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上海環(huán)球金融中心超高層（492米）復(fù)雜體系巨型鋼結(jié)構(gòu)安裝成套技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:35:06 [收藏]
1、成果的主要用途、技術(shù)原理
    1、成果的主要用途、技術(shù)原理
    　　上海環(huán)球金融中心位于上海市浦東新區(qū)陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)Z4-1街區(qū)，北臨世紀(jì)大道，西面與金茂大廈相鄰，主樓地上101層，裙房地上5層，地下3層，總建筑面積381600m2 ，建筑高度492米，是目前國(guó)內(nèi)最高的超高層建筑。
    　　因上海環(huán)球金融中心的高度（492米）以及其使用的功能的多樣性，造成施工過(guò)程出現(xiàn)大量技術(shù)難點(diǎn)，如建筑四角巨型鋼柱的施工、跨越十個(gè)樓層的巨型斜撐施工、與核心筒相連的巨型伸臂桁架施工、核心筒結(jié)構(gòu)不斷變化相應(yīng)內(nèi)部巨型鋼結(jié)構(gòu)施工、在施工過(guò)程中克服樓體晃擺對(duì)測(cè)量的影響及運(yùn)用GPRS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量定位控制、位于85層的空中游泳池、88-91層的高跨大斜度帶狀桁架、90層阻尼器安裝、91層巨型多分支鑄鋼件、94層的空中偏跨觀光大廳、96層塔吊外移和高空拆除、100層的觀光天閣，101層巨型倒梯形桁架、ROOF層偏心擦窗機(jī)天軌、遠(yuǎn)程驗(yàn)收技術(shù)等等均具有極大的施工挑戰(zhàn)性。
    　　通過(guò)對(duì)上海環(huán)球金融中心超高層（492米）復(fù)雜體系巨型鋼結(jié)構(gòu)安裝成套技術(shù)總結(jié)與研究，為今后類似工程實(shí)施提供借鑒。
    　　本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝以1臺(tái)150噸履帶吊、1臺(tái)M440D塔吊和2臺(tái)M900D塔吊作為主要吊裝設(shè)備。對(duì)重量較大的巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要采用高空散件原位安裝技術(shù)，少量超重構(gòu)件采用雙機(jī)抬吊的安裝技術(shù)，部分構(gòu)件地面組裝后分片吊裝；對(duì)重量較輕的樓層鋼梁采用一機(jī)多吊的安裝技術(shù)；頂部鋼結(jié)構(gòu)采用胎架支撐、高空原位拼裝等安裝技術(shù)。

    　　2、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)
    　?。?）巨型結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)
    　　地下室巨型柱分為兩段，由150噸履帶吊和M440D塔吊進(jìn)行安裝。
    　　地上部分巨型柱在標(biāo)準(zhǔn)樓層每3層一節(jié)，在設(shè)備/避難層2層一節(jié)，主要由M900D塔吊進(jìn)行安裝。
    　　帶狀桁架主要根據(jù)運(yùn)輸及吊車性能的限制進(jìn)行分段，并考慮盡量減少高空現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)量，將所有桁架的腹桿和立桿全部分割為散件（見(jiàn)下圖帶狀桁架分段示意圖）。在安裝時(shí)利用原有結(jié)構(gòu)設(shè)置臨時(shí)支撐架，按照先下弦、然后立柱及腹桿、最后安裝上弦的順序進(jìn)行安裝，在帶狀桁架整體校正合格后開(kāi)始焊接。


    　　巨型斜撐在下部1層一節(jié)，上部2層一節(jié)，由M900D塔吊進(jìn)行安裝，安裝時(shí)需要設(shè)置臨時(shí)支撐，并通過(guò)臨時(shí)纜風(fēng)繩固定，防止其水平分力影響周邊構(gòu)件。
    　　周邊小立柱根據(jù)帶狀桁架和巨型斜撐的位置進(jìn)行分段，重量較小，一般約2層高度一節(jié)。
    　　伸臂桁架上下弦及斜腹桿均為散件安裝。其中上下弦安裝校正合格后即進(jìn)行焊接連接，斜腹桿先采用臨時(shí)接頭連接，在核心筒和外筒的變形差異穩(wěn)定后正式焊接連接。
