中建四局全钢结构超高层建造关键技术.pdf
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1、全钢结构超高层建造关键技术成果交流汇报中建四局土木工程有限公司目 录01依托工程项目介绍不足之处02复杂周边环境05装配式建筑要点04垂直运输03钢结构建造06应用成果工程概况0101依托工程Part One依托工程01深圳汉京金融中心108 GLOBAL INSTITUTIONS历经历经108个全球机构甄选个全球机构甄选6 INTERNATIONAL MASTERS6位国际级大师角逐位国际级大师角逐THOM MAYNE【一座建筑艺术的地标一座建筑艺术的地标】依托工程01深圳汉京金融中心工程名称工程名称汉京金融中心汉京金融中心工程地址广东省深圳市南山区建筑高度320m,屋顶结构高度超350m建
2、筑层数地上61层,附4层商业裙楼,地下5层占地面积11016.94建筑面积165749.38,计容面积110169容积率10单位单位名称名称方案设计美国墨菲西斯建筑师事务所美国H+P建筑结构事务所施工设计筑博设计股份有限公司建设单位深圳市罗兰斯宝物业发展有限公司监理单位中海监理有限公司施工总承包中国建筑第四工程局有限公司钢结构单位中建科工集团有限公司依托工程01深圳汉京金融中心项目西侧立面图项目西侧立面图项目项目南南侧立面图侧立面图塔楼标准层塔楼标准层平面图平面图北塔南塔作为全球最高的全球最高的核心筒分离式全钢结构超高核心筒分离式全钢结构超高层装配式建筑层装配式建筑,将交通核和主要服务空间移到
3、大楼主体以外,从而创造出广大而开放、灵活的空间。依托工程01地下室地下室裙楼裙楼裙楼采用钢框架结构钢框架结构,楼层西侧为悬挑结构,其外框为复杂桁架构成。主塔楼为巨型钢框架支撑结构巨型钢框架支撑结构,无核心筒结构,由30根方管混凝土柱作为竖向主体支撑,框架柱之间采用斜向撑杆作为塔楼结构抗侧力体系。塔楼塔楼南侧钢结构效果图南侧钢结构效果图地下室共五层,主塔楼地下室结构类型为钢巨柱与混凝土梁板钢巨柱与混凝土梁板外加箱型斜撑组合结构外加箱型斜撑组合结构。北侧钢结构效果图北侧钢结构效果图深圳汉京金融中心依托工程01类型为箱型和工字型钢。截面尺寸多样,9m臂桁架、层间斜撑等,最大悬挑裙楼框架为异形结构:包
4、括异形屋面结构、悬挑伸异形屋面框架示意图悬挑部位示意图悬挑桁架示意图屋面结构示意图屋面结构示意图异形屋面桁架示意图悬挑部位示意图悬挑桁架示意图裙楼框架为异形结构:包括异形屋面结构、悬挑伸臂桁架、层间斜撑等,最大悬挑7m。截面尺寸多样,类型为箱型和工字型钢。深圳汉京金融中心依托工程01Q460GJC占比21.05%Q420GJC占比19.85%Q390GJC占比5.95%高建钢占比大,用量达高建钢占比大,用量达2.82.8万吨万吨Q345B占比53.16%复杂蝶型节点多达复杂蝶型节点多达347347个个本工程钢结构主要由箱型钢柱箱型钢柱、箱型斜撑箱型斜撑、工工字钢梁字钢梁组成,最大板厚为145m
5、m,且都采用高建钢都采用高建钢Q Q460460GJGJ、Q Q420420GJGJ、Q Q390390GJGJ、Q Q345345。钢柱最大截面为:3200*1200*65*32mm,斜撑都为箱型截面,最大截面为口1200*1000*60*60mm。钢结构总量约钢结构总量约5 5.8 8万万t t,相相当于当于2 2个地王大厦的用钢量个地王大厦的用钢量,是世界高建钢用量是世界高建钢用量(2 2.5 5万万t t)最多的超高层建筑最多的超高层建筑。钢结构复杂蝶形节钢结构复杂蝶形节点达点达347347个个,世界首例世界首例。典型构件截面形式典型构件截面形式深圳汉京金融中心依托工程01深圳汉京金融
