东艺中心钢结构安装中的监理控制肖炳毅剖析.docx
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东艺中心钢结构安装中的监理控制肖炳毅剖析
东艺中心钢结构安装中的监理控制
东艺中心项目监理部肖炳毅
【内容摘要】：
钢结构施工采用了整体滑移、整体提升、高空对接安装的工艺，技术先进，工艺较复杂，监理在施工过程中对重点工序进行了有效的控制。
【关键词】：
钢结构整体滑移；整体提升；安装。
北京东方文化艺术中心工程位于北京东二环路西侧朝阳门立交桥和和东西十条桥之间，东临二环路，西临东门仓胡同道路，南临南门仓胡同道路，北临D5广场。
本工程集办公楼、五星级酒店、音乐厅和地下车库为一体的综合性公共建筑。
本工程酒店、写字楼地下四层，地上二十一层，音乐厅地上五层。
总建筑面积14万平方米。
其中钢结构吊楼位于东艺中心酒店和写字楼的十层至十四层，结构最大跨度34.4米，自高18.1米，写字楼部分为单桁架结构，总重约350吨；酒店部分为双桁架结构，总重约460吨；安装标高+52.835米（桁架上制高点标高）；桁架楼面层为砼组合楼板，钢桁架支承处的剪力墙边缘构件内设型钢骨架。
采用钢柱和钢桁架组成的钢结构抗侧向力体系。
水平钢桁架与主楼的剪力墙简体连接，提高其侧向刚度。
钢结构连接形式采取刚铰并用。
附着在主体砼结构上，双“悬空”“钢吊楼”是东方文化艺术中心工程的一个亮点。
该工程科技含量高，施工难度大，钢结构单榀一次滑移距离长度七十余米；滑移钢结构物体高度18.1米；宽度为五点七米（比较狭窄）；钢结构既滑移又提升；钢结构提升后空中对接。
将如此巨大的钢结构安装在主体结构上，我部监理工作围绕在以下几方面进行：
施工方案的确定与审核；钢结构主体加工制作过程的监控；现场拼装过程的监控滑移过程的现场监控；整体提升过程的现场监控；空中二次拼装过程的现场监控；安全保证措施的监控。
本工程钢结构监理工作重点是以事前控制和过程控制为主。
1.施工方案的确定与审核
本工程几经筛选后提出讨论的施工方案有两个1、原位拼装，整体提升2、异位拼装，整体滑移后再提升。
（现场塔吊不能满足吊装需要）
方案1优点：
只需搭设拼装胎架，拼装高度降低，只需用75吨汽车吊进行地面拼装，吊车自重降低。
钢结构主体不需要滑移。
缺点：
必须对拼装胎架、办公楼西侧汽车坡道、汽车吊在二层活动区域以下至负四层基础的部位进行加固、回顶。
回顶工程量巨大，搭设工期较长。
方案2优点：
只需对地面拼装胎架、滑移轨道下方进行加固回顶，无须大面积回顶。
拼装平台在结构外，使用汽车吊进行拼装时不会对结构有影响。
采用地面拼装后，原有的桁架高空焊接几乎变成地面焊接，焊接作业环境得到较大改善，可操作性增强，焊接工序更容易控制，焊接质量得到保证。
用本方案安装桁架无需高空卸载，操作简单。
缺点：
钢结构自身高度高（18.1米），宽度窄（5.7米）,稳定性较差。
滑移距离较长（由拼装平台滑移至设计位置约70米）。
两方案比较：
方案1工期长（主要是回顶工期），资金投入较大。
方案2工期短，资金投入少，焊接作业环境得到较大改善，遂决定采用第二方案。
细节决定成败，一个精品工程与细致、可行、完善的前期技术准备工作是密不可分的。
有一个好的施工方案指导施工，是本工程顺利完成的关键之一。
因此监理工作更是要抓住对施工方案的把关，认真审阅各项方案，结合各项规范和设计文件把好技术准备关。
吃透各项方案的技术细节，以便在施工中监督执行。
本工程滑移是在结构一层顶板上进行。
保证主体结构安全也是施工方案要考虑的重点之一。
监理部审核方案2时提出如下意见：
