超高层钢结构特殊安装技术指南.pdf
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1、超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南超高层钢结构特殊安装技术指南中国建筑一局(集团)有限公司中国建筑一局(集团)有限公司CHINACHINA CONSTRUCTIONCONSTRUCTION FIRSTFIRST BUILDING(GROUP)BUILDING(GROUP)CORPORATIONCORPORATION LIMITEDLIMITED二一六年十二一六年十二二月月超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南前前言言在国内超高层施工建设领域中,中建一局集团坐拥目前中国第一高楼深圳平安中心,并且持续承接完成了上海环球金融中心、俄罗斯联邦大厦、天津津塔、温州世贸中心、中国国际贸
2、易中心三期等诸多国内外 300 米以上的超高层建筑。通过长期的实践和总结,拥有着极其丰富和宝贵的超高层建筑施工经验,总结形成了一套相对成熟的施工技术。为了能够更好地借鉴以往工程施工经验,在不断完善、提高超高层建筑成套施工技术的同时,为今后同类工程的施工提供指导和参考。技术中心在总结大量工程实践资料及经验的基础上,选取部分超高层施工常用或典型的关键技术,集成整理成系列超高层施工技术指南,并最终汇集成超高层施工技术手册,陆续在集团科技资源平台上发布,供各子企业及项目参考。本册为超高层施工技术指南系列其中的超高层钢结构特殊安装技术指南,针对超高层近年出现较多的一些区别于常规框架结构的特殊结构,通过案
3、例讲解的形式,阐述其安装技术,希望能够起到抛砖引玉,帮助拓展思路的作用。超高层施工技术指南系列的编制依托于各子企业及项目无私提供的施工履约资料、科技成果总结,以及相关经验反馈。在此向超高层施工技术资料收集工作中提供支持和帮助的各子企业及项目部,以及参与或协助施工技术指南编制的单位及个人致以诚挚的感谢!并欢迎大家在施工实践过程中结合实际应用,对本系列施工技术指南提出改进和提升意见,以便于我们不断的更新和完善。主编单位:中建一局集团技术中心主 编 人:韦疆宇审 查 人:陈蕾超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南目目录录综综述述.1 1第一章第一章 特殊的吊装技术特殊的吊装技术.2 2第一节
4、 多机协同吊装.2一、双机抬吊.2二、空中换钩.3三、抬吊递送.5第二节 液压提升.6一、整体提升.6二、分段逆序提升.11第三节 斜拉安装.14一、安装方法.14二、斜拉杆的拆除.19三、最上两层钢构件安装.21第四节 铰轴法吊装.23第五节 卷扬机吊装.27第二章第二章 巨型、复杂构件吊装的辅助措施巨型、复杂构件吊装的辅助措施.3030第一节 构件的分段分节、分片.30一、巨柱分段.30二、桁架分段分节.31三、巨型斜撑分段分节.31四、钢板墙的分片.32第二节 巨型柱的起吊稳定措施.33第三节 倾斜构件安装的辅助措施.34一、钢梁辅助安装法.34二、附加支撑安装法.35三、斜构件吊装时的
5、角度调节.37超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南1综综述述超高层结构除结构高度与多高层结构差别明显以外,更是结构设计和施工领域前沿先进技术的载体,有着诸多超高层结构独有的结构样式和节点形式,如巨柱、伸臂桁架、腰桁架、钢板墙、大体积悬挑结构桅杆等,通常只存在于超高层结构中,综合了构件超大,塔机布设的特殊性,因而其安装技术也有其特殊性。钢结构是各种特殊结构形式实现的最佳选择,但受限于超高层狭小作业面和吊装设备的固定单一,使得原本简单多样、成本低廉的常用安装技术无法实现,必须结合超高层施工的这种自身特性,对安装技术进行创新性的探索和尝试。本指南基于近 10 年国内诸多典型超高层施工案例,
