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1、巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构综合施工工法1前言随着设计理念的不断创新，建筑造型越来越时尚、艺术化，巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构在大型建筑中越来越广泛的应用,同时在施工过程中也涌现出大量先进的施工工艺。巨型悬挑交错式结构一般跨度大，造型奇特，施工工艺复杂，结构安装需要经历较长的时间跨度，结构形成过程和使过程会存在较大的荷载。悬挑部分结构在使过程中结构中会产生较大的下扰变形，下晒解勘殿上部结构自重的大小和施工荷载与帧时的的J喻我直接相关。在结构安装的过程中，一般采用增设临时支撑结构进行安装然后统一卸载的安装方法。而本工程设计为空间叠堆积木式，受制于其擀的结构设计，具有最大悬挑长度的单个
2、方体嫡36m,单项最大悬挑9.45m,悬挑距离已超单个方体宽度1/4宽，悬挑结构上面还有立面高度为19.2m或24m的斜交网格钢外框结构，悬挑部分结构自重及施工荷载极大，与传统钢结构相比，具有在安装过程中需要设置稳定的临时措施确僻4交钢外框构件的安装精度及防止在重力荷载和风荷载作用下斜交外框出现倾覆等施工难点。为控制安装及卸载过程的变形，减少结构使用过程中的下扰变形，巨型悬挑交错式空间叠堆积木型结构，在安装的过程中，般采用增设临时支撑结构进行安装然后统卸载的安装方法，即先在悬挑结构端部设置临时支撑胎架，以支撑胎架和非悬挑结构做搭接安装悬挑结构,在结构形成一个整体后，同步卸载临时支撑胎架，将临时
3、支撑的荷载逐渐降低M零荷载，使主体结构逐渐开始承受荷载，这些结构最终考虑的是钢结构的安装及卸载的问题。本项工法由中建钢构有限公司、中建三局集团有限公司共同研发完成，己成功应用于佛山坊塔、横琴保利、太子广场等项目，工法技术较为成熟。同时,本项工法技术成果,经广东省建筑业协会鉴定，已达到国际先进水平，推广应用前景广阔。2工法特点2.0.1由于巨型悬挑交错式空间叠堆积木型结构的悬挑跨度大、造型奇特、结构自身受力复杂。再加上施工过程难度大、工期紧，施工期间还会受到各种不确定因素的影响。结构在安装及卸载过程中的受力状态与结构设计状态可能完全不同,采用不同安装及卸载方法会让悬挑部位产生不同的荷载及下扰变形
4、，从而影响施工安全和安装误差。在安装过程中，钢结构施工流程的选定对于悬挑段的荷载、构件的最终应力和整体结构刚度具有重要意义。通过优化结构安装顺序，合理穿插塔吊附墙的安装，最终制定出一套切实可行的施工方案。2.0.2在整个结构的安装过程中，钢支承和胎架的受力都是变化的，为实现负载无缝转移，使结构受力增加和胎架受力减少做到缓慢平滑、无级等量、平衡同步，关键环节就是：在整个卸载过程中，必须既要确保结构和胎架之间的负载转移、传递桥梁始终连通，又要给这个负载转移、传递桥梁增添能同时同步反映出各工况下所转移负载的实际数值的功能。通过配合三维模拟验算，在工厂对悬挑构件预起拱，待胎架卸簸成后，结构因自重回到设
5、计标高值，有效的控制了大跨度立面悬挑结构的下扰变形，确保了施工质量和施工安全02.0.3巨型悬挑交错悬挑结构悬挑施工技术可以充分利用结构自身受力特性，避免了胎架基座下部结构无法满足受力验算，进而再对原结构进行局部加强。而且该技术还很大程度上减少了施工过程中结构的应力变形，解决了塔吊第二道附墙的技术难题，悬挑结构下扰变形控制良好，充分保证了钢结构的施工质量和施工安全。3适用范围本工法适用于巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构的综合施工。4工艺原理4.1 巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构施工工艺4.1.1 本工程最大悬挑长度9.45m,超过悬挑方体1/4宽，悬挑结构上面还有立面高度为19.2m或2
6、4m的斜交网格钢外框结构，悬挑部分结构自重及施工荷载极大。具有在安装过程中需要设置稳定的临时措施确保斜交钢外框构件的安装精度及防止在重力荷载和风荷载作用下斜交外框出现倾覆等特点。4.1.2 与传统钢结构相比,采用核心筒领先于斜交钢外框结构、钢外框从非悬挑端向悬挑端、先转角“X”型节点后外框斜交钢柱的施工顺序，解决了153.6m高，最大9.45m双向错位悬挑斜交钢外框结构安装过程中结构存在偏心不规则、侧向刚度小、精度要求高等难题。4.1.3 总结形成了一套以安装方案比选、施工模拟、塔吊超远距离附墙、焊接顺序研究等综合安装技术。4.2 空间叠堆积木型钢结构制造、安装精度及变形控制工艺4.2.1 悬
