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超高層鋼結構的安裝??淺談北京七星摩根工程A座鋼結構安裝技術(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(cháng)度、安裝的高度均在國內外少見(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用,其成品保護要求非常高。
    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(cháng)度、安裝的高度均在國內外少見(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用,其成品保護要求非常高。
    關(guān)鍵詞:雙機抬吊 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)區北四環(huán)中路與北辰西路交叉口西北角,距離2008年奧運會(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構,±0.000m以上為全鋼結構,結構采用鋼框架-支撐筒體系,分核心筒、內筒和外框架三部分。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構,瓢結構從框架(A7~A14軸)向北懸挑出28.2米。工程結構用鋼量2.7萬(wàn)噸,其中懸挑的瓢形結構用鋼量約1000噸。

    2、結構特點(diǎn)及施工難點(diǎn)
    本工程中構件主要有箱形柱、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。其結構體系非常新穎,內筒為柱-支撐結構,16層和30層為加強層,加強層采用8榀UBB(屈曲軟鋼)伸臂桁架。同時(shí)為控制大震時(shí)結構位移,設計在24~39層設置阻尼器以進(jìn)行消能減震。35層為結構轉換層,35~39層在內筒設置祖原堂。屋頂為桁架結構,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節分)后超出單機起吊能力的構件較普遍,雙機抬吊的運用很好的解決了這一問(wèn)題。屋頂的瓢形懸挑桁架,其安裝高度、懸挑長(cháng)度均在國內外少見(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)對成品保護要求非常高。


    鋼梁端頭的節點(diǎn)形式有栓接、焊接、栓焊結合三種形式。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,即對鋼柱進(jìn)行測量校正,校正后緊固螺栓,并對這一層的鋼柱進(jìn)行整體觀(guān)測和記錄,根據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留量。焊接完后,重新對整層鋼柱測量和記錄,為上節鋼柱安裝提供依據。
    為減少鋼結構安裝在一定的高度時(shí)結構的柔性,我們在安裝鋼柱、鋼梁和支撐完成后,及時(shí)鋪設壓型鋼板,并澆注混凝土,以保證結構至少每隔4層有一層混凝土樓板,這樣增加了安裝時(shí)結構的剛度,同時(shí)使鋼結構施工、壓型鋼板施工和混凝土施工交叉同步進(jìn)行。
    3.3、雙機抬吊
    部分鋼柱因板材厚,按一層一節分段后,局部區域構件仍超出單個(gè)塔吊的吊裝能力的范圍,最重構件達到19. 6噸,因此需進(jìn)行雙機抬吊。在雙機抬吊前,根據規范要求檢驗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。

    雙機抬吊構件分布見(jiàn)圖4(圖中圓圈為需抬吊的鋼柱位置)。其中1/A9-1/AH軸線(xiàn)的鋼柱最重,為19.6噸,在卸車(chē)時(shí)先用SK560卸放在其最大吊裝范圍,然后根據鋼柱的位置和重量,計算后選用6米長(cháng)的I 56a的型鋼作為抬吊所用的扁擔,抬吊前先將鋼扁擔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)兩臺塔吊要保證上升速度一致,同時(shí)緩慢的提升鋼扁擔,待鋼柱立起后塔吊的小車(chē)再開(kāi)始調整位置,小車(chē)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,離地面保持最近為宜,轉運雙機配合保持鋼柱水平起吊,吊運前先指揮SK560運轉,C7050配合跟進(jìn)小車(chē)。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)。由于雙塔機處于不相等受力,起重能力大的塔吊屬SK560,因此運轉前先由SK560工作,C7050配合跟進(jìn),保持鋼柱平穩轉移,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8榀,框內主桁架長(cháng)為42.4米,其中中間4榀(AF、AG、1/AD、1/AH軸線(xiàn))跨過(guò)祖原堂頂,跨度達到21.2米??蚣芡忤旒軕姨糸L(cháng)度為28.2米。在主桁架間有8榀次桁架連接,框架內外各4榀。我們確定安裝的原則:先框架內,將框架內主次桁架、聯(lián)系梁、支撐安裝焊接完,形成剛性的結構后,再根據分段,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構后方可進(jìn)行下一段的安裝。由于特殊的造型,較大的跨度和過(guò)長(cháng)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)準備:
    1、根據塔吊起重性能和桁架節點(diǎn)構造,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)??紤]到構件受運輸寬度影響,影響,要求制作廠(chǎng)將1段、2段和8段整體制作后運至現場(chǎng),其它各分段散件制作,并按深化設計圖紙預拼后運到現場(chǎng)進(jìn)行組拼。
    2、連接節點(diǎn)的優(yōu)化:為使桁架分段安裝時(shí),盡快進(jìn)行連接穩固,利于校正焊接,并方便塔吊脫鉤,和設計進(jìn)行洽商后將桁架的拼裝節點(diǎn)轉化為栓焊結合的節點(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)能方便準確的定位,對運到現場(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、桁架主次弦桿的節點(diǎn)均采用全熔透焊接,因此焊接工作量非常大,對焊接的工藝要求高,施焊操作難度大。因此須制定嚴格的焊接工藝。由于厚板鋼柱的安裝施工主要在冬季進(jìn)行,因此需加強構件的預熱、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、預熱:本工程采用電加熱器和氧、乙炔中性焰相結合的方法進(jìn)行預熱處理。根據焊接接頭的坡口形式和實(shí)際尺寸、板厚、融敷金屬的擴散氫含量、焊接時(shí)熱輸入的大小、接頭熱傳導條件等工藝評定確定焊前預熱溫度。
    5.2、層溫:焊接時(shí),焊縫間的層間溫度根據具體板厚應始終控制在150℃~250℃之間,每個(gè)焊接接頭一次性焊完,當遇有惡劣氣候,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各100mm,溫度的測量距焊縫中心線(xiàn)50mm。為保證焊縫中擴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℃,測溫點(diǎn)選在直接加溫處的相近部位。達此溫度后用多層石棉布緊裹,保溫的時(shí)間以接頭區域、焊縫表面、背部均達環(huán)境溫度為止。
    5.4、鋼柱焊接順序:就整個(gè)鋼結構框架而言,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)對稱(chēng)等速施焊。焊完第一個(gè)兩層后,再焊接另外兩個(gè)相對應邊的焊縫,這時(shí)可焊完四層,再繞至另兩個(gè)相對邊,如此循環(huán)直至焊滿(mǎn)整個(gè)焊縫。

