[北京]倾斜超高层钢结构施工技术总结(钢框架核心筒结构).ppt
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1、,XXXX主楼倾斜超高层钢结构 综合施工技术,主 要 内 容,一、工程综述 二、主要施工技术 三、安全与质量管理 四、获得的相关荣誉,工程综述 总体概况,建设单位: XX电视台新台址建设工程办公室 设计单位: XXX建筑事物所(OMA)建筑设计单位 XX建筑设计研究院(ECADI)国内设计单位 XXX工程顾问(ARUP)结构设计/机电设备设计顾问 监理单位: 北京XX国际工程管理有限公司 施工总承包: XXXX工程总公司 钢结构安装单位: XXXX有限公司,位于北京XXX中路和XX路交汇处的东北角,地处CBD核心地带。 主楼总建筑面积47万,有三层地下室。 由两座双向向内倾斜度的塔楼通过底部裙
2、楼和顶部的L型大悬臂构成一个折角门式建筑,而顶部的悬臂结构从塔楼1和塔楼2的162.2m标高处(F37层)分别外挑67.165m和75.165m,在空中折形对接。 塔楼1共52层,屋顶最高处(停机坪)标高237.000m; 塔楼2共46层,屋顶最低处标高194.000m; 裙楼共9层,屋顶标高46.450m; 悬臂共14层,宽39.1m,高达56m。,工程综述 总体概况,由外框筒、内框筒、核心筒钢结构三个部分组成。 外框筒由双向倾斜6(偏移率为148.6/1000,从柱底到柱顶钢柱水平直线偏移达到36.955m)的重型钢柱 、边梁和支撑形成的以蝶形节点为主的三角形网状结构体系, 内框筒和核心筒
3、为钢框架体系,随着外框筒的倾斜,一侧内柱逐渐减少,而另一侧内柱通过转换桁架重新增加。 整个结构以大、重、复杂节点、高强厚板钢构件组成。 钢结构总量14万吨(包括幕墙钢构),构件数量达5万多件。,工程综述 总体概况,工程综述 钢结构简介,悬臂钢结构总重达1.8万多吨,包括混凝土楼板、幕墙、装饰等荷载,整个悬臂约为5.1万吨。 由外框筒、底部转换层和内筒框架结构组成。底部转换层采用620mm厚钢板组合楼面。 主要采用Q390D 钢材,局部节点区域采用Q420和460E,大部分构件的板厚在40mm以上 ,最大板厚达100mm。 主要构件有:双向倾斜68.45的外框蝶形节点钢柱;底部15榀连接外框的巨
4、型转换桁架和倒L形多接头重型边梁;内筒H型钢柱、钢梁。 整个悬臂钢构件数量达6000多件。,工程综述 钢结构简介,主要采用Q345、Q345GJC、Q390D、Q420D、Q460E等钢材,在结构重要部位大量采用Q390D、Q345GJC钢材,局部采用Q420D、Q460E钢材;厚度40mm以上钢板达70%,最厚钢板135mm。,工程综述 钢结构简介,典型构件特征:-截面形式 构件截面有箱型、日字型、目字型、西字型等多种形式,主要构件非标准性较强,且带有多向接头的复杂节点,构件起吊的平衡性不好把握。,工程综述 钢结构简介,典型构件特征:-截面形式,工程综述 钢结构简介,典型构件特征:-节点形式
5、,工程综述 钢结构简介,典型构件特征:-钢柱连接形式,工程综述 钢结构简介,目字型柱对接,日字型柱对接,外框钢柱 重量2085吨,埋入式钢柱柱脚 最重97吨,工程综述 钢结构简介,典型构件特征:-塔楼与裙楼构件,工程综述 钢结构简介,典型构件特征:-悬臂构件,单件最重41吨,单件最重25吨,转换桁架:高8.5m、跨度38.592m,单榀最重245吨,分段后,单杆件最重36吨,格构单元,工程综述 钢结构简介,典型构件特征:-幕墙钢格构,1.工程量大、分布广,平面规划要求高 2.结构倾斜,构件水平和垂直运输较难 3.超大悬臂安装是最大的难度 4. 预调和结构变形控制难度大 5.焊接工作量大、质量要
