场安三装的三考虑4、三钢板三墙工三厂制三作的三考虑5、三钢板三墙深三化图三的表三达4.三1钢板三墙深三化设计三要点三-1三17剪力三墙由三约束三边缘三翼墙三柱和三墙体三、暗三梁、三暗柱三组成三。约束三边缘三构件墙体暗梁暗柱4.三2钢板三墙深三化设计三要点三-1三17剪力三墙典三型构三件4.三3钢板三墙深三化设计三要点三-1三17为保三证剪三力墙三现场三焊缝三质量三，现三场焊三接采三取焊三前预三热和三焊后三保温三措施三（电三加热三），三深化三设计三时需三考虑三电加三热设三备的三操作三空间三。钢板三墙深三化设三计时三配合三现场三考虑三操作三平台三搭设4.三4钢板三墙深三化设计三要点三-1三17钢板三剪力三墙暗三柱与三墙板三主次三关系三对构三件后三期制三作变三形控三制有三一定三关系三，向三有利三于钢三板变三形控三制的三方向三调整三墙板三与暗三柱主三次关三系。4.三5钢板三墙深三化设计三要点三-1三17钢板三剪力三墙暗三柱、三暗梁三与墙三板焊三缝原三本均三为一三级全三熔透三焊接三，根三据暗三柱、三暗梁三所处三部位三及优三化后三的墙三柱主三次关三系向三设计三提出三优化三建议三。4.三6钢板三墙深三化设计三要点三-1三17剪力三墙内三与钢三板相三连的三钢筋三：约三束边三缘构三件箍三筋、三墙体三水平三筋、三墙体三拉筋三、暗三梁纵三筋、三暗梁三箍筋三。约束三边缘三构件三箍筋及墙三体水三平筋三连接暗梁三箍筋三连接墙体三拉筋三连接暗梁三纵筋三连接4.三7钢板三墙深三化设计三要点三-1三17钢板三墙单三个构三件板三幅大三，平三面外三刚度三小，三在构三件加三工吊三装、三运输三以及三构件三堆放三过程三中主三要是三平面三外受三力，三极易三发生三平面三外变三形。三变形三矫正三困难三，对三现场三施工三质量三影响三大，三加设三防变三形板三。深化三设计三时需三注意三连梁三钢筋三搭接三板的三焊接三顺序三。4.三8钢板三墙深三化设计三要点三-1三17深化三设计三时，三充分三考虑三现场三钢筋三施工三要求三，钢三筋两三端避三免同三时出三现套三筒连三接。墙板三设备三开洞三补强三套管三深化三时，三注意三套管三长度三采用三负公三差，三避免三土建三合模三质量三不高三。4.三9钢板三墙深三化设计三要点三-1三17钢板三墙零三件多三，信三息量三大，三如何三清晰三体现三在深三化图三中也三是关三键要三点之三一。了解三构件三制作三流程三，图三纸表三达遵三循此三流程按类三型将三信息三分别三体现钢筋三连接三孔、三连接三器定三位栓钉三、其三他零三件定三位五三项目三深化三设计三管控5.三1项目三深化三设计三管控三-人三员组三织设计三分院三院长项目三负责三人靠山三楼塔楼三钢板三墙劲三性柱塔楼三巨柱三巨撑三桁架塔楼三钢梁三钢板三楼梯R区三裙房建模三2人三，出三图3三人建模三2人三，出三图4三人建模三1人三，出三图2三人建模三2人三，出三图2三人建模三2人三，出三图1三人项目三中前三期按三照项三目特三点分三为5三个分三项工三程进三行，三共计三21三人。5.三2项目三深化三设计三管控三-进三度控三制循环三计划项目三深化三计划三分为三四级三：总三进度三计划三、阶三段性三进度三计划三、周三计划三、日三计划三，层三层分三解，三如有三偏差三及时三调整三。5.三2项目三深化三设计三管控三-进三度控三制项目三深化三计划三分为三四级三：总三进度三计划三、阶三段性三进度三计划三、周三计划三、日三计划三，层三层分三解，三如有三偏差三及时三调整三。总计三划阶段三计划周计三划日计三划5.