    6、測量與校正
    本工程總高度達191.6米,柔性大,且鋼結構噸位較大,焊口多,因此測量的重點(diǎn)及難點(diǎn)為安裝精度的控制、焊接對結構安裝偏差及標高的影響、結構安裝區域間的相互影響。
    6.1、總高垂直度的控制:全過(guò)程監測每節鋼柱的吊裝,當鋼柱吊裝就位時(shí),用磁力線(xiàn)墜在鋼柱的上部固定后用鋼卷尺直接測量鋼柱本身的垂直度,并用兩臺經(jīng)緯儀在鋼柱的兩個(gè)不同方向架設,測量人員指揮進(jìn)行鋼柱的調整,直到鋼柱垂直度達到精度要求,焊縫焊接完畢為止。鋼柱焊接完后,再采用兩臺經(jīng)緯儀,利用平面控制網(wǎng)對縱橫柱軸線(xiàn)進(jìn)行檢查調整,及用兩臺經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直交會(huì )定,以確保二次調整及時(shí)糾偏。在二次調整及糾偏的同時(shí),確??偢叩拇怪倍?,在觀(guān)測垂直度時(shí),從±0.000米至施工層,每50m必須從±0.000原始控制線(xiàn)進(jìn)行垂直校測至施工完畢。
    6.2、鋼柱的標高控制:根據已安完得下部鋼柱頂標高偏差值、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。當下部鋼柱柱頂測量標高偏差在±5mm以?xún)?,在安裝過(guò)程中調整;當標高大于±5mm時(shí),由制作廠(chǎng)在制作過(guò)程中進(jìn)行調整。
    6.3、框架的整體校正:鋼結構分區形成框架后,對分區內鋼柱重新進(jìn)行一次精校,主要是控制鋼柱柱頂軸線(xiàn)。鋼柱的精確校正是一個(gè)不斷調整的過(guò)程,若鋼柱的調校對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)的測量與校正:為保證桁架安裝時(shí)的測量精度,將首層控制軸線(xiàn)網(wǎng)投測至39層的混凝土樓板面,再將每榀桁架的軸線(xiàn)偏1米控制線(xiàn)彈到地面上,作為桁架安裝的主要依據。垂直度控制主要利用地面的軸線(xiàn)偏1米線(xiàn),用兩臺經(jīng)緯儀從兩個(gè)方向多次觀(guān)測調整,并在焊前按軸線(xiàn)尺寸多加2mm的預留值,以使焊后達到設計要求。標高觀(guān)測因受冬季低溫影響,為此每段桁架安裝時(shí)進(jìn)行3次觀(guān)測,并取3次觀(guān)測的平均值??蚣軆韧獾膽姨翳旒軐訒r(shí),為避免端頭拼接時(shí)錯口問(wèn)題,先測量框架內桁架A14軸端頭的上下弦,并針對測量數據在組裝框架外桁架時(shí)將其上下弦桿的間距相應進(jìn)行調整。
    7、結束語(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)月內施工完成2.7萬(wàn)噸的鋼結構工程量。安裝完成后,其整體垂直度偏差僅為27mm,主體結構高度差為19mm,均遠低于規范的允許范圍。特別屋頂瓢形桁架的安裝完成,更是體現出充分的技術(shù)準備、優(yōu)良的方案選擇、細微的節點(diǎn)優(yōu)化是鋼結構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、楊蔚彪等國內知名鋼結構專(zhuān)家的熱情關(guān)心與大力支持。在此表示誠摯的感謝。

    參考文獻:
    1、鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范 ………………………………….GB50205-2001
    2、高層民用建筑鋼結構技術(shù)規程 …………………………………. JGJ 99-98
    3、北京七星摩根廣場(chǎng)A座屋頂桁架安裝方案專(zhuān)家評審意見(jiàn)………2007-5
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