1、桅杆天线高度达156米，位于塔体顶部，下部采用格构式钢结构，上部采用全钢板焊接成箱形截面。桅杆天线平面形状为正八边形和方形两种形式，底部正八边形平面轮廓为10.0m x 10.0m，顶部平面轮廓为0.75m x 0.75m。工程钢结构总重逾5万吨。图3.1.1.1 新电视塔结构外框轴测图第二节 施工特点及难点2.1 钢结构特点2.1.1 结构形式特殊本工程的主体结构由混凝土核芯筒和钢结构外筒组成。其混凝土核芯筒为一等截面（内净尺寸17m14m）椭圆柱体，设有大量建筑孔洞，细长而柔；其钢结构外筒为由24根圆锥形立柱、46组环梁及分布其间的斜撑组成的变截面椭圆筒体。由于钢结构外筒自下而上作45扭转
2、，因此使外筒所有构件均为三维倾斜，这种独特的结构形式为目前国内外所仅见。内外筒之间分区域疏密不均地设置了37层楼层。由于楼层的大量缺失，整个结构既似塔桅，又兼有超高层的特点，因此使得内外筒之间的相互作用和共同工作值得重视，也使结构施工阶段的稳定问题凸现。在塔体顶部，设置由内环、外筒和桁架等主要构件组成全钢结构的转换层，其上尚有格构结构和箱型截面组成的天线钢桅杆，考验着施工承包企业的技术应变能力。2.1.2 体量大，高度高整个工程钢结构重量逾5万吨。钢结构外筒基础平面为一长轴80米，短轴60米的椭圆。由于其中心与混凝土核芯筒的中心不重合，偏差达9米多，使安装作业半径倍增。塔体高达454米，其上天
3、线桅杆长达156米，整个结构高610米，雄踞世界之最。俗话说：“高一分，险三分”，给结构施工带来较大风险。2.1.3 构件重，高空焊接量大钢结构主要构件立柱钢管的截面直径为2000mm1200mm，壁厚为50mm30mm，单位长度重量达2.4t/m0.9t/m，最大分段重量达数十吨；部分楼层桁架重50余吨，转换桁架每榀最重更是达100余吨。构件重量重，安装作业半径大，对于合理选用起重机械和构件单元划分提出了要求。钢结构外筒均采用钢管构件，高空节点为焊接等强连接。焊接量大，且高空作业条件差，如何优化节点构造型式，改善高空作业条件，选择合理的焊接工艺成为解决问题的关键。2.1.4 安装精度高，影响
4、因素多根据投标技术文件，钢立柱的安装精度为1/2000，且不大于5mm，远远高于一般超高层建筑和塔桅的安装要求，这就为测量定位和施工过程控制提出了极大的挑战。除了测量、焊接等影响安装精度的因素外，由于结构的扭转和超高度，在恒载作用下变形显著且关系复杂；随着结构高度的升高，在季度温差、昼夜温差及因日照引起的结构温差作用下使结构的变形控制难度大增。而不同材质的内外筒，因线膨胀系数的微小差别引起的变形差，也显得不可忽视。2.2 工程对钢结构施工的要求2.2.1 施工环境新电视塔工程紧邻珠江，岸边原有一环卫码头，经适当改造后，可供部分钢结构水运至工地，而获舟楫之利。由于裙房施工有工期要求，将会对塔楼钢
5、结构施工总平面布置产生一定影响，因此需要全盘考虑。广州属于亚热带季风气候，根据广州市近几年气象资料分析，常年平均气温22.0，最热7月平均气温28.5，最冷一月平均气温13.6；极端最高气温39.1，极端最低气温0.0，年平均相对湿度78。广州市区电视塔拟建区域秋冬季的平均风速较春夏季要大，年平均风速1.8m/s，虽近二十五年来未出现十级以上大风，但在多风季节，仍将给结构吊装带来相当的风险。正常年景，36月份湿度大且雨量充沛，亦将对施工特别是高空焊接带来重大影响。而广州年平均雷暴日为77.1天，新电视塔又处于雷电灾害多发区。施工阶段的防雷和避雷问题必须引起重视。2.2.2 钢结构与其它各工序之
6、间的搭接施工为了满足总工期的要求，土建地下室必然与钢结构安装搭接施工；为了满足内外筒结构的整体刚度以及大型塔吊对混凝土核芯筒的受力要求，混凝土核芯筒、钢结构外筒以及楼层须同钢结构的吊装顺序同步施工，并保持适当的步距。这对工程的总体协调管理和钢结构吊装过程中的施工控制都将产生影响。钢管柱内混凝土的浇筑，以及混凝土楼层的施工与钢结构多道工序的施工交叉搭接，紧密相关。2.2.3 工期要求钢结构的安装工期虽逾两年，但随着施工高度的升高，吊装作业工效逐渐降低，施焊相对困难，测量及变形控制的难度增大。天线桅杆施工时，“华山天险一条路”，作业面也更为狭窄，加上气候影响，各工序交叉搭接，施工进度仍十分紧张。2