6、选取上述部分施工中多次出现过的结构形式和成功的安装技术编写,用于未来制定超高层钢结构安装方案方案的参考和提示。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南2第一章第一章 特殊的吊装技术特殊的吊装技术第一节第一节 多机协同吊装多机协同吊装多机协同,指的是两台或两台以上吊装设备对同一构部件实施同步吊装,或相互配合的吊装技术。往往应用在构部件重量超过吊装设备的起吊能力时的少数情况。多机协同吊装既是吊装机具无法满足吊装需求的无奈选择,也是一种可大幅降低吊装设备成本的经济措施。本章选取了双机抬吊、空中换钩和抬吊递送三种较为典型的技术做简要的介绍。一、双机抬吊一、双机抬吊双机抬吊,顾名思义,是以两台吊装
7、设备作为吊装的主吊机,通过对构部件吊装重量在两台吊机之间的合理分配,使两台吊机所承受的重量分别在各自吊装允许的性能范围内,从而完成设备的吊装作业的吊装技术。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南3双机抬吊的两台吊装设备从构部件的起吊到构部件的就位的工作是同步的,并无明确的主次分别。在吊装结构件时,为避免结构件的倾斜、翻倒、变形损坏,应根据结构件的形状特点、重心位置正确选择吊点,使结构件在吊装过程中有足够的稳定性,以免发生事故。吊点的选择主要依据是结构件的重心,尽可能使吊点与结构件的重心在同一条铅垂线上。在采用两台起重机械使用平衡梁吊装结构件时,应遵循以下两个原则:(1)被吊结构件质量与
8、平衡梁质量之和应小于两台起重机械额定起重量之和,并且每台起重机械应留有 1.2 倍的安全系数。(2)利用平衡梁抬吊时,应合理分配荷载,使两台起重机械均不能超载。当两台起重机械起重量相等时,即 Gn1=Gn2,则吊点应选在平衡梁中点处,如图 1 所示。当两台起重机械起重量不等时,则应根据力矩平衡条件,选择合适的中点距离 a 或 b,a=Gn2l/G 或 b=Gn1l/G,如图 2 所示。图 1图 2二、空中换钩二、空中换钩空中换钩是一种双机协同的吊装技术,是在单台塔机的吊装性能无法同时满足起吊和就位要求时,由其它塔机协助完成的一种解决方案。如 A 塔可将构部件从料场吊起,但无法将构部件吊运至构部
9、件就位点,而 B 塔无法将构部件从料场吊起,但其吊装能力可覆盖构部件的就位点,如此可通过 A 塔将构部件吊起递送至两塔间B 塔可吊起构部件的吊装半径内,在构件不落地的情况下,将构件吊起,A 塔摘钩,B 塔独立完成就位安装。空中换钩其实是一场空中接力。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南41、A 塔将构件从堆料场地横置姿态吊起,运送至结构施工最上部工作面,静止稳定。2、B 塔在构件悬空状态下吊起构件顶部吊耳,两塔协同调整构部件姿态至竖直。3、B 塔完全承载构件重量后,A 塔摘钩,交由 B 塔完成后续安装作业。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南5三、抬吊递送三、抬吊递送抬吊递
10、送本质上是双机抬吊与空中换钩两种技术的结合,其实施的条件是,构件起吊位置在两台塔机的有效吊重半径外,但就位点在其中一台塔机的有效吊重半径内,如此将可独立完成构件就位的塔机设为主吊,另一台为辅吊,双机将构件吊起立起,辅吊辅助主吊将构件递送至其有效吊重半径范围内松钩,交由主吊独立完成吊装。主吊吊柱子上点,副塔吊柱子下点。具体方法如下:(1)钢柱挂钩:主吊吊点位置选择在柱顶连接板耳板作为上部吊点;辅吊吊点选择在钢柱根部连接耳板(或牛腿上):(2)钢柱起吊:钢柱起吊时两台塔吊由同一名信号工指挥,命令两台塔吊同时起钩,离开地面(楼面)0.5m后检查构件与卡环连接是否稳固,确认安全后进行继续起升。(3)钢
