转《密集型核心筒全钢结构连体式双子塔建筑施工技术》

一、项目概况

项目概况

建筑概况

本工程为钢框架-中心支撑及腰桁架全钢结构体系,由办公楼、酒店、空中连桥及裙房四部分组成。工程总建筑面积约22.6万平方米,总用钢量约4万吨。高强螺栓用量约66万套,钢筋桁架楼层板面积约14万平方米。

结构概况

办公标准层:外框由21根圆管柱组成,最大截面尺寸为D1400*25。核心筒由32根箱型柱以及柱间支撑组成,最大截面尺寸为BOX700*1200*45*45。

酒店标准层:外框由20根箱型柱组成,最大截面尺寸为BOX800*1300*35*35。核心筒由28根箱型柱以及柱间支撑组成,最大截面尺寸为BOX700*1300*35*35。

空中连桥概况

分布位置

空中连桥连接办公楼与酒店塔楼桁架层,与不等高两塔楼刚接,结构标高为+93.100m至+106.300m。

结构特点

空中连桥共3层,由2榀主桁架以及主桁架间的主次钢梁组成,重量约600吨,跨度约40米。

截面特性

连桥主桁架最大截面为口600*65和口520*50。

施工特点

本工程核心筒由箱型柱+钢梁+柱间中心支撑组成,与传统由劲性钢骨柱+混凝土剪力墙组成的核心筒工程在结构形式、塔吊布置、混凝土施工、内外筒施工差等方面存在较大差异。

施工总平面布置

本工程办公楼施工选用两台STT553-24t平臂塔吊进行构件卸车及吊装;酒店施工选用两台STT403-18t平臂塔吊进行构件卸车及吊装。

空中连桥施工阶段,塔吊全部退场。空中连桥采用汽车吊辅助地面拼装、液压整体提升的工艺进行施工。

施工进度概述

目前,办公楼、酒店钢结构已于5月5日如期封顶。 目前,办公楼、酒店钢结构已于5月5日如期封顶。

二、施工重难点分析

1、密集型核心筒施工

支撑节点采用强弱轴转换节点做法,单层节点最多达9个牛腿;

箱体截面小,内隔板密集,电渣焊工作量大;

全钢结构整体刚度不足,施工层晃动明显,测量控制难度大。

2、空中连桥整体提升施工

空中连桥平面成不规则多边形,桁架间主次钢梁强度较弱;

两幢塔楼不等高,刚度不同,沉降不同;

三、密集型核心筒施工

1、密集型核心筒概述

本工程办公楼、酒店均为钢框架-中心支撑及腰桁架全钢结构体系,相比常规采用混凝土核心筒的超高层建筑,其特有的中心支撑结构,具有以下优点:

1、中心支撑仅布置在核心筒内,对建筑功能和外立面无影响,保证了建筑的使用功能;

2、中心支撑体系提高了塔楼的整体刚度,同时可根据结构整体布局来调整支撑疏密程度,避免单塔的扭转效应;

3、通过调整支撑在两塔楼的总体布置,实现低塔楼(酒店)与高塔楼(办公楼)振型周期一致,降低连体结构的扭转效应;

4、采用钢框架-中心支撑代替常规型钢-混凝土核心筒,大大降低了结构自重,可以实现复杂连体结构所需求的高标准抗震需求。

但正因为本工程特有结构体系,加之核心筒结构设计非常密集、复杂(核心筒周圈及内部共分布32根箱型截面的钢柱,单层钢柱最多含3个梁柱牛腿、6个中心支撑牛腿),相对常规超高层来讲,施工难度也大幅度增加。

核心筒柱节点如下图所示:

目前,常规超高层建筑(以西安绿地A座为例)钢结构施工基本为月均4层,单层核心筒用钢量约43吨,月均施工约172吨;本工程办公楼塔楼单层核心筒用钢量约115吨 ,月均施工5层,高峰期月施工8层,月施工量高达920吨,施工量是常规超高层建筑的5.35倍。

紧张的工期要求,再加上中心支撑体系的复杂性,对深化设计、工厂制作和现场安装提出了更高的要求。

密集型核心筒施工照片 密集型核心筒施工照片

2、密集型核心筒之深化设计

针对中心支撑节点的复杂性,协同大区深化设计分院,通过研究施工蓝图、设计规范和图集、多次与设计、业主沟通,并先后提出了2套核心筒中心支撑节点优化方案。

优化方案一:使用圆钢管代替H型钢作为支撑使用,避免H型钢强弱轴问题,圆钢管与柱梁采用十字钢板方式连接。

专家、设计意见:十字钢板节点平面外刚度不足,该方案不满足要求。

优化方案二:中心支撑强弱轴转换节点采用全熔透焊接代替高强螺栓,合理归并内隔板数量,同时非牛腿翼缘对应内隔板可采用半熔透焊缝。

专家、设计意见:同意。

3、密集型核心筒施工之加工制作

中心支撑节点十分复杂,最多时一个节点有9个牛腿,且均为空间定位,牛腿又均为H型钢转换节点,焊接非常复杂,质量要求高,厂部专门制定中心支撑制作工艺文件,确保制作要求。

4、密集型核心筒施工之现场安装

密集型核心筒安装仍遵循先柱后梁,分区域对称安装的常规顺序。针对中心支撑的特点,采用了后装嵌入式安装的方法。

塔楼25层以上,钢柱分段为三层一段,中心支撑节点牛腿为非对称布置,吊装到位后,钢柱自身不平衡,项目采用3面拉设缆风绳配合标准化钢柱连接码板对钢柱进行临时固定,提高了钢柱整体稳定性,确保测量精度和施工安全。

钢柱拉设缆风做法 钢柱拉设缆风做法

支撑均采用后装法嵌入施工,既先钢柱再上下层钢梁最后支撑嵌入的施工方法。支撑吊装到位后临时固定,待本层柱梁结构施工完成后再进行精确校正、焊接,支撑与柱梁错层施工,减少绝对时间内的单层工作量,工效明显!解决了本工程单层安装体量大,时间紧,操作空间有限的问题,加快了整体施工进度。

结合本工程箱型柱数量多,截面小,内隔板多,高抛混凝土不易密实的特点,主推低位顶升工艺,最终得到业主、设计、总包的同意,基本避免了柱内混凝土施工对塔吊的占用(两幢塔楼共101根),同时也避免了施工作业面交叉作业带来的不利影响,为钢结构施工提供了有利条件。

全钢结构塔楼施工与常规塔楼不同,混凝土施工滞后钢结构施工约十层左右,钢结构施工作业层晃动明显,测量影响较大,直接转点至塔楼进行测量误差极大,无法实现精确测量。

项目采用在附近已施工的绿地和中铁塔楼上设置观测点进行三维引测,同时尽量选择非吊装时间段(楼层晃动较小时)进行三维测量。

测量控制点平面布置图 测量控制点平面布置图

核心筒钢柱中心支撑牛腿的特异性,导致公司标准化操作平台无法应用。项目采用连体通络式脚手架群配合脚手架管抱箍梁柱的做法搭设安全操作平台,大幅度提高了施工的安全性和焊接效率。

连体通络式脚手架操作平台布设 连体通络式脚手架操作平台布设

四、异形空中连桥整体提升施工

1、异型空中连桥施工概述

本工程空中连桥为异型结构,与不等高塔楼采用强连接,且连桥两榀主桁架刚度较大,中间钢梁刚度较小,对提升吊点设置和提升控制提出了新的要求。

2、提升牛腿设置

5、空中对接

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