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上海環(huán)球金融中心超高層（492米）復雜體系巨型鋼結構安裝成套技術(shù)

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:35:06 [收藏]
1、成果的主要用途、技術(shù)原理
    1、成果的主要用途、技術(shù)原理
    　　上海環(huán)球金融中心位于上海市浦東新區陸家嘴金融貿易區Z4-1街區，北臨世紀大道，西面與金茂大廈相鄰，主樓地上101層，裙房地上5層，地下3層，總建筑面積381600m2 ，建筑高度492米，是目前國內最高的超高層建筑。
    　　因上海環(huán)球金融中心的高度（492米）以及其使用的功能的多樣性，造成施工過(guò)程出現大量技術(shù)難點(diǎn)，如建筑四角巨型鋼柱的施工、跨越十個(gè)樓層的巨型斜撐施工、與核心筒相連的巨型伸臂桁架施工、核心筒結構不斷變化相應內部巨型鋼結構施工、在施工過(guò)程中克服樓體晃擺對測量的影響及運用GPRS技術(shù)進(jìn)行測量定位控制、位于85層的空中游泳池、88-91層的高跨大斜度帶狀桁架、90層阻尼器安裝、91層巨型多分支鑄鋼件、94層的空中偏跨觀(guān)光大廳、96層塔吊外移和高空拆除、100層的觀(guān)光天閣，101層巨型倒梯形桁架、ROOF層偏心擦窗機天軌、遠程驗收技術(shù)等等均具有極大的施工挑戰性。
    　　通過(guò)對上海環(huán)球金融中心超高層（492米）復雜體系巨型鋼結構安裝成套技術(shù)總結與研究，為今后類(lèi)似工程實(shí)施提供借鑒。
    　　本工程鋼結構安裝以1臺150噸履帶吊、1臺M440D塔吊和2臺M900D塔吊作為主要吊裝設備。對重量較大的巨型結構構件主要采用高空散件原位安裝技術(shù)，少量超重構件采用雙機抬吊的安裝技術(shù)，部分構件地面組裝后分片吊裝；對重量較輕的樓層鋼梁采用一機多吊的安裝技術(shù)；頂部鋼結構采用胎架支撐、高空原位拼裝等安裝技術(shù)。

    　　2、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng )新點(diǎn)
    　?。?）巨型結構安裝技術(shù)
    　　地下室巨型柱分為兩段，由150噸履帶吊和M440D塔吊進(jìn)行安裝。
    　　地上部分巨型柱在標準樓層每3層一節，在設備/避難層2層一節，主要由M900D塔吊進(jìn)行安裝。
    　　帶狀桁架主要根據運輸及吊車(chē)性能的限制進(jìn)行分段，并考慮盡量減少高空現場(chǎng)焊接作業(yè)量，將所有桁架的腹桿和立桿全部分割為散件（見(jiàn)下圖帶狀桁架分段示意圖）。在安裝時(shí)利用原有結構設置臨時(shí)支撐架，按照先下弦、然后立柱及腹桿、最后安裝上弦的順序進(jìn)行安裝，在帶狀桁架整體校正合格后開(kāi)始焊接。


    　　巨型斜撐在下部1層一節，上部2層一節，由M900D塔吊進(jìn)行安裝，安裝時(shí)需要設置臨時(shí)支撐，并通過(guò)臨時(shí)纜風(fēng)繩固定，防止其水平分力影響周邊構件。
    　　周邊小立柱根據帶狀桁架和巨型斜撐的位置進(jìn)行分段，重量較小，一般約2層高度一節。
    　　伸臂桁架上下弦及斜腹桿均為散件安裝。其中上下弦安裝校正合格后即進(jìn)行焊接連接，斜腹桿先采用臨時(shí)接頭連接，在核心筒和外筒的變形差異穩定后正式焊接連接。
    　?。?） 核心筒鋼結構安裝技術(shù)
    　　本工程中部核心筒分為下、中、上三個(gè)部分，各部分核心筒的截面形狀并不相同，在57～61層和79層核心筒的截面發(fā)生了兩次變化，在外形突變的部位通過(guò)設置轉換桁架進(jìn)行轉換。中部核心筒79層以下主要為勁性鋼筋混凝土結構，在有伸臂桁架的部位，核心筒剪力墻內埋有3層高的周邊桁架。

