塔楼屋面连体大悬挑双层钢结构施工部署与吊装

　　1 工程概况及施工难点

　　1.1 工程概况

　　新城总部大厦位于南京市浦口总部大道与新浦路交叉路口,本项目的钢结构部分主要分布于A、B塔楼顶部,标高在86.83~97.88 m之间,钢结构总质量约800 t,结构形式为钢桁架结构(部分钢骨柱钢骨梁).

　　工程主要分为四个区段:

　　第一区段:A、B塔楼顶部,标高在86.83~97.88 m之间的钢骨柱钢骨梁.安装完成后外包混凝土.

　　第二区段:A、B塔楼顶部之间,标高90.83~97.88 m之间的悬挑钢桁架,桁架高7 050 mm,从A、B塔楼顶部侧面向中间悬挑,悬挑距离为16 m左右.在中间合拢,并间隔600mm,在桁架结构中间有一个Φ12.9m的圆形空洞.

　　第三区段:B塔楼顶部B轴外侧,标高90.83~97.88 m之间的悬挑钢桁架,桁架高7 050 mm,从B塔楼顶部侧面向外侧悬挑,悬挑距离为9.7m左右.

　　第四区段:A、B塔楼顶13轴外侧,标高90.83~97.88 m之间的悬挑钢桁架,桁架高7 050 mm,从A、B塔楼顶部侧面向外侧悬挑,悬挑距离为5m左右,如图1所示.

　　1.2 工程特点及难点分析

　　(a)本工程现场安装只能采用塔吊吊装,因吊重限制,预加工车间也不能组成整榀钢桁架件,故需按如下指导思想:"化整为零、提高单件精度、保证整体精度"的原则进行加工制作.

　　(b)H型钢桁架结构位于标高86.83~97.88 m处,均为外挑桁架且悬挑距离大(16 m),高空吊装、组拼难度大.

　　(c)A、B塔楼屋顶钢结构相连并形成弧形结构,故各构件的安装定位、标高测量控制及安装校正亦是现场安装施工的难点.

　　(d)由于构件安装高度高且为悬挑结构,如何控制悬挑端的起拱量遂成为重点,也给定位测量带来一定的难度.

　　(e)桁架下方均为悬空状态,所以,施工安全措施的落实是重点也是难点.

　　2 钢结构施工总体部署

　　2.1 钢结构施工指导原则

　　对于屋面钢构件的全部加工件以"工厂分段单根制作、构件分段运输、现场塔吊垂直运输吊装、高空就位安装"为原则进行施工.

　　2.2 钢结构施工区段的划分

　　钢结构施工区段的划分如图2所示.

　　

　　2.3 施工机具部署

　　所有构件卸车及吊装均利用现场2 台1 600 kN塔吊,详图分解时,每个构件分段质量不超过塔吊起吊能力,结构详图经设计院认可后,施工前应附上每个构件质量及塔吊起吊能力表报监理审核.

　　3 钢结构吊装[1-6]

　　3.1 钢构件准备

　　所有钢构件在工厂进行制作,构件分段质量根据现场塔吊吊重进行拆分.

　　3.2 塔楼楼顶上的钢骨柱和钢骨梁的吊装

　　3.2.1 钢骨柱梁结构吊装流程

　　第22层的钢骨柱吊装→吊装钢骨梁→绑扎钢筋笼并支模→浇筑混凝土→第23层的钢骨柱吊装→吊装钢骨梁→绑扎钢筋笼并支模→浇筑混凝土

　　3.2.2 吊装工艺

　　(a)钢柱预埋螺栓.钢柱标高控制采用调整螺母控制,在每一根柱的预埋螺栓上安装好1 个螺母,并测量好统一标高,当钢柱底座板插入螺栓后,初步拧紧螺母,安装工人通过预先捆绑在钢柱上的爬梯上至钢柱顶端摘钩,摘钩后用互成90°的2 架经纬仪找正钢柱垂度,然后拧紧地脚螺栓双螺母.

　　(b)吊装绑扎.选用二点式绑扎,一点式起吊.钢柱吊装利用钢柱顶端上设置的柱与柱对接安装耳板上的吊装孔,再用专用吊具卸扣进行吊装.钢柱吊装时用对讲机指挥塔吊吊装,当钢柱起吊至垂直状态时不得马上提起离开地面,应待柱顶停止晃动后,才能将钢柱起吊离地.

　　(c)钢柱对接安装.先控制标高、垂直度,其后校正扭转的安装方法,用临时螺栓固定.在上节钢柱吊装前,先在下节钢柱顶端四面耳板上安装好夹板,待上节钢柱吊装对接时,柱下端的耳板插入下节钢柱的四面各2 块夹板内,穿入临时安装螺栓,且初步拧紧螺栓,并在上下钢柱的耳板之间插入小型铁楔,以控制其标高,摘钩后,再用2 架经纬仪校正钢柱垂直度,拧紧安装螺栓.如钢柱对接后产生扭转现象,则在临时连接板和耳板之间垫入扭转偏差值等厚的垫板,拧紧安装螺栓后,即纠正钢柱扭转,以此类推安装其他钢柱.

