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1、485積積木木型型超超長長立立面面交交錯錯懸懸挑挑鋼鋼結結構構施施工工工工法法1 1前前言言隨著超高層建筑越來越普遍地采用鋼結構，鋼結構超高層的設計理念也不斷創新，建筑造型越來越時尚、藝術化，大跨度網格結構、懸索結構、網殼結構、超長懸挑鋼結構在大型鋼結構建筑中越來越廣泛的應用。設計創新的同時，也為現場施工帶來了新的挑戰。質量，形成了積木型超長立面交錯懸挑鋼結構安裝綜合施工技術。XX有限公司南方公司承建的佛山市公共文化中心之坊塔項目，由 5 個斜交網格立面鋼結構方體交錯疊加組成，存在大跨度懸挑，其中方體 4 最大懸挑跨度達到 9.5 米，施工難度大。為保障項目履約，項目通過優化安裝工藝流程，通過2、將斜交網格分解成具有良好剛度和便于安裝的 E型、F 型吊裝單元分段吊裝，優化懸挑結構安裝順序，在工廠對懸挑構件預起拱，利用midas 三維模擬驗算等技術措施，配合高效的現場管理，有效的提高了大跨度立面懸挑結構安裝2016 年廣東省科技廳組織對“積木型大跨度立面懸挑結構施工技術”進行了科技成果鑒定，專家一致認為該技術整體達到國內領先水平。2 2工工法法特特點點2.0.1 優化結構施工工藝，讓方體核心筒及非懸挑構件提前進入受力狀態，承受部分荷載，有效減小懸挑部位傳遞給支撐胎架的荷載，避免對原有基座下部結構鋼梁進行局部加強處理，實現了技術創效。2.0.2 有效減小懸挑結構因自身應力、施工荷載和使用荷3、載產應的下擾變形，并對結構的整體穩定性有所加強，滿足了 TC7052 塔吊在懸挑結構處附墻的受力要求，變性控制良好。2.0.3 將斜交網格分為 E 型、F 型吊裝單元，并通過合理的吊點設置和安裝焊接順序，輔助于精心研究計算，減少了臨時措施的使用，確保結構的安裝精度，減小了焊接變形。3 3適適用用范范圍圍本工法適用于一般公用和民用鋼結構工程，特別適用于立面懸挑、超長立面交錯鋼結構工程的安裝。4 4工工藝藝原原理理4.0.1 立面懸挑結構施工超長立面交錯懸挑結構施工工藝原理分為結構自身分攤部分荷載和有效控制自身應力兩個部分。（1）結構自身分攤部分荷載：主體結構提前進入受力狀態，承受部分荷載，大大減4、少了懸挑部位傳遞給支撐胎架的荷載，減小了胎架及胎架基座的受力，經過 midas 模擬計算，胎架基座下部原有結構就能滿足受力，避免了對原有結構鋼梁進行加強處理。（2）有效控制自身應力：有效減小了懸挑結構因自身應力、施工荷載和使用荷載產應的下擾變形，經過全站儀監測，最大下擾變形僅 28mm，并對結構的整體穩定性有所加強，滿足了TC7052 塔吊在懸挑結構處附墻的受力要求，變形控制良好。4864.0.2 斜交網格立面分段安裝在確保進度與安全的前提下，對錯位疊加的斜交網格進行合理的分段安裝。將外立面斜交網格鋼框分解成 E 型，F 型等形狀吊裝單元，吊裝單元分為主桿和次桿運輸至施工現場，然后現場拼裝成 5、E 型，F 型等形狀進行吊裝。在主桿背部留置對接牛腿，方便吊裝單元就位安裝。其吊裝單元劃分與形式如下圖所示。