    　　79層以上的核心筒全部為鋼骨勁性混凝土結構，核心筒剪力墻內的鋼骨架為型鋼組成的桁架核心筒內埋勁性鋼骨柱分為每2層一節，由M900D塔吊及M440D塔吊進(jìn)行安裝；核心筒內埋桁架根據吊車(chē)起重性能及運輸限制分段安裝。
    　　樓層鋼梁主要采用一機多吊的方式散件安裝；核心筒內樓層立柱每2層一節，由M900D塔吊及M440D塔吊進(jìn)行安裝。


    　?。?） 頂部結構施工技術(shù)
    　　頂部鋼結構兩側的構件采用M900D塔吊安裝，傾斜構件以臨時(shí)支撐桿件固定，中部跨度達58米的觀(guān)光天閣結構在塔吊移位到塔樓外側之后，從96層開(kāi)始搭設支撐胎架后開(kāi)始安裝（見(jiàn)上圖頂部結構安裝示意圖）。

    　?。?） 焊接施工技術(shù)
    　　本工程現場(chǎng)焊接主要采用CO2氣體保護焊和手工電弧焊焊接工藝，CO2氣體保護焊用在巨型結構、轉換桁架等焊接工作量大、工期要求緊的部位，手工電弧焊主要用在構件臨時(shí)固定，焊接位置較困難的部位。
    由于本工程的鋼材（40mm以上鋼板）主要采用進(jìn)口鋼材，在施工前根據JGJ81-2002的要求進(jìn)行焊接工藝評定試驗，并安排焊工在現場(chǎng)進(jìn)行有針對性的實(shí)際培訓，讓焊工熟悉本工程的焊接特點(diǎn)，提高焊縫的一次探傷合格率。
    CO2氣體保護焊對防護的要求較高，按照規定在風(fēng)速超過(guò)2米/秒時(shí)，應采取良好的防風(fēng)措施，防止焊縫產(chǎn)生氣孔。遇有雨天一般需要停止施工，若因進(jìn)度要求需趕工時(shí)，除局部加熱和防風(fēng)外，還必須采取有效的防雨措施后才能施工。對于厚板焊接，嚴格按照工藝評定的參數進(jìn)行焊前預熱、層溫控制和焊后后熱及保溫處理。
    　?。?） 測量控制技術(shù)
    　　鋼結構測量分平面、高程控制兩部分，總體思路：平面控制點(diǎn)使用激光鉛直儀向上傳遞，高程控制點(diǎn)使用鋼卷尺分段向上量距，每次傳遞的點(diǎn)位經(jīng)自檢閉合，施工過(guò)程中用GPS復測控制點(diǎn)。
    　　1)平面控制網(wǎng)根據不同的施工階段，點(diǎn)位布置略有調整，主樓平面控制網(wǎng)考慮核心筒內、核心筒外、核心筒爬模施工三部分，各部分點(diǎn)位可獨立使用，也可相互換算聯(lián)測。
    　　2)平面控制點(diǎn)使用激光鉛直儀垂直向上投遞，每隔85～100米遷移一次，在F60、F79隨著(zhù)核心墻位置變化作點(diǎn)位平移，激光傳遞的點(diǎn)位在樓層組成多邊形，具有閉合復測條件。
    　　3)高程控制點(diǎn)用計量檢測過(guò)的50米鋼卷尺分段向上量測，分三處傳遞高程，在核心墻三面建立標志點(diǎn)，以此作為上部結構高程控制依據，三點(diǎn)之間相互復測閉合。
    　　4)鋼結構與土建、設備安裝、室內外裝修等專(zhuān)業(yè)使用的平面、高程控制網(wǎng)相同。

