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复杂超高层钢结构施工管理技术

日期：2016-1-18 10:18:19　来源：互联网　浏览数：
　

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复杂超高层钢结构具有复杂构件加工、复杂部位测量定位、体量大、构件多以及交叉工序多等特点。在整个施工过程中，工程技术是管理的基础，保证各个环节的有序开展、提高管理质量和效率是管理的重点。
    1· 工程概况
    望京SOHO位于北京市朝阳区望京的核心区（图1），其中T3号塔楼为钢管混凝土柱钢框架-劲性钢筋混凝土核心筒结构体系，地上共46层，地下4层，顶层标高为179.670 m，屋顶标高为200.000 m，总建筑面积约16.5万m2，总用钢量约1.8万t，为复杂超高层钢结构建筑。建筑立面和平面均为不规则曲面，整体结构从下至上向内渐变收缩。核心筒外围首层框架布置34根钢管混凝土柱，向上随建筑面积收缩而减少，在L15、L24等楼层有圆管柱相贯节点。

    2· 施工管理技术
    2.1 施工图纸深化与加工图的绘制
    钢结构工程施工管理的首个主要环节就是施工图纸的深化与加工图的绘制，该部分的重点是根据工程特点和合同范围控制图纸深化范围和深化程度，对相关复杂节点进行优化设计，以满足构件加工和现场安装的需要。
    在该项目钢骨柱-梁节点深化过程中，如何解决型钢节点与钢筋的相互位置关系是关键。本工程根据钢筋与钢骨构件相交的不同情况，分别采取针对性的措施。当满足水平弯折要求时，将钢筋直接绕过型钢柱贯通连接；当钢筋相交在型钢柱翼缘范围内且不满足弯锚要求时，采取加焊钢筋连接器连接；当钢筋相交在型钢柱腹板范围且不满足弯锚要求时，采取穿孔贯通连接。上述针对性的节点优化措施较好地解决了钢筋布置与型钢节点交叉的问题，极大提高了工作效率，降低了成本。
    在大直径相贯圆管柱复杂节点深化中，在铸钢节点和焊接相贯节点之间比较选择，铸钢节点制作工艺简单、成本高；焊接节点工艺复杂、成本低。由于该节点体量大、数量多，在充分考虑加工工艺、工程质量、施工进度和成本控制之后，选用圆管组焊相贯节点。
    2.2 钢材的采购与构件加工
    超高层钢结构工程的体量一般较大、钢材用量多，相应的图纸深化工作量较大、工期较长。为优化资金分配，应将钢材的采购与图纸深化、构件加工、现场安装各环节的进度分批次、分阶段相互交叉进行。   该项目用钢量约1.8万t，采购分为三个批次进行，其中第三批采购在全部图纸深化完成、工程量精细计算的基础上进行，确保最后阶段的构件加工不缺料、无余料。另外，为做到最大限度地节约钢材、控制成本，在钢板原材采购时，除明确材料的技术要求外，本工程通过加工工艺的分析和与钢材供应商的沟通，采用钢板定尺供应。首先，在结合现场起重设备的布置确定单节钢柱的重量和长度之后，确定板材的长度；然后根据构件的截面规格，确定板材的宽度尺寸。确定板材的规格尺寸之后，通过定尺采购最大限度地提高原材的利用率，降低成本。
    在构件加工方面，派驻监造工程师对构件加工排板、下料、组装、焊接、除锈、喷漆、验收和出厂等环节进行监管，以日报、周报、月报的形式，实现加工厂与施工现场之间在构件加工全过程的沟通。
    2.3 现场测量与构件安装
    2.3.1 现场测量