工厂制作要求桁架起拱高度为119㎜，应在深化设计图中解决，防止拼装时无法保证吊装就位；
注意桁架吊装后挠度发生变化与建筑物固定部位杆件对接的部件相对位置变化，应事先计算、分析好并制定预案后，方可实施，保证提升到位后对接不发生问题；
拼装胎架的检测与桁架的拼装质量关系密切，因此要加强拼装胎架在钢桁架拼装过程中的检测；
为保证施工顺利进行还应制定《钢桁架结构加固回顶方案》，《钢桁架现场拼装方案》，《钢桁架焊接施工方案》，《钢结构焊剂试验方案》，《钢桁架滑移应急预备方案》等做为辅助方案，为钢桁架滑移提升做好技术准备工作。
应对滑移过程中水平方向力矩平衡和可能产生的水平位移后而产生的水平力矩不平衡情况进行计算，分析可能产生的最不利情况和解决预案。
后浇带不能浇筑，此部位回顶应重新核算并由设计确认。
方案一旦获得专家论证通过，必须严格执行方案，不得随意更改。
必须选择有专业资质的专业公司完成滑移、提升工作。
施工单位根据监理部意见，数易其稿对方案进行了完善和修改
方案2顺利通过专家论证，决定实施，施工现场一切准备工作均围绕该方案开展。
监理部还先后审核了《钢桁架结构加固回顶方案》，《钢桁架现场拼装方案》，《钢桁架焊接施工方案》，《钢结构焊剂试验方案》，《钢桁架滑移应急预备方案》《钢结构冬季施工方案》等，为钢桁架滑移提升做好了技术准备工作。
2.钢结构主体加工制作过程的监控
本工程钢构件总计474件，重：
1000余吨。
本工程要求钢结构无论制作、安装、测量、验收尺寸的基本单位均按毫米计。
本工程使用的钢材均为Q345B钢板。
厚度为16毫米～36毫米的钢板均有且钢构件品种较多，形式复杂，构件断面式样较多，H型，箱型以及变截面等。
劲性柱、桁架梁，框架柱、梁；梁上柱等。
无论是制作还是安装都增加了难度。
使本工程的焊接工艺难度大为增加。
监理部派员考察了钢结构加工厂和焊缝检测单位，选择了经验丰富、加工能力强、加工质量好的加工单位。
具有国家检测资质的检测单位。
监理部为保证钢结构加工质量，减少现场的拼装困难，选派有经验的监理工程师驻厂监造，在钢结构驻厂监造监理实施细则的指导下，专门负责对钢材原材（原材料的各种质量证明文件和核对材料上的原始印证以及材料的见证取样和材料的机械性能复验），厂内加工的质量，构件几何尺寸、构件焊缝质量、焊接变形和残余应力的控制、钢桁架预拼装等进行全面监控。
确保进场构件都是合格产品；
3.现场拼装过程的监控
由于钢结构主体高度较高，而宽度较窄，其自身稳定性较差。
尤其是酒店部分为双桁架重心较高（约在9.5米处），所以保证拼装和滑移过程中结构自身的稳定，不使其发生因各种原因产生的结构倾覆，是钢结构拼装、滑移过程中的重点之一。
依据酒店和写字楼钢结构主体的差异，经研究后确定酒店部分分成两部分拼装，即先将上部桁架约4.4米拼装后滑移至设计位置后提升到位后预安装，再将余下部分13.1米拼装完毕滑移提升到位置，然后将上下两部分实行对接。
如此酒店部分钢结构地面拼装高度降低，稳定性加强了。
为保证钢结构主体的整体稳定性，《钢桁架现场拼装方案》中明确阐述了辅助支撑系统的连接。
即钢结构主体宽向（5.7米方向）两侧成45°夹角各加焊三根￠219钢管，并且将下部用H20的工字钢与钢结构主体连接，形成一稳定性较好的六边形。
与此同时钢结构主体个方向均设置了揽风绳，有效地控制了风对钢结构主体的影响。
钢结构主体拼装平台是钢结构主体整体拼装的胎架，是承载钢结构主体的主要载体，所以对它的组装要求也是比较高的。
本工程拼装平台坐落在主体结构基础的边缘。
拼装平台下部为增加承载力用钢筋砼浇筑了一块40㎝的板，板上预埋地脚螺栓。