7、挑类的结构常用的方法有通过“搭设高位胎架原位进行结构安装”，常用的胎架卸载方法有“阶梯式分级卸载法”、砂箱准无级卸载法”、计算机操控双向动力油缸进出油量卸载法”等。但是这些方法对应支撑点下沉距离和时间不能保持一致，结构变形应力较大。4.2.2 通过“液力卸载同步技术”可以使负载转移过程实现无缝转移，结构受力增加和胎架受力减少做到缓慢圆滑无级等量，平衡同步，其转移过程中所转移的负载大小一目了然，转移过程可调可控。4.2.3 通过“转角复杂“X”型节点制作关键技术”、“桁架工厂预拼装关键技术”、“斜交钢外框测量精度控制技术”、“焊接顺序及焊接应力释放控制关键技术”、“巨型悬挑斜交外框及桁架群格构式
8、支撑施工关键技术、悬挑结构沉降监测关键技术“，可以有效保证空间叠堆积木型钢结构制造、安装精度及变形控制。5施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程5.1.1 下部方体施工工艺流程外框由角部向外框中部进行安装,核心筒施工领先斜交钢外框、各立面尽量做到同步等高施工。5.1.2 上部方体施工工艺流程外框由角部向外框中部进行安装，核心筒施工领先斜交钢外框、钢外框从非悬挑端开始施工形成三角体后，再施工悬挑端钢外框。5.1.3 整体安装工艺流程本工程由底部四个方体组成裙楼，支托上部五个方体交错叠合成一个外形时尚独特的塔楼，每个方体外框为钢斜交外框，每个方体为一个独立施工区域，塔楼核心筒位于底部4个方体中
9、部，从地下室至屋面贯穿方体51。5.2 操作要点521钢结质分段关键技术要点1.根据方体5各个角部节点的分布及对应位置塔吊的起重性能，结合设计要求对方体5角部节点进行分块。2 .在满足塔吊吊装性能条件下，尽量减少桁架分段是桁架分段的基本原则，同时分段位置要便于现场进行焊接作业。3 .EF型构件具有良好刚度，外伸牛腿安装精度高，同时避免多条焊缝应力集中，吊次少，提高安装精度，有利于进度控制。.2.2转角复杂“X”型节点制作关键技术要点1.采用胎架及地样拟合进行组拼控制。2.采用薄层多道焊进行焊接变形控制，焊后进行后热处理消减残余应力。5.2.3桁架工厂预拼装关键技术要点1.大型复杂构件（如斜交外
10、框、桁架结构等）应事先在工厂经常预拼装，预拼装尺寸满足要求后方可出厂，保证构件制作进度满足要求。2.在保证杆件外形尺寸的前提下，将主要的拼接接口进行试组装，检查所有连接接口的板边差、截面的错位、划出构件预拼装后的现场组拼、定位中心线，对合线等标记以此作为现场拼装的基准。5.2.4施工模拟分析关键技术要点1 .将每个方体根据施工工艺分为10-12个施工步骤,利用midas分步骤进行施工模拟分析，计算出悬挑部位构件的应力情况和最大扰度，在每个立方体安装完成，胎架拆除后，悬挑部位因为自重和施工荷载回到设计标高。2 .采用MidaS/Gen软件进行施工模拟，应力应变在设计范围内，施工方案可行。3 .2
11、.5斜交钢外框测量精度控制关键技术要点1 .钢结构测量遵循“由整体到局部”原则，布置三级施工控制。2 .重点控制转角“X”型节点三维安装精度。3 .通过拉设控制线，在二维平面上保证外框平面、立面安装精度。4 .悬挑端设置变形监测点，对全过程进行变形监测，确保悬挑部位安装精度。5 .测量镂空网格开档，确保网格尺寸满足幕墙肌理安装要求。6 .2.6焊接顺序及焊接应力释放控制关键技术要点1 .针对斜交钢外框安装过程中侧向无约束或约束较少的特点，通过“先焊角部并刚接，后焊平面控变形”方式，控制钢外框整体焊接变形。2 .具体焊接顺序如下图526-l图5.2.6-2所示：（1）先焊接转角X型节点下部支腿与
12、斜交外框构件之间的焊缝1,焊接完成后进行复测;（2）通过焊缝2调整转角X型节点标高及定位，焊接完成后进行复测，再微调焊缝3并进行焊接；（3）焊接环梁与斜交外框构件之间的焊缝4控制环梁安装完成后的平整度；（4）最后焊接后装斜交外框与下部稳定结构之间的焊缝5；图5.2.6-I焊缝13位置示意图5.2.6-2焊缝4-5位置示意3 .方体59钢斜交外框焊接整体焊接顺序为在转角与端部钢柱位置从两边向中间，逐层往上进行安装直至完成。具体焊接顺序示意如图5.2.6-3所示。图5.2.6-3钢斜交外框平面焊接顺序示意图4 .方体4-1钢斜交外框根据安装顺序为先安装非悬挑面T安装部分悬挑面T安装悬挑面，焊接整焊
