超高层带伸臂结构巨型环桁架施工技术研究.pptx
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1、欢欢 迎迎各位专家、领导批评指正各位专家、领导批评指正!Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部超高层带伸臂结构巨型环桁架超高层带伸臂结构巨型环桁架施工技术研究与应用施工技术研究与应用 第四届超高层钢结构施工技术论坛第四届超高层钢结构施工技术论坛广州周大福金融中心(亦广州东塔)pp 施工技术背景施工技术背景pp 研发思路研发思路pp 关键技术与关键技术与创新创新技技技技术总结术总结介介介介绍绍超高层带伸臂结构巨型环桁架施工技术研究与应用一、施工技一、施
2、工技术背景背景超高层带伸臂结构巨型环桁架施工技术研究与应用Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部1、社会背景目前,超高层建筑向功能多样化、结构复杂化逐步发展,越来越多高层建筑需以巨型框架+核心筒+加强桁架等的抗侧力结构体系来满足结构设计要求,其转换桁架结构亦趋向节点复杂化、形式多样化、构件大型化的发展。对超高层建筑施工而言,加强桁架层施工是最为复杂和重要的环节,其构件安装精度及焊接质量要求高,但往往由于施工环境复杂、桁架结构形式多样、体积大、多节点等
3、,为保证其施工质量及进度效率成为一项极具挑战的工程难题。施工技术背景中建钢构有限公司广州东塔项目部Copyright,2012,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT施工技术背景2、结构体系 广州东塔结构体系:塔楼广州东塔结构体系:塔楼为为带加强层的钢管混凝土巨型带加强层的钢管混凝土巨型框架框架-筒体结构筒体结构;塔楼地上;塔楼地上112层,计入出屋面后的高度为层,计入出屋面后的高度为530m;核心筒内部采用现浇混;核心筒内部采用现浇混凝土楼盖体系;核心筒之外区凝土楼盖体系;核心筒之外区域采用钢梁域采用钢梁+
4、混凝土楼盖体系;混凝土楼盖体系;核心筒外墙通过伸臂桁架及钢核心筒外墙通过伸臂桁架及钢梁与外框巨型钢管柱连接共同梁与外框巨型钢管柱连接共同构成抗侧结构体系;巨柱下采构成抗侧结构体系;巨柱下采用独立基础,核心筒下采用箱用独立基础,核心筒下采用箱形基础。形基础。中建钢构有限公司广州东塔项目部Copyright,2012,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT塔楼共6道巨型环桁架层,其中L23L24、L40L41、L67L68及L92L94为带伸臂桁架的双层环带伸臂桁架的双层环桁架层桁架层,L56L57、L79L80
5、为不不带伸臂桁架的双层环桁架层。带伸臂桁架的双层环桁架层。施工技术背景3、桁架层设置塔楼环桁架层结构竖向分布塔楼环桁架层结构竖向分布中建钢构有限公司广州东塔项目部Copyright,2012,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT本工程单道环桁架层高度环桁架层高度、环桁架结构用钢量用钢量均为目前国内外应用之最国内外应用之最。水平最大跨度27m,竖向跨度高达14.5m,单道环桁架层结构用钢量高达6627t。桁架层钢结构主要包括巨型钢柱、边柱、双层双排内外环形桁架、核心筒内剪力墙板及8道上下弦伸臂桁架。施工技术背
6、景4、桁架层结构分布形式桁架层钢结构桁架层钢结构分布形式分布形式Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部l单道双层桁架结构(最重6627t)l典型复杂桁架层节点施工技术背景5、结构及节点形式分析铸钢节点:最厚425mm,组合最重112t。外框环桁架核心筒内桁架伸臂桁架蝶式节点铸钢节点伸臂桁架贯入式巨柱节点:最重159t,最大板厚130mm。桁架蝶式节点:尺寸为4m3m,重达21t。杆件最大截面为10005005050mm,最多6个节点接头。Copyri
7、ght,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部施工技术背景5、结构及节点形式分析内筒伸臂桁架平面布置图内筒伸臂桁架空间效果图425mm厚板大型铸钢节点425mm厚板大型铸钢节点二、二、研研发思路思路超高层带伸臂结构巨型环桁架施工技术研究与应用Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部研发思路1、施工重难点分析本工程桁架层结构体量大
8、、构件多,具有工期紧、构件制作、安装精度难控制、现场施工组织难度大等施工特点。构件难加工(1)桁架层构件体量大、数量多、焊接量巨大;(2)桁架层结构复杂、尺寸大,不利于加工运输;(3)桁架节点较多且复杂、加工精度难控制、需解决拼装;(4)采用大型铸钢节点、加工及焊接质量难保证。安装精度难(1)桁架结构节点复杂、具有多向支腿,含典型节点、口形、K形、X形、L形、T形等等多种形式,安装精度要求高;(2)塔楼竖向结构体量大,内外筒会出现不均匀沉降、影响整体稳定;(3)焊接量大、需700吨焊材、49000瓶CO2、33500瓶O2、17500瓶乙炔;单节点焊缝填充量达1.5吨;(4)超长超厚板焊接多,
