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超高層鋼結(jié)構(gòu)的安裝??淺談北京七星摩根工程A座鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

作者：楊德洪等    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
本文介紹了七星摩根廣場(chǎng)安裝過(guò)程中的重點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題的解決，特別是屋頂懸挑桁架，其懸挑的長(zhǎng)度、安裝的高度均在國(guó)內(nèi)外少見(jiàn)，本工程中采取了桁架高空分段逐漸遞進(jìn)的方法解決了這一 安裝難題。另UBB、阻尼器的安裝在以往工程中很少運(yùn)用，其成品保護(hù)要求非常高。
    摘 要：本文介紹了七星摩根廣場(chǎng)安裝過(guò)程中的重點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題的解決，特別是屋頂懸挑桁架，其懸挑的長(zhǎng)度、安裝的高度均在國(guó)內(nèi)外少見(jiàn)，本工程中采取了桁架高空分段逐漸遞進(jìn)的方法解決了這一 安裝難題。另UBB、阻尼器的安裝在以往工程中很少運(yùn)用，其成品保護(hù)要求非常高。
    關(guān)鍵詞：雙機(jī)抬吊 懸挑桁架 拼裝 UBB 阻尼器

    1、工程概況：
    北京七星摩根廣場(chǎng)寫(xiě)字樓A座，以其“龍”的造型（見(jiàn)圖1）矗立于北京市朝陽(yáng)區(qū)北四環(huán)中路與北辰西路交叉口西北角，距離2008年奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)（鳥(niǎo)巢）僅600米，地理位置十分顯要。工程±0.000m以下為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，±0.000m以上為全鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)采用鋼框架－支撐筒體系，分核心筒、內(nèi)筒和外框架三部分。建筑外檐最高點(diǎn)為191.65米，其中地下5層，地上39層，屋頂為鋼桁架組成的瓢形結(jié)構(gòu)，瓢結(jié)構(gòu)從框架(A7~A14軸)向北懸挑出28.2米。工程結(jié)構(gòu)用鋼量2.7萬(wàn)噸，其中懸挑的瓢形結(jié)構(gòu)用鋼量約1000噸。

    2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工難點(diǎn)
    本工程中構(gòu)件主要有箱形柱、H型鋼梁和支撐，最厚板材為90mm厚,桁架板材最厚為50mm。材質(zhì)主要為Q345GJC（40以上板有Z向性能要求）、Q345C、Q345B等。其結(jié)構(gòu)體系非常新穎，內(nèi)筒為柱-支撐結(jié)構(gòu)，16層和30層為加強(qiáng)層，加強(qiáng)層采用8榀UBB（屈曲軟鋼）伸臂桁架。同時(shí)為控制大震時(shí)結(jié)構(gòu)位移，設(shè)計(jì)在24～39層設(shè)置阻尼器以進(jìn)行消能減震。35層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，35～39層在內(nèi)筒設(shè)置祖原堂。屋頂為桁架結(jié)構(gòu)，桁架上下弦主弦桿為H+T組合型鋼。
    由于鋼柱板材較厚，最小分段（鋼柱1層1節(jié)分）后超出單機(jī)起吊能力的構(gòu)件較普遍，雙機(jī)抬吊的運(yùn)用很好的解決了這一問(wèn)題。屋頂?shù)钠靶螒姨翳旒埽浒惭b高度、懸挑長(zhǎng)度均在國(guó)內(nèi)外少見(jiàn)，如何安全有效的安裝是本工程重點(diǎn)解決的難題。UBB和阻尼器安裝在以往工程中很少遇見(jiàn)，作為精密儀器，安裝時(shí)對(duì)成品保護(hù)要求非常高。