    在整个复杂超高层钢结构施工中，须将各分段误差和整体误差严格按照相关规范要求予以控制。该项目由于整体结构复杂、多变，外围圆管柱空间倾斜，不但测量控制基准点的通视条件难以保证，而且构件的定位不能仅通过一套测量基准线来实现。因此，测量人员在施工前经过与详图深化人员的充分沟通，制订了相关的现场测量和工厂加工辅助方案。使用水准仪和全站仪测放控制基准点。根据结构平面和立面布置的变化，间隔一定高度进行原地转点，确保水准仪传递精度。以多种方式增加多余观测，确保最终控制精度。
    根据本工程平面和立面的具体布置和周围场地情况，分别在建筑物内部和周边布设测量控制点，采取外控法和内控法两套施测方案同时进行，相互校核。测量过程中架设全站仪后视控制点，运用极坐标原理测得斜距、水平夹角和竖直角，该数据自动传输给便携机，利用建立的数学模型自动计算并输出柱测控点的实测坐标以及实测值与理论值的差值，现场据此数据纠偏、指挥校正，直至满足精度要求。每节柱焊接后再次按上述测量方法得到各柱焊接后柱顶中心坐标数据[1]。
    对复杂构件的定位，比如外围多维倾斜圆管柱，采用多个空间坐标点进行定位。首先，在加工详图绘制阶段，在Xsteel模型中直接给出圆管柱顶5个定位坐标点；然后，构件加工阶段在构件相应位置标注该定位点；最后，施工现场验收合格后粘贴反射片，根据该构件定位点实现空间构件的定位安装。
    2.3.2 构件安装
    由于圆管柱相贯节点处的人字形柱体量较大，传统的吊装方式就位时调整困难。为提高吊装效率，首先在使用构件的三维模型上根据构件就位后的位置模拟出重心吊点，然后根据起重设备的吊钩位置和构件上各个吊点位置计算出各根倒链的长度。实践证明，该方式基本能够实现构件的一次起吊或经微调后即能满足构件临时就位吊装的要求，大大提高了工作效率。
    在钢柱标高累积误差的处理方面，首先由整体设计模型按相应材质钢材的压缩比计算出各节钢柱的理论压缩量，直接考虑到构件加工图中。随着施工进度的进行，根据现场钢柱实测标高数据，分析安装误差，通过与加工厂的实时沟通实现钢柱标高的及时调整。为了达到既严格控制误差又提高安装效率的目的，本工程安装标高误差采取每两节柱调整一次。
    2.4 构件焊接与高强螺栓安装
    复杂超高层钢结构的构件焊接与高强螺栓安装具有工作量大、高处作业多、场地条件和自然条件差、质量要求高等特点，其完成质量的高低直接决定着整个工程的完成质量，是测量定位后最为关键的一道工序。
    2.4.1 构件焊接
    本工程圆管最大直径为1 400 mm，最大板厚25mm，材质为Q390GJC；型钢柱最大板厚50 mm，材质为Q345C；钢梁最大板厚30mm，材质为Q345C。针对本工程的实际情况，编制详细的焊接作业方案和焊接工艺指导书，充分考虑高处焊接的气流环境、焊接的层间温度、柱接头的预热和后热、焊接应力变形释放等与地面情况的不同，确定焊接工艺、制作焊接样板。
    全部选用具有高层钢结构施工经验的焊工，并在正式进场前结合本工程要求进行完整的培训和严格的考试。超高层钢结构焊接质量受风的影响较大，须采取防风措施。本工程根据现场情况自制简易防风棚，既保证了焊接质量又控制了成本，取得了较好的效果。
    2.4.2 高强螺栓安装
    高强螺栓安装涉及规格多、数量大，为了保证安装过程顺利进行，按照确定规格→订货采购→进场复验→保管领用→初拧标记→复拧→验收等工序严格执行。通过一系列严格的要求和管理，现场检测发现，本工程的焊接与高强螺栓安装不仅较好地保证了施工质量，而且避免了返工、二次焊接等工序，极大地提高了工作效率[2]。
    2.5 工期进度与质量控制
