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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    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
本文介紹了七星摩根廣場安裝過程中的重點技術(shù)問題的解決，特別是屋頂懸挑桁架，其懸挑的長度、安裝的高度均在國內(nèi)外少見，本工程中采取了桁架高空分段逐漸遞進的方法解決了這一 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安裝過程中的重點技術(shù)問題的解決，特別是屋頂懸挑桁架，其懸挑的長度、安裝的高度均在國內(nèi)外少見，本工程中采取了桁架高空分段逐漸遞進的方法解決了這一 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：
    北京七星摩根廣場寫字樓A座，以其“龍”的造型（見圖1）矗立于北京市朝陽區(qū)北四環(huán)中路與北辰西路交叉口西北角，距離2008年奧運會主會場（鳥巢）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)特點及施工難點
    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層為加強層，加強層采用8榀UBB（屈曲軟鋼）伸臂桁架。同時為控制大震時結(jié)構(gòu)位移，設(shè)計在24～39層設(shè)置阻尼器以進行消能減震。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）后超出單機起吊能力的構(gòu)件較普遍，雙機抬吊的運用很好的解決了這一問題。屋頂?shù)钠靶螒姨翳旒?，其安裝高度、懸挑長度均在國內(nèi)外少見，如何安全有效的安裝是本工程重點解決的難題。UBB和阻尼器安裝在以往工程中很少遇見，作為精密儀器，安裝時對成品保護要求非常高。


    鋼梁端頭的節(jié)點形式有栓接、焊接、栓焊結(jié)合三種形式。端頭均有螺栓孔，故鋼梁吊裝后，立即用安裝螺栓進行固定，以使吊鉤盡快脫鉤。為提高吊裝效率，鋼梁吊裝時在塔吊允許范圍內(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，即對鋼柱進行測量校正，校正后緊固螺栓，并對這一層的鋼柱進行整體觀測和記錄，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，重新對整層鋼柱測量和記錄，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結(jié)構(gòu)的柔性，我們在安裝鋼柱、鋼梁和支撐完成后，及時鋪設(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，這樣增加了安裝時結(jié)構(gòu)的剛度，同時使鋼結(jié)構(gòu)施工、壓型鋼板施工和混凝土施工交叉同步進行。
    3.3、雙機抬吊
    部分鋼柱因板材厚，按一層一節(jié)分段后，局部區(qū)域構(gòu)件仍超出單個塔吊的吊裝能力的范圍，最重構(gòu)件達到19. 6噸，因此需進行雙機抬吊。在雙機抬吊前，根據(jù)規(guī)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(gòu)件分布見圖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，計算后選用6米長的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的繩索、卡環(huán)、攬風(fēng)繩等的安全性。然后開始進行試吊，試吊時兩臺塔吊要保證上升速度一致，同時緩慢的提升鋼扁擔(dān)，待鋼柱立起后塔吊的小車再開始調(diào)整位置，小車前行中保持速度一致。
    試吊完成后，開始起吊。起吊時力求平穩(wěn)，離地面保持最近為宜，轉(zhuǎn)運雙機配合保持鋼柱水平起吊，吊運前先指揮SK560運轉(zhuǎn)，C7050配合跟進小車。此時，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。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(zhuǎn)前先由SK560工作，C7050配合跟進，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8榀，框內(nèi)主桁架長為42.4米，其中中間4榀（AF、AG、1/AD、1/AH軸線）跨過祖原堂頂，跨度達到21.2米?？蚣芡忤旒軕姨糸L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，依次推進懸挑桁架的安裝，懸挑桁架安裝時，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)后方可進行下一段的安裝。由于特殊的造型，較大的跨度和過長的懸挑，給安裝帶來了非常大的難度。
    3.4.1、桁架安裝的技術(shù)準備：
    1、根據(jù)塔吊起重性能和桁架節(jié)點構(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）?？紤]到構(gòu)件受運輸寬度影響，影響，要求制作廠將1段、2段和8段整體制作后運至現(xiàn)場，其它各分段散件制作，并按深化設(shè)計圖紙預(yù)拼后運到現(xiàn)場進行組拼。
    2、連接節(jié)點的優(yōu)化：為使桁架分段安裝時，盡快進行連接穩(wěn)固，利于校正焊接，并方便塔吊脫鉤，和設(shè)計進行洽商后將桁架的拼裝節(jié)點轉(zhuǎn)化為栓焊結(jié)合的節(jié)點，見圖6。懸挑桁架處各分段之間安裝時的連接，采用在主桁架翼緣的上下焊連接耳板，見圖7。為使懸挑桁架安裝時能方便準確的定位，對運到現(xiàn)場的懸挑桁架上的連接耳板一定要進行定位尺寸的檢查，如有問題應(yīng)立即進行修改。