    鋼梁端頭的節(jié)點(diǎn)形式有栓接、焊接、栓焊結(jié)合三種形式。端頭均有螺栓孔，故鋼梁吊裝后，立即用安裝螺栓進(jìn)行固定，以使吊鉤盡快脫鉤。為提高吊裝效率，鋼梁吊裝時(shí)在塔吊允許范圍內(nèi)采用一鉤多吊和上下層串吊的方式。
    待整層的柱、梁和支撐安裝完后，即對(duì)鋼柱進(jìn)行測(cè)量校正，校正后緊固螺栓，并對(duì)這一層的鋼柱進(jìn)行整體觀測(cè)和記錄，根據(jù)記錄的偏差值和偏差方向，確定焊接順序、焊接方向焊接收縮的傾斜預(yù)留量。焊接完后，重新對(duì)整層鋼柱測(cè)量和記錄，為上節(jié)鋼柱安裝提供依據(jù)。
    為減少鋼結(jié)構(gòu)安裝在一定的高度時(shí)結(jié)構(gòu)的柔性，我們?cè)诎惭b鋼柱、鋼梁和支撐完成后，及時(shí)鋪設(shè)壓型鋼板，并澆注混凝土，以保證結(jié)構(gòu)至少每隔4層有一層混凝土樓板，這樣增加了安裝時(shí)結(jié)構(gòu)的剛度，同時(shí)使鋼結(jié)構(gòu)施工、壓型鋼板施工和混凝土施工交叉同步進(jìn)行。
    3.3、雙機(jī)抬吊
    部分鋼柱因板材厚，按一層一節(jié)分段后，局部區(qū)域構(gòu)件仍超出單個(gè)塔吊的吊裝能力的范圍，最重構(gòu)件達(dá)到19. 6噸，因此需進(jìn)行雙機(jī)抬吊。在雙機(jī)抬吊前，根據(jù)規(guī)范要求檢驗(yàn)所用到的吊具吊索卡環(huán)等工具，并給相關(guān)施工人員組織安全技術(shù)交底。

    雙機(jī)抬吊構(gòu)件分布見(jiàn)圖4（圖中圓圈為需抬吊的鋼柱位置）。其中1/A9-1/AH軸線的鋼柱最重，為19.6噸，在卸車時(shí)先用SK560卸放在其最大吊裝范圍，然后根據(jù)鋼柱的位置和重量，計(jì)算后選用6米長(zhǎng)的I 56a的型鋼作為抬吊所用的扁擔(dān)，抬吊前先將鋼扁擔(dān)吊至要吊裝鋼柱的上方，穿上鋼絲繩，鎖具卡環(huán)拉緊后重新檢查各吊點(diǎn)的繩索、卡環(huán)、攬風(fēng)繩等的安全性。然后開(kāi)始進(jìn)行試吊，試吊時(shí)兩臺(tái)塔吊要保證上升速度一致，同時(shí)緩慢的提升鋼扁擔(dān)，待鋼柱立起后塔吊的小車再開(kāi)始調(diào)整位置，小車前行中保持速度一致。
    試吊完成后，開(kāi)始起吊。起吊時(shí)力求平穩(wěn)，離地面保持最近為宜，轉(zhuǎn)運(yùn)雙機(jī)配合保持鋼柱水平起吊，吊運(yùn)前先指揮SK560運(yùn)轉(zhuǎn)，C7050配合跟進(jìn)小車。此時(shí)，雙塔起重荷載分別為14t(SK560)和8t(C7050)，吊離樓層面向安裝位置移動(dòng)。由于雙塔機(jī)處于不相等受力，起重能力大的塔吊屬SK560，因此運(yùn)轉(zhuǎn)前先由SK560工作，C7050配合跟進(jìn)，保持鋼柱平穩(wěn)轉(zhuǎn)移，然后緩緩吊至鋼柱安裝位置。
    3.4、屋頂桁架安裝
    屋頂主桁架共計(jì)8榀，框內(nèi)主桁架長(zhǎng)為42.4米，其中中間4榀（AF、AG、1/AD、1/AH軸線）跨過(guò)祖原堂頂，跨度達(dá)到21.2米?？蚣芡忤旒軕姨糸L(zhǎng)度為28.2米。在主桁架間有8榀次桁架連接，框架內(nèi)外各4榀。我們確定安裝的原則：先框架內(nèi)，將框架內(nèi)主次桁架、聯(lián)系梁、支撐安裝焊接完，形成剛性的結(jié)構(gòu)后，再根據(jù)分段，依次推進(jìn)懸挑桁架的安裝，懸挑桁架安裝時(shí)，8榀主桁架的每一分段間必須連成整體，焊接校正完形成剛性結(jié)構(gòu)后方可進(jìn)行下一段的安裝。由于特殊的造型，較大的跨度和過(guò)長(zhǎng)的懸挑，給安裝帶來(lái)了非常大的難度。
    3.4.1、桁架安裝的技術(shù)準(zhǔn)備：
    1、根據(jù)塔吊起重性能和桁架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，確定整榀主桁架按圖5所示分段方案（1~7段箭頭所指處為分段位置，分段位置處均有垂直于主桁架的次桁架）。考慮到構(gòu)件受運(yùn)輸寬度影響，影響，要求制作廠將1段、2段和8段整體制作后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，其它各分段散件制作，并按深化設(shè)計(jì)圖紙預(yù)拼后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組拼。
    2、連接節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化：為使桁架分段安裝時(shí)，盡快進(jìn)行連接穩(wěn)固，利于校正焊接，并方便塔吊脫鉤，和設(shè)計(jì)進(jìn)行洽商后將桁架的拼裝節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為栓焊結(jié)合的節(jié)點(diǎn)，見(jiàn)圖6。懸挑桁架處各分段之間安裝時(shí)的連接，采用在主桁架翼緣的上下焊連接耳板，見(jiàn)圖7。為使懸挑桁架安裝時(shí)能方便準(zhǔn)確的定位，對(duì)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的懸挑桁架上的連接耳板一定要進(jìn)行定位尺寸的檢查，如有問(wèn)題應(yīng)立即進(jìn)行修改。









