俄羅斯聯(lián)邦大廈轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)
作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)
時間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]
摘 要：本文著重從轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)的預拼裝、吊裝、高強螺栓施工、測量等方面來闡述俄羅斯聯(lián)邦大廈工程鋼結(jié)構(gòu)施工工藝，并通過圖文來記述實際施工過程。
關(guān)鍵詞：俄羅斯聯(lián)邦大廈 轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)
一、工程概況
俄羅斯聯(lián)邦大廈A塔為93層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（340m），該工程為歐洲第一高樓（448m），世界第一高的混凝土為主體結(jié)構(gòu)的高樓（創(chuàng)造了吉尼斯世界記錄）。為了側(cè)面承重和結(jié)構(gòu)墻分壓，在32～36，46～50和60～64增加技術(shù)轉(zhuǎn)換層（加強層）采用嵌入式鋼結(jié)構(gòu)，將核心筒與周邊柱子相連（外伸臂桁架），并將周邊的柱子也連接起來（帶型桁架）。32-36層轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)外圍帶狀桁架3榀，外伸臂桁架6榀，傳遞桁架2榀，共計11榀桁架，核心筒內(nèi)外伸臂桁架有4根。鋼結(jié)構(gòu)總重約為11000噸。結(jié)構(gòu)連接：生根于混凝土樓板上的30根落地立柱，采用將支撐板與地腳螺栓連接整體預埋于混凝土中，轉(zhuǎn)換層安裝時立柱與支撐板焊接的方法；其余所有構(gòu)件全部為12.9級高強度螺栓連接。高強螺栓總數(shù)為62020顆。本工程第一道轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)位于32-36層之間 ，轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)分為外圍帶狀桁架和核心外伸臂桁架兩部分，轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)安裝使用一臺FAVCO M600D、一臺LIEBHERR 355HCL和一臺LIEBHERR 160HCL 塔式起重機進行分段高空散拼。整體安裝順序為首先安裝核心部分然后安裝外圍部分，結(jié)構(gòu)安裝順序為先安裝立鋼柱，然后安裝桁架下弦桿件，再安裝斜腹桿，最后安裝上弦桿件。
二、工程特點及關(guān)鍵技術(shù)
（一）工程特點
本轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)平面形狀為三條弧線組成曲面形狀，主要構(gòu)件重量較大(少部分構(gòu)件單機吊裝不可實施)、跨度較大、高度高（13m），整個轉(zhuǎn)換層構(gòu)件的連接為高強螺栓連接，要求構(gòu)件制作和安裝精度高，施工難度大。
（二）工程難點及關(guān)鍵技術(shù)
1．超厚鋼板焊接
本工程最厚的鋼板為125厚，為盧森堡阿賽羅廠家制作，鋼材的含碳量較高，對焊接不利，所以厚板焊接是本工程的難點之一。
2．桁架預拼裝
本工程桁架基本連接均為螺栓連接，所以構(gòu)件的加工和安裝的精度要求很高，所以桁架必須每榀進行預拼裝來保證桁架整體的安裝精度。
3．支撐架安裝
由于桁架下弦有局部節(jié)點為斷開設(shè)計，需要下部做臨時支撐來進行構(gòu)件的固定。在桁架安裝準備階段需要按桁架斷開位置安裝支撐架。
4．高強螺栓的安裝
本工程大部分節(jié)點均為高強螺栓連接，共需66000套12.9級M27高強螺栓，所以高強螺栓的連接質(zhì)量也是本工程的關(guān)鍵。