6、中心复杂周边环境0202复杂周边环境Part One随着我国城市建设、现代科技的加速发展,城市地下空间的开放和利用成为一种趋势,深基坑工程的成功实施是地下工程顺利推进的前提和保障,其施工技术和过程成为技术创新的关键节点,施工过程中要处理好基坑的降水、围护支撑与开挖、对周边建筑的影响与环境保护、基坑安全等多方面的问题,施工难度和风险极大。我司施工的汉京金融中心项目基坑开挖深度达25.2m,用地红线距小区建筑仅用地红线距小区建筑仅1010m m,据调查其主体工程基础为强夯加固地基条形基础,在基坑施工过程中对周围建筑物的沉降可能存在影响,另大直径旋挖桩施工过程中有可能周边环境产生较大的震动。复杂周边
7、环境02汉京金融中心周边环境汉京金融中心周边环境复杂周边环境02关键技术1:超大直径超深入岩旋挖桩梯形分级扩孔施工技术主塔楼桩基础为:49根旋挖桩,其中超大直径2.6m桩44根,大直径2.0m桩5根,桩径远超常规旋挖桩的直径0.81.4m,为超大直径旋挖桩。设计要求桩基入中风化8m,入岩深度远超常规工程0.52m,为超深入岩旋挖桩,入岩难度大。通过对现场观察及现有的数据分析,1.0m、2.6m的牙轮钻头施工时的冲击频率分别为310Hz、2830Hz,房屋振动的主要原因应该是由钻机施工过程中钻头钻齿切削岩石时产生的不规则振动冲击,通过地层传递到周围建筑,之所以部分居民楼产生较大振动,主要原因是地
8、下钻孔的振动频率与房屋固有振动频率较接近,产生共振现象所致。共振效应共振效应模拟受力图模拟受力图复杂周边环境02利用岩石脆性特点,梯形钻进施工工艺,分级多次钻进,即1.0m1.5m1.8m2.2m2.6m,以牙轮钻代替截齿钻入岩,采用动、静耦合加压方式,减少需钻进的岩石方量减少需钻进的岩石方量,降低降低钻进难度钻进难度,并有效并有效减弱减弱对周边环境的影响对周边环境的影响。分级扩孔分级扩孔现场护筒现场护筒关键技术1:超大直径超深入岩旋挖桩梯形分级扩孔施工技术 牙轮钻代替截齿钻入岩,即由原先的截齿切削改为牙轮齿研磨,从而减少振动;钻机空转转速由6.9转降到3转,降低了56.5%;2.6m的牙轮钻
9、齿数由28个减少为19个,进一步优化布齿的角度、尺寸;采用动、静耦合加压方式,预计可减少2040%;加压曲线加压曲线复杂周边环境02关键技术2:前中空管单锚筋加塑钢定位器高压旋喷注浆扩大头抗浮锚杆施工技术aa前中空管单根锚筋外套塑钢定位器高压旋喷注浆扩大头抗浮锚杆大样前中空管单根锚筋外套塑钢定位器高压旋喷注浆扩大头抗浮锚杆大样1-土体标高;2-前中空管;3-结构底板设计标高;4-120定位器,1500;5-单根36(PSB930)杆体;6-杆体;7-扩大头;8-120承载体;9-注浆管;10-水泥浆体。应用于地下工程中地下水位变化较大的软土地质。在深基坑土方开挖为开挖到底板标高前,在距离底板标
10、高一定的土层上进行抗浮锚杆施工。采用单根大直径为36精轧螺纹钢筋对比传统多根钢筋,减少设计套外管直径,施工安装方便,降低拔管塌孔风险,提高施工质量,同时降低成孔成本。采用新型塑钢定位器,与传统铸铁定位器相比,质量轻,无需现场焊接采用卡固施工方便,强度高且有韧性,连接质量高且成本底。三次注浆,极大提高抗浮锚杆的施工质量。一季度生产经营情况关键技术3:基于BIM的拆换撑施工技术通过BIM模拟技术,提前发现拆撑换撑过程中可能遇到的难题,便于制定对策进行解决。同时做好钢结构分段工作,在结构与支撑碰撞位置做好结构预留,并保证结构体系的有效传力。地下室外墙与支撑支护结构水平传力传递,采取将地下室外墙与支护
