在200m高空安装超长悬挑钢结构“顶帽”.pdf

在2 0 0 m高空安装超长悬挑钢结构 “ 顶帽’ ’ I n s t a l l a t i o n o f S u p e r L o n g C a n t i l e v e r S t e e l S t r u c t u r e S T o p C a p H a t 2 0 0 m Hi g h 胡占东 夏峰海 徐惠如 高波 中建八局第三建设有限公司上海公司 上海 2 0 0 1 3 5 摘要 随着高层建筑不断涌现，建筑外观形式亦多样化，但往往会给施工带来了一定的困难。以上海陆家嘴 3 2 地块 办公楼项目为例，采用预设胎架方法，解决了在2 0 0 m高空安装超长悬挑钢结构 “ 顶帽”的施工难题，获得了较好的社 会与经济效益。 关键词高层建筑 超长悬挑钢结构 顶帽 胎架 安装施工 中图分类号T U 7 5 8 ． 1 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 3 0 5 0 3 7 8 0 4 1 工程概况 1 ． 1 建筑概况 本工程位于上海市浦东新区陆家嘴环路上 ，银城中路 以西、花园石桥路以南的位置，毗邻金茂大厦和上海环球 金融中心。项 目总建筑面积约1 1 3 3 8 2 m ，其中地上建筑 面积为8 7 4 0 7 m ，地下建筑面积为2 5 9 7 5 m ；建筑总高度 为2 0 0 r n ，地上3 2层 ，地下4层 ，地下室2 4 层为车库，地 下1 层为商场 ，地上为高档写字楼。整栋建筑呈回字形，屋 顶为冠状钢结构 ，外立面 为单元式玻璃幕墙 图1 。 图1 建筑整体轴测 1 ． 2 屋顶钢 结构概 况 塔楼屋顶钢结构F h 8榀互为对称的平面钢桁架组成 ， 桁架布置呈回字形，其中2个对角支承于1 ～ 2 ／ CD 轴和 3 ～ 4 ／ A～B 轴外圈劲性钢柱，内圈支撑于L 形混凝土剪力墙 上 ，另外2个角点悬挑 ，悬挑最 大距离达3 6 ． 6 m。屋顶桁 作者简介胡占东 1 9 8 5 - ，男，本科 ，工程师。 l 。 通讯地址上海市浦东大道1 l 3 9 弄惠扬大厦4 号楼4 层 2 1 3 s 。 收稿 日期2 0 1 3 - 0 3 - 1 5 3 7 8 I i i r 第 3 5 卷第 5 期 架布置形式如图2 所示。外圈桁架高6 ． 5 3 11 “ I ，桁架下弦标 高 1 8 9 ． 6 2一 1 9 0 ． 2 0 m，桁架顶部标高 1 9 5 ． 8 5 m；内圈 桁架高8 ． 2 5 m，桁架下弦标高 1 8 7 ． 6 0 m，桁架顶部标高 1 9 5 ．8 5 m 。 屋顶共有8榀主桁架 ，横 向4榀 ，分别为T R I ～ T R 4 ； 竖向4榀 ，分别 为T R 5 ～T R 8 ；横向桁架长5 8 ． 6 m，竖 向 桁架长5 2 ． 6 m。桁架高度为 T R I n T R 4 高5 ． 6 5 m，T R 5 n T R 8 高6 ． 2 3 m，T R 2 、T R 3 、T R 6 [3 T R 7 高8 ． 2 5 m。材质均 为 Q3 4 5 B，屋顶钢结构总质量约1 6 0 0 t 。 图2 屋顶钢结构透视 图 2 屋顶 安装难点分析及应对措施 2 ． 1桁架尺寸大 ，运输困难 屋顶共有8榀 主桁架 ，无论是横 向或是竖向尺寸都很 大。 应对措施 将桁架上下弦、腹杆等3 n T为单根杆件运 到施工现场，现场设置拼装场地 ，进行桁架 卧拼。 2 ． 2桁架质量大。吊装大 桁架 上下弦杆件截面尺寸为口6 0 0 mm 4 0 0 mm 3 5 mm x 3 5 mm、 口6 0 0 mm 4 0 0 mm 2 0 r nm 3 5 mm、口6 0 0 mm 4 0 0 mm2 0 mmX 2 5 mm，桁架腹 杆 截面尺寸为口4 0 0 mm4 0 0 mm3 5 mm3 5 mm、 i i i 胡占 东 勇 懈海j 徐 惠 如 离 口4 0 0 mm4 0 0 mm1 4 mm1 4 mm。钢结构桁架尺寸 大 ，桁架构件重，运输超宽，桁架分段后质量仍超出塔 吊 额定起重量 ，吊装困难。 