7、.3 钢结构安装的难点和关键综合广州新电视塔的结构特点和工程要求，可见本工程的钢结构的施工面临巨大的挑战，其技术风险应予重视。钢结构安装的难点和关键归纳如下：2.3.1 起重设备的选择、布置和吊装单元的划分根据钢结构施工的周边环境条件和混凝土核芯筒先于钢结构施工的特定条件，选择合理的起重机机型、数量和布置位置，满足大半径、超高度的结构安装和施工进度要求，是钢结构安装的基础条件之一。超高空塔式起重机的转换和拆除也是一个难题。因结构构件的体量较大，形式多样，单件重量重，如何合理划分吊装单元，充分利用起重设备的性能，并减少高空散装和高空焊接，提高安装效率，是应首先考虑的问题。2.3.2 高精度的测量
8、、校正和定位鉴于本工程形体复杂，空间节点坐标多变，安装高度高，而结构安装精度的要求十分严格的情况，选择合理和可靠的高精度测量技术，包括基准控制网的设置，测量仪器的选用，测点布置，数据传递和多系统校核等，是本工程结构安装确保施工质量的关键之一；而在超高空进行大型构件的校正和定位也是本工程的难点。2.3.3 结构（构件）在安装过程中的稳定问题由于本工程钢立柱双向倾斜，楼层缺失处钢外筒与混凝土核芯筒之间多无永久的可靠连接。因此，在施工荷载、风荷载等作用下，结构在施工阶段的任一时刻，如何确保结构稳定亦是关键问题之一。合理的吊装顺序和有效的临时支撑系统则是必不可少的施工措施。2.3.4 超高空作业的安全
9、操作设施本工程由于结构形式特殊，绝大部分均为凌空作业，如何设计合理的安全操作系统，包括垂直登高、水平通道、作业平台和防坠隔离措施等是安全生产的基本保证。设计这一安全操作系统，除安全可靠外，尚须兼顾周转方便，校正、焊接等设备的放置，超高空作业中改善人员心理状态视觉屏障的设立以及防风防雨措施等。2.3.5 施工阶段的结构验算、施工控制和施工监测针对本工程内外筒因不同材质而存在的变形不协调问题；特殊结构形体引起的扭转问题；在结构自重荷载、温度荷载、风荷载作用下的结构变形和安全问题；在施工荷载（如起重机械、混凝土机械等）作用下结构整体或局部可靠度问题，均必须进行各施工过程的结构验算和分析，用以指导施工
10、和控制施工。为了确保结构在施工阶段全面受控，必须建立贯穿施工全过程的施工控制系统，以信息化施工为主要控制手段，并根据结构验算和分析结果，对结构温度、结构应力和变形的特征点进行施工监测。施工监测宜与结构的健康监测相结合。2.3.6 选择合理的焊接工艺，确保超高空焊接质量钢结构外筒构件连接主要采用全位置等强对接焊，焊接要求高，焊接工作量大，焊接操作条件差。因此，选择合理的焊接手段、工艺参数和焊接工程的组织至关重要，事关结构施工质量和进度。而合理的焊接顺序对结构变形的控制亦不容忽视。2.3.7 钢结构与混凝土结构施工的合理搭接从底板施工起，钢结构即与混凝土结构交叉施工。而塔楼施工时混凝土核芯筒外所附
11、的塔式起重机等施工荷载对混凝土的强度等有一定要求；钢管内浇筑混凝土和钢结构安装搭接穿插，相互间亦有影响，处理好钢结构与混凝土结构施工的合理搭接，亦是本工程施工有序进行的关键。2.3.8 塔顶钢结构转换层和天线桅杆的安装塔顶钢结构转换层，构件布置较复杂且单件重量重，而在安装时，塔式起重机的起重量因超高而折减，结构安装的难度较大。天线桅杆长达156m，又安装在454m的塔顶。如何充分利用塔吊进行桅杆的安装是可供的选择之一；提升或顶升工艺的采用仍不可避免。施工时桅杆的重心高于提升（顶升）点，在桅杆提升过程中如何保持垂直度，以及克服风荷载等是施工的关键。第三节 钢结构安装总体技术路线及总体施工流程3.
