1、超高层建筑大型伸臂桁架安装施工工法优秀成果.超高层建筑大型伸臂桁架安装工法xx钢构有限公司 1、 前言随着国家经济实力的整体提升，超高层建筑在城市中如雨后春笋般迅速崛起。在超高层建筑中，一般设有若干道伸臂桁架，以提高钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在地震作用下的协同工作性能及减小结构在竖向荷载作用下的变形差异。在400米以上的超高层建筑中，伸臂桁架外形尺寸巨大、节点构造复杂、钢构件板厚超厚、内外筒间沉降压缩变形值存在差异等因素，使得伸臂桁架的安装难度大，且无现成的经验和成熟的工艺供参考。研究、探索超高层结构大型伸臂桁架的安装方法，具有十分重要的意义，也是施工中需要迫切解决的问题。在深圳京基金融中心
2、钢结构工程的施工中，不断摸索研究，总结出了一整套超高层建筑大型伸臂桁架施工的指导思想和工艺，成功的解决了工程中的施工难题。2、 工法特点2.1 合理安排伸臂桁架安装、核心筒顶模系统顶升及混凝土浇筑的相互交替施工，并采用“双机抬吊、交替更换吊点、旋转移位”的吊装工艺，有效地克服了顶模系统对伸臂桁架安装的影响。2.2 采用“高空双机抬吊、自动翻转90”的吊装工艺，完成大型复杂钢结构节点的吊装。2.3 采用“无线监测技术”对连接内外筒伸臂桁架大斜臂的应力应变进行实时连续监测，分析内外筒的沉降压缩变形差对大斜臂内力的影响，确定伸臂桁架合拢的最佳时机。2.4 开展高强度超厚钢板的现场焊接防变形研究，制定
3、合理的焊接工艺措施，确保焊后的伸臂桁架安装精度。3、 适用范围本工法适用于超高层建筑大型伸臂桁架的安装。4、 工艺原理4.1 吊装原理4.1.1 核心筒内伸臂桁架的吊装原理核心筒施工采用顶模系统，其主要承力结构为钢平台，钢平台支承于能自动顶升的四根钢管立柱上，内外挂架和钢模板悬挂在钢平台上，顶模的顶升步距为1个标准层高度，即4.2m。伸臂桁架吊装时，受到顶模钢平台的制约限制，包括：1）构件从上往下垂直落放时，受到钢平台杆件阻挡，无法直接就位；2）单榀伸臂桁架的高度跨越4个楼层，而顶模和核心筒墙体施工的步距为1个楼层，整榀伸臂桁架无法一次吊装完成。伸臂桁架按楼层分段分节，散件吊装至高空组拼，每次
4、安装一个楼层，与顶模顶升、核心筒墙体施工逐层交替进行。伸臂桁架分段分节需考虑顶模钢平台空档的尺寸、混凝土墙体顶面到顶模钢平台下弦底的高度等因素。伸臂桁架逐段逐节从顶模钢平台的空档中吊入，两台M900D塔吊相互配合，采用“双机抬吊、交替更换吊点、旋转移位”的吊装工艺，有效克服顶模钢平台杆件的阻挡。4.1.2 伸臂桁架与外框柱相交节点的吊装原理伸臂桁架与外框柱相交节点内有两块厚130mm、高3268mm的竖向肋板，且此节点与腰桁架相交，内部构造复杂，重达37t，超过单台塔吊的有效起重量，采用两台塔吊抬吊，包括卸车、垂直起升、翻转90、平移就位等多个动作。4.2 监测及合拢原理伸臂桁架大斜臂与核心筒
5、相连的合拢口，先用耳板和螺栓临时连接，待内外筒沉降压缩变形差对大斜臂内力影响变得很小时，松开临时连接螺栓，释放大斜臂内力，然后焊接合拢口。采用“无线监测技术”对内外筒的沉降压缩变形和伸臂桁架大斜臂的内力进行监测，分析沉降压缩变形差对大斜臂内力的影响关系，确定合拢口内力释放和焊接的最佳时机。“无线监测技术”包括：通过模拟计算分析，找出大楼结构和伸臂桁架大斜臂的受力最不利位置，确定测点布设平面位置；传感器对数据的高频连续采集、无线传输、数据分析及存储等。4.3 焊接防变形原理.伸臂桁架大斜臂由2块130mm厚Q420材质的钢板组拼而成，分别与外框柱和内筒伸出牛腿相连，全熔透焊接。现场立焊缝竖向长度