三、施工方法
（一）施工依據(jù)：
鋼結(jié)構(gòu)施工圖紙KM2（設(shè)計院7月23日簽發(fā)）、加工廠構(gòu)件加工圖、轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)施工方案與《支撐與維護結(jié)構(gòu)》第四章。
（二）施工步驟：
柱腳組件預埋→安裝桁架鋼柱→纜風繩和柱腳臨時固定→支撐承重架的固定→安裝桁架下弦→安裝斜腹桿→安裝桁架上弦→形成穩(wěn)定體系
（三）地腳螺栓預埋
1．地腳螺栓安裝準備
地腳螺栓工廠制作完畢后提前運至施工現(xiàn)場，待土建結(jié)構(gòu)施工到該樓層標高位置后，進行預埋。將地腳螺栓定位軸線測放到安裝位置附近的模板上,將標高測放在柱鋼筋上。
2．地腳螺栓安裝方法
31層混凝土柱剪力墻施工到32層地面標高116.971m以下750mm（即埋件組件的安裝位置）時暫停豎向混凝土施工，在該位置預埋鋼板埋件，作為地腳螺栓臨時支撐及固定板。使用經(jīng)緯儀測量確定埋件安裝軸線位置。將地腳螺栓組件使用塔吊吊裝至安裝位置就位使用經(jīng)緯儀測量確定地腳螺栓組件安裝定位軸線，使用經(jīng)緯儀測量確定地腳螺栓組件安裝軸線，水準儀測量確定地腳螺栓組件安裝標高。地腳螺栓組件測量定位后，將其與臨時定位鋼板點接固定，以保證在澆注混凝土施工過程中的穩(wěn)定可靠。
（四）轉(zhuǎn)換層桁架安裝
1．安裝準備
立柱安裝前，對進場的立柱進行進場驗收，仔細檢查立柱的長度、高度、截面等幾何尺寸及工廠焊縫等質(zhì)量問題，驗收合格后方可進行安裝。根據(jù)圖紙設(shè)計要求立柱與柱腳板為分開，為了對立柱進行臨時固定，保證立柱安裝過程安全穩(wěn)定，采取連接角鐵的形式進行臨時固定。
鋼柱柱腳連接板設(shè)計
（2）立柱安裝
本工程立柱使用現(xiàn)場安裝的塔吊進行安裝，吊裝時鋼柱帶一側(cè)的連接板，鋼梁帶另一側(cè)連接板。
（3）鋼柱測量校正
2．操作架搭設(shè)
腳手架分兩種，在弦桿連接位置采取承重結(jié)構(gòu)體系，在承重結(jié)構(gòu)和節(jié)點之間搭設(shè)作為施工人員行走及操作的平臺。操作腳手架將整個轉(zhuǎn)換層11榀桁架連接起來，以便于施工人員操作及行走。安裝操作架平面位置具體見下圖：
3．轉(zhuǎn)換層桁架下弦安裝
4．繼續(xù)搭設(shè)安裝操作架
5．轉(zhuǎn)換層桁架斜腹桿及小立柱安裝
6．轉(zhuǎn)換層桁架上弦安裝
（五）高強螺栓保管
1．高強螺栓在運輸、保管及使用過程中應(yīng)輕裝輕卸，防止損傷螺紋，發(fā)現(xiàn)螺紋損傷嚴重或生銹的螺栓不得使用。
2．螺栓連接副應(yīng)成箱在室內(nèi)倉庫保管，地面應(yīng)有防潮措施，并按批號、規(guī)格分類堆放，不得混批使用，高強螺栓連接副包裝箱底層距地面高度30mm，架兩道方木，一層50木板，堆放高度不大于6層。
3．高強螺栓在使用前不得開箱，以免破壞包裝的密封性，開箱后取出部分螺栓后也應(yīng)原封包裝好，以免沾染灰塵。
4．高強螺栓連接副在安裝使用時，工地應(yīng)按當天計劃使用的規(guī)格和數(shù)量領(lǐng)取，當天安裝剩余的螺栓應(yīng)妥善保管。
5．在使用過程中應(yīng)注意保護螺栓，不得沾染泥砂等臟物和碰傷螺紋，在使用過程中發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即停止施工，經(jīng)檢查確認無誤后再進行施工。
6．螺栓倉庫應(yīng)有專人負責發(fā)放，并做好螺栓發(fā)放記錄。
7．高強螺栓的領(lǐng)用應(yīng)分節(jié)點按規(guī)格、型號分批進行，一次不可領(lǐng)用過多堆放到室外，防止螺栓亂用、丟失；
8．施工中的高強螺栓應(yīng)和臨時螺栓分別堆放管理，切忌混淆使用。
（六）高強螺栓施工方法
本工程采用12.9級大六角頭型高強螺栓，采用專用扭矩扳手施工。