12、1 安装总体技术路线根据本工程结构特点，作业环境，工期要求，资源配置情况，以及综合考虑了各种技术经济条件，在多方案比较的基础上，选择了如下的施工技术路线，其可表述为：1）塔楼安装以外挂内爬式塔吊和重型履带起重机为主要施工机械，以每一环作为施工区段，根据起重能力和楼层（支撑）布置状况划分吊装单元，以楼层梁或临时支撑作为施工阶段外筒结构稳定构件，自下而上，柱、斜撑和环梁同步施吊，综合安装区段钢结构。2）测量在底板面及周边可通视区域建立平面和空间测量基准网，采用高精度全站仪及垂准仪沿混凝土核芯筒外壁垂直传递，建立测量中继站；以分段柱端中点及环梁与柱交点处设测点。通过两个测站互相测校，在避免环境因素影
13、响的条件下进行每一组柱的精确定位；以液压千斤顶组进行构件校正纠偏，以临时装配板作临时固定，适时采用GPS定位系统进行定位复核。3）焊接以半自动焊为主，手工焊为辅，根据焊接规程和焊接工艺评定要求，按规定的焊接顺序，对称连续施焊，严格控制焊接质量和焊接变形，及时进行焊缝的无损检测。4）安全设施以施工电梯为主，爬梯为辅进行垂直登高，以楼层梁，临时支撑及环梁作水平通道，每外筒节点分设三个可整体装拆全封闭作业平台，在适当的区域设置防坠隔离设施。5）天线安装改外挂内爬塔吊为外附自升塔吊，进行天线桅杆格构结构和临时辅助钢结构的安装，在格构结构内适当的部位分段组装实腹式天线段，设液压可调导轮导轨系统作导向及抗
14、风纠偏装置，以钢绞线穿心式液压千斤顶为提升设备，由计算机多参数自动控制，实现实腹段天线的超高空连续提升、一次就位安装。6）结构施工验算及变形控制根据多种载荷条件及不同施工工况，采用两个以上的结构验算程序，进行结构内力和变形计算，通过施工控制及信息化手段，指导安装全过程，对结构关键点进行温度、内力和变形的全过程监测，确保结构施工受控。3.2 关于钢结构安装总体技术路线的几点说明3.2.1 起重机械的选择和布置1）主要施工机械选择本工程选用CC2000（300t）履带起重机两台和M900D（1200tm）塔式起重机两台作为钢结构安装的主机。2）CC2000（300t）履带吊施工内容两台CC2000
15、（300t）履带起重机沿C区外围0.000标高处开行，与80t、150t履带起重机配合，负责柱脚安装，C区混凝土底板、核芯筒初始段的施工配合，塔吊安装；与M900D（1200tm）塔吊配合，进行+100.000m以下钢结构安装及其余钢结构构件的翻驳就位工作。3）CC2000（300t）履带吊开行区域的处理由于钢结构施工时，A区地下室已施工至0.000混凝土平台，故拟搭设专用钢栈桥，将CC2000（300t）吊车等施工荷载直接传递至底板上，基本上不影响混凝土结构的施工和受力。这种施工措施在其它工程中经常采用，技术上是成熟的。4）选用CC2000（300t）履带吊的优点和多台外附式塔吊相比，采用C
16、C2000（300t）履带起重机固然增加了搭设栈桥的代价，但“失之东隅，取之桑榆”，将在钢结构安装过程中将得到补偿。首先由于CC2000（300t）履带吊的起重能力大于重型塔吊，且其沿周边开行，使作业半径大为减小，为最初几环钢外筒结构及楼层安装带来极大便利：柱子的分段重量可达80t，减少钢柱的分段不仅可减少高空焊接和提高安装效率，而且大大简化了临时支撑和降低定位的难度；+27.600至+32.800米楼层有四榀钢桁架，单榀最重达50余t，采用CC2000（300t） 履带吊后，可实现整榀安装，而避免高空散装。采用CC2000（300t）履带起重机施工成本低于重型塔式起重机，可适当减少机械配置的