    　　（2） 核心筒鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)
    　　本工程中部核心筒分為下、中、上三個(gè)部分，各部分核心筒的截面形狀并不相同，在57～61層和79層核心筒的截面發(fā)生了兩次變化，在外形突變的部位通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)換桁架進(jìn)行轉(zhuǎn)換。中部核心筒79層以下主要為勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在有伸臂桁架的部位，核心筒剪力墻內(nèi)埋有3層高的周邊桁架。

    　　79層以上的核心筒全部為鋼骨勁性混凝土結(jié)構(gòu)，核心筒剪力墻內(nèi)的鋼骨架為型鋼組成的桁架核心筒內(nèi)埋勁性鋼骨柱分為每2層一節(jié)，由M900D塔吊及M440D塔吊進(jìn)行安裝；核心筒內(nèi)埋桁架根據(jù)吊車起重性能及運(yùn)輸限制分段安裝。
    　　樓層鋼梁主要采用一機(jī)多吊的方式散件安裝；核心筒內(nèi)樓層立柱每2層一節(jié)，由M900D塔吊及M440D塔吊進(jìn)行安裝。


    　?。?） 頂部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)
    　　頂部鋼結(jié)構(gòu)兩側(cè)的構(gòu)件采用M900D塔吊安裝，傾斜構(gòu)件以臨時(shí)支撐桿件固定，中部跨度達(dá)58米的觀光天閣結(jié)構(gòu)在塔吊移位到塔樓外側(cè)之后，從96層開(kāi)始搭設(shè)支撐胎架后開(kāi)始安裝（見(jiàn)上圖頂部結(jié)構(gòu)安裝示意圖）。

    　?。?） 焊接施工技術(shù)
    　　本工程現(xiàn)場(chǎng)焊接主要采用CO2氣體保護(hù)焊和手工電弧焊焊接工藝，CO2氣體保護(hù)焊用在巨型結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換桁架等焊接工作量大、工期要求緊的部位，手工電弧焊主要用在構(gòu)件臨時(shí)固定，焊接位置較困難的部位。
    由于本工程的鋼材（40mm以上鋼板）主要采用進(jìn)口鋼材，在施工前根據(jù)JGJ81-2002的要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，并安排焊工在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有針對(duì)性的實(shí)際培訓(xùn)，讓焊工熟悉本工程的焊接特點(diǎn)，提高焊縫的一次探傷合格率。
    CO2氣體保護(hù)焊對(duì)防護(hù)的要求較高，按照規(guī)定在風(fēng)速超過(guò)2米/秒時(shí)，應(yīng)采取良好的防風(fēng)措施，防止焊縫產(chǎn)生氣孔。遇有雨天一般需要停止施工，若因進(jìn)度要求需趕工時(shí)，除局部加熱和防風(fēng)外，還必須采取有效的防雨措施后才能施工。對(duì)于厚板焊接，嚴(yán)格按照工藝評(píng)定的參數(shù)進(jìn)行焊前預(yù)熱、層溫控制和焊后后熱及保溫處理。
    　?。?） 測(cè)量控制技術(shù)
    　　鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量分平面、高程控制兩部分，總體思路：平面控制點(diǎn)使用激光鉛直儀向上傳遞，高程控制點(diǎn)使用鋼卷尺分段向上量距，每次傳遞的點(diǎn)位經(jīng)自檢閉合，施工過(guò)程中用GPS復(fù)測(cè)控制點(diǎn)。
    　　1)平面控制網(wǎng)根據(jù)不同的施工階段，點(diǎn)位布置略有調(diào)整，主樓平面控制網(wǎng)考慮核心筒內(nèi)、核心筒外、核心筒爬模施工三部分，各部分點(diǎn)位可獨(dú)立使用，也可相互換算聯(lián)測(cè)。
    　　2)平面控制點(diǎn)使用激光鉛直儀垂直向上投遞，每隔85～100米遷移一次，在F60、F79隨著核心墻位置變化作點(diǎn)位平移，激光傳遞的點(diǎn)位在樓層組成多邊形，具有閉合復(fù)測(cè)條件。
