高空钢结构球体安装关键技术.docx
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高空钢结构球体安装关键技术
高空钢结构球体安装关键技术
摘要:
江苏龙希大酒店0号塔顶部50m直径的钢结构球体,位于300m高空。
球体采用悬臂安装,工序交叉复杂,钢构件分段多,安装难度大。
根据施工难题进行技术攻关,托桁架采用地面组拼为整榀一次吊装和拼半榀分两次吊装两种安装方法,提高了安装效率。
腰桁架下弦采取在跨中钢梁拉结的临时固定措施,保障了安装安全。
下部网壳单元利用手动葫芦吊牵引并滑移至腰桁架下弦处,再二次吊起就位安装,解决了腰桁架阻碍安装的难题。
利用葫芦吊、滚杠将支撑斜柱上节钢柱水平滑移至安装位置,解决了塔吊无法一次吊装就位的安装难题。
关键词:
钢结构球体;托桁架;腰桁架;网壳单元;滑移
1工程概况
江苏龙希大酒店0号塔顶部钢结构球体直径为50m,位于300m的高空。
从钢结构塔楼第67层向四周悬挑出12道托桁架,托桁架下部悬挂钢管网壳构成球体下部结构,托桁架之上支承圆弧形腰桁架,从而构成球体中部结构。
腰桁架竖直方向共4层弦杆,弦杆通过水平钢梁与球体内的第69~72层楼层结构相连,腰桁架之上为网壳球体上盖结构,网壳上盖外圈坐落在环形腰桁架上,顶部坐落在塔顶的钢柱上。
球体还包括从1~3号塔塔顶至球体底部的3组格构式钢支撑,该酒店整体结构示意如图1。
图1整体结构示意
2重、难点分析
球体是从0号塔第67层开始悬挑出的庞大结构,距离1~3号塔屋面30m。
从1~3号塔顶屋面搭设安装脚手架进行施工比较稳妥,但此方案工程量大、工期长、造价高。
采用悬臂安装方案是比较经济的做法,但该方案难度大,需因地制宜,并制定出可靠的、切实可行的安装方法和质量安全保证措施[1]。
第69层以上腰桁架和楼层钢梁先于下部网壳安装,造成塔吊吊钩安装网壳时被腰桁架阻挡不能到位,工序交叉作业复杂,需采用葫芦吊或卷扬机二次牵引就位。
因安装下部网壳及之后的装饰工程都需要操作平台,宜在网壳下部设置操作平台[2]。
图2塔吊布置及吊装半径
塔吊起重能力偏低,而网壳、腰桁架则为悬挑的通长构件、大面积结构,需根据塔吊的工作半径、起重性能对构件进行分段,因此,分段多、接口多增加了安装难度和工作量[3]。
球体外围均为弧形曲面构件,又是高空悬臂安装,准确测量定位是确保安装精度的重要手段。
此外,现场焊接量大,质量要求高,保证焊接质量是施工控制重点[4]。
3塔吊布置及构件吊装运输
球体钢结构安装前,在1号塔第61层顶部安装一台K50塔吊进行构件的运输和吊装,塔吊底座通过螺栓与1号塔顶的预埋件连接固定,塔吊的起重性能如表1所示。
塔吊吊臂长度为70m,其吊装半径覆盖整个0~3号塔区域,如图2所示。
从表1可知:
K50塔吊性能在50m吊装半径内最大起吊为80kN,所有0号塔分段构件及支撑柱安装位置均在50m吊装半径内,构件最大单件质量为7t,均满足塔吊吊装能力。
表1塔吊起吊量
半径/m22.423273033374041.34347506070重量/kN2001931611431271111011009586806250
4托桁架安装
托桁架分为A、B两种,B型悬挑长度为11.5m,高为7.9m,构件主要为H型钢,由工厂分段制作运输到现场,托桁架平面布置如图3所示。
根据塔吊K50的起吊能力和托桁架安装位置,采用将托桁架在地面组拼为整榀一次吊装和拼半榀分两次吊装两种安装方法[5]。
托桁架拼装完成后,竖直吊起托桁架,两个吊点用不同长度的吊索使托桁架上弦水平,提升就位后与剪力墙内的钢柱牛腿对接、临时固定、校正、焊接。
上、下两个接口焊接完成1/3之后可摘吊钩,焊接过程中需继续观测托桁架悬臂端的位移情况,可变换焊接部位控制变形方向。
图3球体托桁架平面布置
5腰桁架安装
腰桁架以托桁架端部为支托,双向曲面,环绕球体,每层弦杆之间层高6.2m,最大处半径为24.4m。
第69~72层桁架弦杆均分为36段,其中最长弦杆为6m,单件最大质量为6t,所有腹杆都是单独一段,单件最大质量为3t,腰桁架立面及分段如图4所示。
图4腰桁架立面及分段
根据塔吊起吊能力,腰桁架安装采用高空散拼的方法进行安装。