    超高层钢结构工程量大、工期长、工序多，为了保证各工序的有序推进，须提前做好各个工序的实施计划与协调工作。本项目在公司质量管理体系的框架下，针对工程的具体情况制订项目部质量管理体系。在质量管理过程中，从公司和项目部两个层面着手，严格进行质量的过程控制。为保证工程管理体系的顺利实施，建立了质量管理责任制，明确各岗位职责，各环节落实到岗、到人。
    由于施工现场场地小，为了保证现场安装工作连续进行，须对构件的分批进场加强管理。为此，本工程根据现场安装进度计划，从安装图中统计出每一根构件的编号下发至构件加工厂，由驻厂监造工程师配合完成相关构件的加工。构件运至施工现场后，接料员按构件安装部位进行堆放，以便缩短吊装前的查找时间。
    由于现场施工专业多，如何协调塔式起重机使用分配是个难题。本工程为了提高塔式起重机的利用率，主要采取了两个方面的措施。首先，在塔式起重机使用分配方面，每天下午召开各专业次日塔式起重机使用分配计划协调会，各专业负责人根据未来3 d的进度计划，提出塔式起重机使用需求，然后结合塔式起重机生产效率和总体进度计划统一协调分配。本工程现场布置3台塔式起重机，除了设备的定期检修维护外实行24h工作制，白天工作条件好、效率高，主要用于大型构件的吊装就位；晚上工作条件差、效率低，主要用于施工设备和材料的倒运。其次，在塔式起重机的使用过程中，提高塔式起重机的利用率并为此提前做好相关辅助工作。比如，在大型钢构件吊装前，先用计算机三维模型找出构件重心、倒链吊点、吊绳长度，争取做到构件就位姿态的准确模拟达到起吊后的一起准确就位和快速固定；构件进场时根据构件所在部位进行分区堆放，便于查找；构件起吊前将高强螺栓、连接板等辅助零件在相应位置准确配好等[3]。
    2.6 冬期施工进度安排
    本工程冬期施工时间长，为了在允许范围内最大限度地推进施工进度，本工程通过计算机模拟出在混凝土停止施工期间钢结构能够超出混凝土浇筑层的最大高度，然后安排钢结构施工进度。计算机的模拟主要考虑在圆管柱内混凝土、核心筒混凝土和楼板混凝土未浇筑时，在钢结构自重、施工荷载和风荷载作用情况下，能够满足强度、稳定和构件压缩限值要求的钢结构超出高度。
    本工程冬期施工开始前，核心筒混凝土浇筑到22层，外围钢结构安装到16层，且钢管柱内也浇筑混凝土到16层，压型钢板安装到14层，混凝土楼板浇筑到10层。进入冬期施工后，钢柱内的混凝土和压型钢板上混凝土不再浇筑，钢柱和钢梁继续向上安装。到冬期施工结束前，核心筒施工到37层，外围钢结构安装到32层，压型钢板安装到27层，期间混凝土间断性浇筑到15层。钢管内的混凝土未浇筑，仍在16层。
    通过计算机对冬期施工的模拟，在满足质量和安全要求的情况下最大限度地推进了施工进度，较大程度上解决了北方地区冬期施工对工期的不利影响。
    2.7 现场安全与文明施工
    超高层钢结构工程规模大、场地复杂、施工交叉面多、参建人员多、工期长，安全文明施工管理难度大。为了整个施工过程顺利进行，须建立完善的安全生产制度和管理体系。望京SOHO T3号塔楼项目根据工程实际情况，首先确定安全文明施工管理目标，然后制订具体的安全管理措施、专项安全措施及方案，最后结合定期的安全教育，将各项规章制度和专项措施落实到具体工作中。
    3· 结束语
    复杂超高层钢结构工程施工管理是一个系统性的工程，涉及的工序多、参与人员多、周期长，应充分认识到各个环节的复杂性、关联性，需处理好相互之间的交叉和协调工作。随着望京SOHO T3号塔楼的顺利完工，在取得一定经济效益和社会效益的同时，也为我国复杂超高层钢结构施工管理积累了经验，对类似工程具备一定的参考价值。