超高层钢结构深化设计关键技术图文.ppt

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1、基于天津117项目的超高层钢结构深化设计关键技术2015年5月27日117项目工程概况1深化设计分段2塔楼外框巨柱深化设计要点3塔楼核心筒剪力墙深化设计要点4项目深化设计管控5其他超高层项目分段整体分析6一 117项目工程概况1.1 117项目工程概况本工程如右图所示划分为四部分：1、T区117办公楼；2、E区总部办公楼；3、R区商业群房；4、U区纯地下室。本工程的深化设计重难点主要在T区塔楼部分。1.2 117项目塔楼钢结构概况117办公楼结构高度约为596米，地上共117层，4层地下室。整体呈四棱台体，中央混凝土核心筒为矩形。结构体系为：巨型框架-核心筒-巨型斜撑多重结构抗侧力体系。1.3

2、 117项目塔楼外框钢结构概况一九塔楼巨柱位于建筑物平面四角并贯通至结构顶部，与桁架及巨撑连接，形成结构支撑体系。其呈六边菱形，沿高度并分多段内收，外侧平齐。1.4 117项目塔楼支撑钢结构概况主塔楼在每个立面均布置有1道防屈曲支撑和8道巨型斜撑，防屈曲支撑分布于B2-L7层，巨型斜撑两端与巨柱相连，分布如左图所示，单道巨型斜撑最长达79m，重量约为640t。巨型支撑交叉处典型节点巨型支撑交叉处典型节点1.5 117项目塔楼桁架钢结构概况塔楼结构设计共布置九道环形带状桁架，带状桁架分部如左图所示。环形桁架由箱型梁和组合节点构成，两端与巨柱相连。1.6 117项目塔楼剪力墙钢结构概况整体结构中，

3、钢板墙从地下3层到37层楼面处（-18.350m+192.300m）以及114层夹层二到屋顶（+559.545m+596.200m）,钢板墙钢板厚度分别有70mm、50mm、25mm、20mm。1.7 117项目塔楼构件分部概况杆件名称杆件截面形式最大截面外形尺寸主要材质主要板厚分布部位吨位所占比重巨柱 长11232mm宽5233mmQ345GJC Q390GJD25mm、30mm、40mm、60mm、80mm巨型框架柱4446036.58%支撑 口1800 x 900 x 120 x 50Q345GJC120mm/50mm斜撑及水平横梁1684313.86%桁架 口1200 x 800 x

4、100 x 100Q345GJC100mm带状桁架103538.52%钢板墙 长14250mm宽13425mmQ345GJC25mm/50mm/70mm钢板墙含翼墙钢板1922415.82%楼面梁 H700 x400 x14x25Q235B14mm/25mm楼面梁2529620.81%次框架柱 口1200 x 900 x 50 x 50Q345GJC30mm/35mm/50mm次框架柱50104.12%钢楼梯 长6915mm宽2070mmQ345C5mm钢楼梯3500.29%二 深化设计分段2.1.1 深化设计分段-巨柱分段前分析1、巨柱壁板较厚（大部分为80mm，最厚100mm），避免材料拼

5、接可节 约成本，缩短工期。分段时考虑钢板板幅不超过4.4m，单块重量 不超过21吨。2、巨柱整体重量重，现场采用大吨位吊机，但工厂制作时重量受限 （江苏厂仅一台70吨行车）。分段时考虑重量不超过60吨。3、巨柱截面面积大，为保证运输，分段时考虑宽度不超过4.2m，高 度不超过3.3m。4、巨柱内部板件多而厚，分段时避免现场“T型焊缝，以免出现板件 层状撕裂。5、巨柱腔体众多（最多26个），且内壁布置栓钉，最小腔体净空间 为620mm。考虑分段后现场吊装顺序，人员施焊站位，避免进入狭 小腔体施焊。6、巨柱在楼层处设置水平隔板，分段时考虑巨柱对接焊缝距离水平 隔板至少150mm，以保证现场施焊。2