    　　3)高程控制點(diǎn)用計(jì)量檢測(cè)過(guò)的50米鋼卷尺分段向上量測(cè)，分三處傳遞高程，在核心墻三面建立標(biāo)志點(diǎn)，以此作為上部結(jié)構(gòu)高程控制依據(jù)，三點(diǎn)之間相互復(fù)測(cè)閉合。
    　　4)鋼結(jié)構(gòu)與土建、設(shè)備安裝、室內(nèi)外裝修等專業(yè)使用的平面、高程控制網(wǎng)相同。

    　　（5） 安全控制與管理
    　　本工程結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、超高空作業(yè)風(fēng)大、潮濕、溫度低，而且工期要求非常緊，從開(kāi)工到結(jié)構(gòu)完成的時(shí)間跨度大，安全管理工作異常繁重。工程伊始，即制定了詳細(xì)的安全施工規(guī)劃綱要，建立了完善的安全管理組織體系，形成了縱向到底、橫向到邊，覆蓋所有參與施工作業(yè)和管理人員的安全生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，人人簽定崗位安全生產(chǎn)責(zé)任狀，使各級(jí)部門(mén)、每位員工都明確自己的安全責(zé)任，知道安全生產(chǎn)的重要性。
    　　由于鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，工序繁多，如吊裝、測(cè)量、校正、高強(qiáng)螺栓安裝、焊接、壓型鋼板鋪設(shè)等作業(yè)，而且作業(yè)面廣、點(diǎn)位多、上下立體交叉作業(yè)的現(xiàn)象較為頻繁，員工大部分時(shí)間在高空鋼柱、鋼梁上通行、停留、操作，稍有操作不當(dāng)或防墜措施不到位的現(xiàn)象，極易發(fā)生高空墜物、墜人的事故，針對(duì)這危險(xiǎn)因素，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)從立面、平面設(shè)置了一系列的防護(hù)措施：在立面設(shè)置了兩道挑網(wǎng)，并隨鋼結(jié)構(gòu)施工逐步向上轉(zhuǎn)移；在平面上待樓層鋼梁局部形成平面框架后，用網(wǎng)眼為3CM左右大小的水平安全網(wǎng)將樓層封閉，為其它作業(yè)人員提供了第二道防墜落措施，也大大減小了垂直交叉作業(yè)時(shí)小型物件墜落而發(fā)生的傷人事故；在巨型柱、頂部結(jié)構(gòu)等凌空作業(yè)部位，設(shè)置專門(mén)的安全保護(hù)措施。
    　　對(duì)于雙機(jī)抬吊等危險(xiǎn)性較大的作業(yè)，要求提前編制專項(xiàng)實(shí)施方案，對(duì)參與作業(yè)的塔吊司機(jī)、吊裝指揮、起重工、輔助人員等進(jìn)行詳細(xì)的書(shū)面交底，在正式抬吊前，先進(jìn)行模擬抬吊然后才實(shí)施。
    　　對(duì)所有鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)人員，特別是安全意識(shí)比較差的新進(jìn)場(chǎng)人員，項(xiàng)目部采用了點(diǎn)面結(jié)合的安全生產(chǎn)宣教培訓(xùn)體系，從思想上提高全員安全意識(shí)和自防、自救能力，并展開(kāi)消防及高處墜落演練，應(yīng)急救援醫(yī)療知識(shí)培訓(xùn)。項(xiàng)目部充分利用開(kāi)展講座、安全圖片展、發(fā)放安全知識(shí)手冊(cè)、安全知識(shí)競(jìng)賽、考試等等各種形式的培訓(xùn)，提高員工的安全意識(shí)和應(yīng)急處置能力。
    　?。?） 質(zhì)量管理
    　　在本工程鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，除了嚴(yán)格控制普通高層施工過(guò)程容易發(fā)生的質(zhì)量通病外，還將以下兩方面作為質(zhì)量管理的重點(diǎn)：
    　　1）建筑物的垂直度和平面扭轉(zhuǎn)偏差
    　　軸線控制點(diǎn)投遞到上部樓層后，組成平面多邊形，進(jìn)行多邊形角度和邊長(zhǎng)圖形條件閉合檢測(cè)，通過(guò)自檢進(jìn)行誤差調(diào)整，提高平面控制網(wǎng)經(jīng)傳遞后的測(cè)量精度。
    　　平面控制點(diǎn)經(jīng)自檢并進(jìn)行誤差調(diào)整后，采用3臺(tái)套的GPS定位儀組成測(cè)量控制網(wǎng)對(duì)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)再次復(fù)測(cè)核實(shí)，以確保控制點(diǎn)的定位精度。