应对措施 桁架通过计算后分段 ，分段后桁架根据塔 吊起重性能 ，局部斜腹杆 予以后装，对桁架翻身及 吊装模 拟分析 ，确保桁架强度满足要求。 2 ． 3悬挑高度高。胎架设置难 屋顶桁架上弦顶面标高为1 9 5 ． 8 5 m，下弦标高根据桁 架高度 分别为 T R 1 和T R 4 下弦下底面标高1 8 9 ． 6 m，T R 5 和T R 8 下弦下底面标高1 8 9 ． 2 m，T R 2 、T R 3 、T R 6 O T R 7 下 弦下底面标高1 8 7 m 悬挑最高下面为第3 0 层楼面 标高 1 6 4 ． 4 5 m ，屋顶标 高1 8 4 ． 2 m，桁架下弦最大悬空距离 2 5 ． 1 5 m，最小悬空距离2 ．8 m，I I B ,- J 支撑胎架设置难度大。 应对措施 胎架设置采用结构分析软件对屋顶钢结构 施工进行模拟分析 ，综合考虑风荷载等不利因素 ，计算各 个支撑点作用荷载 ，设置组合支撑胎架 ，保证支撑胎架 的 强度及稳定性。 2 ． 4 安装精度要求高 本工程质量 目标为钢结构金奖、上海市 白玉兰奖，屋 顶桁架有2个角区域的桁架完全悬挑 ，桁架悬挑长度最大 3 6 ． 6 m，桁架下挠度控制难 ，安装精度控制难度 大。 应对措施 经过与设计院协商 ，桁架制作时按设计要 求进行预起拱 ；现场安装时，通过计 算和卸载模拟分析 ， 计算每 次卸载后桁 架各个支撑点 的下挠值 ，支撑胎 架点 标高根据桁架预拱值进行设置 ；选择合适的卸载顺序和方 法 ，确保桁架结构主要构件内力、变形产生较小影响采 用高精度测量仪器对桁架卸载下挠进行监控 ，理 论与实际 对比，确保桁架安装精度。 2 ． 5 安全 防护措 施设 置难 本项 目位于陆家嘴金融地区 ，地处黄浦江边缘 ，高空 作业易受风大影响，对高空安装、定位 、测量及焊接等都 带来很大困难。 应对措施 2 9 层楼面搭设钢梁悬挑硬防护，屋顶钢结 构安装从3 0 层楼面搭设满堂脚手架 ，作 为屋顶桁架施工时 人员登高、焊接等作业的平台 ，焊接点搭设防风棚 ，确保 焊接作业条件。 3屋顶安装 要点 a 屋顶钢结构安装采用钢管扣件式满堂脚手架，结 合格构式钢支撑胎架在桁架的2个角上悬挑 区域分别设置 格构式胎架 ，作为安装用ll n ,- j 支撑 ；桁架散件 出厂、现场 拼装成单段桁架、分段 吊装就位 、高空对接 ，满堂脚手架 主要作 为安装和焊接用操作平台” 刈 。 b 单根杆件通过汽车运到施工现场进行桁架地面 卧拼 ；桁架卧拼采用5 0 t 汽车吊、S T L 4 2 0 动臂塔 吊进行配合 吊装作业。 C拼 装成 榀 的桁架采 用主塔 吊D1 1 0 0 - 6 3吊装就 位 ，先安装桁架未悬挑的2个角区域 ，逐步对称 向悬挑 区 域扩展。 d 桁架杆件采用焊接连接 ，在作业区域搭设满堂 脚手架作 为操作平台。 e 在2 9 层设置悬挑钢梁 ，满铺脚手板作为硬防护 措施 ，防止人员高空坠落或坠物伤人。 4施工控制要点 4 ． 1满堂脚手架搭设 2 9 层设置悬挑钢梁满铺花纹钢板作 为硬 防护。3 O一 3 2 层根据屋面标高及屋顶钢结构桁架布置形式 ，搭设钢管 扣件式满堂脚手架 ，作为屋顶钢结构安装阶段操作人员安 装、焊接等作业平台及防护平台。满堂脚手架最大搭设高 度2 5 m，顶层操作平台比桁架下弦I I 2 0 0 mm，立杆间距为 1 ． 1 m，步距为1 ． 6 m，扫地杆距地2 0 0 mm，纵横方向间隔 6 m设置1 道剪刀撑，架体 四周连续设置剪刀撑 ，沿架体高 度方向间隔8 m设置1 道水平方向剪刀撑，操作架顶层沿着 桁架满铺5 O mm2 5 0 m m脚手板。 4 ． 2 钢结构胎 架设 置 4 ． 2 ． 1 胎架平面布置 钢结构桁架施工时，设置1 0个临时胎架支撑 ，如图3 所 示。 T R4， ／ ， 藿 TR I 3 兰 组合l芰 ／ ， 1 I 、 、 ’ 重 I - 组合 e 撑2 ＼ TR 2 墓 篓 、 ＼ ， ． ．TR． 1 ， - I Rn r I n I 5 n f m 】 8 f l I 1 n 图3 临时支撑胎架平面布置 4 ． 