6、.1.2 深化设计分段-117巨柱分段（地下）地下室单根巨型柱重约1607吨，分为41个吊装单元。地下室高度范围内巨型钢柱共分为6节，每节构件分为4至9个吊装单元，单元最重约57t。2.1.3 深化设计分段-117巨柱分段（非桁架层）地上巨型柱共有9种截面（MC2MC10)。其中MC2MC5截面，平面划分为4个单元，MC6MC10截面未进行平面划分。MC2MC5MC6MC7MC10立面分段在12层以下为3500mm，12层以上多为4320mm立面分段多为3500mm立面分段多为3500mm2.1.4 深化设计分段-117巨柱分段（桁架层）123巨柱大节点处平面整体分4个单元,其中二三节AC单元

7、平面再次拆分ABCD一节二节三节四节2.1.4 深化设计分段-117巨柱分段（桁架层）巨柱大节点1、2单元采取现场地面拼装为“L”形，整体吊装，然后吊装3单元，因大节点内部板件密集，且空间小，内部板件现场焊接方向、顺序均需仔细考虑。23123后装板后装板现场焊接坡现场焊接坡口朝上口朝上现场焊接坡现场焊接坡口朝上口朝上后装板后装板现场焊接坡现场焊接坡口朝下口朝下2.2.1 深化设计分段-钢板墙分段前分析1、钢板墙板较厚（最厚70mm），避免材料拼接可节约成本，缩短工 期。分段时考虑钢板板幅不超过4.4m，单块重量不超过21吨。2、钢板墙平面外刚度小，加工、运输、堆放极易变性，且矫正困 难，分段时

8、应避免出现较大“L”形、“T”形，且宜与钢暗柱、暗梁连 为一体，增强刚度。3、地上核心筒计划采用顶模系统，分段时应考虑顶模系统的顶升节 奏、高度及对长度的限制。4、分段时应考虑剪力墙土建施工节奏（每次砼浇筑标高等）避免造 成施工不协调。5、考虑现场横焊缝较立焊缝更易操作，分段应尽量分长单片构件，可减少现场立焊缝。6、考虑运输尺寸限制，结合钢板板幅限制，运输宽度尺寸控制在 4.4m以内。2.2.2 深化设计分段-117剪力墙分段（地下）地下室单片剪力墙重约720t，分为48个吊装单元。地下室高度范围内分6节，每节分为6至10个吊装单元，单元最重约25t。地上剪力墙分段除需考虑上述因素外，还需考虑

9、顶模系统的影响。钢板墙分段需考虑顶模预留洞口大小。顶模系统与核心筒墙体施工的步距为一个楼层，钢板墙构件按照一层一节分块。长度方向对应顶模预留吊装口长度（最长分段9.12m）2.2.3 深化设计分段-117剪力墙分段（地上）2.3.1 深化设计分段-桁架及巨撑分段前分析1、宜选择界面内力较小处。2、宜有利于现场施工操作，避免仰焊，确保施工质量。3、应满足现场起重设备作业半径内的吊重4、宜便于构件制作和运输5、巨撑交叉处节点板尺寸较大（7mx7m），分段时考虑分段位置，使 其满足钢板轧制限制。利用弦杆与腹杆节点以及板厚变化进行现场分段分节，以达到减少总焊接量的目标。每段长度在15m以内，腹杆现场散

10、件吊装。2.3.2 深化设计分段-117桁架及巨撑分段每道巨型斜撑分为5段，控制运输长度不大于13米，且尽量使每节长度一致；十字交叉处需控制异形板宽。2.4 深化设计分段-钢材尺寸加价对照宽度加价宽度范围加价金额1600mmW2500mm0元/吨2500mmW3200mm50元/吨3200mmW3800mm80元/吨3800mmW4200mm150元/吨4200mmW4500mm250元/吨4500mmW4700mm450元/吨长度加价长度范围加价金额6000mmL17000mm0元/吨17000mmL22000mm长度每增加一米加价30元/吨，不足一米按一米计算钢板生产宽度范围为1600mm