    5、焊接
    本工程中所用板材厚度較大，最厚板為90mm，最高材質(zhì)要求為Q345GJC-Z25。其中鋼柱各分節(jié)的拼接、框架梁與鋼柱的連接、桁架分段之間的拼接、桁架主次弦桿的節(jié)點(diǎn)均采用全熔透焊接，因此焊接工作量非常大，對(duì)焊接的工藝要求高，施焊操作難度大。因此須制定嚴(yán)格的焊接工藝。由于厚板鋼柱的安裝施工主要在冬季進(jìn)行，因此需加強(qiáng)構(gòu)件的預(yù)熱、層溫和后熱的控制，焊接時(shí)注意鋼柱、桁架的焊接順序。
    5.1、預(yù)熱：本工程采用電加熱器和氧、乙炔中性焰相結(jié)合的方法進(jìn)行預(yù)熱處理。根據(jù)焊接接頭的坡口形式和實(shí)際尺寸、板厚、融敷金屬的擴(kuò)散氫含量、焊接時(shí)熱輸入的大小、接頭熱傳導(dǎo)條件等工藝評(píng)定確定焊前預(yù)熱溫度。
    5.2、層溫：焊接時(shí)，焊縫間的層間溫度根據(jù)具體板厚應(yīng)始終控制在150℃~250℃之間，每個(gè)焊接接頭一次性焊完，當(dāng)遇有惡劣氣候，且焊縫已開(kāi)焊，則搶在惡劣氣候來(lái)臨前，最少焊完板厚的1/3方停焊；且嚴(yán)格做好后熱處理，記下層間溫度。
    5.3、后熱：后熱處理于焊后立即進(jìn)行。后熱加熱范圍為焊縫兩側(cè)各100mm，溫度的測(cè)量距焊縫中心線50mm。為保證焊縫中擴(kuò)散氫有足夠的逸出時(shí)間，避免產(chǎn)生延遲裂紋，后熱溫度為200℃-250℃，測(cè)溫點(diǎn)選在直接加溫處的相近部位。達(dá)此溫度后用多層石棉布緊裹，保溫的時(shí)間以接頭區(qū)域、焊縫表面、背部均達(dá)環(huán)境溫度為止。
    5.4、鋼柱焊接順序：就整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)框架而言，箱型柱的焊接是難點(diǎn)和重點(diǎn)，為此采用兩名焊工同時(shí)對(duì)稱等速施焊。焊完第一個(gè)兩層后，再焊接另外兩個(gè)相對(duì)應(yīng)邊的焊縫，這時(shí)可焊完四層，再繞至另兩個(gè)相對(duì)邊，如此循環(huán)直至焊滿整個(gè)焊縫。