17、数量，而且没有外附式塔吊因依附钢外筒所传递的施工荷载对钢结构变形控制带来的负面影响。采用CC2000（300t）履带起重机后，也使外挂于混凝土核芯筒的塔吊可以从2000tm降低至1200tm，从而减小塔吊对混凝土核芯筒的施工荷载。5）塔吊施工内容两台M900D（1200tm）外挂内爬塔吊负责塔楼除CC2000（300t）起重机安装以外的其他所有钢结构。其中一台经置换成位于塔楼顶的自升式外附塔吊，负责天线桅杆的安装和配合工作。6）塔吊使用工况选择一般框筒结构的超高层建筑，其塔吊多以内爬形式设置，且借用核芯筒内电梯井筒居多。但本工程由于选用重型塔吊，其塔吊的固定和爬升净空要求大于核芯筒内电梯井的尺
18、寸，勉强布置，将影响核芯筒结构的完整性和正常施工。由于核芯筒平面尺寸相对小（14m17m），即使能布置内爬塔吊，由于不满足两台塔吊同时作业的净距要求而只能设置一台，这样又不满足结构安装的进度要求，内爬塔吊还不能满足塔顶天线桅杆结构的安装。而采用外挂内爬塔吊则能较好的解决内爬塔吊不能解决的矛盾，塔楼至顶均可保持两台塔吊同时作业，而且为塔吊的超高空转换提供了便利。外挂内爬的塔吊形式是塔吊设计和制造时的既有配置，但对混凝土核芯筒会产生不同于内爬时的施工荷载。为了确保核芯筒能满足外挂塔吊的要求，我们首先尽可能减小外挂塔吊对核芯筒的施工荷载。其一，在满足结构安装的条件下，尽量降低塔吊的起重能级（现为12
19、00tm）；其二，减小塔吊的悬臂段长度（现控制在28m以内）；其三，减小塔身与核芯筒外壁的距离（现控制在3m左右，兼顾核芯筒模板系统的作业空间）；其四，增大附墙支架的间距（一般塔吊支架间距12m，现调整为20.8m，相当四个楼层高度）；其五，我们通过调整塔吊爬距（现控制在10.4m，即1/2支架间距），使混凝土核芯筒与钢结构安装高度之差控制在2535m。按照这一爬距进行爬升，可以使其中一台位于同一环低端的塔吊始终处于被安装结构的上面，这样，在爬升至细腰段进行钢结构安装时，有效避免由于钢外筒距离核芯筒较近而产生的相碰问题；而位于同一环高端的塔吊位置虽然低于被安装钢结构，但是这一区域的钢外筒与核芯
20、筒有一定距离，不会产生相碰情况。施工至细腰处时的塔吊立面和平面位置如下图所示：图3.1.3.1 细腰段时塔吊立面布置图图3.1.3.2 细腰段时高端塔吊爬升框与外框筒平面相对位置图另外，我们在施工顺序的安排上考虑塔吊上支架作用的核芯筒部位的混凝土龄期大于七天，在广州这样的温、湿度条件下，混凝土的强度是能够满足要求的。由于位于北侧的塔吊布置部位，混凝土核芯筒留有观光电梯预留孔洞，须在塔吊支架作用部位设置合理的构造措施进行补强，充分利用既有劲性结构，并增设临时水平钢梁等以确保局部结构的强度和安全性。采用上述综合措施，经整体和局部验算，采用外挂塔吊是完全可行的。7）塔吊外挂内爬的优点在本工程中，采用