9、含130mm、90mm、70mm、50mm、40mm;(5)6100mm长、425mm厚铸钢与Q345C异种焊,空间受限、应力集中与 质量难保证。现场施工组织难度大(1)桁架层构件数量多、工期紧,业主要求高效、高质、安全完工,施工组织难度大;(2)单桁架层构件多达656件,高空散件吊装效率低;(3)现场焊接量大、施工环境恶劣、高空安装防护要求高。Copyright,2012,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部研发思路 针对本工程双层“蝶式”环桁架的施工难点,以下关键技术的攻克
10、对本工程能否顺利完成起决定作用:2、应对关键技术点1优化桁架构件分段设计2典型复杂桁架结构加工3桁架工厂预拼装技术4桁架现场安装管控技术5内外筒不均匀沉降控制技术三、关三、关键技技术与与创新新超高层带伸臂结构巨型环桁架施工技术研究与应用Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部为便于批量加工,考虑运输、安装效率、焊接等,遵循以下原则。(1)构件宽度不超4.5m,高度不超3.5m。(2)每榀桁架整体对称分段,采用以点带线、对称划分方式进行。(3)综合考虑巨
11、柱尺寸、重量大小,合理划分牛腿等结构,保证安装与运输。(4)钢柱取离节点板边500mm处分段,其他结构均取离节点板及牛腿边300mm处分段,避免现场焊缝集中。1、复杂桁架构件分段设计关键技术与创新Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部与伸臂桁架连接的外框巨柱贯入式节点,多层多向大型超厚复杂。主要由钢梁牛腿、纵向柱腔内伸臂桁架双连接板(板厚130mm)、桁架牛腿等组成,单节点重达300t。从加工、运输、吊装、焊接等考虑分为三至四段。1、复杂桁架构件分段
12、设计分1至2节分1节分1节桁架牛腿伸臂桁架伸臂桁架伸臂桁架连接板桁架牛腿关键技术与创新Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部核心筒角部共设8个铸钢节点与伸臂桁架连接,为桁架结构中核心部位。该节点采 用 G20Mn5QT铸 钢 与 Q345C钢 组 合,铸 钢 长 6100mm、横 截 面 为425mm425mm、伸臂桁架牛腿臂厚220mm、单件重达21吨。1、复杂桁架构件分段设计425mm厚板大型铸钢节点关键技术与创新Copyright,2014,C
13、HINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部 铸钢件采用在制作厂与相连接钢板焊接成整体的工艺,现场整体吊装。相连钢板厚度分别为110、60、35mm。关键技术与创新1、复杂桁架构件分段设计Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部将核心筒角部桁架结构分成四个制作单元,并将铸钢件与局部Q345C钢组焊成一榀制作单元,并将且铸钢与Q345C钢对接焊缝错
14、开设计,尽量减少现场异种钢对接焊工作量,但安装现场与多向构件连接焊、且对接接头位置较集中,易造成多向焊接热应力拘束,焊后结构出现较大变形偏差。1、复杂桁架构件分段设计关键技术与创新Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部典型边部环桁架分段1、复杂桁架构件分段设计边部单面分为2022个构件。关键技术与创新Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJEC
15、T中建钢构有限公司广州东塔项目部典型角部环桁架分段1、复杂桁架构件分段设计角部单面分为13个构件。关键技术与创新Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 1)巨柱贯入式节点加工)巨柱贯入式节点加工主要由巨巨柱柱箱箱体体、巨巨柱柱腔腔内内伸伸臂臂桁桁架架连连接接板板、桁桁架架牛牛腿腿等组成。巨柱为大截面多腔箱型结构,腔体内厚板多层多向交汇对接,焊缝数量多、集中,组焊过程易产生变形。伸臂桁架牛腿伸臂桁架连接板最大截面达
16、最大截面达5300mm3600mm伸臂桁架连接板厚伸臂桁架连接板厚达达130mm单节点体大、最重单节点体大、最重达达159tCopyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 1)巨柱贯入式节点加工)巨柱贯入式节点加工遵循化繁为简、加防余量、反变形焊接原则,分单元加工、后整体组装分单元加工、后整体组装。典型介绍第二单元的巨柱贯入式节点加工。典型介绍第二单元的巨柱贯入式节点加工。(1)分解为巨柱箱体巨柱箱体、伸臂桁伸臂桁架连接
17、板架连接板两部分独立加工,最后将连接板斜向插入巨柱箱体内连接板斜向插入巨柱箱体内完成组装。(2)巨柱箱体又可分成上下腹上下腹板(板()、加劲板(加劲板()及隔板隔板()、两侧翼板(两侧翼板()等多个单元加工。Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 1)巨柱贯入式节点加工)巨柱贯入式节点加工(1)定位划线示意(2)装配十字加劲板(3)装配内隔板及竖向加劲板(4)装配横向十字加劲板先组装底板与中间隔板,再装两侧立板,