三3项目三深化三设计三管控三-质三量控三制深化三设计三质量三管控三措施三：深化三大面三积开三展前三组织三现场三、工三厂进三行设三计评三审模型三完成三，出三图前三进行三模型三校审大面三积出三图前三开展三样图三评审出图三完成三后，三送审三或发三生产三前进三行图三纸校三审5.三4项目三深化三设计三管控三-材三料控三制项目三钢结三构体三量大三，施三工时三间跨三度大三，设三计变三更多三，易三导致三材料三多提三或漏三提，三从而三带来三经济三和工三期延三误损三失。材料三变更三及时三统计三处理阶段三性复三核，三多退三少补摘料三规划批次三划分三清楚六三其他三超高三层项三目钢三板墙三分段三整体三分析分段三整体三分析三：1、本三项目三钢板三墙6层以三下分三段主三控平三面长三度、三合理三考虑三钢板三采购三尺寸三、运三输尺三寸，三大量三减少三现场三立焊三缝，三规避三了工三厂材三料拼三接，三降低三了运三输费三用。三此方三案使三得构三件制三作周三期缩三短，三现场三焊接三质量三能更三好受三控（三横焊三缝质三量较三立焊三缝容三易保三证）三，且三较为三经济三。2、钢三板墙6层以三上核三心筒三采用三顶模三施工三，钢三板墙三分段三主要三考虑三现场三钢结三构及三土建三各工三序间三的流三水作三业，三并考三虑顶三模的三顶升三节奏三。高三度方三向分三段为三一层三一节三（大三部分三为4.三32三m），三长度三方向三对应三顶模三预留三吊装三口长三度（三最长三分段9.三12三m），三工厂三无法三采购三对应三钢板三板幅三，存三在工三厂横三向拼三接，三且运三输宽三度大三，导三致构三件制三作、三运输三成本三增加三。但三现场三安装三吊次三减少三，起三重设三备占三用时三间相三对较三短，三进度三易保三证；三能够三保证三现场三流水三作业三顺畅三进行三。此三分段三方案三在考三虑整三体进三度、三质量三的情三况下三增加三工厂三成本三保证三现场三安装三进度三、质三量及三与其三他专三业的三顺畅三配合三，在三项目三全局三角度三合理三利用三了工三厂、三现场三资源三。钢板三墙现三场安三装图三（1/三4平面三）一节三钢板三墙三三维示三意图三（典三型）6.三1钢板三墙分三段整三体分三析-三11三7分段三适用三情况三：项目三施工三工期三紧、三各工三序流三水作三业配三合紧三密时三较为三适用三。本项三目分三段需三注意三事项三：1、本三项目6~三37层钢三板墙三分段三方案三导致三工厂三存在三材料三拼接三，分三段前三应充三分考三虑因三此而三导致三工厂三制作三周期三的延三长、三成本三的增三加。2、因三流水三作业三需要三，分三段前三应确三保分三段位三置处三于土三建预三留钢三筋位三置上三部，三以便三钢结三构施三焊。3、分三段应三确保三分段三满足三结构三要求三。6.三1钢板三墙分三段整三体分三析-三11三7剪力三墙结三构特三征：本项三目塔三楼核三心筒三钢结三构在12层以三下采三用劲三性钢三骨暗三梁、三暗柱三、钢三板组三合钢三板剪三力墙三，钢三板剪三力墙三均为三单层三无加三劲形三式。三钢板三墙钢三板厚三度为60、40、30、20三mm。材三质均三为Q3三90三C。剪力三墙分三段特三征：12层以三下钢三骨暗三柱、三钢骨三暗梁三与钢三板墙三在工三厂焊三接为三整体三，分三片吊三装。三钢板三墙分三段以三高度三控制三为主三（2层一三节）三，宽三度方三向合三理考三虑运三输宽三度及三钢板三板幅三宽度三。钢三板立三面现三场对三接采三用双三夹板三高强三螺栓三连接三；钢三板水三平现三场对三接采三用焊三接连三接。钢板三墙立三面分三段图三（典三型）钢板三墙构三件三三维示三意图三（典三型）钢板三墙三三维示三意图6.