6、1.3m3.2m，现场条件只能采取朝外开单面剖口的方式。分析焊接可能产生的变形，并采取防变形措施，包括：1)增加约束条件，控制侧向变形及横向收缩量。设置46组水平向连接板、2组竖直向连接板进行临时固定，在内部每侧设置三块30mm厚的三角形肋板。2)多道多层施焊，以减少每层的输入热，控制侧向及横向变形。3)采取间断跳跃式施焊代替连续施焊，消除沿焊缝长度方向的变形。4)适当提高焊前预热和焊后后热温度、加大预热和后热面积，使焊件上的温度差减小，控制焊接过程中的层间温度，使温度趋于均匀化，降低压缩塑性变形率，减少压缩塑性变形量，从而减小焊接变形。5、 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程.图5-1
7、超高层建筑大型伸臂桁架安装工艺流程.5.2 操作要点5.2.1 核心筒内伸臂桁架吊装操作要点1）伸臂桁架分段分节在满足塔吊起重量和运输条件的情况下，主要根据顶模钢平台空档大小、混凝土墙体顶面到顶模钢平台下弦底的净高等因素进行分段。2）伸臂桁架柱（包含铸钢节点）的吊装工艺伸臂桁架柱吊装时，用两台塔吊相互配合，将构件从顶模钢平台的空档吊入后，缓慢移动并旋转角度，直至安装就位。在移动和旋转的过程中，由于吊装钢丝绳与顶模钢平台杆件位置相冲突，采用“双机抬吊、交替更换吊点、旋转移位”的方法。 . 图5.2.1-1 伸臂桁架柱吊装工艺示意3）伸臂桁架安装与核心筒顶模爬升、混凝土浇筑的逐层交替施工按照伸臂桁
8、架分段构件安装、核心筒顶模顶升、核心筒墙体混凝土浇筑的顺序交替施工。5.2.2 核心筒外伸臂桁架吊装操作要点1）伸臂桁架与外框柱节点的吊装采用双机抬吊卸车，垂直上升并翻转90，平移至单台塔吊吊重范围内后，另外一台塔吊松钩，换成单机将构件吊装就 （a） （b）图5.2.2-1 双机抬吊卸车伸臂桁架节点示意（a、b） （a） （b） （c）图5.2.2-2 抬吊上升，翻转90示意（a、b、c） （a） （b） （c）图5.2.2-3 单机将节点吊装就位示意2）大斜臂的吊装核心筒内的伸臂桁架安装完后，将伸出墙体外的牛腿三维坐标实测值报给深化设计人员，重新确定伸臂桁架大斜臂的三维尺寸，制作厂按最终尺寸
9、下料加工。大斜臂吊装就位后，用耳板螺栓临时固定。将大斜臂与外框柱相连的这一端先行焊接，与核心筒相连的一端仍用螺栓临时连接。.图5.2.2-4伸臂桁架大斜臂的吊装及临时连接示意5.2.3 监测与合拢操作要点1）测点位置的确定：选择伸臂桁架大斜臂杆件上具有代表性、受力最不利的位置布设传感器，才能采集到具有代表性、更精确的应力应变数值，便于后续数据分析和最佳合拢时机的确定。 图5.2.3-1电阻应变传感器布设示意 图5.2.3-2 钢板计的布设示意.图5.2.3-3 伸臂桁架监测线路的布设示意2）监测系统的现场布设：严格按规范和说明书焊接固定传感器，并保证传感器沿构件的主受力方向布设；采集系统各仪器
10、间接线需规范准确，并采取保护措施，保证数据采集的连续性。3）数据采集：系统通电后采集一组稳定的数据作为测量初值，利用初值设置数据分析软件，保证软件能准确地转换采集数据；对采集数据定期保存备份（每天一次保存数据总档），并记录每天详细的施工进度情况和环境变化，为后期数据分析作依据。4）数据分析：定期对采集数据进行系统分析（每10天一次），对伸臂桁架的受力进行及时的跟踪、分析和判断。5）合拢口焊接时机的选定：当监测出的大斜臂内力趋于稳定，不再受内外筒沉降压缩差的影响后，对合拢口进行焊接。6）内力释放：由于内外筒沉降压缩变形的差异，造成伸臂桁架大斜臂中积累了很大的内力，在合拢口焊接前，先将临时耳板的螺