11、桩用板带形成受力体系,板带厚度、配筋、混凝土强度同该层楼板,长度8m,间距2m设置一道。板带钢筋由结构楼层板钢筋伸出外墙布置,不单独布置钢筋。支护桩植入钢筋,与腰梁(板带)形成整体。水平楼板后浇带位置设置型钢等处理方法保证建筑自有结构能有效传递拆撑后水平力。复杂周边环境02基坑支撑实拍图基坑支撑实拍图基坑支护模型基坑支护模型钢柱与支撑冲突钢柱与支撑冲突一季度生产经营情况换撑板带换撑板带车道临时支撑车道临时支撑后浇带型钢传力后浇带型钢传力复杂周边环境02断梁处型钢加固断梁处型钢加固立柱穿楼板工况立柱穿楼板工况钢结构建造0303钢结构建造Part One本工程地下室大量型钢混凝土节点,选择可焊性套
12、筒及搭筋板将钢筋与钢构件连接进行传力,应用BIM技术建模,对每条梁、每根柱、每块板的钢筋进行位置排布位置排布,提前发现存在的问题,并针对性的定制节点处理方式。套筒由工厂焊接在钢构件上,节省了现场焊接的时间,减少了对人力、物力和财力的消耗,采用钢筋连接套筒节省工期约节省工期约7575天天,现场钢筋连接套筒约1.3万个,为工程带来了可观的经济效益。工字型钢梁与钢柱连工字型钢梁与钢柱连接深化示意图接深化示意图柱纵筋与型钢梁或抗剪键柱纵筋与型钢梁或抗剪键连接深化示意图连接深化示意图可焊性套筒样式图可焊性套筒样式图关键技术1:复杂节点深化设计及综合制造技术钢结构建造03 创新创新1 1:基于基于BIMB
13、IM的型钢混凝土节点钢筋连接技术的型钢混凝土节点钢筋连接技术关键技术1:复杂节点深化设计及综合制造技术本工程巨型蝶形节巨型蝶形节点多达347个,采用此设计做法,有效避免了杆件交汇处焊缝重叠导致焊接应力过大应力过大、发生层状撕裂发生层状撕裂。但每个异形节点板均存在不同的变化,且存在各种不同角度的变化,如采用建模软件直接进行建模,模型切换耗时长,效率低,容易出错,且Tekla模型软件运转模型需要较大内存,如需在模型中运行繁琐的处理大型异形蝶形节点,将会导致模型运行速度大大降低。钢结构建造03 创新创新2 2:复杂异形蝶型节点拟合建模及制造技术复杂异形蝶型节点拟合建模及制造技术CADCAD节点平面输
14、出节点平面输出生成生成TeklaTekla模型模型拟合拟合利用CAD软件与Tekla建模软件的兼容性,提出了CAD与Tekla相结合的拟合建模技术。先通过CAD建立线条,通过多人分工形成各立面的立面图及异形节点立面图,以块的形式导入至建模软件,在模型中调整CAD图与轴线对齐,实现了复杂异形蝶型节点快速、精准建模,提高了全钢结构的整体建模效率,节省工期节省工期9090天天。创新创新2 2:复杂异形蝶型节点拟合建模及制造技术复杂异形蝶型节点拟合建模及制造技术钢结构建造03牛腿插入式日子型巨柱牛腿插入式日子型巨柱翼腹板转换复杂腔体巨柱翼腹板转换复杂腔体巨柱大截面多隔板箱体巨柱大截面多隔板箱体巨柱制造
15、难度之最:最大尺寸6.3 m*3.2 m节点内隔板最多14块节点腔内最小焊接空间420mm节点板最厚112mm最大重量67 t采用退装对称焊接,可解决焊接空间狭小问题;采用电渣焊,形成封闭区域,保证了隔板位置的电渣焊质量。研发了厚板穿厚板穿插插H型组立整体焊型组立整体焊、多隔板对称退焊多隔板对称退焊、接头坡口小角度转换技术接头坡口小角度转换技术,解决了347个异形蝶型节点个异形蝶型节点内隔板多、主板穿插、空间狭小、翼腹板小角度转换的制作难题制作难题。复杂蝶型节点制造复杂蝶型节点制造 创新创新2 2:复杂异形蝶型节点拟合建模及制造技术复杂异形蝶型节点拟合建模及制造技术钢结构建造03 创新创新1