三2钢板三墙分三段整三体分三析-三武汉三中心分段三整体三分析三：1、本三项目三分段三采用三节高三为主三控点三，增三加了三钢板三墙立三面连三接材三料用三量及三工作三量（三螺栓三施工三），三但此三方案三使钢三板墙三分节三节次三相对三较少,横向三对接三焊缝三大量三减少三（一三级全三熔透三），三相对三节高三较小三的分三段方三案，三现场三安装三进度三、质三量更三容易三保证三。2、分三段方三案较三好的三考虑三了运三输尺三寸及三钢板三轧制三尺寸三，避三免了三构件三运输三宽度三过大三，钢三板轧三制宽三度过三宽的三情况三。此分三段适三用情三况：1、增三加墙三板立三面对三接连三接板三及螺三栓量三，单三价合三同、三螺栓三单独三计价三时较三为适三用。2、现三场钢三结构三施工三与土三建施三工节三奏配三套（如三土建三一层三浇筑三一次三墙体三混凝三土时三，按三此分三段将三出现三一节三钢板三墙安三装完三后，三土建三多次三浇筑三混凝三土的三情况三为不三配套三）时较三为适三用。此分三段方三案需三注意三事项三：1、本三项目三钢板三墙分三段方三案主三控节三高，三增加三大量三的立三面连三接，三需充三分考三虑现三场人三员配三备（三焊铆三工数三量、三质量三）、三土建三专业三施工三介入三时机三等因三素。2、高三度较三高，三需考三虑钢三板墙三的现三场防三倾覆三措施三加设三。整体三三维三示意三图6.三2钢板三墙分三段整三体分三析-三武汉三中心剪力三墙结三构特三征：本项三目塔三楼核三心筒三钢结三构在32层以三下及10三7~三11三1层采三用劲三性钢三骨暗三柱、三钢板三组合三钢板三剪力三墙，三其中17层以三下为三双层三钢板三剪力三墙形三式；17三~3三2层及10三7~三11三1层为三单层三钢板三剪力三墙形三式。三双层三钢板三墙内三部设三置横三向及三竖向三加劲三板，三单层三钢板三墙设三置通三长双三面横三向、三竖向三加劲三板。三钢板三墙板三厚为20、25、40、45、50三mm。剪力三墙分三段特三征：32层以三下及10三7~三11三1层钢三骨暗三柱、三钢骨三暗梁三与钢三板墙三在工三厂焊三接为三整体三，分三片吊三装。三钢板三墙立三面分三段为三一层三一节三（多三为4.三5m），三横向三分段三除角三部受三顶模三影响三分为2个吊三装单三元外三，其三余均三按照三墙体三布置三分块三。其三立面三尺寸三作为三运输三宽度三尺寸三。钢三板现三场对三接采三用全三焊连三接；单层三钢板三墙示三意图双层三钢板三墙示三意图钢板三墙平三面分三段示三意图钢板三墙墙三三维三示意三图6.三3钢板三墙分三段整三体分三析-三广州三东塔分段三整体三分析：1、32层以三下钢三板墙三分段三考虑三顶模三影响三，节三高一三层一三节（三多为4.三5m），三使工三厂无三法采三购对三应钢三板板三幅，三存在三工厂三横向三拼接三，且三运输三宽度三大，三导致三构件三制作三、运三输成三本增三加。三但现三场安三装吊三次减三少，三起重三设备三占用三时间三相对三较短三，进三度易三保证三；能三够保三证现三场流三水作三业顺三畅进三行。2、此三分段三每节三剪力三墙立三焊缝三较少三（4处）三，现三场焊三缝质三量相三对易三保证三。分段三适用三情况三：项目三施工三工期三紧、三各工三序流三水作三业配三合紧三密时三较为三适用三。本分三段方三案需三注意三事项三：1、本三项目三钢板三墙分三段方三案使三工厂三存在三大量三拼接三缝，三且运三输尺三寸超三宽，三分段三前应三与工三厂积三极沟三通，三充分三考虑三因此三而导三致工三厂制三作周三期的三延长三、成三本的三增加三。2、因三流水三作业三需要三，分三段前三应与三土建三充分三沟通三，确三保分三段位三置处三于土三建预三留钢三筋位三置上三部，三以便三钢结三构施三焊。3、分三段前三应与三结构三设计三沟通三，确三保分三段满三足结三构要三求。6.三3钢板三墙分三段整三体分三析-三广州三东塔剪力三墙结三构特