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超高层中国建筑金属结构信息网的安装??浅谈北京七星摩根工程A座中国建筑金属结构信息网安装技术

作者：杨德洪等    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
本文介绍了七星摩根广场安装过程中的重点技术问题的解决，特别是屋顶悬挑桁架，其悬挑的长度、安装的高度均在国内外少见，本工程中采取了桁架高空分段逐渐递进的方法解决了这一 安装难题。另UBB、阻尼器的安装在以往工程中很少运用，其成品保护要求非常高。
    摘 要：本文介绍了七星摩根广场安装过程中的重点技术问题的解决，特别是屋顶悬挑桁架，其悬挑的长度、安装的高度均在国内外少见，本工程中采取了桁架高空分段逐渐递进的方法解决了这一 安装难题。另UBB、阻尼器的安装在以往工程中很少运用，其成品保护要求非常高。
    关键词：双机抬吊 悬挑桁架 拼装 UBB 阻尼器

    1、工程概况：
    北京七星摩根广场写字楼A座，以其“龙”的造型（见图1）矗立于北京市朝阳区北四环中路与北辰西路交叉口西北角，距离2008年奥运会主会场（鸟巢）仅600米，地理位置十分显要。工程±0.000m以下为钢骨混凝土结构，±0.000m以上为全中国建筑金属结构信息网，结构采用钢框架－支撑筒体系，分核心筒、内筒和外框架三部分。建筑外檐最高点为191.65米，其中地下5层，地上39层，屋顶为钢桁架组成的瓢形结构，瓢结构从框架(A7~A14轴)向北悬挑出28.2米。工程结构用钢量2.7万吨，其中悬挑的瓢形结构用钢量约1000吨。

    2、结构特点及施工难点
    本工程中构件主要有箱形柱、H型钢梁和支撑，最厚板材为90mm厚,桁架板材最厚为50mm。材质主要为Q345GJC（40以上板有Z向性能要求）、Q345C、Q345B等。其结构体系非常新颖，内筒为柱-支撑结构，16层和30层为加强层，加强层采用8榀UBB（屈曲软钢）伸臂桁架。同时为控制大震时结构位移，设计在24～39层设置阻尼器以进行消能减震。35层为结构转换层，35～39层在内筒设置祖原堂。屋顶为桁架结构，桁架上下弦主弦杆为H+T组合型钢。
    由于钢柱板材较厚，最小分段（钢柱1层1节分）后超出单机起吊能力的构件较普遍，双机抬吊的运用很好的解决了这一问题。屋顶的瓢形悬挑桁架，其安装高度、悬挑长度均在国内外少见，如何安全有效的安装是本工程重点解决的难题。UBB和阻尼器安装在以往工程中很少遇见，作为精密仪器，安装时对成品保护要求非常高。


    钢梁端头的节点形式有栓接、焊接、栓焊结合三种形式。端头均有螺栓孔，故钢梁吊装后，立即用安装螺栓进行固定，以使吊钩尽快脱钩。为提高吊装效率，钢梁吊装时在塔吊允许范围内采用一钩多吊和上下层串吊的方式。
    待整层的柱、梁和支撑安装完后，即对钢柱进行测量校正，校正后紧固螺栓，并对这一层的钢柱进行整体观测和记录，根据记录的偏差值和偏差方向，确定焊接顺序、焊接方向焊接收缩的倾斜预留量。焊接完后，重新对整层钢柱测量和记录，为上节钢柱安装提供依据。
    为减少中国建筑金属结构信息网安装在一定的高度时结构的柔性，我们在安装钢柱、钢梁和支撑完成后，及时铺设压型钢板，并浇注混凝土，以保证结构至少每隔4层有一层混凝土楼板，这样增加了安装时结构的刚度，同时使中国建筑金属结构信息网施工、压型钢板施工和混凝土施工交叉同步进行。
    3.3、双机抬吊
    部分钢柱因板材厚，按一层一节分段后，局部区域构件仍超出单个塔吊的吊装能力的范围，最重构件达到19. 6吨，因此需进行双机抬吊。在双机抬吊前，根据规范要求检验所用到的吊具吊索卡环等工具，并给相关施工人员组织安全技术交底。