为确保腰桁架构件高空安装精确对接,桁架提前在工厂内进行预拼装,然后进行解体并运送至施工现场。
现场安装时通过建立的三维模型来模拟实际安装情况,从而保证腰桁架的顺利安装。
腰桁架依次按照从下至上进行安装,先安装腰桁架下弦;当托桁架和第69层钢梁安装完成后,以托桁架和托桁架间水平钢梁为支承点,逐一安装每一段腰桁架下弦杆,最终形成封闭圆形的稳定结构。
因每一段腰桁架下弦都是弧形,其重心向外偏移,两端连接时存在翻转风险,因此须在跨中采用钢梁拉结的临时固定措施,如图5所示。
图5下弦临时固定措施
在腰桁架下弦安装完成后,安装上一层(第70层)的水平钢梁。
钢梁的0号塔一端与筒体埋件或钢结构相连,与腰桁架连接的一端先用格构式马凳作为临时支撑,马凳顶部设置顶托丝杆用于调整钢梁标高,然后安装第70层腰桁架的弦杆和腹杆。
为便于安装操作,吊装的每一段弦杆在地面将与其相连的所有腹杆用螺栓连接在一起,并一次吊装就位,如图6所示。
安装操作人员先将腹杆下口连接,再将上口弦杆与水平钢梁连接,测量校正后焊接固定。
为保证钢梁安装标高的准确,消除钢梁自重及荷载作用下的挠度变形,安装时调节马凳上部丝杆将标高预先起拱10mm,以保证桁架上弦及腹杆安装标高。
图6弦杆与腹杆一次吊装
最后,将第70层弦杆、腹杆全部安装完毕,形成封闭圆形稳定体系,即完成第70层腰桁架安装[6]。
第71、72层桁架弦杆、腹杆的安装方法和顺序均与第70层相同,顺次完成腰桁架的全部安装。
吊装腰桁架弦杆、弦杆与腹杆组合均需在弦杆上最少设两个吊点,腹杆上最少再设1个吊点。
6球体下网壳安装
球体下网壳结构位于0号塔第67~69层球体托桁架外侧,由环向钢管和环向间腹杆组成;球壳内侧半径为12.316m,外侧半径为19.079m,高度为5.764m,球壳底标高为280.736m,顶标高为286.500m,网壳总质量约为80t,球体下网壳模型如图7所示。
图7球体下部网壳模型
因工程工期紧张,在托桁架安装之后,腰桁架首先进入安装,要求下部网壳与球体腰桁架等上部结构同时施工、穿插进行。
由于腰桁架的阻挡,下部网壳就不能用塔吊直接吊到安装位置。
下网壳的拼装,在地面没有场地,而在1~3号塔顶又有装饰钢柱等障碍,安装比较困难。
现场安装时在1~3号塔第60层连廊楼面将下网壳分成小片并拼装成单元,如图8所示,将下网壳分为9个拼装单元,每个拼装单元约8t,再利用塔吊将网壳单元提升至第69层托桁架外侧临时悬挑梁上,滑移至安装位置,再用卷扬机和葫芦吊二次吊起就位安装,下网壳安装就位示意如图9所示。
注:
图中数字为单元编号。
图8网壳单元划分示意
1—电梯厅;2—旋转餐厅;3—网壳。
图9下部网壳安装就位示意
1—临时挑梁;2—小滑车;3—钢丝绳;4—网壳管。
图10滑移装置示意
1—临时固定挑梁;2—第70层桁架上弦;3—第60层桁架上弦;4—第90层钢梁。
图11滑移悬挑梁布置
以悬挑梁面为滑移轨道,放置滑移小车,滑移装置如图10所示,悬挑梁的安装位置要与网壳上滑移吊索吊挂位置对正,吊挂位置到网壳分段接口的距离要与设计安装位置吻合,滑移悬挑梁布置如图11所示,悬挑梁临时固定在与楼层水平钢梁和腰桁架下弦上。
网壳单元利用塔吊提升时设2~3个吊点并竖直提起,挂到临时悬挑梁端的滑移装置上,再摘掉塔吊吊钩吊索,用手动葫芦吊牵引,缓慢将网壳滑移至腰桁架下弦处,另外两个100kN手动葫芦吊和一台卷扬机三点吊起网壳,进行就位安装。
下网壳在第60层连廊顶部进行拼装,按照网壳安装就位后的状态需搭设拼装胎架,如图12所示,并搭设操作平台脚手架,如图13所示。
1—型钢胎架支撑;2—操作用脚手架;3—网壳拼装单元;4—拼装连廊顶层平台。
图12拼装胎架立面
图13操作脚手架立面
为辅助网壳安装及进行网壳装饰面板安装,在网壳就位与挑桁架焊接以后,在网壳下搭设悬挂吊平台,如图14所示,悬挂点选在第69层水平钢梁上。
吊平台吊装就位后,采用钢拉杆挂在第69层钢梁上。
下部网壳施工完成后可进行吊平台拆除,因平台为扇形平面,下放时设置3个吊点,外侧2个、内侧1个;然后,使用卷扬机将平台下放至第61层连廊顶部,解体后利用塔吊吊运至地面。
1—吊杆;2—操作架;3—护拦;4—吊平台;5—外爬架。