平台由￠159钢管若干根为竖向支撑，用H50的工字钢为水平支撑组成主支撑体系，用角钢做斜撑加强平台的稳定性。
并在工字钢上做好竖向防护（拼装平台高4米）。
在拼装平台下方主体结构基础内逐层回顶、支撑以保证结构卸载。
在胎架组装过程中，始终有经纬仪和水准仪各一台监测胎架的水平和垂直基准，随时进行调整。
钢结构主体在拼装平台上逐层拼装时，随着高度的增加施工难度亦增加，此时应注意对施工质量、施工环境、施工安全的控制。
本工程的钢结构中全熔透焊缝比例高，使钢结构焊接难度大大增加，同时使超声波探伤的工作量也相应地增加。
焊缝返修的控制将成为一个重点。
监理工程师要做到：
依据钢结构焊材复试方案对焊剂现场有见证取样复试；
对高强螺栓、、连接副现场有见证取样复试；
对现场施焊人员进行严格挑选，经考试合格后方可参加本工程焊接工作；
对焊缝的探伤全程旁站，并实行有见证探伤（现场焊缝3%为第三方有见证探伤），一经发现有夹渣、气泡、焊口未溶透等现象坚决监督返工，绝不姑息；
对高强度螺栓（本工程采用10.9级摩擦型扭剪型高强螺栓）的连接施工主要是通过巡视中检查施工单位是否按照规定的从初拧—复拧—终拧的程序以及从中间腹部逐渐向四周拧紧的顺序来施工的工艺执行情况以此保证高强度螺栓的连接质量；
严格监控辅助支撑系统要牢固可靠，主要是对钢管夹角、焊接是否牢固、有无无漏焊现象、揽风绳是否连接可靠等进行监督；
严个检查拼装平台下的结构回顶是否层层回顶、回顶是否坚固、严密；
要求平台上焊接护身栏，并要求施工人员注意安全防护带好安全带、安全帽、穿好防滑鞋，消除安全隐患；
拼装区域设置警戒线，无关人员不得入内。
焊接施工时注意防火。
4.滑移过程的现场监控
本工程施工方案专家论证时曾指出：
本工程整体滑移难度要大于整体提升难度。
本工程整体滑移施工工艺特点、难点为：
（1）滑移的桁架高度高为18.1米，宽度窄5.7米，整体稳定性差。
（2）桁架滑移由拼装平台滑移至设计位置，行进距离为70米，行走距离较长。
（3）酒店部分由于重心较高（约9.5米处），所以采用两次滑移（4.4米和13.7米），空中对接。
这种拼接工艺要求精度很高。
为保证整体滑移顺利进行，应进行滑移单元划分。
滑移单元划分的原则是：
滑移单元必须是自稳定的结构体，或通过加固和架设临时支撑形成稳定的滑移单元，滑移到位后拆除临时支撑。
牵引或顶推设备具有足够的动力。
滑移单元确定后，针对酒店和写字楼分别进行风荷载影响、安装滑移器后的滑移单元自重反力、辅助稳定系统的稳定可靠性、轨道滑动摩擦力、滑动过程中不利值、滑移梁强度等计算。
然后最终确定采用的轨道、顶推设备动力、地下结构回顶方案等项。
本工程滑移轨道采用支撑行走塔所用的轨道梁，形式为H488*300*12*18，H型钢且每600㎜间距设一600*250*16的筋板，两侧设有14B的槽钢做斜支撑，上铺轨道梁，组成滑移梁。
利用钢板与桁架连接，钢板与钢轨直接接触，在钢轨上滑行，钢板下装限位轮防止钢结构左右偏离。
滑移过程中在钢轨上涂抹黄油以减小摩擦系数。
滑移方式分为牵引式滑移和顶推时滑移，本工程采用顶推时滑移方式。
滑移动力设备经计算后，确定采用三台顶推锚点式油压千斤顶，用一台液压泵提供动力，用一台电脑对整个系统进行控制，以保证整个系统滑移同步。
为保证滑移时下部砼结构不致破坏，回顶工作应在滑移前全部完成。
依据《钢桁架结构加固回顶方案》，本工程在滑移轨道下应逐层回顶，采用碗扣式脚手架钢管上垫10*10的木方，脚手架下满铺50㎜厚脚手板，立杆间距300*300，横杆间距600支撑于砼下，由于结构后浇带未浇筑，因此在后浇带处和-4层底部垫木采用18＃槽钢且在后浇带处加强两排。
滑移前召开由所有参建单位负责人参加的准备会，会上监理部共提出如下注意事项：
