超高层建筑复杂桁架结构层及贯穿楼板巨型斜撑安装施工工法.docx

1、超高层建筑复杂桁架结构层及贯穿楼板巨型斜撑安装施工工法超高层建筑复杂桁架结构层及贯穿楼板巨型斜撑安装施工工法2.工法特点2.0.1本工法有效的统筹兼顾了钢筋混凝土工程、爬模工程等施工作业，科学地将桁架层按照核心筒内和外框结构先后顺序施工，加快了施工进度，缩短了工期。2.0.2通过对钢结构构件的深化分段且工厂制作，降低了施工现场安装的难度，保证了安装质量，节约了措施费用。2.0.3充分考虑了桁架层钢柱的安装和施工特点，为钢柱安装及柱内钢筋混凝土施工设计制作了专业的操作平台，既提高了施工效率又保障了施工安全。2.0.4制订了一整套的降噪和防污染制度，并依据相应的施工工序特点制定了详细的措施，及时消

2、弭了风险源，最大限度的保护了周边环境。3.适用范围适用于结构形式为钢结构外框架+核心筒+巨型支撑+伸臂桁架组成的混合结构体系、核心筒采用爬模或顶模施工的超高层建筑。4.工艺原理根据核心筒施工领先外框结构的施工特点，桁架层安装及施工分为核心筒内和核心筒外两部分。先期进行桁架层核心筒内伸臂桁架及核心筒钢筋混凝土施工，伸臂桁架采用分段吊装和安装，整体焊接从两边到中心，单榀桁架的焊接从下至上的顺序进行。核心筒钢筋混凝土施工完成后，外爬模架体进行改造以利于爬模通过伸臂桁架牛腿，核心筒继续往上施工。当外框结构施工至桁架层时，先使用翻身支座对带有牛腿的巨型钢柱进行翻身，而后利用吊装、安装吊耳及采用临时连接措

3、施、错位调节措施等对钢柱初步就位，借助钢柱安装作业装配式操作平台对钢柱焊接安装和钢柱顶施工作业平台完成柱内钢筋绑扎及自密实混凝土浇筑。外框环状腰桁架采用分段吊装和安装腰桁架，整体焊接按照从中心到两边，每榀桁架安装按照从下至上的顺序进行；核心筒外伸臂桁架也同时进行安装。巨型斜撑采用塔吊与倒链结合方式进行分段安装并随楼层同步往上施工，采用斜向悬挑施工技术，吊装时预先调整构件的起吊角度并使之与安装角度相符，利用倒链在地面上将钢支撑调整至安装姿态后再行起钩。外框桁架层施工完成后即整个桁架层安装及施工完成。5.工艺流程及操作要点5.1施工流程施工工艺流程见下页图5.1-1。5.2操作要点5.2.1伸臂桁

4、架安装伸臂桁架分为核心筒内和核心筒外伸臂桁架两部分，由于核心筒领先于外框施工，因此先安装核心筒内伸臂桁架；待外框施工至桁架层时，再安装外框伸臂桁架,核心筒内外伸臂桁架安装方法相同。1安装流程和方法伸臂桁架由核心筒内腹杆、弦杆、劲性柱节点和核心筒外腹杆、弦杆组成。核心筒内桁架构件安装时，按照由下至上，先安装劲性柱节点，再安装桁架弦杆，最后安装腹杆的顺序进行，每个构件吊装就位后，先用临时连接板固定好，待桁架结构吊装完成后进行整体校正，测量校正后先用高强螺栓固定，待上一道桁架结构吊装完成后再进行核心筒外桁架构件对接处焊缝焊接。2伸臂桁架分段由于整个伸臂桁架体系体积大、质量重，安装时需对其规划并合理分