　　(d)钢骨梁安装.施工中,无特殊情况,质量较轻的钢梁吊装可采用串联式吊装,吊装绑扎为二点式捆绑.

　　如2根梁质量超过起吊能力的,一般是单根起吊安装.

　　梁两端采用高强螺栓连接安装时,安装螺栓先按规格型号、数量配备好,装在帆布袋内,再用铁丝捆在梁端一起吊上去(图3).

　　

　　(e)高强螺栓安装.高强螺栓特点是施工方便,可拆可换,传力均匀,接头刚性好,承载能力大,疲劳强度高,螺母不易松动,结构安全可靠.本工程钢结构安装节点设计为磨擦型连接节点,采用10.9级大六角高强螺栓.

　　3.3 两塔楼(L~G轴)间钢构件的吊装

　　3.3.1 钢构件安装主流程

　　A、B塔楼间的桁架可以看成对称悬挑结构,经综合分析吊装安全、塔吊起吊能力、吊装就位控制等,最终采用先吊装A楼12轴HJ-3,因为A塔楼塔吊起吊能力大,HJ-3质量小,故优先吊本桁架.B塔楼桁架安装参考A塔楼桁架.

　　3.3.2 钢构件吊装工况介绍

    在安装钢桁架之前,所有钢骨柱钢骨梁及其外包混凝土均已施工完毕.并且混凝土达到预定的强度.外挑钢牛腿是预先连于钢骨构件上一起吊装的.

　　第一步:吊装12轴桁架下弦钢梁及其临时撑杆.并且在水平方向上设左右2 根手动葫芦调节拉索,垂直方向设1 根手动葫芦以调节拉索.在调整好水平方向和垂直方向的参数后,紧固好梁与短梁的节点螺栓,随即将钢梁焊缝全部焊完,同时将下方支撑钢管节点焊接,确保支撑不移位.此时,3根调节葫芦不能拆除.

　　第二步:吊装12轴桁架斜腹杆钢梁.此时,可拆除上方调节用的手动葫芦.

　　第三步:吊装11轴桁架下弦钢梁及其临时撑杆.并且在水平方向上设左右2 根调节拉索,垂直方向设1 根调节拉索.在调整好水平方向和垂直方向的参数后,紧固好梁与短梁的高强螺栓节点,同时焊好节点处焊缝.此时,3 根调节葫芦也不能拆除.本工况与第一步完全一致.

　　第四步:吊装11轴桁架斜腹杆钢梁.此时,可拆除上方调节用手动葫芦.

　　第五步:吊装11~12轴间K轴位置的HJ1下弦钢梁.本钢梁就位后,11轴、12轴钢梁两侧的手动葫芦均可拆除.

　　第六步:吊装11~12轴交K~L轴间的主钢梁及此间的桁架下弦钢支撑.

　　第七步:吊装11~12轴交K~L轴位置的桁架下弦钢次梁.

　　第八步:吊装11~12轴交K~L轴位置的桁架下弦钢楼承板.并焊好与钢梁的焊钉,使此房间成为稳定的安装平台.

　　第九步:分别吊装11和12轴钢桁架直腹杆和上弦钢梁,并完成调校工作.

　　第十步:吊装11~12轴间K轴位置的HJ1上弦钢梁.

　　第十一步:吊装11、12轴交K、L轴位置的桁架上弦钢水平支撑和钢次梁.在完成此间钢结构安装后,按图示方向延伸安装,直至所在区域钢结构安装完毕.

　　安装过程中须注意及时调整并在精确就位后,立即焊接,焊接质量应满足设计及规范要求.并注意要起拱,确保出现不下挠现象.

　　本区域的K、J、H三轴线钢桁架最后吊装,且必须在L~G交13~10轴间钢桁架构件所有焊缝均完成后才能吊装(图4).

　　

　　3.4 横向外挑出B塔楼的钢构件吊装

　　本区钢桁架结构型式及布置与G、H轴基本一致,故吊装参考上述钢构件的吊装方案进行.

　　3.5 纵向外挑出A、B塔楼的钢构件吊装

　　3.5.1 钢构件安装主流程[7,8]

　　具体安装步骤:将所有安全保证措施(如生命线、安装平台等)安装到位,并检查合格→吊装桁架下弦梁→安装桁架斜腹杆→按此顺序安装旁边的桁架的下弦梁及斜拉杆→安装桁架间的钢梁→铺设楼承板→安装桁架直腹杆及上弦梁→依次逐间完成吊装.

