焊接技术·绝活

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超高层高位大体量屋顶刚架多轨道累积滑移施工技术

马才旺

[摘要]运用价值工程对长江传媒大厦屋顶钢架三种预选方案进行优选,对操作性、质量安全性、工期保证进行功能成本分析计算,确定采用价值系数高的为最优方案,为方案决策提供了有力的科学依据。建立屋顶钢架深化设计和结构分析模型,采用多轨道累积滑移施工技术,运用BIM技术建立钢架单元滑移模型,确保了安装过程的安装精度和滑移过程的结构安全。
[关键词]超高层 高位大体量 刚架 多轨道 累积滑移
Tall high DaTiLiang roof frame rail accumulating sliding construction technology
Ma Caiwang
 
AbstractUsing the value engineering to the Yangtze river media building roof steel three primary scheme optimization, the operational safety, quality, time limit for a project to ensure a functional cost analysis and calculation, determine the value coefficient for the optimal design, and for decision making provides strong scientific basis. The steel roof design and structural analysis model is set up, using multiple track accumulating sliding construction technology, steel unit slip model is established using BIM technology, ensure the installation precision of the installation process and the structure of the sliding process safety.
keywordTall high DaTiLiang frame rail accumulating sliding.
1         工程概况
长江传媒大厦位于武汉后湖三金潭,主楼地上48层,地下2层,采用钢骨混凝土结构,大屋面以上采用锥形屋顶钢架结构,建筑高度241.55m。建筑面积约14万平方米,钢结构总用钢量约7000吨。长江传媒大厦的整个建筑形体呈现出一种汇聚、向上、流动的形态,顶部收为锥形,抽象表达出“笔尖”的寓意,建筑语言呈现出“秉笔直书”的社会责任。
屋顶结构形式为11榀锥形钢架,平行布置组合而成,结构高度204m~241m,高约37m,跨度约30m。钢架截面由□1400×500×50×50的厚板组成箱体结构,材质Q390C,单榀钢架重量约为100吨,用钢量1100余吨。钢架间通过箱型钢梁连接,结构两侧均设置抗风柱,形成一个结构层次分明、大气美观的屋顶钢架结构。


1         工程特点
2.1屋顶钢架为超高层结构外装饰单元式板块幕墙直接与屋顶钢架连接,钢结构安装精度要求高。
2.2屋顶钢架构件截面大、钢板厚,焊接应力的控制非常重要。
2.3屋顶钢架在超高层建筑屋顶,所处位置高,钢架本体高度达37米,钢架自重大,结构高,钢架在施工过程中的稳定性和安全性亦是重点之一。
2         施工方案确定
根据国内外现有超高层屋面钢结构施工工艺,结合现场实际条件,以保证整个屋面钢架安装过程中质量、安全以及造价为标准,暂时不考虑工期和其它工序的作业因素,提出以下三种方案:


根据三种方案的分析,从操作性、安全性、工期保证性、影响其它作业等方面对方案评分。



3.确定最佳方案:由于方案三的价值系数最高,所以确定方案三为最终的实施方案。
1         施工方法
4.1施工工艺流程
4.1 建模分析滑移方案
 结合超高层高位屋顶刚架的结构特点,建立钢结构三维模型进行模拟、分析、研究高低轨道屋顶刚架累积滑移施工方法的可行性。利用结构分析模型,对拼装胎架、滑移轨道梁支撑、滑移轨道梁、轨道选型进行设计,设计时充分考虑临时措施结构的强度、承载力、稳定性、变形情况等,轨道梁支撑、滑移轨道梁、拼装胎架等具体布置、规格型号、连接方式、滑移轨道设计高度等情况。
4.2 搭设屋面支撑胎架
4.3.1支撑设置:支撑尽量设置在混凝土柱顶上,且根据支撑位置设置联系梁及斜撑,支撑结构与混凝土筒体结构形成一个稳定的支撑结构,支撑结构既是拼装胎架的下部支撑,同时也是滑移轨道梁的支撑结构(见图4.3.1胎架下部支撑示意图)。
4.3.2支撑搭设:对支承柱进行测量放线,确定每个控制点的坐标,然后对定位块或平台找平,要求各支承点偏差不大于3mm,拼装时不得使用大锤锤击,可设置临时固定或拉(压)紧装置,保证拼装过程的安全。

4.1铺设滑移轨道
根据结构特点及临时结构体系的布置,利用结构模拟计算软件,对滑移结构最不利工况(考虑风荷载、温度变化等)结构变形情况进行模拟计算,根据结构模拟计算结果,在核心筒结构顶部及屋面钢结构柱顶设置高低轨道,且轨道延伸至拼装胎架上,分别在标高212.65 米结构柱顶设置下轨道、标高227.45 米混凝土结构顶部设置上轨道,严格控制滑移轨道的安装精度,平行度小于±3mm,侧向弯曲小于±3mm。
滑移轨道采用型号为 38kg/m 型钢轨,安装时搁置在滑移梁上翼缘中部,中心线与滑移梁中心线重合,采用全站仪精确定位。

  此外考虑轨道的侧向稳定及滑移方向滑动控制,侧向稳定按600mm 间隔轨道两侧设置10mm 挡板。轨道滑移方向防滑按10m 间距,轨道两侧设置10mm 止动挡块(见5-56 上下轨道安装示意图)。

4.1顶推器安装
通过计算,5轴和8轴需推力37吨,6轴和7轴需推力38吨,在4条轨道上安装4台TJG100-300液压顶推器(100吨),设置2台YY40型液压泵源系统。在A轴至B轴之间,将F-B的10榀钢架依次拼装,并用钢梁连接相邻钢架。刚架拼装单元完成后,采用液压顶推器作为滑移驱动设备,向前顶推滑移一单元跨,进行下一榀刚架拼装,如此循环直至全部刚架及其间连接杆件全部滑移到设计位置。
在拼装完成的刚架柱、核心筒顶上斜柱的结构上设置液压顶推器,在其上安装液压同步顶推设备;液压顶推系统主要由液压顶推器、液压泵源系统、传感检测及计算机同步控制系统组成。
液压同步顶推滑移施工技术采用传感监测和计算机集中控制,通过数据反馈和控制指令传递,可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。
  
4.1运用BIM技术模拟单元滑移过程
    
    
    
   
    
      
5结语
运用价值工程为方案决策提供有力科学依据,建立屋顶钢架深化设计和结构分析模型,运用BIM技术建立钢架单元滑移模型,采用多轨道累积滑移施工技术,确保了安装过程的安装精度和滑移过程的结构安全,取得了明显的经济效益和社会效果。
参考文献:
[1]中国建筑股份有限公司. GB50755-2012 钢结构工程施工规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012
[作者简介]马才旺,武汉建工集团有限公司钢结构分公司正高职高级工程师、国际注册焊接工程师、英国皇家特许建造师、中国职工焊接技术协会理事、湖北省职工焊接技术协会副理事长、国家职业技能竞赛裁判、中国建筑金属结构协会钢结构分会专委会专家。



 
 
 来源:湖北焊协