11、柱水平移动到安装位置:钢柱在起吊后保持构件基本水平,沿地面(楼面)高度 2m 以内递送到主塔有效吊重半径,移动时注意两塔吊的协调一致,防止两塔吊臂碰撞或吊绳相互缠绕。(4)钢柱安装状态调整:当构件进入主塔可独立吊起的半径内,双塔停止转臂,静止稳定后,副塔吊保持不动,主塔吊起钩将构件姿态调整至竖直,这时副塔吊应配合主塔吊进行动作,不要让柱底脚落地或发生磕碰、吊臂碰撞和吊绳摩擦缠绕,直至副塔的承载全部卸除,构件静止稳定后,解除副塔与构件连接卡环,转臂离开。至此抬吊递送作业结束。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南6(5)钢柱安装:余下安装就位由主塔依照常规吊装流程独立完成。起吊时主吊柱顶
12、,辅吊柱底,根据构件重心位置和塔吊起重能力合理选择吊点。两台台塔吊配合,缓慢将构件立直。第二节第二节 液压提升液压提升液压提升在钢结构安装中应用面非常广,但大多应用于大跨结构,超高层钢结构施工一般较少。但在部分顶部设计有钢结构桅杆天线的超高层,则有必要考虑有别于大跨结构的特殊的提升技术。钢结构桅杆天线通常位于主体结构以上部分,高度高达数十米甚至百余米,此时往往塔机失去主体结构的附着,其高度的限制无法通过常规的吊装方法完成桅杆天线的安装,而液压提升则可弥补此方案缺陷。在既往超高层施工的案例中,提升方案大致分为整体提升和分段逆序提升两种。一、整体提升一、整体提升整体提升是被提升对象的安装条件较为理
13、想的一种方案,塔机可在屋面结构以上部分完成桅杆天线的下半部分,并依托下半部分将无法直接吊装的上半部分完成拼接,然后对其实施整体提升。本节以某超高层电视塔的施工方案为例,分部讲解桅杆天线的整体提升技术。1、在安装下部格构式天线时,外附自升式塔吊,附着于格构结构上自身进行顶升,直至安装完格构式部分。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南7第一步 开始安装格构部分结构第二步 塔吊顶升第三步格构部分天线安装完成2、安装完成格构部分,然后在已完成格构天线内部组装上部实腹式结构,准备进行提升。实腹式拼装立面图3、千斤顶的架设天线箱形段在整体提升前,在格构柱顶部安装提升支架,在提升支架上安装穿心液压
14、千斤顶,承重钢绞线穿过过液压千斤顶垂下通过锚具与箱形接长段底部的提升底座锚固。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南84、提升导轮导轨和接长段设置天线杆提升过程中除结构自重外,最敏感的荷载是风荷载。为了保证高重心细长杆在提升过程中的稳定,不致倾斜,设置专用导轮导轨系统,以强制对中,确保提升过程中的垂直度控制和抗倾覆。导轨固定在格构结构的适当位置,不少于三组。在提升过程中,确保其中至少两组同时工作。根据导轮对导轨的反力,对格构结构的适当部位作必要的加强。为了使天线桅杆提升至设计位置时能作临时固定,天线桅杆底部须增设起嵌固作用的接长段,接长段最下面为提升底座。待提升段与下部结构可靠连接后,
15、再行拆除。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南9提升导轮和接长段示意图5、格构段与箱型段桅杆的连接为了天线箱形段通过天线格构段的顶面,格构段与箱型段对接的变截面部分结构采取后装做法,在提升到位,测量调整定位之后安装并固接成一体。后做节点大样图6、测量桅杆天线安装是在塔楼结构工程完成之后进行的,首先利用核芯筒内的投影点定位天线根部控制位置。在分段安装过程中,逐节控制天线顶部空间坐标,并时时校核。天线安装测量控制以GPS 控制和经纬仪场外测校同步进行。超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南10天线桅杆整体测量校正选择上午 10 点前、下午 4 点后或阴天进行。天线桅杆箱形段在下面
16、拼装时可以在外围用经纬仪测量调整箱形段拼装的垂直度,或在箱形段里面用天顶仪来测量调整箱形段的拼装垂直度。7、校正天线桅杆箱形段提升到位后需要与下面的格构段进行对中定位和垂直度调整。此时在天线桅杆格构段的顶面箱形段四周设置调整千斤顶,通过千斤顶进行箱形段对格构段的对中定位,通过接长段下端千斤顶协同操作进行箱形段的垂直度的调整。提升立面工况图超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南11二、分段逆序提升二、分段逆序提升高度和整体重量超出运输设备和塔吊吊重的桅杆,可考虑采用分段倒装提升的逆序安装方式。以下以某个工程为例进行阐述。1、工艺原理通过在塔冠结构上架设的液压提升设备,将桅杆各段按从上到下