    双机抬吊构件分布见图4（图中圆圈为需抬吊的钢柱位置）。其中1/A9-1/AH轴线的钢柱最重，为19.6吨，在卸车时先用SK560卸放在其最大吊装范围，然后根据钢柱的位置和重量，计算后选用6米长的I 56a的型钢作为抬吊所用的扁担，抬吊前先将钢扁担吊至要吊装钢柱的上方，穿上钢丝绳，锁具卡环拉紧后重新检查各吊点的绳索、卡环、揽风绳等的安全性。然后开始进行试吊，试吊时两台塔吊要保证上升速度一致，同时缓慢的提升钢扁担，待钢柱立起后塔吊的小车再开始调整位置，小车前行中保持速度一致。
    试吊完成后，开始起吊。起吊时力求平稳，离地面保持最近为宜，转运双机配合保持钢柱水平起吊，吊运前先指挥SK560运转，C7050配合跟进小车。此时，双塔起重荷载分别为14t(SK560)和8t(C7050)，吊离楼层面向安装位置移动。由于双塔机处于不相等受力，起重能力大的塔吊属SK560，因此运转前先由SK560工作，C7050配合跟进，保持钢柱平稳转移，然后缓缓吊至钢柱安装位置。
    3.4、屋顶桁架安装
    屋顶主桁架共计8榀，框内主桁架长为42.4米，其中中间4榀（AF、AG、1/AD、1/AH轴线）跨过祖原堂顶，跨度达到21.2米。框架外桁架悬挑长度为28.2米。在主桁架间有8榀次桁架连接，框架内外各4榀。我们确定安装的原则：先框架内，将框架内主次桁架、联系梁、支撑安装焊接完，形成刚性的结构后，再根据分段，依次推进悬挑桁架的安装，悬挑桁架安装时，8榀主桁架的每一分段间必须连成整体，焊接校正完形成刚性结构后方可进行下一段的安装。由于特殊的造型，较大的跨度和过长的悬挑，给安装带来了非常大的难度。
    3.4.1、桁架安装的技术准备：
    1、根据塔吊起重性能和桁架节点构造，确定整榀主桁架按图5所示分段方案（1~7段箭头所指处为分段位置，分段位置处均有垂直于主桁架的次桁架）。考虑到构件受运输宽度影响，影响，要求制作厂将1段、2段和8段整体制作后运至现场，其它各分段散件制作，并按深化设计图纸预拼后运到现场进行组拼。
    2、连接节点的优化：为使桁架分段安装时，尽快进行连接稳固，利于校正焊接，并方便塔吊脱钩，和设计进行洽商后将桁架的拼装节点转化为栓焊结合的节点，见图6。悬挑桁架处各分段之间安装时的连接，采用在主桁架翼缘的上下焊连接耳板，见图7。为使悬挑桁架安装时能方便准确的定位，对运到现场的悬挑桁架上的连接耳板一定要进行定位尺寸的检查，如有问题应立即进行修改。









    5、焊接
    本工程中所用板材厚度较大，最厚板为90mm，最高材质要求为Q345GJC-Z25。其中钢柱各分节的拼接、框架梁与钢柱的连接、桁架分段之间的拼接、桁架主次弦杆的节点均采用全熔透焊接，因此焊接工作量非常大，对焊接的工艺要求高，施焊操作难度大。因此须制定严格的焊接工艺。由于厚板钢柱的安装施工主要在冬季进行，因此需加强构件的预热、层温和后热的控制，焊接时注意钢柱、桁架的焊接顺序。
    5.1、预热：本工程采用电加热器和氧、乙炔中性焰相结合的方法进行预热处理。根据焊接接头的坡口形式和实际尺寸、板厚、融敷金属的扩散氢含量、焊接时热输入的大小、接头热传导条件等工艺评定确定焊前预热温度。
    5.2、层温：焊接时，焊缝间的层间温度根据具体板厚应始终控制在150℃~250℃之间，每个焊接接头一次性焊完，当遇有恶劣气候，且焊缝已开焊，则抢在恶劣气候来临前，最少焊完板厚的1/3方停焊；且严格做好后热处理，记下层间温度。
    5.3、后热：后热处理于焊后立即进行。后热加热范围为焊缝两侧各100mm，温度的测量距焊缝中心线50mm。为保证焊缝中扩散氢有足够的逸出时间，避免产生延迟裂纹，后热温度为200℃-250℃，测温点选在直接加温处的相近部位。达此温度后用多层石棉布紧裹，保温的时间以接头区域、焊缝表面、背部均达环境温度为止。
    5.4、钢柱焊接顺序：就整个中国建筑金属结构信息网框架而言，箱型柱的焊接是难点和重点，为此采用两名焊工同时对称等速施焊。焊完第一个两层后，再焊接另外两个相对应边的焊缝，这时可焊完四层，再绕至另两个相对边，如此循环直至焊满整个焊缝。