11、栓松开，将.内力释放掉后再进行焊接。5.2.4 焊接防变形操作要点1）增加约束条件对称布置共六组水平向连接板、四组竖直向连接板作为临时固定措施，在130mm钢板内侧各设置三块30mm厚的三角板，控制侧向变形及横向收缩量。2）工艺评定及焊前准备开工前做焊接工艺评定，确定最佳的焊接工艺参数；搭设脚手架操作平台和焊接防风防雨棚；清洗打磨焊缝坡口；贴紧母材加设衬垫板；按要求对引入、引出板进行组对，并做好焊前检查记录。3）预热为使焊道周围的热源分布均匀合理，防止出现母材层状撕裂和焊缝冷裂纹，焊前进行预热。预热区域在焊缝两侧，宽度为焊接厚度的2倍以上，采用氧气加乙炔火焰加热至120150，用红外线测温仪在
12、加热停止后进行测温。4）焊接采用半自动焊丝二氧化碳气体保护焊，两条立焊缝同时对称施焊，每条焊缝各由2名焊工上下分片施焊。实行三班制，采取焊工轮换，焊机不停，连续作业方式，直至整条焊缝焊接完成。打底焊：打底层和第一填充层采取分段逐步退焊的焊接工艺，打底焊.过程中，及时清除夹渣、气孔等缺陷。中间多层焊：中间层由四名焊工自下向上采取多层多道“之”字形递升法熔焊，层间温度保持在100120，重点防止边缘凹沟出现裂纹，逐道清理焊渣、焊瘤及飞溅。盖面焊：面层分5道由两边向中间盖面焊接，面层焊接要均匀平整，焊缝增强量控制在04mm。5）后热及保温焊接完毕后稍作焊缝表面清理，立即同时用火焰自上向下进行后热。构
13、件焊缝每侧加热宽度范围至少为钢板厚度的2倍，且不小于200mm。后热温度达到150后用石棉布贴紧包裹保温，在防风防雨棚内缓慢冷却至常温。6、 材料和设备6.1 所使用材料一览表序号名 称规格型号单位数量备 注1型钢16a米若干伸臂桁架临时支撑2钢板20mm厚米若干临时连接耳板及夹板3螺栓10.9SM24套若干临时螺栓4电缆线17.5mm米若干AWG22/ AWG235振弦钢板计VWR个若干6电阻应变计KCW个若干7钢筋计20VWR个若干8混凝土计SR31005个若干. 6.2 所使用设备机具及仪器一览表序号名 称规格型号单位数量备 注1塔式起重机台2根据工地已有塔吊确定2二氧化碳焊机600型台
14、43气割设备套14空气压缩机V0.8/1.0台15角向磨光机100型台16红外线测温仪ST652个27超声波探伤仪USL-32台18经纬仪J2台29水准仪DSZ3台110全站仪GPT-7001台111静态采集箱CR1000个若干含无线发射器12高性能电脑Dell台17、 质量控制7.1 核心筒中需加设埋件，伸臂桁架安装固定在埋件上，以防浇筑混凝土时产生偏移；安装前需测量放线，安装时严格控制伸臂桁架的轴线、标高。7.2 核心筒混凝土浇筑完成后，将伸出墙体外的牛腿三维坐标实测值报给深化设计人员，重新确定伸臂桁架大斜臂的三维尺寸，制作厂按最终尺寸下料加工，以避免大斜臂的制作误差。7.3 最终合拢前，