　　3.5.2 钢构件吊装工况介绍

　　在安装钢桁架之前,所有钢骨柱钢骨梁及其外包混硬土均已施工完毕.并且混凝土达到预定的强度.

　　第一步:吊装桁架下弦钢梁及斜腹杆的组合件,查构件分段表,组合件的质量均在塔吊吊重范围内.并且在水平方向上设左右2 根调节拉索.在调整好水平方向的参数后,紧固好梁与短梁的节点,并将焊缝焊接.同样,梁端头需起拱20mm,综合考虑到自重及起拱量,余同.

　　第二步:按照第一步的方法吊装第2榀桁架下弦钢梁和斜腹杆钢梁.

　　第三步:吊装桁架下弦间的钢次梁.

　　第四步:吊装桁架下弦间的楼承板.并焊好与钢梁的焊钉,使此间成为稳定的安装平台.

　　第五步:吊装桁架上弦钢梁及直腹杆的组合件,并调校完成.

　　第六步:吊装桁架上弦间的钢次梁.

　　第七步:在完成此间钢结构安装后,按图示方向延伸安装,直至所在区域钢结构安装完毕.

　　4 现场施工安全措施

　　4.1 悬空段满铺安全网及构架施工的生命线

　　A、B塔楼间悬空段的安全网的铺设,先在A、B塔楼的混凝土梁上面埋设预埋钢板(标高86.59m),按间距5.8m铺设,在各个预埋件间张拉8 mm的钢绞线,最后在钢绞线上铺设规格为6 m×3 m的安全网,安全网与钢绞线之间用小葫芦连接,以便于滑动,安全网铺满2 座塔楼间脚手架以外的所有空间.

　　在安装桁架下弦梁之前,利用塔吊在A、B塔楼之间钢桁架下弦钢梁上方1. 5 m处混凝土柱侧面,搭设1 根Φ10mm钢绞线用作生命线.在每榀桁架安装下弦梁前均要搭设生命线.安装上弦梁时可在混凝土柱顶预先安装一工20a临时短柱(图5),生命线安装于短柱侧面,施工人员在高空安装的任何时刻,必需确保安全带与生命线可靠连接,做到安全有保障.

　　

　　4.2 横向悬空段生命线施工做法

　　B~A轴间23 层、24 层钢结构施工时,上、下弦钢梁安装,都必须设置可靠的生命线,施工时先在混凝土柱顶预先安装一个临时桁架,生命线安装在临时桁架下面,施工人员在高空安装的任何时刻,必需确保安全带与生命线可靠连接,做到安全有保障(图6).

　　

　　4.3 纵向外挑结构处生命线施工做法

　　桁架安装前可在混凝土柱顶预先安装一个临时三角架,生命线安装在临时三角架下面,施工人员在高空安装的任何时刻,必需确保安全带与生命线可靠连接,做到安全有保障.

　　4.4 焊接施工时,下方收集焊接气割等火花飞溅物

　　在钢结构需焊接或气割之前,必须在作业点的下方悬挂专用的挂箱,收集焊接气割等火花飞溅物,防止发生火灾等意外事故.

　　5 结语

　　由于节点设计合理,现场吊装设备满足垂直运输要求,各种现场安全施工措施到位,本工程塔楼双层屋面连体大悬挑钢结构施工得以顺利完成.针对吊装、焊接以及组装完成后施工活荷载可能产生的挠度值,通过工厂试配变形值、设计院提供起拱值加上现场精确测量控制,确保了安装质量.

　　参考文献:

　　[1] 谢伟,苏勇敏.双塔楼商业裙房温度应力分析及构造措施[J].山西建筑,2013(20):29-30.

　　[2] 蔡振,谭可可,合东东.不对称双塔楼结构连接控制方案比较研究[J].华中科技大学学报:城市科学版,2010(3):56-61.

　　[3] 朱宏平,陈晓强,张世顺.大底盘非对称双塔楼高层建筑动力响应分析[J],华中科技大学学报:自然科学版,2006(7):104-107.

　　[4] 张喜,楼梦麟,林巧.多维地震下双塔楼结构框架梁行波效应分析[J].工程力学,2012(S2):133-138.

　　[5] 马岷成.高位大悬挑混凝土结构支模平台施工技术[J].中国建材科技,2013(4):103-105.

　　[6] 辛久彬.浅谈高空大悬挑结构的施工[J].甘肃科技,2013(11):123-125.

　　[7] 吴延峰.联桥及大悬挑区域的结构舒适度研究[J].山西建筑,2013(9):26-28.

　　[8] 明山,王斌,蒋开先.高空大悬挑混凝土结构模板支撑体系设计[J].施工技术,2012(12):94-96.