上报滑移操作公司及操作人员的有关资质，确保操作准确无误；
滑移施工时必须严格按照经专家论证的滑移方案操作；
对滑移设备进行再次检验，确保设备完好；
对滑移区域内的回顶再次进行检查，确保滑移时的结构安全；
设立警戒区无关人员不得进入滑移区域。
为保证安全钢结构滑移时自一层至负四层所有无关人员不得进入，各单位负责人负责本单位施工人员；
有关各方联合进行检查，并在检查后会签，各负其责；
建立抢险队伍，与意外情况立即进行抢险（包括负伤人员抢救）；
滑移前调集足够的抢险物资，以备不时之需；
加强对结构的变形观测，发现意外立即采取措施；
万一发生意外要服从有关领导指挥，遵照《钢桁架滑移应急预备方案》进行抢险，不得慌乱；
滑移过程中要注意监督滑移速度不宜过快，随时观察滑轨上的刻度标尺，如出现不同步立即修正，通过电脑控制三台顶推锚点式油压千斤顶上的液压传感器使千斤顶保持同步推进，并随时掌握结构观测点的观测数值，随时注意滑移时下部结构变形情况和钢结构平衡、同步状况。
顶推锚点式油压千斤顶
千斤顶控制电脑
5.整体提升过程的现场监控
本工程钢结构桁架安装标高为+52.835米，安装标高较高。
本工程采用整体提升的方法安装，对写字楼和酒店部分分别进行整体提升。
桁架拼装完成后，滑移至预提升位置，酒店部分先提升上层桁架预安装，待下部分滑移提升到位置后与上层对接。
选用整体提升的优点是：
提升的结构重量重，可达万吨以上。
提升的结构尺寸、面积和体积都大。
计算机控制，自动化程度高。
安全、可靠，施工风险低。
施工周期短，施工费用低。
减去牛腿、劲性柱，加上临时支撑、拼装后形成的提升单元，结构最大跨度27.5米，高度18.1米，宽度5.7米。
写字楼提升单元自重203吨，酒店提升单元自重283吨，安装就位标高+52.835米（桁架上制高点标高）。
本工程采用计算机控制液压同步提升技术，这是一项新颖的构件提升安装施工技术。
计算机控制液压同步提升系统由钢绞线及提升油缸集群（承重部件）、液压泵站（驱动部件）、传感检测及计算机控制（控制部件）和远程监视系统等几部分组成。
用主控计算机控制所有提升油缸的统一动作，保证各个提升吊点的位置同步。
集群油缸系统通过计算机控制系统对所有油缸的动作统一控制、统一指挥，动作一致完成结构件的提升作业。
液压千斤顶的选择是依据提升物重量和吊点的反力计算加上保险系数而得的。
本工程写字楼部分选择四个吊点，采用八台LSD40型（公称提升力40吨；40t*8=320t>203t提升力偏于安全）穿芯式液压千斤顶组成集群油缸系统；酒店部分选择吊点位置与写字楼相同，采用八台TX—100—J型（公称提升力100吨）穿芯式液压千斤顶组成集群油缸系统。
钢绞线均采用高强度低松弛预应力钢绞线，直径15.2㎜，抗拉强度1860N/㎜，符合美国标准ASTMA416—87A，其抗拉强度、几何尺寸、表面质量都应得到严格保证。
每个吊点钢绞线为4*9根。
液压泵站的选择需满足：
提升油缸驱动数量的要求；
提升速度的要求；
提升过程中同步调节性能的要求。
本工程写字楼和酒店均选择两台BJ—40泵站做为驱动设备。
提升牛腿随主体结构施工预埋于砼中，与预埋于砼中的劲性钢柱焊接，提升上锚点即位于提升牛腿上。
下锚点选择在提升构件的下玄梁上，上下锚点平台、支架上的开孔需保持同心。
整体提升前应检查:
：
提升设备安装、调试完成；
提升结构质量合格；
提升结构已去除与结构无关的荷载；
提升经过的空间无任何障碍物；
提升结构与其它结构的连接已全部去除。
绞线与锚头固接可靠，严防提升过程中脱锚。
上述工作完成后可进行结构预提升。