15、需松开合拢口的临时连接螺栓，将大斜臂内应力释放后，再进行焊接，以消除内外筒沉降压缩变形差所导致的大斜臂内应力。.7.4 焊接应使用高纯度的二氧化碳气体，其纯度应保证二氧化碳含量不小于99.9，并经检查无液态水。7.5 在焊接过程中应严格控制层间温度，随时对施焊区域的温度进行检测，当层间温度低于120时，应及时用火焰加热补偿；当层间温度高于200时，应立即停焊，待温度自然降至规定值时，再继续焊接。7.6 尽量控制焊缝表面的余高，并使之平缓过渡，以减少焊趾部位的应力集中。焊缝余高应控制在04mm以内。7.7 焊接完毕经后热保温处理，冷却24小时后，对焊缝进行100的超声波探伤检测。8、 安全注意事
16、项8.1 坚持用好安全“三宝”，所有进入现场人员必须配戴安全帽，高空作业人员必须系好安全带，穿软底防滑绝缘鞋。8.2 钢爬梯、操作平台等，应焊接牢固，检查合格，并按规定正确使用。8.3 电焊作业平台搭设力求平稳、安全、周围设防护栏杆。8.4 所有安全设施由专业班组按规定统一设置，并经有关部门验收，其它人不能随便拆卸。因工作需要必须拆卸时，要经过有关人员允许，事后要及时恢复，安全员要认真检查。8.5 各种施工机械应编制操作规程和操作人员岗位责任制，专机专人使用保管，机操人员必须持证上岗，电动机具按规程使用。.8.6 重点把好高空作业安全关，高空作业人员须体检合格。工作期间，严禁喝酒、打闹。小型工
17、具、焊条头子、高强螺栓尾部等放在专用工具袋内。使用工具时，要握持牢固。手持工具也应系安全挂绳，避免直线垂直交叉作业。8.7 起重指挥要果断，指令要简单、明确。按“十不吊”操作规程认真执行。8.8 电焊机房保持干燥，整洁，通风效果良好，并每个机房配置四罐干粉灭火器。8.9 焊接场所或区域配置消防水桶和干粉灭火器，并安排专职看火人巡视，焊前及时清理周围易燃易爆物品。8.10 焊接前班组长必须到项目安全部开动火证，并明确动火部位或区域及看火人员。9、 环保保护措施9.1 文明施工：要求现场做到机具、材料堆放整齐，施工现场工完场清，电线头、塑胶管、焊渣等余料及时分类存放和转运。9.2 焊接需搭设防护棚
18、，防止电弧光外泄和降低噪音。9.3 使用和存放油料、油漆等，采取有效措施，防止跑、冒、滴、漏污染水体和土壤。10、 效益分析10.1 通过对伸臂桁架吊装工艺的创新，节约了大型吊装设备的投入，.同时避免了核心筒顶模系统的改装费用；伸臂桁架与顶模系统的逐层交替协调施工，节省了伸臂桁架整体安装所需的临时胎架等措施费用。10.2 采取合理的焊接工艺，使焊接一次探伤合格率提高到100%，保证了焊接质量，加快了焊接速度，确保了工程整体工期目标的实现。10.3 通过对伸臂桁架大斜臂内力的实时监测分析，找出了大斜臂合拢的最佳时机，使伸臂桁架处于最理想的受力状态。这一创新做法，优化了伸臂桁架的施工方案，保证了建
19、成后结构整体受力处于最安全状态；同时为伸臂桁架的内力提供了实测数值，完善了其设计理论，为今后类似工程的设计提供了参考依据。10.4 通过焊接防变形技术的研究，制定出了科学合理的焊接工艺，有效地控制了高强度超厚钢板的焊接变形，确保了伸臂桁架的安装精度。11、 工程实例实例一：深圳京基金融中心位于深圳市罗湖区蔡屋围，主楼地下4层，地上98层，高441.28米，建筑面积602401.75m。外框有16根箱形钢柱，内筒有22根王字型钢柱和2根十字型钢柱。在3739F、5557F、7375F设置3道伸臂桁架将核心筒和外筒连接为一体。37F39F、55F57F的伸臂桁架共8榀，73F75F的伸臂桁架共4榀，最厚板130mm，材质为Q420GJC，核心筒劲性钢柱连接节点为铸钢件。.伸臂桁架核心筒外筒柱11-1 深圳京基金融中心伸臂桁架分布及三维效果图