6、求高 6、幕墙钢格构安装难度大 7、结构的特殊性,决定了施工风险巨大,需要保证结构和人的安全。,工程综述施工重点、难点,XXXX主楼钢结构施工主要根据钢构件分布区域采用大型塔吊并辅助临时稳固措施进行安装。 在两座塔楼的核心筒各布设两台动臂塔吊(即一台M600D塔吊和一台M1280D塔吊)。 在裙楼布设两台M440D动臂塔吊和一台C7050平臂塔吊。 随着塔楼向的倾斜,设在塔楼1和塔楼2核心筒内的塔吊分别经过11次和14次爬升、2次移位重装,以满足吊装要求。,工程综述安装方案概述,工程综述安装方案概述,构件中转场地 设置: 一台150吨履带吊 一台100吨平板拖车,塔楼F37层以下施工平面布置,
7、工程综述安装方案概述,悬臂施工平面布置,整个结构采用半自动CO2气体保护焊进行焊接,用电脑温控仪进行电加热控制预热温度和后热温度,并用红外线测温仪控制层间温度,在焊接过程中采取焊前、焊中和焊后的实时跟踪监测,保证构件的焊接应力应变和变形达到预控状态。 安装前经过全过程施工工况模拟计算分析,确定出反变形预调处理数据,通过安装坐标体系换算和附加实时修正值计算出安装坐标,利用高精度智能全站仪、激光铅直仪、水准仪等先进测量仪器对钢构件安装的空间位形进行三维坐标测量,同时采取了GPS定位技术进行辅助校核。,工程综述安装方案概述,工程综述四新技术应用,2005年4月28日举行开工典礼,2005年11月10
8、日地下室埋入式钢柱开吊,2006年2月13日央视新址主楼钢结构安装开工,2006年8月8日北京奥运会倒计时两周年之际钢结构施工至地上5层,工程综述施工历程,2007年1月25日塔楼2施工至F18层 塔楼1至F10层,裙楼封顶,2007年5月25日塔楼2施工至F30层 裙楼幕墙格构主龙骨安装完成,2007年7月17日央视新址塔楼2钢结构施工封顶,2007年10月14日,塔楼1钢结构封顶 塔楼2、塔楼1悬臂分别于8月1日、10月4日展开,工程综述施工历程,2007年11月15日 塔楼2、塔楼1悬臂施工形象,2007年12月8日 悬臂第一阶段七点成功合龙,较计划提前一个星期。,2007年12月8日
9、悬臂第一阶段七点成功合龙,项目团队合影,2007年12月25日 悬臂第一阶段底部桁架下弦完成,工程综述施工历程,2007年12月26日 项目隆重举行悬臂合龙庆典,2008年1月25日 悬臂第二阶F37F39层转换桁架结构全部完成,2008年3月27日 悬臂第三阶施工完成,悬臂封顶,至此主楼结构完成。,工程综述施工历程,2008年8月北京奥运会时央视新址主楼外观,工程综述施工历程,在塔楼1和塔楼2的外筒角部有13根柱脚埋入混凝土基础内的钢柱,钢柱脚材质为Q390D,除C7、C37、C85、C97为单向倾斜6,外其余均为双向倾斜6。,塔楼1埋入式钢柱脚布置图 塔楼2埋入式钢柱脚布置图,主要施工技术
10、1、重型埋入式钢柱安装,分布位置:,吊车站位区雷达探测,重量在3097吨不等,安装位置分散; 需要采用450吨汽车吊站于基坑边缘吊装; 一部分距基坑边坡较近,对基坑安全影响大; 另一部分距边坡较远,需设置延迟开挖区域; 吊机两个支腿压力对站位区域较大,达到167.5t。,主要措施: 汽车吊站位处,雷达监控基坑边是否有空鼓; 对吊装区域采取临时加固措施; 钢柱就位稳定-型钢基座和刚性调节丝杆。,主要施工技术1、重型埋入式钢柱安装,施工特点:,埋入式钢柱柱底支撑示意图,埋入式钢柱临时稳固斜撑设置示意图,柱底临时型钢基座与刚性调节支撑设计:,主要施工技术1、重型埋入式钢柱安装,主要施工技术1、重型埋