13、接顺序为在转角喇螂钢柱位!从两边向中间，逐层往上进行安装直至完成。核心筒为带钢支撑框架核心筒结构，焊接顺序应从两边向中间对称焊接。5 .2.7巨型悬挑斜交外框及桁架群格构式支撑施工关键技术要点1 .施工工艺：将每个方体作为一个施工单元，从下到上逐个进行安装，核心筒钢柱及钢柱钢梁先于其他结构安装，接着安装非悬挑端斜交外框构件，设置三部临时支撑胎架，用临时支撑胎架及已安装完成的稳定斜交外框结构做搭接，安装悬挑端斜交外框，使整个方体形成稳定三角形结构，然后完成悬挑端斜交网格钢外框，最后安装斜交网格钢外框与钢柱之间的悬挑钢梁、楼层钢梁。底层结构混土楼板与外框安装穿插施工，以加强塔吊附墙前结构刚度，完成
14、塔吊附墙安装，在方体形成一个整体后，采用液力池加、卸载同步测力技术同步卸载三部临时支撑胎架，最后浇筑剩余楼板混凝土。2 .结构安装顺序：楼梯8及电梯13-15、电梯31-33、水管井及强弱电井三个核心筒钢柱及钢梁先于其他结构安装，接着在下部方体屋面转换桁架上安装非悬成馈M交外框构件，然后在悬挑结构端部的环形钢梁下部设置三部临时支撑胎架，用临时支撑胎架及己安装完成的稳定斜交外框结构做搭接，安装悬挑端斜交外框，使整个方体形成稳定立体三角形结构。3 .完成悬挑端斜交网格钢外框,最后安装斜交网格钢外框与钢柱之间的悬挑钢梁、楼层钢梁。4 .限于结构设计的特殊造型，塔吊第二道附墙必须设置在方体4底部悬挑环
15、形钢梁上，应和结构穿插施工，否则，塔吊高度不足于完成方体4顶部结构吊装，经方案比选，为加强塔吊附墙时的结构刚度，浇筑第一层混凝土楼板，在方体形成一个整体后，浇筑底层结构及塔吊附墙层的混凝土楼板，以加强结构刚度，完成塔吊附墙。5 .2.8悬挑结构沉降监测关键技术要点1 .在悬挑端的斜交网格钢外框底部均匀布置编号16共6个监测点，悬挑结构施工期间定时进行监测，其中有重大荷载变化时(底层混凝土楼板浇筑、屋面混凝土楼板建筑、胎架卸载等)全过程跟踪监测，其他时间每2天监测一次，胎架卸载结构下沉稳定后每5天监测一次。2 .将监测记录与施工模拟分析数据对比印证，发现位移监测点异常时，立即停止悬挑结构安装工作
16、，并将数据及时反馈给设计和相关专家进行分析，进而在结构的状态与设计发生偏差时采取适当措施以纠正。3 .由监测数据可以看出整个卸载过程组织合理，监测过程稳步有序；各监测点没出现不合理的位移变化，理论值与监测值吻合较好。在结构安装、卸载过程中，悬挑立面中部位移应力变化较明显，卸载过程中各监测点位移、应力变化平缓。整个卸载过程，监测构件无异常变化，构件工作状态稳定。卸载过程顺利，结构的应力、位移等均满足要求，监测构件在此过程安全可靠。6材料与设备6.1 材料6.1.1 拼装、安装措施等材料与常规结构一致；6.1.2 支撑措施采取格构式标准化胎架；6.2 设备6.2.1 拼装、安装设备与常规结构一样；
17、6.2.2 卸载装置采取我司液压千斤顶或类似工具；7质量控制7.1 工程质量控制标准根据钢结构施工规范(GB50755-2011)和钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)为依据,进行质量控制。7.2 质量保证措施1焊接过程中，由于全手工焊接,焊缝较多,钢构件壁薄,需注意焊接顺序尽量减少焊接变形。2采用核心简领先于斜交钢外框结构、钢外框从非悬挑端向悬挑端、先转角“X”型节点后外框斜交钢柱的施工顺序可有效解决结构存在偏心不规则、侧向刚度小、精度要求高的难题。8安全措施1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员
18、和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。2施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。3吊装单元在起吊之前，宜将安全防护措施，如钢爬梯、安全绳、安全操作平台等一并安装。4施工均为高空作业，作业人员需要进行三级安全交底、做好安全防护、登高必须正确使用安全带。现场作业区下方必须满铺安全网，并保证挂网牢固可用。现场应形成有序的安全通道，方便工人上下。5不得将高强螺栓、焊条、保温桶、靠山板、卡板等细小物体随意堆放，易高空坠物而造成物体打击。6在焊接作业时，应设接火