圖 4.2-1 吊裝單元劃分示意圖5 5施工工藝流程及操作要點施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程施工工藝流程斜交網格立面大跨度懸挑結構施工工藝流程如圖 5.1-1圖 5.1-1 斜交網格立面大跨度懸挑結構施工工藝流程圖5.2 操作要點操作要點5.2.1 懸挑結構施工模擬利用 midas 對方體 4 懸挑結構安裝進行施工模擬分析，計算出懸挑部位構件的應力情況和最大擾度，懸挑面底標高根據計算結果適當高于設計標高，懸挑鋼梁在工廠進行預起拱處理。487表 5.2.1-1 方體 4 施工模6、擬分析表步驟一最大X向變形（Max=-4.9mm）最大Y向變形（Max=-7.3mm）最大Z向變形（Max=-22.6mm）步驟二最大X向變形（Max=-4.8mm）最大Y向變形（Max=-7.2mm）最大Z向變形（Max=-22.6mm）步驟三最大X向變形（Max=-4.8mm）最大Y向變形（Max=-7.1mm）最大Z向變形（Max=-22.6mm）步驟四最大X向變形（Max=-4.8mm）最大Y向變形（Max=-6.9mm）最大Z向變形（Max=-22.6mm）步驟五488最大X向變形（Max=-4.8mm）最大Y向變形（Max=-7.0mm）最大Z向變形（Max=-25.4mm）步驟六7、最大X向變形（Max=-4.9mm）最大Y向變形（Max=-6.7mm）最大Z向變形（Max=-25.4mm）步驟七最大X向變形（Max=-5.0mm）最大Y向變形（Max=-5.7mm）最大Z向變形（Max=-25.4mm）步驟八最大X向變形（Max=-5.0mm）最大Y向變形（Max=-5.9mm）最大Z向變形（Max=-25.4mm）步驟九489最大X向變形（Max=-5.0mm）最大Y向變形（Max=-7.4mm）最大Z向變形（Max=-25.4mm）步驟十：胎架及葫蘆卸載最大X向變形（Max=5.2mm）最大Y向變形（Max=15.0mm）最大Z向變形（Max=-25.4mm）步驟十8、一：樓板澆注最大X向變形（Max=-5.2mm）最大Y向變形（Max=21.4mm）最大Z向變形（Max=-25.3mm）5.2.2 斜交網格鋼結構外框安裝要點1 斜交網格立面大跨度懸挑結構施工流程，如圖 5.2.1-1。490圖 5.2.2-1 斜交網格立面大跨度懸挑結構施工工藝流程圖2 鋼結構分段與工廠預制加工根據施工圖將外立面斜交網格外框劃分為 E 型、F 型等吊裝單元，吊裝單元分主次桿，由工廠進行加工預拼裝。在主桿背部留置對接牛腿，方便吊裝單元就位安裝。鋼構件吊點的設置要考慮吊裝簡便，穩定可靠，如表 5.2.2-1。外框斜交網格鋼結構為斜鋼構件；鋼柱為垂直結構。垂直結構采用鋼柱上端連接9、耳板作為吊點，為穿卡環方便，在深化設計時，就將連接耳板最上端的一個螺栓孔的孔徑加大，作為吊裝孔。斜鋼構件在柱身一側設置兩個吊耳，采用兩吊點吊裝。鋼梁吊裝翼緣上設置吊裝耳板兩種形式，均設置兩個吊點。臨時連接采用雙夾板自平衡技術，鋼構件上每塊連接耳板采用雙連接板進行固定，每塊連接耳板上設置 3 個螺栓。表 5.2.2-1 不同構件吊點設置表“F”型構件吊點設置“T”型構件吊點設置箱型柱吊點設置“日”字型柱吊點設置為控制斜交網格鋼外框的安裝質量，保證構件在現場順利安裝，在出廠前進行整體或分段分層臨時性組裝，對加工誤差及時矯正，避免施工現場出現因構件尺寸問題無法安裝，或過多的采用加寬、縮小焊縫來調節尺10、寸誤差。