18、最后组装盖板。主控好各中间隔板定位,基准底板在水平面上的中心线,各板单元组装间隙、分段位置线、垂直度和四角水平度。Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 1)巨柱贯入式节点加工)巨柱贯入式节点加工(7)装配左侧翼板(8)装配上腹板(9)伸臂桁架连接板与巨柱整体组装(5)装配横向加劲板(6)装配右侧翼板Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LT
19、D,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 1)巨柱贯入式节点加工)巨柱贯入式节点加工巨柱箱体翼板、腹板及内部十字加劲板等主材加工余量加放原则。巨柱箱体翼板、腹板及内部十字加劲板等主材加工余量加放原则。巨柱主材余量加放示意(1)长度方向加设)长度方向加设10mm余量余量(+5端铣余量、+3焊接收缩及+2矫正余量)。(2)宽度方向不加设余量)宽度方向不加设余量(仅主焊缝+3mm横向收缩余量)(3)数控切割下料)数控切割下料采用数控下料切割大截面钢板,保证切割精度。Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION
20、STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工构件项目精度巨柱高度-30截面长度3截面宽度3中间截面2对角线3对角线之差3柱顶平面度2外形尺寸精度控制要求外形尺寸精度控制要求关键技术与创新 1)巨柱贯入式节点加工)巨柱贯入式节点加工Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 2)环桁架节点)环桁架节点加工加工环环桁架拼装余量
21、及焊接收缩余量加放桁架拼装余量及焊接收缩余量加放 环桁架构件下料余量加放原则序号序号内容内容余量加放余量加放值/mm备注注1桁架上弦、中弦、下弦三根水平弦杆两端与钢柱牛腿连接处加放拼装余量。+20此余量预拼装时切割2桁架高度方向,即上弦杆与中弦杆间,中弦杆与下弦杆间高度加放焊接收缩余量。+3mm焊接收缩余量3所有腹杆一端正作,一端加放拼装余量。+5mm此余量预拼装时切割4如桁架设计有起拱要求,则放样时在实际拱高基础上再加放一反变形量,并在下料时直接按放大后的拱度值进行下料。/反变形量根据桁架自重、荷载进行位移计算确定Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL
22、 STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 2)环桁架节点)环桁架节点加工加工环桁架节点复杂,包括米字形、K形、X形、L形、T形等多向支腿,以蝶式节点(米字形)最为典型。具有6个杆件对接点,构件的形位尺寸、杆件对接点定位精度是其加工控制的关键。主要遵循“预估偏差、余量分类加放、焊接反变形控制”原则。Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁
23、架结构加工蝶式节点制作工艺流程:蝶式节点制作工艺流程:(1)通过设置连接板与底板六点对接,并在底板上定位划线,确保节点与杆件对接精度。(2)采取先装水平向及单侧加劲肋,最后补装另侧肋板,以灵活调整对接形位。(3)保证底板与盖板的中心定位准确,及其平整度与连接端口处四边形开裆尺寸。连接板及定位划线组装加劲肋组装节点上盖板组装后装加劲肋整体划线、打洋标记关键技术与创新 2)环桁架节点)环桁架节点加工加工Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁
24、架结构加工关键技术与创新 2)环桁架节点)环桁架节点加工加工箱型巨柱分段与桁架牛腿组装工艺箱型巨柱分段与桁架牛腿组装工艺采用立式组装,在平台上投影出钢柱十字中心线、牛腿中心线、端面企口线等XY向定位线,在箱体壁上划出Z向位置线,其后依定位线组装。Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 3)铸钢节点)铸钢节点加工加工核心筒桁架与伸臂桁架连接关键部位,共设核心筒桁架与伸臂桁架连接关键部位,共设8个铸钢节点个铸钢节点铸
25、钢节点采用铸钢节点采用425mm425mm截面超厚实心铸钢件截面超厚实心铸钢件多部位铸钢与多部位铸钢与Q345C钢异种对接焊钢异种对接焊现场焊接头集中,易造成多向热应力拘束,结构变形现场焊接头集中,易造成多向热应力拘束,结构变形Copyright,2014,CHINA CONSTRUCTION STEEL STRUCTURE CORP.LTD,EAST TOWER PROJECT中建钢构有限公司广州东塔项目部2、典型复杂桁架结构加工关键技术与创新 3)铸钢节点)铸钢节点加工加工节点分单元制作,采取铸钢局部与Q345C钢组焊成一整体安装单元,并将对接焊缝错开设计,尽量减少现场异种对接焊。核心筒角
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- 超高 层带伸臂 结构 巨型 桁架 施工 技术研究