    　　2）現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量
    　　焊接工序是本工程結(jié)構(gòu)施工的一道關(guān)鍵工序，其質(zhì)量的好壞直接影響到工程的質(zhì)量，從目前鋼結(jié)構(gòu)施工所發(fā)生的事故分析看，大多在焊縫及熱影響區(qū)。為保證現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量，從工藝制訂、材料采購(gòu)、資源配置、焊接、檢驗(yàn)等方面加大管理和監(jiān)控的力度。在控制現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量的過(guò)程中，始終貫徹“在原材料檢驗(yàn)合格的前提下，由合格的焊工按照合格的焊接工藝施工”的原則，切實(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)焊接的質(zhì)量。

    　?。?） 新技術(shù)應(yīng)用
    　　施工技術(shù)的進(jìn)步離不開(kāi)技術(shù)創(chuàng)新和先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，在本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中，先后從日本引進(jìn)了多項(xiàng)新技術(shù)，并在工程施工中加以應(yīng)用。
    　?。?） 三維測(cè)量軟件和鋼柱快速校正夾具的運(yùn)用
    　　本工程施工過(guò)程中工期方面的壓力一直很大，為提高工作效率，項(xiàng)目部從日本清水建設(shè)引進(jìn)了三維測(cè)量軟件和鋼柱快速校正夾具。與以往國(guó)內(nèi)的常規(guī)做法比較，采用此項(xiàng)新技術(shù)后測(cè)量結(jié)果可以直接在現(xiàn)場(chǎng)顯示，可以實(shí)時(shí)指導(dǎo)校正作業(yè)，明顯提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率并可以大量節(jié)約勞動(dòng)力，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
    　?。?） 遠(yuǎn)程驗(yàn)收系統(tǒng)的應(yīng)用
    　　遠(yuǎn)程驗(yàn)收系統(tǒng)是一個(gè)多用途系統(tǒng)，在本工程中主要作為鋼結(jié)構(gòu)施工遠(yuǎn)程質(zhì)量驗(yàn)收用途，該系統(tǒng)是一個(gè)集視頻采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸、視頻控制、表格處理、圖檔處理和文件資料處理的整合系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
    　　1）能滿足多部門(mén)遠(yuǎn)距離協(xié)同驗(yàn)收的需要
    　　2）能對(duì)幾百米高度處的施工情況進(jìn)行遠(yuǎn)程驗(yàn)收。
    　　3）可以實(shí)現(xiàn)文件記錄電子化，并可信息共享。
    　　4）在對(duì)幾百米高度處驗(yàn)收時(shí)，減少了驗(yàn)收人員上下的時(shí)間，提高了驗(yàn)收人員的安全保障程度。


    　　國(guó)內(nèi)：通過(guò)對(duì)檢出文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析，目前國(guó)內(nèi)高層建筑的相關(guān)研究和施工方法比較多，但均未涉及中建三局股份鋼結(jié)構(gòu)公司在上海環(huán)球中心實(shí)施的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)：選用最大起重量為64T的內(nèi)爬式塔吊作為鋼結(jié)構(gòu)吊裝設(shè)備；采用遠(yuǎn)程視頻驗(yàn)收系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)收；安裝風(fēng)阻尼器來(lái)提高大樓抗風(fēng)、抗震能力；在247.550標(biāo)高處核心筒墻體轉(zhuǎn)換位置懸挑長(zhǎng)度6.515米、懸挑重量160噸；屋面觀光天閣桁架重量達(dá)900噸，跨度58米，頂面標(biāo)高492米；鋼件共有12個(gè)不同方向分肢接頭，工廠制作預(yù)先對(duì)接一段，現(xiàn)場(chǎng)安裝接頭全部實(shí)現(xiàn)精確連接的安裝方法；鋼結(jié)構(gòu)施工采用三維坐標(biāo)測(cè)量軟件和鋼柱接頭采用連接夾具。