    　?。?） 安全控制與管理
    　　本工程結構形式復雜、超高空作業(yè)風(fēng)大、潮濕、溫度低，而且工期要求非常緊，從開(kāi)工到結構完成的時(shí)間跨度大，安全管理工作異常繁重。工程伊始，即制定了詳細的安全施工規劃綱要，建立了完善的安全管理組織體系，形成了縱向到底、橫向到邊，覆蓋所有參與施工作業(yè)和管理人員的安全生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò )，人人簽定崗位安全生產(chǎn)責任狀，使各級部門(mén)、每位員工都明確自己的安全責任，知道安全生產(chǎn)的重要性。
    　　由于鋼結構安裝作業(yè)環(huán)境復雜，工序繁多，如吊裝、測量、校正、高強螺栓安裝、焊接、壓型鋼板鋪設等作業(yè)，而且作業(yè)面廣、點(diǎn)位多、上下立體交叉作業(yè)的現象較為頻繁，員工大部分時(shí)間在高空鋼柱、鋼梁上通行、停留、操作，稍有操作不當或防墜措施不到位的現象，極易發(fā)生高空墜物、墜人的事故，針對這危險因素，根據現場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)從立面、平面設置了一系列的防護措施：在立面設置了兩道挑網(wǎng)，并隨鋼結構施工逐步向上轉移；在平面上待樓層鋼梁局部形成平面框架后，用網(wǎng)眼為3CM左右大小的水平安全網(wǎng)將樓層封閉，為其它作業(yè)人員提供了第二道防墜落措施，也大大減小了垂直交叉作業(yè)時(shí)小型物件墜落而發(fā)生的傷人事故；在巨型柱、頂部結構等凌空作業(yè)部位，設置專(zhuān)門(mén)的安全保護措施。
    　　對于雙機抬吊等危險性較大的作業(yè)，要求提前編制專(zhuān)項實(shí)施方案，對參與作業(yè)的塔吊司機、吊裝指揮、起重工、輔助人員等進(jìn)行詳細的書(shū)面交底，在正式抬吊前，先進(jìn)行模擬抬吊然后才實(shí)施。
    　　對所有鋼結構施工作業(yè)人員，特別是安全意識比較差的新進(jìn)場(chǎng)人員，項目部采用了點(diǎn)面結合的安全生產(chǎn)宣教培訓體系，從思想上提高全員安全意識和自防、自救能力，并展開(kāi)消防及高處墜落演練，應急救援醫療知識培訓。項目部充分利用開(kāi)展講座、安全圖片展、發(fā)放安全知識手冊、安全知識競賽、考試等等各種形式的培訓，提高員工的安全意識和應急處置能力。
    　?。?） 質(zhì)量管理
    　　在本工程鋼結構施工過(guò)程中，除了嚴格控制普通高層施工過(guò)程容易發(fā)生的質(zhì)量通病外，還將以下兩方面作為質(zhì)量管理的重點(diǎn)：
    　　1）建筑物的垂直度和平面扭轉偏差
    　　軸線(xiàn)控制點(diǎn)投遞到上部樓層后，組成平面多邊形，進(jìn)行多邊形角度和邊長(cháng)圖形條件閉合檢測，通過(guò)自檢進(jìn)行誤差調整，提高平面控制網(wǎng)經(jīng)傳遞后的測量精度。
    　　平面控制點(diǎn)經(jīng)自檢并進(jìn)行誤差調整后，采用3臺套的GPS定位儀組成測量控制網(wǎng)對控制點(diǎn)的三維坐標再次復測核實(shí)，以確?？刂泣c(diǎn)的定位精度。
    　　2）現場(chǎng)焊接質(zhì)量
    　　焊接工序是本工程結構施工的一道關(guān)鍵工序，其質(zhì)量的好壞直接影響到工程的質(zhì)量，從目前鋼結構施工所發(fā)生的事故分析看，大多在焊縫及熱影響區。為保證現場(chǎng)焊接質(zhì)量，從工藝制訂、材料采購、資源配置、焊接、檢驗等方面加大管理和監控的力度。在控制現場(chǎng)焊接質(zhì)量的過(guò)程中，始終貫徹“在原材料檢驗合格的前提下，由合格的焊工按照合格的焊接工藝施工”的原則，切實(shí)保證現場(chǎng)焊接的質(zhì)量。

    　?。?） 新技術(shù)應用
    　　施工技術(shù)的進(jìn)步離不開(kāi)技術(shù)創(chuàng )新和先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，在本工程鋼結構安裝過(guò)程中，先后從日本引進(jìn)了多項新技術(shù)，并在工程施工中加以應用。
    　?。?） 三維測量軟件和鋼柱快速校正夾具的運用
    　　本工程施工過(guò)程中工期方面的壓力一直很大，為提高工作效率，項目部從日本清水建設引進(jìn)了三維測量軟件和鋼柱快速校正夾具。與以往國內的常規做法比較，采用此項新技術(shù)后測量結果可以直接在現場(chǎng)顯示，可以實(shí)時(shí)指導校正作業(yè)，明顯提高了現場(chǎng)作業(yè)效率并可以大量節約勞動(dòng)力，具有較好的經(jīng)濟效益。
    　?。?） 遠程驗收系統的應用
    　　遠程驗收系統是一個(gè)多用途系統，在本工程中主要作為鋼結構施工遠程質(zhì)量驗收用途，該系統是一個(gè)集視頻采集設備、網(wǎng)絡(luò )傳輸、視頻控制、表格處理、圖檔處理和文件資料處理的整合系統，該系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：
    　　1）能滿(mǎn)足多部門(mén)遠距離協(xié)同驗收的需要
    　　2）能對幾百米高度處的施工情況進(jìn)行遠程驗收。
    　　3）可以實(shí)現文件記錄電子化，并可信息共享。
    　　4）在對幾百米高度處驗收時(shí)，減少了驗收人員上下的時(shí)間，提高了驗收人員的安全保障程度。