5、段，以利于塔吊吊装。伸臂桁架以相邻钢柱间为一个桁架分段单元，将每个单元分为上弦杆、下弦杆、腹杆及中间节点构件。单榀伸臂桁架分段示意如图5.2.1-1所示，节点构件如图5.2.1-2,3所示。图5.1-1 超高层建筑桁架层安装及施工流程图图5.2.1-1 单榀伸臂桁架分段示意图5.2.1-2节点构件一图5.2.1-3节点构件二3焊接施工伸臂桁架整体焊接按照从两边到中心的顺序进行，焊接顺序如图5.2.1-4所示；而单榀桁架的焊接按照从下至上的顺序进行，先焊外框柱及核心筒劲性柱对接节点，再焊弦杆，最后焊接腹杆，焊接顺序如图5.2.1-5所示。图5.2.1-4伸臂桁架整体焊接顺序图5.2.1-5单榀伸

6、臂桁架焊接顺序当核心筒施工至桁架层时，核心筒内伸臂桁架需在核心筒墙体上预留出钢结构牛腿，以利于与核心筒外伸臂桁架构件的连接和安装。然而，钢牛腿将会与液压爬模架架体平台、背楞和平台梁发生冲突，妨碍爬模爬升，故需对外架体进行拆改改造，以保证牛腿顺利通过架体并爬升至下一层并及时对架体恢复。当外爬模架体恢复改造完成后，核心筒继续领先外框往上施工。待外框结构施工至桁架层后，即可进行核心筒外伸臂桁架，钢柱安装及环状腰支撑腰桁架等工序施工。5.2.2桁架层钢柱安装和施工当外框结构施工到达桁架层时，即可开始进行核心筒外桁架层的安装和施工。 1桁架层钢柱翻身由于桁架层钢柱截面面积较大，重量大，工程中通常需要对其

7、调整姿态以利于安装；此类钢柱翻身时，须使其缓缓从横放过渡至竖立，并防止因操作不当而导致钢柱骤然坠地，进而冲击塔吊大臂。为了保证钢柱翻身的安全和稳妥，设计和使用了一种辅助大型构件起吊的翻身支座，该支座采用钢构件焊接而成，并反Z字方向满铺枕木，其能有效保证巨型钢柱翻身时有45的角度过渡空间且增大了钢柱在支座上的接触面积，使得钢柱底部与翻身支座面均匀受力，其翻身流程如图5.2.2-1所示。图5.2.2-1 巨型钢柱翻身流程图2钢柱安装因钢柱最大吊重重，通常采用多台塔吊辅助吊装，钢柱安装时采用安装和吊装耳板辅助吊装，安装耳板中部开具3个安装螺栓孔洞，而吊装耳板则将顶部的螺栓孔洞扩大并作为吊装孔使用；吊

8、装耳板布置于钢柱顶端，安装耳板布置于钢柱底端，如图5.2.2-2所示。钢柱顶部设置4个吊点，采用四点绑扎法进行吊装，钢丝绳用卸扣与吊耳相扣，钢丝绳与水平面夹角不小于45，如图5.2.2-3所示。图5.2.2-2 吊装和安装耳板布置图图5.2.2-3钢柱吊装示意图钢柱吊装就位后，通过“连接夹板-螺栓-安装耳板-连接夹板-螺母”的构造临时连接，连接构造和示意如图5.2.2-4所示。临时连接的主要目的在于将钢柱初步固定在安装位置上，为下一步钢柱就位精调提供条件。当钢柱安装临时连接后，需采取错位调节措施对钢柱进行精确调整，错位调节如图5.2.2-5所示，然后再进行测量校正，校正核对无误后方可进行焊接。

9、由于钢柱周边可供测量仪器架设的空间有限，为了便于校正并提高效率，设计和使用了一种附着式的测量仪器架设平台。钢柱焊接安装完成后，临时连接的夹板及钢柱耳板即可拆除或割除。图5.2.2-4 钢柱临时连接示意图图5.2.2-5钢柱错位调节3钢柱安装作业装配式操作平台由于钢柱安装为桁架层外框钢结构施工的首要步骤，其周边无任何可附着的操作空间且完全处于高空，这对钢柱的安装极为不利。为方便钢柱的安装、校正及保证操作人员的安全，设计和使用了一种附着在钢柱上的可装配式操作平台，该平台分为两部分，均由底座和上部维护结构组成，两底座均焊接成“凹”形，对拼后形成环形平面，并抱住和附着在钢柱上，其搭设示意如图图5.2.