11、W4700mm，长度范围为6000mmL22000mm，在生产范围内加价原则如下表：2.5 深化设计分段-构件运输价格对照13米车（车厢长12.5、宽2.3米、地面到车厢板是1.6米）构件参数长宽高 重量 长宽高 重量 长宽高 重量 长宽高 重量 长宽高 重量12.5 2.4 2.83814 2.733815335015 3.5 3.260费用 合同价*100 合同价*120合同价*130合同价*150合同价*17米车（车厢长17.5米、宽3米、地面到车厢板是1.4米）构件参数长宽高 重量 长宽高 重量 长宽高 重量 长宽高 重量 长宽高 重量1833.13420 3.3 3.33421 3.

12、5 3.54521 4.2 3.56021 4.7 3.560费用合同价*100 合同价*120合同价*130 合同价*150合同价*200 特种车 长途运输构件长度可达28米、宽度4.7米、高度4米、重量80吨左右。短途倒运在无涵洞、桥梁、高架的限制情况下构件长度可达40米、宽度7米、高度5米、重量200吨左右。运费根据不同构件尺寸增减。注：此表中构件尺寸为最大理想化尺寸，根据构件实际外形及装车时加垫块、木方等会相应减低尺寸范围。三 塔楼外框巨柱深化设计要点3.1 巨柱深化设计要点巨柱深化设计除了需合理考虑分段分节以外，还需注意以下要点：1、巨柱钢结构专业与土建专业的配合2、巨柱钢结构制作与

13、安装的配合3、巨柱深化需考虑现场安装顺序及操作空间4、巨柱深化需尽量考虑提高制作效率5、巨柱深化需尽量规避质量、安全风险。3.2 巨柱深化设计要点-117巨柱内腔体众多（最多26个腔体），大部分腔体内均设置钢筋，深化设计时充分考虑钢筋施工所需空间及人员上下通道。巨柱内腔体钢筋施工配合3.3 巨柱深化设计要点-117为保证巨柱现场焊缝质量，现场焊接采取焊前预热和焊后保温措施（电加热），深化设计时需考虑电加热设备的操作空间。巨柱深化设计时配合现场考虑操作平台搭设3.4 巨柱深化设计要点-117根据现场安装顺序及巨柱截面多腔体特点，巨柱现场焊接坡口均为单面坡口，坡口深化方向需考虑现场焊接站位。3.5

14、 巨柱深化设计要点-117深蓝色板件与下节对接时需人员进入腔体施焊，其余均可在外部施焊，深化设计时注意现场坡口朝向。3.6 巨柱深化设计要点-117构件加工时工厂通常采用构件“翻身”达到较好的焊接工况，以保证焊接质量。巨柱截面大，钢板厚，分段后单个单元重量依然较重，合理减少“翻身”次数，将提高工厂制作效率。深化设计时与原结构单位深化设计时与原结构单位沟通调整钢板贯通方式，达沟通调整钢板贯通方式，达到构件工厂制作翻身次到构件工厂制作翻身次数减少数减少3.7 巨柱深化设计要点-117巨柱壁板厚度在节点处最厚达100mm，且存在异形板件，工厂数控下料时，转角处易出现缺陷，深化时需考虑在此类板件转角处

15、进行圆弧过渡。巨柱内部腔体多，分段时容易出现“T”型现场立焊接头，对焊接温度控制及工艺要求极高，如控制不好易导致板材撕裂。深化设计时应尽量规避此类接头，并转换为对接接头。现场对接四 塔楼核心筒钢板墙深化设计要点4 钢板墙深化设计要点钢板墙深化设计除了需合理考虑分段分节以外，还需注意以下要点：1、钢板墙与土建专业的配合2、钢板墙与机电专业的配合3、钢板墙现场安装的考虑4、钢板墙工厂制作的考虑5、钢板墙深化图的表达4.1 钢板墙深化设计要点-117剪力墙由约束边缘翼墙柱和墙体、暗梁、暗柱组成。约束边缘构件墙体暗梁暗柱4.2 钢板墙深化设计要点-117剪力墙典型构件4.3 钢板墙深化设计要点-117