    　　國內：通過(guò)對檢出文獻進(jìn)行對比分析，目前國內高層建筑的相關(guān)研究和施工方法比較多，但均未涉及中建三局股份鋼結構公司在上海環(huán)球中心實(shí)施的鋼結構施工技術(shù)：選用最大起重量為64T的內爬式塔吊作為鋼結構吊裝設備；采用遠程視頻驗收系統進(jìn)行驗收；安裝風(fēng)阻尼器來(lái)提高大樓抗風(fēng)、抗震能力；在247.550標高處核心筒墻體轉換位置懸挑長(cháng)度6.515米、懸挑重量160噸；屋面觀(guān)光天閣桁架重量達900噸，跨度58米，頂面標高492米；鋼件共有12個(gè)不同方向分肢接頭，工廠(chǎng)制作預先對接一段，現場(chǎng)安裝接頭全部實(shí)現精確連接的安裝方法；鋼結構施工采用三維坐標測量軟件和鋼柱接頭采用連接夾具。
    　　綜上所說(shuō)，在所查文獻范圍內未發(fā)現與本課題“上海環(huán)球金融中心鋼結構施工技術(shù)”查新點(diǎn)相同的公開(kāi)文獻報道。
    　　4、已應用、推廣情況及推廣前景
    　　上海環(huán)球金融中心超高層（492米）鋼結構安裝工程，高度空前，鋼結構體量大，結構形式復雜，工期緊。通過(guò)精心策劃和科學(xué)管理，有針對性地選用大量成熟的施工工藝，其中頂部結構用胎架將兩側連為一體，既確保了結構安裝精度，又作為桁架安裝的臨時(shí)支撐，施工措施合理、安全可靠。施工中使用了多項新技術(shù)、新機具，現場(chǎng)一級焊縫一次焊接合格率達98.6%，頂面最大偏差15(X)～26(Y)mm，施工過(guò)程無(wú)一例重大傷亡事故發(fā)生，實(shí)現了對業(yè)主有關(guān)質(zhì)量、工期、安全的承諾，積累了寶貴的施工技術(shù)經(jīng)驗，為企業(yè)創(chuàng )造了一定的經(jīng)濟效益和顯著(zhù)的社會(huì )效益。這一舉世矚目的標志性建筑，為上海和世界人民增添了一道壯麗的人文景觀(guān)，譜寫(xiě)了我國建筑業(yè)的新高度。
    　　5、經(jīng)濟及社會(huì )效益情況
    　　經(jīng)濟效益情況：
    　　該項目鋼結構工程總投資23500萬(wàn)元，施工過(guò)程中追加工作量及采用新技術(shù)等新增產(chǎn)值約1000萬(wàn)元。
    社會(huì )效益：
    　　本工程作為國內最高的建筑，施工技術(shù)難度大、工期緊、質(zhì)量要求高、安全防護任務(wù)重。在施工過(guò)程中通過(guò)精心組織施工、采取技術(shù)攻關(guān)措施、積極引進(jìn)先進(jìn)設備和施工技術(shù)，在916天時(shí)間內，順利完成了主樓鋼結構的施工，并且施工過(guò)程無(wú)一例重大安全事故、建筑垂直度偏差僅32.8mm、170萬(wàn)延長(cháng)米焊縫一次探傷合格率為98.60%。將我國超高層鋼結構的安裝技術(shù)推向了一個(gè)新的高度，證明中國施工企業(yè)完全有能力建造世界頂級摩天大樓。同時(shí)，為企業(yè)培養了一批超高層鋼結構施工的技術(shù)與管理人才，對整個(gè)建筑行業(yè)的進(jìn)步起到了積極的促進(jìn)作用。這一舉世矚目的標志性建筑，為上海和世界人民增添了一道壯麗的人文景觀(guān)，譜寫(xiě)了我國建筑業(yè)的新高度。
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