    　　綜上所說(shuō)，在所查文獻(xiàn)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)與本課題“上海環(huán)球金融中心鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)”查新點(diǎn)相同的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。
    　　4、已應(yīng)用、推廣情況及推廣前景
    　　上海環(huán)球金融中心超高層（492米）鋼結(jié)構(gòu)安裝工程，高度空前，鋼結(jié)構(gòu)體量大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，工期緊。通過(guò)精心策劃和科學(xué)管理，有針對(duì)性地選用大量成熟的施工工藝，其中頂部結(jié)構(gòu)用胎架將兩側(cè)連為一體，既確保了結(jié)構(gòu)安裝精度，又作為桁架安裝的臨時(shí)支撐，施工措施合理、安全可靠。施工中使用了多項(xiàng)新技術(shù)、新機(jī)具，現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)焊縫一次焊接合格率達(dá)98.6%，頂面最大偏差15(X)～26(Y)mm，施工過(guò)程無(wú)一例重大傷亡事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了對(duì)業(yè)主有關(guān)質(zhì)量、工期、安全的承諾，積累了寶貴的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為企業(yè)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益。這一舉世矚目的標(biāo)志性建筑，為上海和世界人民增添了一道壯麗的人文景觀，譜寫(xiě)了我國(guó)建筑業(yè)的新高度。
    　　5、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益情況
    　　經(jīng)濟(jì)效益情況：
    　　該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)工程總投資23500萬(wàn)元，施工過(guò)程中追加工作量及采用新技術(shù)等新增產(chǎn)值約1000萬(wàn)元。
    社會(huì)效益：
    　　本工程作為國(guó)內(nèi)最高的建筑，施工技術(shù)難度大、工期緊、質(zhì)量要求高、安全防護(hù)任務(wù)重。在施工過(guò)程中通過(guò)精心組織施工、采取技術(shù)攻關(guān)措施、積極引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和施工技術(shù)，在916天時(shí)間內(nèi)，順利完成了主樓鋼結(jié)構(gòu)的施工，并且施工過(guò)程無(wú)一例重大安全事故、建筑垂直度偏差僅32.8mm、170萬(wàn)延長(zhǎng)米焊縫一次探傷合格率為98.60%。將我國(guó)超高層鋼結(jié)構(gòu)的安裝技術(shù)推向了一個(gè)新的高度，證明中國(guó)施工企業(yè)完全有能力建造世界頂級(jí)摩天大樓。同時(shí)，為企業(yè)培養(yǎng)了一批超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的技術(shù)與管理人才，對(duì)整個(gè)建筑行業(yè)的進(jìn)步起到了積極的促進(jìn)作用。這一舉世矚目的標(biāo)志性建筑，為上海和世界人民增添了一道壯麗的人文景觀，譜寫(xiě)了我國(guó)建筑業(yè)的新高度。
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