19、棚，下方拉设警戒带，并设看火员，灭火器、消防水池及消防桶等消防设备应齐备。应避免交叉作业。7大型吊机要进行例行安全检查;对于台风暴雨多发地区,应十分关注其行走道路的承载力，保证大型履带吊机的平稳；台风来临之前，应将吊机的大臂趴杆；夜晚停止吊装作业后，应尽量停靠在避风、地基可靠的区域；吊装作业时，吊车司机不得在吊机没有松钩的情况擅自离开。8钢丝绳、卸扣等吊装用具应经常检查，不符合要求的用具不得使用在吊装作业上；其型号满足吊装单元起重的要求。9对于土建结构要做好成品保护，不等随意敲凿。支承其上的胎架或堆放的构件要满足土建结构的承载力。10必须注意结构安装过程安全，即每天应将结构形成稳定的体系后完工
20、；台风、暴雨来临之前，可以采取临时稳定的措施保证其安装单元的稳定性。9环保措施1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，力口强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。3对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同
21、时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。4钢构件运输车出场前应进行除尘、除污处理。5夜间施工时，应设置防护设备，保证焊接弧光不影响周边小区居民的休息；构件车不得随意鸣笛；尽量避免气刨作业；校正作.业时不随意敲击钢构件。6油漆、防火涂料等不随意丢弃、倾倒，应妥善保管、集中处理。7废弃的构件打包钢带、垫片薄膜；焊条头、焊渣；废弃的靠山板、垫板等固体垃圾应即使清理，集中处理。8对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。10效益分析10.1 市场预测1随着设计理念的不断创新，建筑造型越来越时尚、艺术化，巨型悬挑钢结构、斜交网格立面造型、大型钢桁架等在大
22、型建筑中越来越广泛的应用,同时在钢结构施工过程中也涌现出大量先进的施工工艺。此类结构一般跨度大,造型奇特,施工工艺复杂，结构安装需要经历较长的时间跨度，结构形曲1程和施U评脍#较大僦载。糊IJ是悬挑部卷蝌在使用过程中结构中会产生较大的下扰变形，下扰变形和悬挑段上部结构自重的大小和施工荷载与使用时的附加荷载直接相关。2木工程通过在悬挑结构下放设置三部支撑胎架，优化构件的安装顺序，使主体结构提前承受部分荷载，利用非悬挑结构及核心筒结构斜拉悬挑结构，减少悬挑部分传递给胎架的荷载，对悬挑结构的施工安全和施工质量提出了更为完美的施工方法。斜交网格状的外框将其划分为成E型，F型吊装单元进行吊装，在主杆背部
23、留置对接牛腿；现场通过先拼装主杆件，主杆件定位后，连接次杆件，再进行校正焊接的方式，取得了良好的高空安装精度。3因此巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构综合建造技术在我国建筑市场上的应用前景非常广阔。10.2 经济社会效益1巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构施工经过多方案对比，我们最终选择了格构式胎架支撑、液压无极加、卸载、定位悬臂滚动位移等施工方法。该方案机械设备选型可行、工期和结构安全有很大的保障性和优越性，项目施工整体成本节约。2巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构技术的应用现实了结构外观找形，完美呈现出建筑设计的“积木”造型，给人艮高的审美价值和愉悦感积木”势必成为佛山市的新地标，对拉动该区域的经济发展将起到积极的作用，将取得良好的经济效益。3巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构技术属于业界的高新技术，其成功实现和应用体现了我国钢结构产业的先进水平，有着良好的社会效益。4通过对“巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构综合建造技术”的应用，有效的保证了工程的顺利进行，树立了良好的企业形象，为工程按期交付奠定了基础。同时，能有效提升城市发展形象促进了巨型悬挑交错式空间叠堆积木型钢结构的发展，社会效益显著。该技术拥有潜在的经济社会效益，通过该项目的研究与应用，必将提高技术实力和行业竞争力。11应用实例本工法已成功应用于我司承建的佛山坊塔、横琴保利等项目，应用效果良好。