17、的顺序,逐节提升,每提升一截,将下一节在屋面结构上与上一节安装焊接,在提升,再对接下一节,直至最下一节提升就位后,将桅杆与塔冠结构固接,完成安装。2、操作要点(1)钢桅杆与支撑柱分段将钢桅杆根据塔吊吊装能力和现场环境,分成数段。(2)提升平台设置采用液压同步提升设备吊装钢结构,需要设置合理的提升支撑平台,在其上设置液压提升千斤顶。液压提升千斤顶通过提升钢绞线与钢桅杆提升单元上的对应下吊点相连接,杆件中心位置开 100mm 圆孔,钢绞线从孔中穿过。提升平台三维示意图(3)提升下吊点设置及应力计算提升底座预留提升千斤顶位置相对应的固定钢绞线的锚孔。钢绞线穿入锚孔后,在提升下吊点通过锚具定位板和工具
18、锚,固定在提升下吊点上。各个钢桅杆在整体提升过程中主要承受自重产生的垂直荷载。提升吊点的设置以尽量不改变结构原有受力体系为原则。工程中根据提升中心线的位置,下吊点专用工装等强焊接于桅杆外壁,提升吊点工装示意图如下图所示。下吊点三维示意图钢桅杆下吊点工装超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南12(4)临时加固措施为保证在提升过程中主塔支撑结构形成合力的受力体系,需设置临时加固杆件,临时加固杆件的选取应遵循不妨碍提升施工,受力合理,截面尺寸在满足安全性的前提下最大限度满足经济性的要求,减少临时材料用量,降低成本。临时加固杆件设置如下图所示,加固杆件与主塔楼结构焊接。临时加固措施图(5)钢桅
19、杆安装1)塔吊安装塔吊将最上一节钢柱吊至拼装平台处,对中、固定,保证钢桅杆的质量、垂直度。2)液压提升将 1)钢桅杆提升系统提升至下一节组对高度,本次提升完成后利用垂直度调节装置(见下图)进行钢桅杆垂直度校正、临时固定;然后利用塔吊将下一节吊装至拼装平台就位点,对接、校正、焊接、超声波探伤,全部合格后提升;之后依次安装、提升下部各段。垂直度调节装置3)钢桅杆整体与塔冠固定最后一次提升,将钢桅杆提升至设计标高后,利用千斤顶、全站仪、经纬仪将钢桅杆对中、垂直度调整,全部合格后与塔冠焊接。4)分级卸载过程控制临时加固杆件超高层施工技术手册超高层钢结构特殊安装技术指南13钢桅杆分段拼装完成后,进行分级
20、卸载施工,具体卸载过程控制如下:第一步:在钢桅杆提升至设计标高后,进行支撑柱(除随钢桅杆整体提升部分外)与主塔结构连接;进行钢桅杆垂直度校核。第二步:拆除垂直度调节器,并完成该标高位置钢桅杆与主塔结构的法兰板焊接,此过程中竖向受力由提升装置承受,水平方向由 194.500m 及 217.950m 垂直度调节器固定;第三步:将钢桅杆分级卸载(卸载分级顺序:所有提升点分 2 次同时卸载,第一次卸载 40%,第二次卸载 100%,卸载完成后拆除下吊点工装),此过程中竖向受力由上部法兰盘及钢桅杆支撑柱传递至主结构,水平方向由上部垂直度调节器及法兰盘焊接固定;第四步:拆除垂直度调节器及提升设备,并完成该
21、标高位置钢桅杆与主塔结构的连接,此过程中竖向受力由下部法兰盘及钢桅杆支撑柱传递至主结构,水平方向由下部法兰盘及垂直度调节器固定;第五步:拆除临时附加支撑结构。此过程中受力由钢桅杆正常受力体系承受。第六步:拆除安装、提升装置,完成提升施工。整个分级卸载施工过程中均采用测量体系进行实时监测,确保卸载过程中的稳定性和垂直度。(6)施工监测1)应力监测通过 MIDAS 对被提升结构整体进行仿真分析,选择计算结果中应力较大的构件和特殊位置作为监测对象,同时考虑布线的方便性与实时监测的可操作性,监测点布设相对集中,在每个构件同一截面上两侧同时布设监测点,以保证监测数据的可靠性。根据以上原则,在提升支撑架及
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