    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行，因此需加強構(gòu)件的預(yù)熱、層溫和后熱的控制，焊接時注意鋼柱、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)合的方法進行預(yù)熱處理。根據(jù)焊接接頭的坡口形式和實際尺寸、板厚、融敷金屬的擴散氫含量、焊接時熱輸入的大小、接頭熱傳導(dǎo)條件等工藝評定確定焊前預(yù)熱溫度。
    5.2、層溫：焊接時，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，每個焊接接頭一次性焊完，當(dāng)遇有惡劣氣候，且焊縫已開焊，則搶在惡劣氣候來臨前，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行。后熱加熱范圍為焊縫兩側(cè)各100mm，溫度的測量距焊縫中心線50mm。為保證焊縫中擴散氫有足夠的逸出時間，避免產(chǎn)生延遲裂紋，后熱溫度為200℃-250℃，測溫點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，保溫的時間以接頭區(qū)域、焊縫表面、背部均達環(huán)境溫度為止。
    5.4、鋼柱焊接順序：就整個鋼結(jié)構(gòu)框架而言，箱型柱的焊接是難點和重點，為此采用兩名焊工同時對稱等速施焊。焊完第一個兩層后，再焊接另外兩個相對應(yīng)邊的焊縫，這時可焊完四層，再繞至另兩個相對邊，如此循環(huán)直至焊滿整個焊縫。

    6、測量與校正
    本工程總高度達191.6米，柔性大，且鋼結(jié)構(gòu)噸位較大，焊口多，因此測量的重點及難點為安裝精度的控制、焊接對結(jié)構(gòu)安裝偏差及標高的影響、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：全過程監(jiān)測每節(jié)鋼柱的吊裝，當(dāng)鋼柱吊裝就位時，用磁力線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)緯儀在鋼柱的兩個不同方向架設(shè)，測量人員指揮進行鋼柱的調(diào)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)對縱橫柱軸線進行檢查調(diào)整，及用兩臺經(jīng)緯儀進行垂直交會定，以確保二次調(diào)整及時糾偏。在二次調(diào)整及糾偏的同時，確?？偢叩拇怪倍?，在觀測垂直度時，從±0.000米至施工層，每50m必須從±0.000原始控制線進行垂直校測至施工完畢。
    6.2、鋼柱的標高控制：根據(jù)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(dāng)下部鋼柱柱頂測量標高偏差在±5mm以內(nèi)，在安裝過程中調(diào)整；當(dāng)標高大于±5mm時，由制作廠在制作過程中進行調(diào)整。
    6.3、框架的整體校正：鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)形成框架后，對分區(qū)內(nèi)鋼柱重新進行一次精校，主要是控制鋼柱柱頂軸線。鋼柱的精確校正是一個不斷調(diào)整的過程，若鋼柱的調(diào)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、桁架安裝時的測量與校正：為保證桁架安裝時的測量精度，將首層控制軸線網(wǎng)投測至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，用兩臺經(jīng)緯儀從兩個方向多次觀測調(diào)整，并在焊前按軸線尺寸多加2mm的預(yù)留值，以使焊后達到設(shè)計要求。標高觀測因受冬季低溫影響，為此每段桁架安裝時進行3次觀測，并取3次觀測的平均值?？蚣軆?nèi)外的懸挑桁架對接時，為避免端頭拼接時錯口問題，先測量框架內(nèi)桁架A14軸端頭的上下弦，并針對測量數(shù)據(jù)在組裝框架外桁架時將其上下弦桿的間距相應(yīng)進行調(diào)整。
    7、結(jié)束語
    七星摩根廣場A座從06年11月開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個月內(nèi)施工完成2.7萬噸的鋼結(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)準備、優(yōu)良的方案選擇、細微的節(jié)點優(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
    本工程安裝過程中得到了陳祿如、柴昶、劉樹屯、鮑廣鑒、賀賢娟、楊蔚彪等國內(nèi)知名鋼結(jié)構(gòu)專家的熱情關(guān)心與大力支持。在此表示誠摯的感謝。

    參考文獻：
    1、鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(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A座屋頂桁架安裝方案專家評審意見………2007-5
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