10、2-6所示。钢柱吊装时装配在柱中处，大小依据钢柱尺寸而定，待吊装焊接工作完成后，将其拆卸为两部分吊至地面。a操作平台底座示意图b操作平台立面示意图5.2.2-6钢柱安装装配式操作平台4钢柱内钢筋及混凝土施工 钢柱焊接完成后，须进行柱内钢筋施工，钢柱内部配筋示意如图5.2.2-7所示。钢筋施工完成后，需立即进行柱内自密实混凝土浇筑。因钢柱钢筋和自密实混凝土施工均须在钢柱顶施工作业，而柱顶作业面积极为狭小且高空作业无任何防护，为了方便钢柱内钢筋及混凝土等施工作业，设计和使用了一种钢柱顶施工作业平台，如图5.2.2-8所示，具体操作为利用塔吊将其吊至钢柱顶，再用螺栓将此操作平台底部的可调节连接耳板与

11、钢柱的吊耳紧固固定，四周安全防护网设置了可开关门型防护，便于从楼层倒运施工器具和材料；操作平台下设置了上人翻板，工人可通过小爬梯进入该操作平台。此操作平台扩大了柱顶的施工作业空间，且具有吊运方便，安全防护周密，可周转使用等优点。5.2.2-7钢柱内部配筋示意图5.2.2-8钢柱顶施工作业平台5.2.3核心筒外框环向支撑腰桁架安装核心筒外框环向支撑腰桁架跨越两个结构层，单榀腰桁架由带有桁架牛腿的外框柱、上下弦杆、腹杆组成。1 安装流程及方法单榀腰桁架安装遵循由下至上、先弦杆后腹杆的顺序进行，具体安装流程为带腰桁架牛腿外框柱腰桁架下弦腰桁架中间层水平弦杆下层腰桁架腹杆腰桁架上弦上层腰桁架腹杆。腰桁

12、架构件的安装采用散件吊装、高空原位拼装的方法，采用两台动臂塔吊对称同时安装；两个框柱间腰桁架吊装完成后，再进行整体校正焊接。2 环向腰桁架分段环向支撑腰桁架与伸臂桁架类似，吊装时都需对其进行规划分段，以利于动臂塔吊在其吊力范围内完成构件吊装。腰桁架规划分段按相邻钢柱间划为一个单元，将每个单元分为上弦杆、下弦杆、腹杆及中间米字形节点构件。单榀腰桁架分段示意如图5.2.3-1所示，米字形节点构件如图5.2.3-2所示。图5.2.3-1单榀腰桁架分段5.2.3-2米字形节点构件3 焊接施工腰桁架整体焊接按照从两边到中心的顺序进行，如图5.2.3-3所示；每榀桁架安装时，待一跨吊装完成后进行整体校正、

13、焊接，按照从下至上，先弦杆后腹杆的顺序进行，如图5.2.3-4所示。图5.2.3-3 腰桁架整体焊接顺序图5.2.3-4 单榀腰桁架焊接顺序5.2.4巨型斜撑安装技术主塔楼外框巨型角部钢柱之间采用巨型斜撑进行支撑，其竖向连接相邻两个桁架层。巨型斜撑高空斜向悬挑安装临时固定措施设置困难，无固定点位且斜撑悬挑端各向无约束，安装时需采取特殊技术措施。1安装流程巨型斜撑采用塔吊与倒链结合方式进行安装，安装时先吊装下段钢支撑，利用临时连接板将钢支撑与外框柱牛腿临时固定，并用两个倒链临时固定钢支撑，利用倒链完成钢支撑的校正，而后再吊装上段钢支撑，采用临时连接板将该段钢支撑与下段钢支撑和上端钢柱牛腿临时连接