11、入式钢柱安装,埋入式钢柱吊装与就位:,措施 刚性调节丝杆,埋入式钢柱校正与稳固:,主要施工技术1、重型埋入式钢柱安装,埋入式钢柱安装完成情况:,主要施工技术1、重型埋入式钢柱安装,小结:所采用的方法和措施,避免了重型吊机下基坑作业,避免了对土建作业的影响,同时保障了基坑安全,确保了施工质量,这对安装深基坑内重型钢构件具有可推广运用价值。,栈桥一,栈桥二,钢栈桥布设,主要施工技术2、大型临时钢栈桥设计与运用,XXXX主楼钢结构施工作业面广、受地下室施工影响,施工现场狭窄,构件的现场运输和起吊区受到限制。 在塔楼1和塔楼2的内侧各设置了一座重达600多吨的大型临时钢栈桥。,栈桥架采用钢框架形式设在
12、混凝土基础上,顶面铺16mm钢板与室外地面相平,栈桥承载能力达4.4t/M2。,钢栈桥特点,主要施工技术2、大型临时钢栈桥设计与运用,小结:临时钢栈桥设于建筑物内部,有效解决了吊装受限和构件转运的问题,有利于各专业交叉施工,使施工平面管理更加有序,确保了工期。 这对施工现场狭窄,混凝土地下室结构顶板承载能力弱不能满足钢结构构件转运的工程来讲,使用临时钢栈桥可为钢结构施工带来很大主动性,具有重要借鉴价值。,主楼外框柱共97根,除13根埋入式钢柱外,其它钢柱都设计有75 mm高强预应力锚栓,共计586根。 锚栓主要由碳铬合金材料热轧制而成,极限抗拉强度达1030 N/mm2,锚栓最长达6m,其倾斜
13、角度与钢柱角度相同,在68.45之间。,预应力锚栓概况,主要施工技术3、双向倾斜高强预应力锚栓施工,主要施工技术3、双向倾斜高强预应力锚栓施工,高强预应力锚栓设计装配简图,主要施工技术3、双向倾斜高强预应力锚栓施工,锚栓系统埋设采用定型装配套架,预应力锚杆张拉组装图(有接长筒) 预应力锚杆张拉组装图,预应力锚杆张拉照片,主要施工技术3、双向倾斜高强预应力锚栓施工,锚栓张拉采用双控,小结:采用的施工控制方法和措施有效地保证了安装精度,为整个结构提供了有力的抗拔支座,经鉴定达到国际先进水平,具有较高地推广运用价值。,在“L”型裙楼F69层间设置了三个大空间演播厅,通过跨越结构外框筒的14榀大跨度重
14、型转换桁架结构构建而成。 桁架最大跨度39.9m, 截面最大高度15m, 单榀最重为198.1吨。,在两座塔楼37层162.2m标高处设有承上启下、支承大悬臂的重型转换桁架,跨越塔楼内外筒、共17榀。 桁架最大跨度51m,最大高度为8.5m,单榀最重612吨,分段单杆件最重67吨。,主要施工技术4、箱形截面重型转换桁架安装,巨型转换桁架分布,塔楼转换桁架特征,主要施工技术4、箱形截面重型转换桁架安装,桁架特征,裙楼转换桁架特征,67吨,9个接头,20吨,5个接头,39吨,11个接头,主要施工技术4、箱形截面重型转换桁架安装,安装方法概述,采用施工模拟计算、合理分段与单元组合、大钢管原位胎架支承
15、、双机协同吊装、单元块状阶段成型、荷载逐步传递的安装方法,根据胎架位置和塔吊性能进行桁架分段,保证安装就位方便,减少临时支撑措施投入。,主要施工技术4、箱形截面重型转换桁架安装,吊装工况分析,+35.700,+25.700,+15.700,主要施工技术4、箱形截面重型转换桁架安装,裙楼桁架安装方式,主要施工技术4、箱形截面重型转换桁架安装,塔楼桁架安装方式,主要施工技术4、箱形截面重型转换桁架安装,小结:借助计算机分析技术,采用经济合理的临时支撑体系,各部位胎架通盘考虑周转使用,并充分利用吊机性能进行双机协同作业,提高了施工速度,保证了质量和安全,降低了施工成本,对同类工程提供了可借鉴的范例。