16、为保证剪力墙现场焊缝质量，现场焊接采取焊前预热和焊后保温措施（电加热），深化设计时需考虑电加热设备的操作空间。钢板墙深化设计时配合现场考虑操作平台搭设4.4 钢板墙深化设计要点-117钢板剪力墙暗柱与墙板主次关系对构件后期制作变形控制有一定关系，向有利于钢板变形控制的方向调整墙板与暗柱主次关系。4.5 钢板墙深化设计要点-117钢板剪力墙暗柱、暗梁与墙板焊缝原本均为一级全熔透焊接，根据暗柱、暗梁所处部位及优化后的墙柱主次关系向设计提出优化建议。4.6 钢板墙深化设计要点-117剪力墙内与钢板相连的钢筋：约束边缘构件箍筋、墙体水平筋、墙体拉筋、暗梁纵筋、暗梁箍筋。约束边缘构件箍筋及墙体水平筋连接

17、暗梁箍筋连接墙体拉筋连接暗梁纵筋连接4.7 钢板墙深化设计要点-117钢板墙单个构件板幅大，平面外刚度小，在构件加工吊装、运输以及构件堆放过程中主要是平面外受力，极易发生平面外变形。变形矫正困难，对现场施工质量影响大，加设防变形板。深化设计时需注意连梁钢筋搭接板的焊接顺序。4.8 钢板墙深化设计要点-117深化设计时，充分考虑现场钢筋施工要求，钢筋两端避免同时出现套筒连接。墙板设备开洞补强套管深化时，注意套管长度采用负公差，避免土建合模质量不高。4.9 钢板墙深化设计要点-117钢板墙零件多，信息量大，如何清晰体现在深化图中也是关键要点之一。l了解构件制作流程，图纸表达遵循此流程l按类型将信息

18、分别体现钢筋连接孔、连接器定位栓钉、其他零件定位五 项目深化设计管控5.1 项目深化设计管控-人员组织设计分院院长项目负责人靠山楼塔楼钢板墙劲性柱塔楼巨柱巨撑桁架塔楼钢梁钢板楼梯R区裙房建模2人，出图3人建模2人，出图4人建模1人，出图2人建模2人，出图2人建模2人，出图1人项目中前期按照项目特点分为5个分项工程进行，共计21人。5.2 项目深化设计管控-进度控制循环计划项目深化计划分为四级：总进度计划、阶段性进度计划、周计划、日计划，层层分解，如有偏差及时调整。5.2 项目深化设计管控-进度控制项目深化计划分为四级：总进度计划、阶段性进度计划、周计划、日计划，层层分解，如有偏差及时调整。总计

19、划阶段计划周计划日计划5.3 项目深化设计管控-质量控制深化设计质量管控措施：l深化大面积开展前组织现场、工厂进行设计评审l模型完成，出图前进行模型校审l大面积出图前开展样图评审l出图完成后，送审或发生产前进行图纸校审5.4 项目深化设计管控-材料控制项目钢结构体量大，施工时间跨度大，设计变更多，易导致材料多提或漏提，从而带来经济和工期延误损失。l材料变更及时统计处理l阶段性复核，多退少补l摘料规划 l批次划分清楚六 其他超高层项目钢板墙分段整体分析分段整体分析：分段整体分析：1、本项目钢板墙6层以下分段主控平面长度、合理考虑钢板采购尺寸、运输尺寸，大量减少现场立焊缝，规避了工厂材料拼接，降低