14、，待整体校正完成后，焊接钢支撑对接焊缝，至此整段钢支撑安装完毕，具体安装流程如图5.2.4-1所示。a安装第一段斜撑对应钢柱b安装第一段斜撑c安装第二段斜撑对应钢柱d安装第二段斜撑e安装第三段斜撑对应钢柱f安装第三段斜撑g安装第四段斜撑对应钢柱h安装第四段斜撑i、安装第五段斜撑对应钢柱j安装第五段斜撑图5.2.4-1 安装流程示意图2 同角度吊装安装及临时固定巨型斜撑随楼层同步往上施工，相邻钢柱安装完成后即进行该段斜撑的吊装。需将巨型斜撑合理分段，采用斜向悬挑施工技术，吊装时预先调整构件的起吊角度，使之与安装角度相符；在巨型斜撑上设置4个吊装耳板，耳板布置为斜撑分段上端两个、下端两个，且吊装孔

15、全部位于耳板上方第一个孔。安装绑钩时，在斜撑顶部绑缚的钢丝绳上设置两个倒链，并利用倒链在地面上将钢支撑调整至安装姿态后再行起钩。图5.2.4-2 巨型斜撑吊装示意图图5.2.4-3 巨型斜撑临时固定示意图因巨型斜撑属带角度构件，其临时固定采用耳板连接构造与倒链结合方式进行固定，依据其结构特点可分为下端口和上端口固定，其下端口临时固定措施同外框钢柱对接临时固定措施，上端口固定采用倒链将斜撑上端口耳板与钢梁连接形成临时稳固结构，为了方便倒链与钢梁连接固定，设计和使用了一种固定于钢梁的夹具，如图5.2.4-2所示，该夹具安装固定在钢梁后，倒链可直接与其上的卸扣绑系固定。以首道斜撑首节分段安装为例，巨

16、型斜撑临时固定其示意如图5.2.4-3所示。6.材料与设备6.1材料钢构件： 环向支撑桁架构件为H型截面，伸臂桁架构件为箱型截面，材质为Q390、Q420；巨型斜撑为箱型截面，材质为Q420。焊条：手工焊条E5015，直径3.2mm、4.0mm；二氧化碳实芯焊丝ER50-6，纯度99%的二氧化碳气体。连接件：20mm厚钢板，材质为Q345B。混凝土：柱、墙结构混凝土强度等级满足设计要求。选用强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥；粗骨料宜采用连续级配，粒径不宜大于25mm，配制时宜掺用减水率不小于25%高效减水剂或缓凝高效减水剂，并应掺用活性较好的矿物掺和料。6.2机具设备主要施工机具设备如

17、下表6.2-1。表6.2-1 主要施工机具设备表序号名称规格型号数量用途序号名称规格型号数量用途1塔吊LH800-632吊装11等离子切割机4压型钢板切割2汽车吊50t1辅助塔吊12半自动切割机CG1-302措施板材切割3CO2焊机NBC-50050主材焊接13对讲机MOTORALA25辅助安装4直流电焊机NBC-40010辅助焊接14倒链3t/5t/8t/10t/20t20/30/50/50/20辅助安装5电焊条烘箱YGCH-X4003焊条加温15电动扳手5辅助安装6焊条保温筒TRB40焊条保温16手动扳手50辅助安装7砂轮切割机SQ-40-1Q2零星材料切割17套筒扳手10辅助安装8空气压

18、缩机XF2002焊缝返修18螺旋千斤顶8t/16t/32t/40t5/20/20/10辅助安装9风速测定仪1辅助安装19卡环2.5t/8t/16t/20t/35t150/50/30/20辅助安装10角向磨光机10020焊缝打磨6.3测量及检测仪器主要测量及检测仪器如下表6.3-1。表6.3-1主要测量及检测仪器表序号名称规格型号数量序号名称规格型号数量1全站仪Leica411钢卷尺25m102精密经纬仪J2112钢卷尺5m203自动安平水准仪DZS3213干漆膜测厚仪A-341014激光铅直仪J2JD114红外线测温仪300度15超声波探伤仪HS600a/TS-V6e415游标卡尺0-2001

19、6磁力线锤/1016塞尺0.02-0.5027塔尺苏一光217直角尺15030028卷尺7.5m1018直角尺25050029钢板尺1m1019焊缝量规/3010钢卷尺50m220放大镜/107.质量控制7.1质量标准质量标准如表7.1-1所列现行国家和行业标准。表7.1-1 国家和行业标准序号名 称编 号1高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-982建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-20023钢结构制作安装施工规程YB9254-954钢结构设计规范GB50017-20035钢结构工程施工规范GB50755-20126钢结构工程施工质量验收规范GB50205-20017建筑结构荷载规范GB 5