3 吊裝單元現場拼裝吊裝將吊裝單元主桿和次桿運輸至施工現場，然后現場拼裝成 E 型，F 型等吊裝單元進行吊裝。現場先拼裝主桿件，主桿件定位后，連接次桿件，再進行校正焊接，最后單元驗收。現場拼裝采用端點地面投影，吊線錘定位控制的工藝，確保了拼裝的精度和效率。通過建立精確的三維模型，采用穩固的胎架體系，全過程數據的監測，合理的焊接工藝和順序，以及矯正措施，共同確保吊裝單元的高空安裝精度。鋼柱吊裝前在鋼柱一側設置鋼爬梯，作為施工人員到達柱頂操作平臺的垂直通道，在鋼柱連接板下端孔上設置一圓管，鋼爬梯掛設在圓鋼管上，便于設置。鋼柱吊裝就位后，在鋼柱頂部設491置可裝配式操作架。操作架使用完畢后拆11、解至地面，循環使用。如鋼柱有牛腿設置支架在牛腿上，支撐架與鋼柱螺栓連接；如無牛腿，在鋼柱上焊接小連接板，每根鋼柱配制四個支撐架。圖 5.2.2-3 鋼柱吊裝施工3 鋼構件現場焊接構件焊接變形是影響整體平整度的關鍵因素，為了保證方體斜交外框整體的平整度，按照以下焊接順序，如圖 5.2.2-4：X 節點采用對稱焊焊接轉角 X 型節點下部支腿與斜交外框構件間的焊縫，焊接完成后進行復測，通過焊縫 2 調整轉角 X 型節點標高及定位后焊接焊縫 2，焊接完成后進行復測，再通過焊縫 3 焊縫 4 進行微調后焊接焊縫 3 與焊縫 4；頂層環梁，焊接環梁與斜交外框構件之間的焊縫 5，控制環梁安裝完成后的平整度，12、同時約束外框安裝變形，控制立面平整度；最后焊接后裝斜交外框與下部穩定結構之間的焊縫 6。圖 5.2.2-4 斜交網格立面焊接施工針對斜交外框箱型柱，采用每個對接口兩人同時對稱焊的焊接方法，先同時焊接長方向，然492后同時焊接短方向，如圖圖 5.2.2-5。圖 5.2.2-5 斜交外框箱型柱焊接方法4 鋼構件現場矯正鋼柱、鋼節點校正需要采用鋼柱錯位調節措施進行校正，主要工具包括調整固定托架和千斤頂、倒鏈，如表 5.2.2-2。表 5.2.2-2 千斤頂校正三維模型校正千斤頂鋼柱校正千斤頂現場精確校正5.2.3 方體懸挑端斜交網格鋼外框安裝要點1 懸挑端臨時支撐胎架設計與安裝方體 4 東面和西面懸13、挑部分底部圈梁安裝支撐胎架，設置在方體 7 頂部鋼網架和方體 9 屋面板上，如圖 5.2.2-1，設置纜風繩固定。胎架采用21910 鋼管搭設，通過計算，選用軸線尺寸為 4000mm2000mm，搭設高度為 33.6m，與方體高度一致，如圖 5.2.3-2。胎架基座設置在方體7和方體9上，采用H7003001324 H 型鋼井字形基座，如圖5.2.3-3；為不影響屋面混凝土板施工，基座通過預埋件與下部方體連接，如圖 5.2.3-4，埋件板和錨板厚度均為 26mm，尺寸為 600梁寬；通過直角焊接進行連接，預埋件與結構梁焊腳高度為 10mm，基座大梁與埋件板焊腳高度為 12mm。圖 5.2.3-14、1 胎架平面布置示意圖圖 5.2.3-2 胎架立面布置示意圖493圖 5.2.3-3 胎架基座大梁示意圖圖 5.2.3-4 預埋件大樣圖為減小方體 7 網架結構應力和變形對胎架影響，在箱型鋼梁十字交差節點下部采用HW200X200X8X12 工字鋼回頂，如圖 5.2.3-5。工字鋼立于方體 7 的 28.3m 屋面結構上，底部墊設 HA400X400X8X18 支撐鋼梁及 12mm 厚鋼板，鋼梁長 6500mm，橫跨 3 根主結構鋼梁上。