20、了运输费用。此方案使得构件制作周期缩短，现场焊接质量能更好受控（横焊缝质量较立焊缝容易保证），且较为经济。2、钢板墙6层以上核心筒采用顶模施工，钢板墙分段主要考虑现场钢结构及土建各工序间的流水作业，并考虑顶模的顶升节奏。高度方向分段为一层一节（大部分为4.32m），长度方向对应顶模预留吊装口长度（最长分段9.12m），工厂无法采购对应钢板板幅，存在工厂横向拼接，且运输宽度大，导致构件制作、运输成本增加。但现场安装吊次减少，起重设备占用时间相对较短，进度易保证；能够保证现场流水作业顺畅进行。此分段方案在考虑整体进度、质量的情况下增加工厂成本保证现场安装进度、质量及与其他专业的顺畅配合，在项目全局

21、角度合理利用了工厂、现场资源。钢板墙现场安装图（1/4平面）一节钢板墙三维示意图（典型）6.1 钢板墙分段整体分析-117分段适用情况：分段适用情况：项目施工工期紧、各工序流水作业配合紧密时较为适用。本项目分段需注意事项：本项目分段需注意事项：1、本项目637层钢板墙分段方案导致工厂存在材料拼接，分段前应充分考虑因此而导致工厂制作周期的延长、成本的增加。2、因流水作业需要，分段前应确保分段位置处于土建预留钢筋位置上部，以便钢结构施焊。3、分段应确保分段满足结构要求。6.1 钢板墙分段整体分析-117剪力墙结构特征：剪力墙结构特征：本项目塔楼核心筒钢结构在12层以下采用劲性钢骨暗梁、暗柱、钢板组

22、合钢板剪力墙，钢板剪力墙均为单层无加劲形式。钢板墙钢板厚度为60、40、30、20mm。材质均为Q390C。剪力墙分段特征：剪力墙分段特征：12层以下钢骨暗柱、钢骨暗梁与钢板墙在工厂焊接为整体，分片吊装。钢板墙分段以高度控制为主（2层一节），宽度方向合理考虑运输宽度及钢板板幅宽度。钢板立面现场对接采用双夹板高强螺栓连接；钢板水平现场对接采用焊接连接。钢板墙立面分段图（典型）钢板墙构件三维示意图（典型）钢板墙三维示意图6.2 钢板墙分段整体分析-武汉中心分段整体分析：分段整体分析：1、本项目分段采用节高为主控点，增加了钢板墙立面连接材料用量及工作量（螺栓施工），但此方案使钢板墙分节节次相对较少,

23、横向对接焊缝大量减少（一级全熔透），相对节高较小的分段方案，现场安装进度、质量更容易保证。2、分段方案较好的考虑了运输尺寸及钢板轧制尺寸，避免了构件运输宽度过大，钢板轧制宽度过宽的情况。此分段适用情况：此分段适用情况：1、增加墙板立面对接连接板及螺栓量，单价合同、螺栓单独计价时较为适用。2、现场钢结构施工与土建施工节奏配套（如土建一层浇筑一次墙体混凝土时，按此分段将出现一节钢板墙安装完后，土建多次浇筑混凝土的情况为不配套）时较为适用。此分段方案需注意事项：此分段方案需注意事项：1、本项目钢板墙分段方案主控节高，增加大量的立面连接，需充分考虑现场人员配备（焊铆工数量、质量）、土建专业施工介入时机

24、等因素。2、高度较高，需考虑钢板墙的现场防倾覆措施加设。整体三维示意图6.2 钢板墙分段整体分析-武汉中心剪力墙结构特征：剪力墙结构特征：本项目塔楼核心筒钢结构在32层以下及107111层采用劲性钢骨暗柱、钢板组合钢板剪力墙，其中17层以下为双层钢板剪力墙形式；1732层及107111层为单层钢板剪力墙形式。双层钢板墙内部设置横向及竖向加劲板，单层钢板墙设置通长双面横向、竖向加劲板。钢板墙板厚为20、25、40、45、50mm。剪力墙分段特征：剪力墙分段特征：32层以下及107111层钢骨暗柱、钢骨暗梁与钢板墙在工厂焊接为整体，分片吊装。钢板墙立面分段为一层一节（多为4.5m），横向分段除角部