20、0009-20128高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程CECS 230-20089高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-20107.2质量控制措施7.2.1桁架层钢构件安装过程中，应严格按照方案提供的安装顺序及方法进行，防止出现安装变形较大及失稳情况发生。同时，桁架层构件的安装焊接中存在大量的焊接空间较小及超厚板焊接等较复杂及困难的焊接作业，对于这些部位的焊接应特别关注，保证斜撑的焊接质量。7.2.2钢构件安装过程控制点为散件自由端坐标定位控制及整体安装立面垂直度。安装前，复核已安装钢柱牛腿坐标，根据复测数据拟合计算，进行散件安装坐标预调，使固定端定位缆风绳及千斤顶进行校正。7.2.3为了避免因

21、上部结构施工造成伸臂桁架的过大变形，伸臂桁架位于核心筒外的对接节点处采取后焊，当上道桁架结构吊装完成，伸臂桁架后焊节点焊接前，要对后焊节点的坐标进行复测，复测合格方可施焊，当坐标偏差超出规范允许范围时，应采用千斤顶等措施进行构件的重新校正。7.2.4 焊接平面上的焊缝，要保证纵向焊缝和横向焊缝（特别是横向）能够自由收缩，如焊对接焊缝，焊接方向要指向自由端。先焊收缩量较大的焊缝，如结构上有对接焊缝，也有角焊缝，应先焊收缩量较大的对接焊缝。交叉对接焊缝焊接时，必须采用保证交叉点部位不易产生缺陷的焊接顺序。8.安全措施8.1桁架层施工安全防护措施8.1.1外框钢结构楼层安装完成后必须满铺全封闭水平网

22、防护，跟随施工进度每隔一层住上一翻（每两层之间必须有一层防护），作业面与水平安全网的垂直距离不得大于10米。铺设时，以两个钢柱间为一个区域，中间各片安全网连接为一体，四面使用夹具与钢梁下翼缘连接，夹具焊接钢筋挂钩钩住安全网。8.1.2楼层外圈临边防护采用安全绳，在临边钢梁吊装前将夹具式立杆安装于钢梁上，立杆上设置双安全绳。8.1.3桁架层临边防护采用外挑网防护，在楼层外圈设置两道外挑网，可接不慎掉落的小材料及作为人员跌落的二次防护。当楼层施工至第一道桁架层时，可开始拉设外挑网防护。外挑网应设置二层。外挑网使用白织水平兜网作为防护，必要时在上部加设一层小眼钢丝网。8.1.4水平通道主要搭设于施工

23、作业层的平面，用于施工人员的水平通行和应急撤离时的安全通道。8.1.5垂直楼梯主要搭设在楼层与楼层或上下作业面之间，用于作业人员垂直通行和应急撤离时的安全通道。垂直通道由两道主要受力斜杆搭上踏脚板，然后加设两侧栏杆和踢脚板制作而成。8.1.6为施工人员上下通行, 保障其安全,在钢柱上悬挂钢爬梯，爬梯上下两端必须固定牢固, 不得晃动，高度不同的钢爬梯应错开布置，爬梯数量现场确定。为保障施工人员上下攀爬的安全，在爬梯外侧架设安全绳一道，施工人员佩带特殊安全带（双钩安全带），每个钢爬梯附近配备自锁器，以便周转使用。8.2桁架层安装安全防护8.2.1严格执行高空作业安全规定，对高空施工人员应定期进行健

24、康检查，高血压、恐高症、头晕人员禁止登高作业。8.2.2钢构件就位时一定要保证其固定牢靠，必要时加设临时固定措施。8.2.3到达钢结构作业面的通道要搭设工具式钢楼梯。8.2.4所有构件吊装时要合理设置吊点，并系好溜绳。大型钢梁吊装应设吊耳，禁止采用钢丝绳捆绑钢梁直接起吊。8.2.5吊车起重臂、起吊构件的下方禁止站人。吊装作业时必须设置警戒线，禁止无关人员出入，钢柱安装摘钩时，柱下方及周围严禁站人。8.2.6为确保操作者在上下钢柱时的人身安全，每根钢柱安装时都必须配备防坠器。安装人员上下时，必须将安全带挂在防坠器的挂钩上，避免发生坠落事故。8.2.7钢结构安装作业人员所使用的各种手动工具必须用安