16、1:全钢结构超高层施工模拟技术全钢结构超高层施工模拟技术通过模拟验算与实践结合,确定每层300300余件钢构件余件钢构件的吊装流程,解决了现场流水线施工作业问题解决了现场流水线施工作业问题,提升了作业提升了作业效率效率,同时合理的吊装流程使施工质量整体提升了1515%。集中、统一模拟,确定合理流程最不利工况分析每层安装构件:钢柱:30件(23层/节)钢梁:210240件斜撑:68件关键技术2:超高层全钢结构快速安装控制技术钢结构建造03 创新创新2 2:全钢结构超高层快速吊装施工:全钢结构超高层快速吊装施工技术技术针对堆场、塔吊吊重、交通运输限制,分段数量大(钢柱分节后钢柱总数894件,斜撑1
17、460件,异型节点板230件),攻克了巨型蝶形节点自平衡固定巨型蝶形节点自平衡固定和构件批量串吊构件批量串吊等难题,实现了全钢结构超高层快速吊装,吊装工效提高吊装工效提高2525%。巨型蝶形节点无缆风自平衡固定技术巨型蝶形节点无缆风自平衡固定技术梯形串吊卡扣板梯形串吊卡扣板大梯形串吊卡扣板多构件批量串吊吊装技术大梯形串吊卡扣板多构件批量串吊吊装技术钢结构建造03钢结构建造03钢柱吊装钢柱吊装斜撑焊接斜撑焊接主体结构施工主体结构施工主体结构阶段主体结构阶段防火涂料施工防火涂料施工 创新创新3 3:自主研发一系列全钢结构超高层定型化安装工具自主研发一系列全钢结构超高层定型化安装工具 车转运施工技术
18、车转运施工技术转轴转轴万向万向 施工技术施工技术道道一体化垂直通一体化垂直通 斜撑挂篮标准化施工技术斜撑挂篮标准化施工技术 技术技术施工施工码板式连接板码板式连接板 技术 运用 设计自主研发了一系列全钢结构超高层定型化安装工具,解决了施工效率低解决了施工效率低、安全无保证等难题安全无保证等难题,施工工效、安全保障提高提高2525 3030%。钢结构建造03钢结构建造03根据全钢结构特点,从平面到立面再到空间三维相互间建立焊接控制,制定焊接顺序与防变形及预偏等工艺标准,取得了稳定的Q460GJC等高建钢焊接质量的成果保证。12112234422112233构件名称板厚焊层(mm)焊缝厚度焊缝层数
19、焊接电流(A)焊接电压(V)气流量L/min送丝速度mm/s备注箱型钢柱50mm首层6711802002224505555.5横焊6711802002224455055.5平焊6711802002224505555.5立焊中间层5692302502527455055.5横焊5692302502527404555.5平焊5692302502527455055.5立焊面层5611802002225404555.5横焊5612002302224354055.5平焊5611802002225404555.5立焊钢材牌号预热温度T预()后热温度T后()层间温度T层()焊接环境温度保温时间母材厚度t(mm
20、)t2525t4040t60Q460GJC80T预100T预200T后250100T层150平面焊接控制立面焊接控制关键技术3:基于GPS系统的全钢结构超高层施工测量及监测技术钢结构建造03主塔楼为无混凝土核心筒的高柔全钢结构高柔全钢结构,建筑高度远远超过周边已完超过周边已完工的构筑物工的构筑物,主塔楼结构受日照、温差、季节等多种动态作用的影响,结构顶部处于不断摆动状态摆动状态,且工程位于临海地区,台风多发,采用单一测量方法不能满足本工程的测量施工需求。主塔楼主塔楼18m18m至至118m118m标高段外控标高段外控法法主塔楼主塔楼118m118m至至216m216m标标高段角度后方交汇高段角