圖 5.2.3-5 回頂平面示意圖3 西南角、東南角外框鋼結構安裝在下部方體屋面轉換桁架上安裝西南角、東南角非懸挑端斜交外框立面構件，如圖 5.2.3-6。圖15、 5.2.3-6 非懸挑端斜交網格鋼外框吊裝施工4 北側懸挑端底部圈梁和斜交網格外框安裝494北側懸挑結構底部圈梁安裝，懸挑部分從角部開始安裝外框構件，同時繼續從西南角、東南角安裝非懸挑部分斜交外框。圖 5.2.3-7 北側懸挑結構底部圈梁施工圖 5.2.3-8 非懸挑部分斜交外框安裝5 東西兩面懸挑端與非懸挑端安裝在塔吊吊裝范圍內，將南面外框安裝完畢，同時東面及西面外框由非懸挑段向懸挑段成三角型完成外框構件安裝，在北側懸挑圈梁下增加胎架來抵消、限制北側懸挑圈梁的下撓。圖 5.2.3-9 非懸挑端和懸挑端通過外框連接成穩定三角形6塔吊附著頂升及頂部外框圈梁安裝繼續安裝東面及北面外框構件，并考慮16、 TC7052 塔吊在方體 4 底部圈梁進行附著，施加塔吊荷載。圖 5.2.3-10 東面北面外框構件安裝TC7052 塔吊附著頂升后，進行南面、東面、西面頂部外框及圈梁構件安裝，以及北面外框構件安裝。495圖 5.2.3-11 東西南面頂部外框及圈梁構件安裝北面外框頂部圈梁安裝及剩余樓層梁安裝，完成方體 4 結構安裝。圖 5.2.3-12 北面頂部外框及圈梁構件安裝7 胎架卸載及樓板澆筑采用液力無級加、卸載同步測力裝備對胎架進行卸載拆除，該裝備的主體是在特設單向動力油缸上加裝單向閥、可調單向節流、放氣、截止閥、油壓表開關與油壓表等共同組合而成，能夠使結構負載的增加和胎架負載的減少做到緩慢平滑17、無級等量，平衡同步。胎架卸載完成后，澆筑方體 4 中樓板混凝土，完成方體 4 懸挑結構的安裝施工。6 6材料與設備材料與設備表 6-1 機具設備表序號序號材料材料/設備名稱設備名稱材料材料/設備型號設備型號單位單位數量數量用途用途1汽車吊AR2000M200t臺1鋼構件卸貨2塔吊TC7052臺1鋼構件吊裝3塔吊TC7525臺1鋼構件吊裝4手拉葫蘆個4牽引裝置5CO2 焊機臺15鋼構件焊接6全站儀托普康GTS-601/OP臺2測量定位7皮尺米50測量放線7 7質量控制質量控制7.0.1 施工前對管理人員、操作人員進行質量安全技術交底，對吊裝鋼絲繩、鎖具進行檢查。7.0.2 采用全站儀精確定位構18、件安裝精度，構件校正時應對軸線、垂直度、標高、焊縫間隙等因素進行綜合考慮，全面兼顧，每個分項的偏差值都要符合設計及規范要求。7.0.3 斜交網格劃分吊裝單元加工后，應對照設計圖紙進行尺寸驗收復核，防止出現施工偏差。7.0.4 斜交網格和懸挑構件焊接后用千斤頂試頂，觀察裝置與鋼構件焊接部位有無變形，確保焊接質量及施工安全。7.0.5 鋼構件安裝過程中應嚴格履行 鋼結構工程施工規范、鋼結構工程施工質量驗收規范496安裝工程中內容。7.0.6 鋼構件焊接應嚴格履行鋼結構焊接規范中的相關規定，無錯邊、焊瘤、咬邊、飛濺物、電弧擦傷、夾渣等缺陷且探傷合格率達 100%。8 8安全措施安全措施8.0.1 進19、入施工現場必須戴好安全帽，2m 以上高空作業必須佩帶安全帶，鋼構件或作業平臺上設置可靠的安全帶掛設點。8.0.2 所有電動設備應安裝漏電保護開關，施工用的電源線必須是膠皮電纜線，四周應接地良好，嚴格遵守安全用電操作規程。