25、全绳子与腰间的安全带相连接或将工具防坠落的安全绳子与扶手绳子相连接，防止手动工具在使用时脱手坠落；轻型或小型电动工具也必须加设不同形式的防坠链和防滑脱挂钩，防止工具坠落发生伤人事故。9 环保措施9.0.1施工现场的噪声控制执行建筑施工场界环境噪声排放标准（GB12523-2011）规定的噪声限值，并按建筑施工场界噪声测量方法（GB12524-90）进行声级测量。9.0.2施工现场提倡文明施工，建立健全控制人为噪声的管理制度，尽量减少人为的大声喧哗或由于操作不当造成的噪声。9.0.3施工现场每周进行一次噪音监测，测点选在距现场围墙1m处，现场设八个监测点，布置在场地四周，设专人做噪声监测并记录，

26、接受社会监督。9.0.4钢构件在支设、拆除和搬运时，必须轻拿轻放，上下、左右用人传递。晚间构件安装修理时禁止使用大锤。9.0.5对施工机械进行全面检查维修保养，保证设备始终处于良好状态，避免噪音、泄漏和废油、废弃物造成的污染，杜绝重大安全隐患的存在。设备在使用前要检查鉴定，使用中要督促开展正常的维修保养，必要时应对设备采取专项噪声控制措施，如设备隔音防护棚，转动装置防护罩，尽量采用环保型机械设备等。对有可能发生尖锐噪声的小型电动工具，如冲击钻、手持电锯等，应严格控制使用时间，控制使用的频次的设备数量，在夜间休息时应减少或不进行作业。对于可以在加工车间加工的工作，尽可能在加工车间加工，减少在开放

27、式空间上的作业。9.0.6钢结构施工垃圾清运，采用容器吊运或袋装，严禁随意凌空抛撒，施工垃圾应及时清运，地面适量洒水，减少污染。进行定期和不定期检查，对现场烟尘程度进行观测。9.0.7现场照明合理布置，工作面照明在施工活动结束后及时关闭；所有照明灯具加设灯罩，防止灯光外泄；电焊机等设遮光罩棚，现场施焊时应设简易围挡。9.0.8严禁在施工现场随意焚烧任何废弃物和会产生有毒有害气体、烟尘、臭气的物质，焊接、气割、运输、燃油机械等所用气体或油料的纯度应符合有关规定。10.效益分析10.1经济效益10.1.1本工法根据塔吊的吊装半径和起重范围对桁架进行了深化分段，全部钢构件在工厂生产和制作，分段构件尺

28、寸满足车辆运输要求，节省了深化设计费用。综合考虑了构件制作匀速及现场安装工艺的合理性，避免了现场安装立焊缝分段，同时分段处设计在楼层标高1.3m标高处，方便操作平台的搭设及现场焊接施工，简化了现场操作流程，提高了塔吊使用效率，节省了安装和施工中的人工费和施工机械费。10.1.2本工法对桁架层复杂节点进行了施工深化、优化，对部分箍筋密集、与钢构件冲突碰撞多的区域，采用提前在加工厂内深化钢板箍的形式简化现场箍筋的安装，既提高了施工效率，也节约了部分箍筋量。据统计，仅两个桁架层就节约箍筋量约20t，节约成本57275.3元。10.1.3该工法核心筒内外桁架分段安装、流水作业及穿插衔接，统筹了动臂塔吊、爬模、钢筋工程、混凝土浇筑及钢结构安装等多道施工工序，提高了效率和缩短了工期。10.2社会效益超高层建筑复杂桁架结构层及贯穿楼板巨型斜撑安装施工工法的成功运用，解决了桁架层安装和施工难度大、工期长、工艺复杂等难题，获得了多项实用新型专利和科技成果，为国内众多的超高层建筑建设提供了可靠的借鉴。