监理工程师除参加了上述加查工作外，还对提升设备和提升用钢绞线的相关资料进行了审核。
检查了提升牛腿的有效连接情况，由于施工单位未及时提供写字楼牛腿焊缝探伤合格报告，我监理工程师于2007年11月23日发监理通知，要求施工单位提供该部位探伤合格报告，否则不允许预提升，2007年11月24日施工单位提供了该部位探伤合格报告，钢结构预提升顺利进行。
预提升成功后，提升结构在空中静置6—8小时中，监理工程师对提升牛腿的变形状况，上下锚点钢绞线监测状况进行了全面监控。
观测结果良好。
正式提升过程中监理工程师注意观察油缸行程传感器，监视钢结构四个锚点提升的同步状况。
并提醒施工单位如发生意外，应遵循应急措施进行排除，严禁无序操作。
提升千斤顶
油缸行程传感器
整体提升到位
6.二次拼装过程的现场监控
酒店部分钢吊楼为双桁架（底层和顶层均为桁架层），钢结构自重（提升部分283t）远高于写字楼钢吊楼，而上部桁架重量较重，使钢结构重心比写字楼钢结构要高许多，自身稳定性较差，整体滑移和整体提升的风险要比写字楼钢结构大得多。
此时主体结构后浇带砼尚未浇筑，主体结构的承载力也需要考虑（写字楼钢结构整体滑移时观测到的结构变形为6㎜）。
鉴于上述原因，为保证钢结构安全、顺利的安装完成，针对酒店钢结构的安装实际情况对原安装方案进行了修改，重新制订了专项方案。
原安装方案是上部滑移到位后提升一定高度，待下部滑移到位后将上部降下与下部进行拼接，拼接完成后在整体提升至安装位置进行安装。
修改方案是分段原则不变，只是将上部滑移到位后直接提升至安装位置进行预安装，下部滑移至位置后也提升至安装位置与上部拼接。
两相比较：
原方案在首层顶板上进行两段拼装，优点是拼装较方便、对位较容易；缺点是整体钢结构（283t）在主体结构上停置时间过长，对主体结构安全影响较大（停置位置有后浇带未浇筑）。
且整体提升重量较大。
修改方案是提升到安装位置进行两段拼装，优点是整体提升重量减小，由于是分段在主体结构上停置，重量较轻，时间较短，对主体结构安全影响较小。
缺点是两段拼装时可调节量较小，空中对接技术要求很高。
为保证结构和施工安全，经讨论后决定采用修改方案施工。
为解决拼装对位的精度问题，首先要求构件加工提高精度，其次将两段之间的连接钢柱做成活节，以便于连接对位时的微调。
钢结构整体提升至安装位置后应立即将钢结构与主体结构连接，连接顺序为先主梁再次梁。
连接前会对安装位置进行微调，调校后安装高强螺栓，然后焊接。
拼装施工时监理工程师应对桁架起拱值和立面垂直度的控制重点监控。
桁架质量控制目标值为：
跨中高度：
±10㎜；拱度：
±l/5000檩条连接支座间距：
±50㎜。
并对安装误差及连接位置的接缝、焊缝质量进行全程监控，同时对主体结构的变形情况观测提出了要求。
由于钢结构整体提升完成后已进入冬施，因此要求施工单位按冬季施工方案的要求施工，厚板焊接的控制是重点：
预热、缓冷和焊接规范的控制。
控制目标值为：
厚板焊接焊缝合格率达100%。
预热温度根据钢材材质和厚度不同而不等，其范围应在：
100-150℃；预热区应在焊缝两侧，宽度不小于：
100㎜；缓冷温度应在150℃以上，保温时间不得小于2小时。
首先监理部审核了施工单位上报的《钢结构冬季施工方案》并指出：
（1）焊条的保存必须符合规范规定，使用前应进行焙烘；
（2）厚板焊接时应注意预热、缓冷；
（3）高强螺栓在负温下安装应进行扭矩系数、轴力的复验；
（4）雨、雪天焊接应有保护措施；
（5）严禁使用水性涂料。
施工时，监理工程师严格要求施工方按《钢结构冬季施工方案》施工，不得以任何理由简化工序。
7.安全保证措施的监控
目前监理工作的另一项目标值就是必须确保施工安全。