16、,桁架安装图片,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,(1)结构形式颠覆了传统的垂直结构体系,重点考虑:如何克服重力影响,确保大楼在施工过程中的结构安全,以及如何保证结构最终成型满足设计位形。 (2)内筒结构刚度比外框结构刚度弱,单重在1080吨范围的构件较多、吊装就位距离远,需要充分利用M1280D和M600D大型动臂塔吊的性能协同作业并辅助临时稳固措施进行安装,局部采用双机抬吊。,施工特点,控制方法,(1)结构施工全过程模拟计算分析,(2)制定专项施工质量验收标准,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,控制方法,(3)构件分段与临时连接耳
17、板及吊点布置,(4)钢柱安装坐标值与标识确定,外筐筒钢柱按2层分1节,核心筒和内筒钢柱按3层分1节。,通过计算确定钢柱安装预调值,按照安装坐标体系换算出钢柱顶部的深化设计坐标值和安装坐标值。每节钢柱选取四个点位进行坐标控制。,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,控制方法,(5)塔吊支承位置加固,采用型钢对电梯井核心筒四周进行加固,保证塔吊运行时,结构的稳定性。,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,控制方法,(6)高精度仪器进行测量控制,采用“内控法”与“外控法”相结合进行钢结构安装测量控制: 在塔楼安装阶段采用高精度激光铅直仪进行平面基准
18、控制点位传递、高精度全站仪高程传递和空间三维坐标测量技术,借助专门的刚性调节装置进行测量校正,采用具有自动捕捉跟踪功能的高精度智能全站仪进行监测与复核,确保大悬臂结构安装前,两座塔楼的整体精度达到预控目标。 在悬臂安装阶段用激光铅直仪从F2层(地面基座)开始引测测量控制点至悬臂底部楼层,采用智能全站仪进行构件的空间三维坐标测量,采用GPS全球卫星定位技术进行基准点位的校核,确保悬臂结构在两种测量技术的“双控”下实现快速、高精度合龙。,外主控制点布置图,主控制点坐标,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,主控制点布置,在主楼周围地面和相邻建筑屋顶设立6个控制点建立闭合的
19、主控制网,并按照现场安装坐标系进行转换。,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,主控制点布置,以F10、F18、F26、F37层作为内控点转换层,每隔4050m转换一次。在悬臂施工时,用塔楼F37层内控点与悬臂的内控点进行闭合校核控制点精度。,内控制点布置图,在平面上,先内筒柱沿长方向由中间向两侧展开,然后外筒柱以倾斜对角为分界线,由倾斜外侧(阳面)向内侧(阴面)展开(即阳角至阴角)。,阴角,阳角,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,安装顺序,两座塔楼、裙楼同时展开安装,核心筒领先外框筒23层; 主体钢结构安装与其他专业施工保持46层的施工