25、受顶模影响分为2个吊装单元外，其余均按照墙体布置分块。其立面尺寸作为运输宽度尺寸。钢板现场对接采用全焊连接；单层钢板墙示意图双层钢板墙示意图钢板墙平面分段示意图钢板墙墙三维示意图6.3 钢板墙分段整体分析-广州东塔分段整体分析分段整体分析：1、32层以下钢板墙分段考虑顶模影响，节高一层一节（多为4.5m），使工厂无法采购对应钢板板幅，存在工厂横向拼接，且运输宽度大，导致构件制作、运输成本增加。但现场安装吊次减少，起重设备占用时间相对较短，进度易保证；能够保证现场流水作业顺畅进行。2、此分段每节剪力墙立焊缝较少（4处），现场焊缝质量相对易保证。分段适用情况：分段适用情况：项目施工工期紧、各工序流

26、水作业配合紧密时较为适用。本分段方案需注意事项：本分段方案需注意事项：1、本项目钢板墙分段方案使工厂存在大量拼接缝，且运输尺寸超宽，分段前应与工厂积极沟通，充分考虑因此而导致工厂制作周期的延长、成本的增加。2、因流水作业需要，分段前应与土建充分沟通，确保分段位置处于土建预留钢筋位置上部，以便钢结构施焊。3、分段前应与结构设计沟通，确保分段满足结构要求。6.3 钢板墙分段整体分析-广州东塔剪力墙结构特征：剪力墙结构特征：本项目塔楼核心筒钢结构在10层以下采用劲性钢骨暗柱、暗梁、钢板组合钢板剪力墙，均采用单层钢板剪力墙无加劲形式，钢板墙板厚为45、40、35mm。剪力墙分段特征：剪力墙分段特征：1

27、、本项目10层以下钢骨暗柱、钢骨暗梁与钢板墙在工厂焊接为整体，分片吊装。地下室钢板墙立面分段因栈桥支撑及吊重影响，采用一层两节；平面分段考虑运输尺寸及吊重的情况下，长度尽量分长（最长单元为11.2m）。2、L1L10层钢板墙分段考虑现场吊重及运输尺寸、钢板轧制板幅等因素，立面分段为一层一节，平面分段宽度控制在3.7m以内。3、地下室钢板墙构件分段高度作为构件运输宽度，L1L10层钢板墙构件分段高度作为构件运输长度。钢板现场对接采用全焊连接；钢板墙三维示意图钢板墙构件三维示意图6.4 钢板墙分段整体分析-苏州国金分段整体分析分段整体分析：1、地下室钢板墙分段考虑混凝土栈桥支撑（部分剪力墙在栈桥支

28、撑下方）、吊重影响，节高一层二节（最大为2.9m），工厂采购对应钢板板幅，不存在工厂钢板拼接，且运输宽度不超宽，构件制作、运输成本容易控制，且制作周期相对缩短。但现场安装吊次增多，现场对接焊缝增多。2、此分段方案受现场吊重影响较大，导致剪力墙立面分段增加一倍，现场焊接工作量增加一倍，质量相对不易保证。分段适用情况：分段适用情况：项目起重设备受限，现场的临时措施对结构安装有较大影响时（如混凝土支撑、栈桥对安装的影响）较为适用。本分段方案需注意事项：本分段方案需注意事项：1、本项目钢板墙分段方案使现场存在大量拼接缝，分段前应充分考虑现场焊接人员及设备配备。2、分段前应与土建充分沟通，确保分段位置处于土建预留钢筋位置上部，以便钢结构现场施焊。3、分段前应与结构设计沟通，确保分段满足结构要求。整体三维示意图6.4 钢板墙分段整体分析-苏州国金