1．高強度螺栓及連接板數(shù)量統(tǒng)計（按施工分區(qū)）
2．結(jié)構(gòu)安裝初期采用安裝螺栓進行臨時固定，安裝螺栓采用10.9級M27高強度螺栓，安裝螺栓使用數(shù)量為連接節(jié)點螺栓群數(shù)量的1/2，安裝銷子至少為連接節(jié)點螺栓群數(shù)量的1/10。待結(jié)構(gòu)測量校正完畢后再將安裝螺栓換為12.9級M27高強度螺栓。
3．高強螺栓替換時，應(yīng)先補穿未裝螺栓的螺栓孔，然后逐條替換臨時螺栓。螺栓的穿入方向盡量一致，品種、規(guī)格要按照設(shè)計要求進行安裝。
4．高強螺栓安裝應(yīng)能自由穿入螺栓孔，嚴禁強行穿入，如不能自由穿入時，該孔應(yīng)用電動磨頭進行修整。
5．高強螺栓施工時分為初擰和終擰兩個步驟，初擰時主要為消除扳間間隙，初擰的力矩一般為終擰力矩的50%～70％左右。初擰合格后應(yīng)做出標記，如下圖：
6．高強螺栓初擰完畢，用專用工具進行終擰，不得用終擰扳手代替初擰扳手使用。終擰的次序從中間向兩邊或四周對稱進行，不得出現(xiàn)漏擰現(xiàn)象。同一高強度螺栓初擰和終擰的時間間隔，要求不得超過一天。
7．高強螺栓終擰完畢，應(yīng)及時進行螺栓的檢查驗收工作。
8．制作廠制作時在節(jié)點部位不應(yīng)涂裝油漆，終擰檢查完畢的高強度螺栓節(jié)點及時進行油漆封閉
9．高強度螺栓施工順序
高強度螺栓安裝依據(jù)安裝施工順序依次進行，根據(jù)轉(zhuǎn)換層鋼桁架結(jié)構(gòu)特點及施工分區(qū)，將高強度螺栓施擰分為七個區(qū)域進行施工。
高強度螺栓施擰時，采取從中心向四周擴散的原則進行。本工程節(jié)點復雜的多組螺栓群組合體系，我們將鋼柱作為施擰節(jié)點中心部分，以此向四周擴散施擰，保證高強度螺栓施擰質(zhì)量及連接板頂緊面的完全貼緊。
轉(zhuǎn)換層高強度螺栓整體施擰順序
針對本工程螺栓節(jié)點的復雜多樣，經(jīng)與專家及多次討論確定螺栓施擰順序為先施擰鋼柱部分螺栓群，然后施擰上下弦螺栓群，最后施擰斜腹桿部分螺栓群。
單個高強度螺栓群施擰順序
（七）厚板焊接的施工工藝
1．對高強度厚板的焊接結(jié)構(gòu)和接頭應(yīng)進行認真分析，盡可能避免板厚方向承受較大的焊接收縮應(yīng)力，加強與設(shè)計單位溝通，必要時改變接頭板厚度方向上的傳力方向，避免層狀撕裂。
2．板厚方向承受較大焊接應(yīng)力的焊透T型接頭，下料后裝配前對翼板進行UT檢查，確保厚板內(nèi)無分層或其它層狀雜質(zhì)，避免層狀撕裂產(chǎn)生。
3．嚴格控制厚板構(gòu)件的裝配和焊接順序，確保接頭的焊接應(yīng)力最小。通過對構(gòu)件拘束度的水平計算和推算出厚板待焊接接頭的應(yīng)力水平和狀態(tài)，根據(jù)焊接接頭應(yīng)力或拘束最小原則，確定厚板接頭的裝配和焊接順序。
4．嚴格控制高強度厚板焊縫中的含氫量水平，使焊縫含氫量處于H4的狀態(tài)以下。通過嚴格篩選焊接材料確保含氫量處于低水平；嚴格清除接頭周圍的鐵銹和油污等雜質(zhì)，減少焊縫氫的來源；避免直接在雨、雪及空氣濕度較大的環(huán)境下施焊，避免水分和氫的直接侵入；嚴格控制焊接預熱和層間溫度，避免鋼材本身的水分侵入焊縫并使焊縫中氫能充分溢出。
5．嚴格控制焊接接頭的淬硬性。焊接施工時控制預熱和層間溫度，焊后采取緩冷和后熱處理。承受拉應(yīng)力的對接焊縫進行焊后熱處理。
6．嚴格控制厚板焊接接頭的熱輸入（線能量），避免焊接接頭的淬化。開工前作好焊接工藝評定和試驗，優(yōu)選焊接材料和焊接工藝參數(shù)范圍，根據(jù)合格的工藝評定報告（PQR）制定厚板焊接工藝規(guī)范（WPS），按照（WPS）的要求進行車間厚板施焊，確保接頭的性能結(jié)合優(yōu)良。
7．選擇有厚板焊接經(jīng)驗的優(yōu)秀焊工擔任厚板焊接工作，選擇有經(jīng)驗的焊接檢驗員進行厚板結(jié)構(gòu)的焊接檢查和控制。
8．厚板焊縫工藝保證措施
四、測量控制方法