2 ． 2 胎架支撑 结构设计 采用H型钢 和等边 角钢做 成 的格 构支撑 ，材 质均为 Q2 3 5 ；通过将临时支撑体系与整体结构共同进行有限元分 析 ，并与从对整体结构施工全过程的有限元分析结果一道 取得相关荷载值 进行复核相结合的方式 ，对整个结构的临 时支撑体系进行设计与验算。 组合支撑一的格构支撑外形尺寸及杆 件截面如图4 所 示 ，组合支撑二的格构支撑外形尺寸及杆件截面如图5 所 刁 2 o i 3 5 B u i l d i n g C 。 n s t r u c 缸 。 n I 3 7 9 图4 组合支撑一支撑三维尺寸 图5 组合支撑二支撑三维尺寸 4 ． 3 屋面桁架分段 4 ．3 ． 1 桁架分段 因考虑到屋顶桁架尺寸巨大，单榀桁架超重、超宽 ， 运输起来很 困难 ，结合现场主塔 吊起重能力及现场安装 方面的考虑 ，故对8榀桁架进行分段 ，具体分段情况如图 6～图9 所 示。 X I Xf ； 1 X 1 XCl X 2 XI ； 2 X C2 XC2 激 ．。 褪 i l } 一 船 l -| g4⋯,05m ， } l 75 血 图 6 T R 1 、T R 4 分段 图 7 T R 2 、T R 3 分段 图 8 T R 5 、T R 8 分段 3 8 0 I 建 筑 施 工第 3 5 卷第 5 期 誊 ≥i 图 9 T R 6 、T R 7 分段 X ～ “ , I 1 8 76 0a t _ “ r I 7 3 4 ． 3 ． 2 桁 架分段后强度及 变形验算 a 桁架翻身 桁架在拼装胎架上 ，拼装焊接验收 合格 后 ， 卸下后 装腹杆 ，装 上连接 耳板。选 择最 不利 单榀桁架进行翻 身分析 ，桁架T R 1 1 T R 4 11 6 m x 5 ． 6 5 m，质量为2 9 ． 6 t 。利用A N S Y S 软件分析可知 ，桁架翻 身过程中，组合最大变形为3 mm，单元的组合应力最大值 为1 2 MP a，应力与变形非常小 ，满足强度要求。 b 桁架吊装 桁架翻身竖立桁架调离胎架约0 ． 2 m 后 ，对吊装钢丝绳进行调整 ；调整手拉葫芦 ，大致调整桁 架 的水平度 ，确 认钢丝绳平衡稳 固后 ，再 吊装起钩 。选 择最不利桁架进行吊装过程强度分析 ，桁架T R 1 1 T R 4 11 6 mx 5 ． 6 5 r n ，质量为2 9 ． 6t 。利用An s y s 软件分析可 知 ，桁架 吊装过程中 ， z 轴方向最大变形一 3 mm，单元的应 力最大值8 MP a ， 应力与变形非常小 ，满足强度要求。 c 屋顶钢结构深化设计 钢结构深化设计根据钢结 构安装方案及构件运输 方便将屋顶桁架合理分段 ，所有节 点均为刚接，安装时采用连接耳板进行临时固定 ，桁架起 拱值按 T R 2 、T R 3 、T R 6 、T R 7 按悬挑长度 的1 ／ 5 0 0 起拱 ， 桁架T R 1 、T R 4 、T R 5 、T R 8 按悬挑长度 的1 ／ 3 5 0 起拱。 d 屋顶钢结构工厂 内预拼装 考虑到屋顶钢结构 连接复杂 ，为提高现场安装精度 ，单榀桁架制作完成后， 应在工厂内进行预拼装，符合要求后方可出厂。 4 ． 4 屋顶钢结构安装 4 ． 4 ． 1 胎架安装、对角支撑立柱 、单片桁 架安装 屋顶满堂脚手架、钢结构支撑胎架搭设完成后 ，首先 进行对角支撑点立柱安 装、1 ～2 轴、C～D 轴单榀桁架就 位 ；3 4 轴、AB 轴单榀桁架就位并将单 片桁架连成L 形 稳定体系。单片桁架采用连接耳板进行固定 ，辅助采用缆 风绳进行稳固。 4 ． 4 ． 2对角支撑立柱 区域桁 架连成整体 将第一步安装对角支撑 区域桁架连接成框架，并进行 校正、焊接，安装。 4 ． 4 ． 3 对 角支撑 立柱 区域桁架向外延伸 1 2 与C D 轴连成整体校正焊接完成后 ，同时向悬挑 区域对角延伸 ，延伸至3 ～ 4 与A～ B 、3 4 与C～ D 、1 ～ 2 与 B c 、3 4 与B ～c 范围。单片桁架就位后通过连接耳板进 行固定，并设置临时斜支撑或揽风绳进行固定。将第三步 下转第3 8 8 页