    6、測(cè)量與校正
    本工程總高度達(dá)191.6米，柔性大，且鋼結(jié)構(gòu)噸位較大，焊口多，因此測(cè)量的重點(diǎn)及難點(diǎn)為安裝精度的控制、焊接對(duì)結(jié)構(gòu)安裝偏差及標(biāo)高的影響、結(jié)構(gòu)安裝區(qū)域間的相互影響。
    6.1、總高垂直度的控制：全過(guò)程監(jiān)測(cè)每節(jié)鋼柱的吊裝，當(dāng)鋼柱吊裝就位時(shí)，用磁力線墜在鋼柱的上部固定后用鋼卷尺直接測(cè)量鋼柱本身的垂直度，并用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在鋼柱的兩個(gè)不同方向架設(shè)，測(cè)量人員指揮進(jìn)行鋼柱的調(diào)整，直到鋼柱垂直度達(dá)到精度要求，焊縫焊接完畢為止。鋼柱焊接完后，再采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀，利用平面控制網(wǎng)對(duì)縱橫柱軸線進(jìn)行檢查調(diào)整，及用兩臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直交會(huì)定，以確保二次調(diào)整及時(shí)糾偏。在二次調(diào)整及糾偏的同時(shí)，確保總高的垂直度，在觀測(cè)垂直度時(shí)，從±0.000米至施工層，每50m必須從±0.000原始控制線進(jìn)行垂直校測(cè)至施工完畢。
    6.2、鋼柱的標(biāo)高控制：根據(jù)已安完得下部鋼柱頂標(biāo)高偏差值、并考慮到柱底焊接收縮值等因素，確定將要安裝的上部鋼柱柱頂高度。當(dāng)下部鋼柱柱頂測(cè)量標(biāo)高偏差在±5mm以內(nèi)，在安裝過(guò)程中調(diào)整；當(dāng)標(biāo)高大于±5mm時(shí)，由制作廠在制作過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整。
    6.3、框架的整體校正：鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)形成框架后，對(duì)分區(qū)內(nèi)鋼柱重新進(jìn)行一次精校，主要是控制鋼柱柱頂軸線。鋼柱的精確校正是一個(gè)不斷調(diào)整的過(guò)程，若鋼柱的調(diào)校對(duì)相鄰鋼柱的安裝偏差影響較大，則將此根鋼柱與相鄰鋼柱暫時(shí)脫離，待框架校正完成后更換此根鋼柱和相鄰鋼柱間鋼梁的連接板。
    6.4、桁架安裝時(shí)的測(cè)量與校正：為保證桁架安裝時(shí)的測(cè)量精度，將首層控制軸線網(wǎng)投測(cè)至39層的混凝土樓板面，再將每榀桁架的軸線偏1米控制線彈到地面上，作為桁架安裝的主要依據(jù)。垂直度控制主要利用地面的軸線偏1米線，用兩臺(tái)經(jīng)緯儀從兩個(gè)方向多次觀測(cè)調(diào)整，并在焊前按軸線尺寸多加2mm的預(yù)留值，以使焊后達(dá)到設(shè)計(jì)要求。標(biāo)高觀測(cè)因受冬季低溫影響，為此每段桁架安裝時(shí)進(jìn)行3次觀測(cè)，并取3次觀測(cè)的平均值。框架內(nèi)外的懸挑桁架對(duì)接時(shí)，為避免端頭拼接時(shí)錯(cuò)口問(wèn)題，先測(cè)量框架內(nèi)桁架A14軸端頭的上下弦，并針對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)在組裝框架外桁架時(shí)將其上下弦桿的間距相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。
    7、結(jié)束語(yǔ)
    七星摩根廣場(chǎng)A座從06年11月開(kāi)始吊裝第一根鋼柱至08年2月屋頂桁架安裝完成，在短短15個(gè)月內(nèi)施工完成2.7萬(wàn)噸的鋼結(jié)構(gòu)工程量。安裝完成后，其整體垂直度偏差僅為27mm，主體結(jié)構(gòu)高度差為19mm，均遠(yuǎn)低于規(guī)范的允許范圍。特別屋頂瓢形桁架的安裝完成，更是體現(xiàn)出充分的技術(shù)準(zhǔn)備、優(yōu)良的方案選擇、細(xì)微的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化是鋼結(jié)構(gòu)工程安裝施工中至關(guān)重要的一環(huán)。
    致謝
    本工程安裝過(guò)程中得到了陳祿如、柴昶、劉樹(shù)屯、鮑廣鑒、賀賢娟、楊蔚彪等國(guó)內(nèi)知名鋼結(jié)構(gòu)專家的熱情關(guān)心與大力支持。在此表示誠(chéng)摯的感謝。

    參考文獻(xiàn)：
    1、鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 ………………………………….GB50205-2001
    2、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 …………………………………. JGJ 99-98
    3、北京七星摩根廣場(chǎng)A座屋頂桁架安裝方案專家評(píng)審意見(jiàn)………2007-5
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