这也是钢结构工程监理工作的硬指标。
消除一切不安全的因素，把事故消灭在萌生之前也成为监理工程师义不容辞的职责之一。
欲使施工顺利进行做好安全工作是施工顺利进行的有力保证之一。
本工程钢结构滑移、提升的顺利进行安全保护工作共有三条：
（1）钢结构本身在施工中的安全保护；
（2）施工中施工人员的安全保护；
（3）钢结构滑移、提升是在主结构二层上进行的，对主结构的安全保护。
由于是高空作业，加强安全防护非常重要。
监理工程师除要求施工单位，对钢吊楼加强水平、竖向防护外。
还要求对上钢结构操作人员要加强安全教育，加强安全防护，上架须将安全带与结构作有效连接，戴好安全帽，小件物品要装袋防止高空坠落。
高空焊接要有接火措施，要设立看火人，消防器具要备齐，焊接下方易燃物要清理干净。
15M/S风速时应停止作业。
为使二层以下主结构不至于在钢结构滑移、提升时遭到破坏，对二层以下结构必须加固，回顶。
现场的情况是二层以下至负四层竖向支撑已拆完（后浇带处除外）,后浇带尚未浇筑。
回顶方案既要满足施工安全的需要，又要工期短，还要比较经济。
施工方首次上报的方案是在二层以下搭设“满堂红”架子进行回顶，此方案工期长、工作量大、资金投入巨大，且影响其他工种施工，此方案被我监理部否决。
第二次上报的方案为在钢结构滑移、提升的线路上进行局部回顶，但是立杆间距过大，经计算不能满足施工要求。
我监理部要求施工方重新计算，修改方案。
第三次上报的方案是碗扣式钢管脚手架，立杆间距300㎜，横杆间距600㎜，剪刀撑60°角，钢管脚手架上垫10*10木方，钢管脚手架下满铺50㎜厚脚手板，后浇带处立杆加密一倍间距150㎜，上垫18＃槽钢。
经监理部审核后提出以下意见：
（1）方案中脚手架钢管壁厚按3㎜计算，若钢管壁厚不足3㎜时如何处理？
应有预案。
（2）回顶架子应加强过程检查，必须经建设方、监理、总包三方验收合格会签后方可使用。
（3）楼梯、平台柱、后浇带为重点部位，必须加强检查。
（4）斜梁部位回顶要特别注意，必须保证传力。
（5）所有钢管、扣件必须使用北京市建委备案的合格产品，经现场取样复试合格后，方可使用。
施工单位为补充该方案的不足先后又做了两份补充回顶方案。
监理部认为该方案可行，遂批准实施。
此方案既能满足施工安全的需要，又缩短了工期，节省了资金。
方案批准后对实施情况的监控尤为重要。
由于施工人员素质较低偷工、减料的事情时有发生，监理人员加强巡视，每日二查，尤其是对楼梯、斜梁、后浇带等重点部位反复检查，不合格决不放行。
其间由于钢结构拼装平台下回顶架子不符合质量要求，监理部于2007年10月29日下达了工程暂停令，要求施工单位在钢结构拼装平台下回顶架子质量合格前，暂停钢结构桁架拼装施工。
2007年11月3日该部位回顶架子验收合格，继续施工。
结构回顶工作在监理部的严格督察下回顶质量合格，为钢结构安全滑移提供了保障。
滑移时据一层六个观测点观测数据表明结构最大变形为6㎜。
参考文献
[1]北京东方文化艺术中心钢结构安装施工方案
[2]《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
[3]《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）
[4]《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81-2002）
[5]《钢结构高强度螺栓连接的设计、及施工验收规范》（JGJ82-91）
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