21、附着于核芯筒的外挂塔吊，与在周边设置外附塔吊相比，其优越性也是不言而喻的。首先，其高度可随结构升高而升高，不似外附塔吊的塔身受到超常高度的限制；其次，其作业面覆盖的效率大大高于外附塔吊，两台塔吊即可覆盖所有作业面。再则经过技术处理后，其附墙于混凝土核芯筒远比外附塔吊的附墙于钢外筒或核芯筒壁而不得不采用超长附墙杆来得可靠，且对钢结构安装影响小。鉴于本工程中采用外挂内爬塔吊比内爬或外附塔吊具有如此鲜明和突出的优点，虽然须对混凝土核芯筒作局部补强，但补强措施可靠易行，故是一种积极的关键选择。3.2.2 钢结构构件安装顺序的考虑钢结构构件安装顺序应考虑在安装过程中结构（构件）的稳定，尽快形成单元刚度，
22、确保施工阶段的及时定位和不同气候或环境条件下的结构安全。同时应兼顾焊接顺序，合理安排吊装和焊接的搭接施工。1） 钢柱及其它构件的同步安装鉴于本工程钢柱呈双向倾斜，又附带各种节点分段，有较大的偏心。为了确保钢柱在安装校正过程中的安全，在目前起重机械配置的可能条件下，每条作业线拟采用双机配合，柱、支撑（楼层主梁）、斜撑和环梁同步安装的方法。即以一台主机吊装钢柱，另一台主机安装与其相应的其他构件的方法边吊边校，并使其尽快形成单元刚度。这种方法可简化大量高空临时措施，保持较高的工效，并保证结构在任一时刻的稳定和安全。2） 楼层结构与钢外筒同步安装本工程钢塔楼共有37层楼层，其中少量是悬挂楼层，大部分楼
23、层主梁与钢外筒相连。如果先安装钢外筒构件，不安装楼层钢梁，则必然要加设大量的临时钢支撑，才能保证钢外筒在吊装过程中的可靠定位和稳定。但是这样做，当安装楼层钢梁时，与众多的临时支撑必然发生置换上的困难。而先安装钢楼层结构，则其外侧又无所依靠。故拟采用钢外筒与楼层结构同步安装的方法，将是较为可取的选择。3） 悬挂楼层的安装本工程在标高+17.2m、+22.4m设有悬挂楼层，通过悬挂柱与上一层钢结构连接。悬挂楼层有自下而上的顺作法和自上而下的逆作法两种安装方法。所谓顺作法，即按常规的施工顺序，用承重临时支撑支承，将悬挂楼层安装到指定位置，待其上承重楼层安装完毕后，再与其相连接，最后拆除临时支撑。逆作
24、法即先安装上部的承重楼层，然后自上而下，逐层安装悬挂楼层（即上海东方明珠电视塔上球悬挂楼层安装方法）。两种方法各有利弊。顺作法将需要较多的承重临时支撑，且可能超过下层（+6.800m平台等）的荷载许可。悬挂柱与上层承重结构的连接还要有特殊措施。逆作法则对安全设施的要求较高。经过综合比较，拟采用逆作法进行安装。即先将悬挂楼层构件分批就位于下层平台（以不超过楼层许可荷载为限），以分块（分片）组装，吊车吊装或局部提升的方法进行安装。安装操作脚手以部分悬挂和部分落地脚手相结合，确保施工安全。4） 塔顶转换层的安装在标高+438.400m至+448.800m设有结构转换层。转换层以钢内、外筒及多榀桁架组
25、成。由于内筒结构及钢桁架单件重量较重，只能采取高空散件分段组装，分段重量控制在30t内（桁架弦杆可整根吊装，避免分段焊接）。为了确保安装质量，所有分段构件均应在制作厂内预拼装，并设置定位板。按先内后外，自下而上的顺序进行安装和焊接。两台外挂塔吊的位置已避让转换层的结构，以保证结构安装的正常进行。使用阶段钢内筒与混凝土核芯筒通过柔性垫层封闭，但在安装阶段，须另设临时刚性支承进行标高的控制和定位，在转换层结构完成后，适时进行置换，以满足设计要求。5） 结构吊装顺序和焊接顺序的协调由于结构安装进度和变形控制的要求，结构吊装和焊接不可避免地发生同时施工的情况。吊装不仅对焊接作业的安全，同时对焊接质量也