21、度后方交汇主塔楼主塔楼216m216m至至350m350m标高段标高段GPSGPS测量控制网测量控制网GPS测量内控测量外控测量全钢结构超高层分阶段内外控测量全钢结构超高层分阶段内外控测量+静态静态GPSGPS控制解决方案控制解决方案主塔楼结构受日照、温差、季节等多种动态作用的影响,单纯采用单一测量方法不能满足本工程的测量施工精度需求。提出了上部结构外控法上部结构外控法、角度后方交汇法角度后方交汇法、GPSGPS静态测控法静态测控法结合的测量方法,解决了塔楼钢结构测量受塔吊运转及全钢结构超高层自塔楼钢结构测量受塔吊运转及全钢结构超高层自身稳定产生的影响问题身稳定产生的影响问题。创新创新1 1:
22、全钢结构超高层综合施工测量技术全钢结构超高层综合施工测量技术钢结构建造03 创新创新2 2:关键部位施工监测:关键部位施工监测L9EL.+58.730L17EL.+94.730L24EL.+130.730L32EL.+166.730L35EL.+184.730日期日期测点测点1#测点测点2#测点测点3#测点测点4#测点测点2016/11/17 12:000.05620.98230.7751-0.05112016/11/18 12:00-0.050.88460.7605-0.05512016/11/19 12:00-0.05550.88830.7634-0.05132016/11/20 12:0
23、0-0.0560.88850.7606-0.05332016/11/21 12:00-0.05510.90160.7647-0.05742016/11/22 12:00-0.05020.90870.79560.02652016/11/23 12:00-0.01370.88470.79820.05192016/11/24 12:00-0.05050.83880.7899-0.05662016/11/25 12:00-0.06720.82210.7857-0.06652016/11/26 12:00-0.15120.66860.7739-0.14862016/11/27 12:00-0.10050
24、.80140.7761-0.176 钢柱应力监测钢梁应力监测斜撑应力监测节点应力监测GPS位移监测塔吊应力监测应力位移伸臂桁架巨型斜撑应力、位移监测伸臂桁架巨型斜撑应力、位移监测聘请哈工大技术团队对关键部位进行施工监测对关键部位进行施工监测,为伸臂桁架巨型斜撑、塔吊运行、塔楼安全监控、质量控制提供了精确的数精确的数据支撑据支撑,确保了全钢结构超高层的安全施工。钢结构建造03关键技术4:大跨度伸臂悬挑异形桁架安装与变形控制技术裙楼西侧立面桁架主要用于幕墙构造,分为上上、下桁架下桁架,上桁架跨度约为66m,最大悬挑长度约为7m,下桁架跨度约为74m,最大悬挑长度为4.6m。上桁架分布于屋面,随屋面
25、折线构造,并局部与34层结构梁联系形成整体。下桁架分布于24层,呈倾斜状态。利用标准节式支撑胎架支撑每片桁架单元,逐步安装逐步与结构联系形成整体稳定体系。钢结构建造03 方案专家论证方案专家论证单榀吊单榀吊装装支撑卡槽固定支撑卡槽固定桁架单元地面拼装高空胎架支撑安装技术桁架单元地面拼装高空胎架支撑安装技术通过深化设计,受力验算,预设起拱值,创新地采用了合理的桁架分段、胎架站位和支撑设计,汽车吊倒装等方法,解决了大跨度伸臂悬挑异形桁架在地形复杂解决了大跨度伸臂悬挑异形桁架在地形复杂、空间狭小条件下施工难题空间狭小条件下施工难题。钢结构建造03 关键技术5:复杂多角度斜屋面复合承压板施工技术本工程
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- 中建四局全 钢结构 超高 建造 关键技术