8.0.3 吊裝時應架設風速儀，風力超過 6 級或雷雨濃霧天氣時應禁止吊裝，夜間吊裝必須保證足夠的照明，構件不得懸空過夜。8.0.4 氧氣、乙炔、油漆等易爆、易燃物品，應妥善保管，分類堆放，嚴禁在明火附近作業，嚴禁吸煙，焊接操作平臺上應作好防火措施，防止火花飛濺。8.0.5 吊鉤要求具有防跳繩裝置，無排繩打攪現象。構件吊點應牢固，無滑落現象。起鉤由地面人員指揮，吊車司機應僅聽從20、地面的專職人員指令。起鉤速度應緩慢，施工人員不得站在構件上。8.0.6 落鉤前應明確位置，擺正構件，避免無目的隨意擺放。落鉤要緩慢，經充分落鉤鋼絲繩不受力才能靠近取鋼絲繩。鋼絲繩退出時不允許使用吊鉤直接拉動避免鋼繩彈出傷人。8.0.7 構件起吊時必須平穩，不得使構件在地面上有拖拉現象，離地后立即停留一分鐘；回轉時，需要有一定的高度。起鉤、旋轉、移動三個動作交替緩慢進行，就位時緩慢下落，防止構件大幅度擺動和震蕩，構件定位后應及時將構件間連接板之間點焊牢固。9 9環保措施環保措施9.0.1 施工現場的強噪音機械如：砂輪機、空壓機等，施工作業盡量放在封閉的機械棚內或白天施工，房屋內設隔音板，使其與外21、界隔離，最大限度的降低噪音。9.0.2 選用低噪聲的機械設備和施工工藝，對噪聲超標造成環境污染的機械施工，其作業時間限制在 7：00 至 12：00 和 14：00 至 22：00 之內。9.0.3 施工場地布局要合理，盡量減少施工對居民生活的影響，減少噪聲強度和敏感點受噪聲干擾時間。1010效益分析效益分析10.0.1 經濟效益積木型超長立面交錯懸挑鋼結構施工工法，減小了懸挑部位傳遞給支撐胎架的荷載，節省了現場所需胎架的數量，并減少胎架基座的受力。經過 midas 模擬計算，胎架基座下部原有結構就能滿足受力，節省了對原有屋面結構進行加固的費用。經過測量監測，懸挑端最大下擾變形僅28mm，遠小22、于類似工程的 300mm 的變形，節省了相關調校費用。同時，由于懸挑結構底部混凝土樓板的提前插入施工，滿足了塔吊 TC7052 在懸挑部位的附墻需求，節省了需要在塔吊附墻層懸挑架構增加平面斜撐鋼梁加固的費用。綜合節約經濟成本約 120.6 萬元。10.0.2 社會效益通過本工法實施，項目部確保了外立面斜交網格的精準安裝，提高了方體整體懸挑端施工的質量和安全性，降低了施工成本，提高了施工效率，得到業主和監理的一致好評。4971111應用實例應用實例11.1 應用實例應用實例 1佛山市公共文化中心之坊塔項目佛山市公共文化中心之坊塔項目11.1.1 工程概況佛山市公共文化中心之坊塔項目，位于佛山市東23、平新城，總占地面積 4.3 萬 m2，總建筑面積7 萬 m2，建筑高度 153.6m，地下 3 層，地上 17 層。圖 11.1.1-1 項目效果圖11.1.2 實施情況本工程由 17 層的坊塔主塔樓、5 層坊城戲劇院、5 層城市規劃展館三部分組成，主塔樓由 9個方體構成，采用斜交網格鋼外框+鋼支撐核心筒的雙重抗側力結構體系；通過斜交網格立面大跨度懸挑結構施工技術應用，方體斜交網格立面懸挑結構精確安裝，控制了懸挑結構下擾變形，提高了方體整體懸挑端施工的質量和安全性，降低了施工成本，提高了施工效率。圖 11.1.2 方體非懸挑、懸挑鋼結構外框安裝圖 11.1.2-3 臨時支撐胎架拆除圖 11.1.2-4方體斜交鋼外框安裝完成11.1.3 實施效果498圖 11.1.3 項目實景