本方案為轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)測量專項方案。結(jié)構(gòu)型式復雜，根據(jù)工程涉及圖紙和工程本身的具體情況，結(jié)合俄羅斯當?shù)氐臏y量工作習慣，遵照當?shù)氐氖┕y量規(guī)范（СНиП 3.01.03-84），參考中國相關(guān)測量規(guī)范，編制本工程鋼結(jié)構(gòu)施工測量方案。
（一）軸線豎向傳遞施工測量
31層樓板施工完成后，依據(jù)已有內(nèi)部測量控制點引測到施工作業(yè)面。內(nèi)部控制點引測使用鉛直儀進行，通過在內(nèi)部控制點上架設(shè)鉛直儀，對中、精密整平。在施工層用有機玻璃板制作的接收靶接收?？刂泣c引測完成進行校核角度和尺寸關(guān)系，符合要求后作為施工層地腳螺栓預埋、鋼柱校正控制線定位的依據(jù)。
（二）高程施工測量
高程的豎向傳遞，依據(jù)地下三層A9A柱-12.450m為基準采用懸掉鋼尺與水準尺相配合的方法進行，直至達到需要投測標高的樓層，并作好明顯標記。所在樓層必須保證3個高程控制點。
施工層螺栓預埋、鋼柱校正之前，應(yīng)先校測傳遞上來的高程控制點，當較差小于3mm時，取其平均高程引測水平線。抄平時，應(yīng)盡量將水準儀安置在測點范圍的中心位置。
（三）測量儀器設(shè)備
（四）地腳螺栓測控
地腳螺栓的埋設(shè)正確與否是鋼結(jié)構(gòu)吊裝過程中的一個重要環(huán)節(jié)，包括地腳螺栓的安裝就位、澆筑混凝土過程中與混凝土凝固后偏差的測量。
準備工作：安裝地腳螺栓前，在地腳螺栓的鋼板上刻畫“十”字中心線；鋼筋綁扎完成后，在鋼筋上準確投測地腳螺栓理論“十”字中心線；地腳螺栓附近利用高程控制網(wǎng)引測高程點。
地腳螺栓安裝測控：首先將地腳螺栓擺放在鋼筋上，并使地腳螺栓鋼板上刻畫的“十”字線和鋼筋上投測的理論“十”字中心線完全吻合，地腳螺栓中心線方向上架設(shè)2臺全站儀，準確指揮地腳螺栓的安裝就位；利用水準儀指揮調(diào)整地腳螺栓的高度。重復上述過程，直至地腳螺栓的平面位置及高程都達到規(guī)范要求為止。然后固定螺栓并焊牢，同時記錄偏差數(shù)據(jù)。砼澆注過程中，在地腳螺栓縱橫兩個方向架設(shè)全站儀，對螺栓進行監(jiān)測校正。砼凝固后將放樣出地腳螺栓十字中心線，并再次測量螺栓偏差，作為鋼柱就位的依據(jù)。
（五）鋼柱安裝測控
柱子的安裝工序：構(gòu)件偏差檢查、構(gòu)件刻畫中線、軸線控制線引測、標高控制線引測、構(gòu)件就位（調(diào)整標高、調(diào)整位置同時調(diào)整上柱和下柱的扭轉(zhuǎn)）、調(diào)整垂直度。如果不按這樣的工序調(diào)整，會很費時間，效率很低。
準備工作：根據(jù)軸線控制點，將軸線投測到地腳螺栓附近，并作出明顯標記；在加工好的鋼柱側(cè)面畫出與地腳螺栓 “十”字線（或下節(jié)柱的控制線）對應(yīng)的控制線；在首節(jié)鋼柱安裝時，在地腳螺栓附近引測細部高程控制點。
鋼柱校正：測量校正時，用兩臺全站儀分別架設(shè)在鋼柱縱橫軸附近，但偏離的角度應(yīng)不大于15度。離柱的距離約為1.5倍柱長。校正時先瞄準柱子下部的控制線，全站儀照準部固定后，再仰視柱頂部控制線；如果重合，則表示這個柱子在這個方向上就是豎直的，如果不重合，應(yīng)進行調(diào)整，直到相互垂直的兩個方向都符合要求為止。每根鋼柱就位時除了要校正垂直度外，還要對柱底的標高進行調(diào)整，通過調(diào)整柱底的螺母對每根柱的高程進行調(diào)整，保證鋼梁的準確就位。
用纜風繩或支撐校正鋼柱時，在松開纜風繩或支撐時，柱子能保持0位移狀態(tài)，才能算校正完畢。如果纜風繩和支撐的力量很大，柱子就有很大的安裝內(nèi)力，松開纜風繩或支撐。柱子的位置就會發(fā)生變化，這樣也會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變化，此時不能算校正完畢