26、会有影响，要求在时间和空间上错开。3.2.3 结构安装精度的控制鉴于本工程的超常高度和结构特殊形式已超过国家有关施工规定涵盖的范围，部分结构安装标准仍采用国标，实际上已提高了安装精度的要求，特别是对钢柱的倾斜度，又比国家标准提高了一倍，达1/2000，层间偏差5mm（国标柱垂直度1/1000，10mm），这一要求是非常高的。影响结构安装精度的因素非常多，除钢结构构件的制作精度必须保证外，在安装过程中还应抓住以下几个关键：1）测量a.设置测量基准网精确测量是保证结构安装精度的前提。为了提高测量精度，首先应合理设置测量的基准网，它包括场内和场外两部分，平面和空间相结合，并组成一个系统，定期复测，校
27、核合格后方可使用；b.选择适用的高精度测量仪器（水准仪，全站仪和垂准仪等）；c.设置具备强制归心功能的测站，以减少对位误差，并尽可能减少由转站引起的附加误差；d.采用合理的测量工艺和手段，提高数值传递的精度；e.在保证良好通视条件下合理布置构件上的测点及提高构件上测点的设置精度；f.采用双测站互校工艺，即在测校每一根钢立柱时由两台全站仪同时测定，以一台为主测量，另一台复测。如果测校一致或符合要求则通过；如果略有超差，可通过加权平均的方法进行平差，以提高精度；如果测校结果异常，则必须作系统分析，查出原因方可继续，以保证测量结果的可靠度；g.适时采用GPS系统进行复核。在基准网测设时，包括转站时，
28、即应用GPS定位系统进行复核。由于GPS在低精度（10mm）情况下可随测随读，而在高精度（3mm）情况下,测读效率较低，不能满足吊装时随校随测的要求，只能以复核为主。而上述两套系统采用不同的基准（一为相对位置、一为绝对位置），测设结果必然会发生差异，对于结构测量过程中发生的异常情况，应设置测量技术专业组及时分析处理;h.组建高素质的测量专业队伍，保证多项措施的不折不扣的执行。2）校正和固定a.校正工具和工艺的选用测量精度仅是结构安装精度的一个基础条件，结构构件的安装精度还必须采用有效的校正手段和固定措施来实现。鉴于本工程结构构件重，双向倾斜，大偏心，凌空作业条件差，而精度要求又高的情况，采用常
29、规的机械方式进行校正已不能满足要求，固拟采用手揿液压千斤顶组合操作装置来实现构件的校正，该装置轻巧灵便，易于安装和转移。虽为手动，但输出力大，可在20t100t范围内任意选择，且拉力和顶力均可提供（拉力为顶力的1/3）。作业平稳连续，可用作精细调整，且具有液压和机械自锁机构，防止因泄漏而失效。拟在钢立柱连接节点，沿两正交直径的两端，中心对称，设置4个拉压双作用液压千斤顶，负责钢立柱倾斜度校正和标高的调整；在斜撑下端设置两个液压千斤顶，负责可能发生的钢柱的扭转方面的校正和辅助环向校正；在临时支撑一端设液压千斤顶，作辅助径向校正及适应核芯筒和钢外框筒由于施工原因造成的少量偏差。b.校正后的固定一旦校正结束，各连接节点处即用临时定位板进行固定。定位板采用摩擦型高强螺栓连接，以适应复校及焊接变形调整的需要。3）焊接变形的控制a.焊缝收缩量的测试由于焊接熔敷金属冷却收缩会引起构件或结构变形。根据一般经验估计，焊缝的横向收缩量为1mm/10mm板厚。如果不对称焊接，还会造成构件的偏斜。因此，除了强调对称连续施焊的要求外，选择合适的焊接顺序，包括不同构件的焊接顺序，如柱、环梁、斜撑的焊接先后顺序；同一构件分段之间的焊接顺序，如每环二十四段环梁分段的焊接顺序；单一构件的焊接顺序，如一个环梁分段两端焊缝的施焊先后顺序，等等，均会对结