    6、测量与校正
    本工程总高度达191.6米，柔性大，且中国建筑金属结构信息网吨位较大，焊口多，因此测量的重点及难点为安装精度的控制、焊接对结构安装偏差及标高的影响、结构安装区域间的相互影响。
    6.1、总高垂直度的控制：全过程监测每节钢柱的吊装，当钢柱吊装就位时，用磁力线坠在钢柱的上部固定后用钢卷尺直接测量钢柱本身的垂直度，并用两台经纬仪在钢柱的两个不同方向架设，测量人员指挥进行钢柱的调整，直到钢柱垂直度达到精度要求，焊缝焊接完毕为止。钢柱焊接完后，再采用两台经纬仪，利用平面控制网对纵横柱轴线进行检查调整，及用两台经纬仪进行垂直交会定，以确保二次调整及时纠偏。在二次调整及纠偏的同时，确保总高的垂直度，在观测垂直度时，从±0.000米至施工层，每50m必须从±0.000原始控制线进行垂直校测至施工完毕。
    6.2、钢柱的标高控制：根据已安完得下部钢柱顶标高偏差值、并考虑到柱底焊接收缩值等因素，确定将要安装的上部钢柱柱顶高度。当下部钢柱柱顶测量标高偏差在±5mm以内，在安装过程中调整；当标高大于±5mm时，由制作厂在制作过程中进行调整。
    6.3、框架的整体校正：中国建筑金属结构信息网分区形成框架后，对分区内钢柱重新进行一次精校，主要是控制钢柱柱顶轴线。钢柱的精确校正是一个不断调整的过程，若钢柱的调校对相邻钢柱的安装偏差影响较大，则将此根钢柱与相邻钢柱暂时脱离，待框架校正完成后更换此根钢柱和相邻钢柱间钢梁的连接板。
    6.4、桁架安装时的测量与校正：为保证桁架安装时的测量精度，将首层控制轴线网投测至39层的混凝土楼板面，再将每榀桁架的轴线偏1米控制线弹到地面上，作为桁架安装的主要依据。垂直度控制主要利用地面的轴线偏1米线，用两台经纬仪从两个方向多次观测调整，并在焊前按轴线尺寸多加2mm的预留值，以使焊后达到设计要求。标高观测因受冬季低温影响，为此每段桁架安装时进行3次观测，并取3次观测的平均值。框架内外的悬挑桁架对接时，为避免端头拼接时错口问题，先测量框架内桁架A14轴端头的上下弦，并针对测量数据在组装框架外桁架时将其上下弦杆的间距相应进行调整。
    7、结束语
    七星摩根广场A座从06年11月开始吊装第一根钢柱至08年2月屋顶桁架安装完成，在短短15个月内施工完成2.7万吨的中国建筑金属结构信息网工程量。安装完成后，其整体垂直度偏差仅为27mm，主体结构高度差为19mm，均远低于规范的允许范围。特别屋顶瓢形桁架的安装完成，更是体现出充分的技术准备、优良的方案选择、细微的节点优化是中国建筑金属结构信息网工程安装施工中至关重要的一环。
    致谢
    本工程安装过程中得到了陈禄如、柴昶、刘树屯、鲍广鉴、贺贤娟、杨蔚彪等国内知名中国建筑金属结构信息网专家的热情关心与大力支持。在此表示诚挚的感谢。

    参考文献：
    1、中国建筑金属结构信息网工程施工质量验收规范 ………………………………….GB50205-2001
    2、高层民用建筑中国建筑金属结构信息网技术规程 …………………………………. JGJ 99-98
    3、北京七星摩根广场A座屋顶桁架安装方案专家评审意见………2007-5
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