標高控制測量：鋼柱標高控制測量主要是控制各根鋼柱的柱頂標高，將水準儀架設(shè)在施工層上，采用中絲讀數(shù)法，進行柱頂標高測控。
（六）桁架與鋼梁安裝測控
首先平面解析出桁架結(jié)構(gòu)與軸線的尺寸關(guān)系，采用放大樣的方法將桁架的正投影線，放樣在附著面上，解算出各監(jiān)測點的坐標。并在桁架附近，刻畫明顯標高控制點，作為桁架豎向就位的標高控制依據(jù)。安裝時架設(shè)水準儀，實施監(jiān)控桁架上弦桿件的標高變化。
對于桁架的測控采用全站儀實時跟蹤測量系統(tǒng)，架好全站儀對中整平后，觀測各點的坐標，和理論值進行比較，計算出偏差值，指導工人安裝。
鋼梁標高控制使用水平儀觀測梁兩端標高并進行調(diào)整。
（七）整體垂直與整體平面彎曲
鋼結(jié)構(gòu)整體垂直度和整體平面彎曲，選用鉛直儀配合全站儀的方法，對建筑物進行整體測量。
（八）鋼柱校正保證措施
校正用的全站儀事前應(yīng)經(jīng)過嚴格檢校，因為校正柱子豎直時，往往只用盤左或盤右觀測，儀器誤差影響很大，操作時還應(yīng)注意使照準部水準管氣泡嚴格居中。柱子在兩個方向的垂直度都校正好后，應(yīng)再復查平面位置，看鋼柱下部的中線是否仍對準基礎(chǔ)的軸線。當校正變截面的柱子時，經(jīng)緯儀必需放在軸線上校正，否則容易產(chǎn)生差錯。當安置一次儀器校正幾根柱子時，儀器偏離軸線的角度最好不超過15°。當夏季氣溫超過25oC或有陽光直射時測量儀器要架設(shè)防曬傘，避免儀器受熱造成讀數(shù)不準。在負溫度下安裝鋼結(jié)構(gòu)時，要注意溫度變化引起的鋼結(jié)構(gòu)外形尺寸的偏差。如鋼結(jié)構(gòu)在常溫下制作在負溫下安裝時，要采取措施調(diào)整偏差。鋼結(jié)構(gòu)制作和安裝用的鋼尺、量具，應(yīng)和土建施工單位使用的鋼尺、量具用同一精度級別進行檢定。
五、預拼裝控制
（一）預拼裝方法
根據(jù)施工順序，將鋼構(gòu)件劃分成預拼裝單元后，將每個預拼裝單元逐個進行拼裝。根據(jù)設(shè)計圖紙及拼裝單元形式，桁架拼裝方法采用分單元臥拼。
1．預拼裝工藝流程
預拼裝采用工廠吊車作為主要機械，桁架采取臥拼形式進行。因桁架多為帶弧度曲線形式，所以在臥拼期間采取型鋼支架（枕木）作為調(diào)節(jié)桁架曲線水平標高的支點，待每預拼裝單元所有桿件都就好位以后，對桁架進行整體校正并穿裝安裝螺栓，預拼裝完成，進行驗收，將桁架拆散運輸出廠。預拼裝工藝流程見下圖：
圖37預拼裝工藝流程
2．預拼裝步驟
3．預拼裝原則上盡量拼裝整榀桁架，如果由于場地條件限制，沒有足夠的場地進行預拼裝，可以按下圖方法進行拼裝，但是必須保證最少的拼裝單元不能少于三跨間進行連續(xù)拼裝，以保證真正達到預拼裝檢驗工廠制作精度的目的。下面以33TR-1桁架為例進行詳細說明：
（二）構(gòu)件預拼裝的質(zhì)量要求
六、 結(jié)束語
本工程在鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)上充分運用了混凝土結(jié)構(gòu)來進行柱腳埋設(shè)和支撐架、腳手架安裝，這樣既保證鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性又為鋼結(jié)構(gòu)工序的開展提供作業(yè)面，減少了結(jié)構(gòu)體系不穩(wěn)的因素，確保了工程的整體工期和及經(jīng)濟效益，為同類工程的施工提供了寶貴的經(jīng)驗。
圖46轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)造型初現(xiàn)
"歡迎大家轉(zhuǎn)摘！轉(zhuǎn)載須注明中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會建筑
鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)(www.theauctionhouseofdover.com)謝謝合作！"
： 