20、节奏。,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,安装顺序,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,安装图片,单机标准吊装,构件重85吨,超过 塔吊最大起重量5%,M1280D主吊,M600D辅吊,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,安装图片,双机抬吊,在外框转角处,部分钢柱的连接接头多达15个,其构造十分复杂、体型巨大,单件重量达120t,属于大型“三超”构件(超宽、超高、超重),这类构件超出最大吊装设备-M1280D塔吊的最大起重80吨的性能要求,根据设计要求钢柱无法减小分节,需要将钢柱部分箱体或牛腿与主体分离后进行
21、吊装。,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,安装图片,分体吊装,主要施工技术 5、倾斜超重复杂节点高层钢结构安装与测量控制技术,安装图片,钢柱测校,小结:采用上述施工方法和技术手段,有力保证了本工程特殊体型结构的施工质量,开创了双向倾斜超重复杂节点高层钢结构的施工实例,为今后类似工程的施工提供了宝贵的施工经验和技术财富,提高了我国的钢结构施工技术水平。,施工特点,(1)超重超大、高空悬挑跨度大、高空作业安全保障难,安装风险大; (2)受自重和塔楼变形影响,合龙前、后的受力状况不同,传力方向发生改变; (3)安装的预调值较大,合龙前没有达到正常的受力状态,其结构位形、
22、应力与变形不确定性较强; (4)构件重量较大,需要分段、散件安装,措施量大,安装精度控制难。,主要施工技术6、双向倾斜超大悬臂钢结构安装,关键工艺,(1)全过程施工计算分析、实体模型虚拟仿真技术,(2)重型悬挑构件的“斜拉双吊杆结合水平可调支撑”精确定位工艺,(3)40m跨轨道式悬挂移动操作平台的设计与运用,(4)高强销轴+键快速合龙技术,主要采用了“两塔悬臂分离安装、逐步阶梯延伸、空中阶段合龙”的施工方法。利用移位后的两台M1280D塔吊进行吊装,从根部向远端逐跨延伸安装;通过预调值处理结合实际观测修正逐步消除累积误差的方法,采用高精度全站仪测量和GPS全球卫星定位“双控”技术进行测量控制。
23、,安装方法,在塔楼安装完成后,同时从两个塔楼向中间延伸安装,平面上分三区九跨,主要施工技术6、双向倾斜超大悬臂钢结构安装,安装顺序,立面上分三个阶段,第一阶段:两塔楼悬臂分离施工F37F39层刚性件7处合龙完成10处合龙。,主要施工技术6、双向倾斜超大悬臂钢结构安装,安装顺序,立面上分三个阶段,第一阶段:两塔楼悬臂分离施工F37F39层刚性件7处合龙完成10处合龙。,主要施工技术6、双向倾斜超大悬臂钢结构安装,安装顺序,第二阶段:逐跨阶梯延伸安装F37F39层的转换层结构全部完成,立面上分三个阶段,主要施工技术6、双向倾斜超大悬臂钢结构安装,安装顺序,第三阶段:合龙后,F39层以上内外结构逐跨
24、延伸安装完成全部悬臂结构。,立面上分三个阶段,主要施工技术6、双向倾斜超大悬臂钢结构安装,安装顺序,悬臂底部测量控制点布置图,悬臂测量控制基准点引测图,主要施工技术6、双向倾斜超大悬臂钢结构安装,悬臂测量控制点布置和引测,主要施工技术6、双向倾斜超大悬臂钢结构安装,全过程施工计算分析,临时措施(局部)设计模型,全过程模拟计算模型,主要模拟分析的工况有: (1)单杆件就位; (2)加设支撑; (3)局部未焊接状态; (4)局部焊接成型状态单元未焊状态; (5)单元焊接成型状态; (6)支撑拆除状态; (7)合龙过程的状态; (8)全部成型的状态。,悬臂主要以底部的悬挑边梁和桁架下弦为基础构件,因
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