图14吊平台立面
网壳下部设置的一圈施工平台中,在1、2号塔方向设置两个接料平台,用于网壳散件杆件、装饰面板、涂料、施工机具等吊运。
7上网壳安装
球体上网壳结构位于0号塔第72层球体桁架上部,将0号塔整体结构包裹,形成球形顶部。
网壳由肋环形钢管组成,球壳半径为24m,高度为19.840m,球壳底标高为306.150m,顶标高为326.163m,网壳总质量约为130t左右。
上部网壳采用在地面按单元拼装,塔吊吊装、高空对接,并按1∶1尺寸搭设单元胎架,拼装、焊接的安装方法进行吊装。
如图15所示,根据塔吊起吊性能将上网壳划分为4个单元。
上网壳安装时,周边单元下部坐落在腰桁架上,上端与剪力墙外设置的钢支撑连接固定,可利用脚手架、钢管爬梯和钢平台等进行安装,上网壳安装如图16所示。
图15上部网壳单元划分平面
1—剪力墙脚;2—操作架;3—安全网;4—操作吊笼;5—钢平台;6—核心筒剪力墙;7—上下平台爬梯。
图16上网壳安装示意
8球体支撑斜柱安装
球体斜支撑钢管柱位于外围1~3号塔第61层楼顶部,每根支撑柱由6根圆钢管及斜腹杆构成格构柱。
每根支撑斜柱长30m,底部宽度6m,顶部宽度1m,柱底标高为257.400m,柱顶标高为281.600m,与水平面的夹角约为56°。
柱底通过预埋在外围3个塔体顶部楼板上的埋件连接,柱顶通过设置在0号塔底混凝土梁上的滑动支座与球体连接。
支撑钢管柱施工时采用在工厂分段加工,现场单件吊装,空中对接的施工工艺。
在工厂内根据柱子的结构特点将每根柱子分成3件进行加工,下部3根钢管及斜腹杆各组成一件,上部两个格构柱及之间节点板组成一件,支撑斜柱分段如图17所示。
图17支撑钢管柱分段示意
1—钢柱楼面放置位置;2—钢柱初步滑移位置;3—钢柱最终塔吊位置。
图18上节钢柱滑移平面
1—临时铺设H型钢;2—铺设钢管。
图19连廊与0号塔间滑移通道平面
采用塔吊进行单件吊装,因支撑斜柱与地面倾斜56°夹角,所以下部两件柱安装时在楼面搭设门字支撑架进行临时固定,柱脚与楼面预埋件焊接连接。
两件下节柱安装焊接完成后,吊装上节钢柱,因上节钢柱安装位置在第69层桁架内侧网壳下部且网壳已安装完成,塔吊无法直接将钢柱一次吊装就位,所以安装时先将上节钢柱吊装至空中连廊第61层楼面,然后在柱下铺设用葫芦吊、滚杠,利用手动葫芦吊将钢柱水平滑移至安装位置的正下方,上节钢柱滑移平面如图18所示。
因连廊与0号塔间有钢管连系梁且梁间镂空,为满足承载力要求及施工操作安全方便,在钢管梁上铺通长的两道H型钢并满铺脚手架钢管,形成封闭的滑移通道,如图19所示。
然后,将塔吊吊钩从第69层钢梁间放下,将上节钢柱竖直起吊至安装位置,上节钢柱下端与下节柱顶对接,上端与0号塔剪力墙上埋件连接,必要时可用葫芦吊协助调整钢柱准确就位。
测量校正后先焊接柱与柱接口,再完成柱顶与埋件连接节点,整根支撑柱安装、焊接、补漆完成后拆除临时支撑架,从而完成支撑斜柱的安装。
9结论
1)托桁架采用地面组拼为整榀一次吊装、拼半榀分两次吊装两种安装方法;托桁架上两个吊点用不同长度的吊索使托桁架上弦水平,提升就位后与剪力墙内的钢柱牛腿对接并临时固定,提高了托桁架的安装效率。
2)腰桁架提前在工厂内预拼装,并通过三维模型模拟实际安装工况,从而确保了腰桁架高空顺利安装。
因腰桁架下弦为弧形,重心向外偏移,在两端连接的情况下有翻转的趋势,采用在跨中用钢梁拉结的临时固定措施,保障了安装安全。
3)下部网壳单元利用塔吊提升挂到临时悬挑
梁端的滑移装置上,利用手动葫芦吊缓慢将网壳牵引并滑移至腰桁架下弦处,再用卷扬机和手动葫芦吊二次吊起就位安装,解决了腰桁架及装饰钢柱阻碍安装的难题。
4)球体支撑斜柱底通过预埋在外围3个塔体顶部楼板上的埋件连接,柱顶通过设置在0号塔底混凝土梁上的滑动支座与球体连接。
上节钢柱安装时先吊装至空中连廊第61层楼面,然后利用葫芦吊、滚杠将钢柱水平滑移至安装位置的正下方,上节钢柱下端与下节柱顶对接,上端与0号塔剪力墙上埋件连接,并利用葫芦吊协助调整钢柱准确就位,解决了塔吊无法直接将上节钢柱一次吊装就位的难题。
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