钢结构吊装论文1

.上海银行大厦钢结构工程施工技术简介陈建家 刘旭 葛毅忠内容提要：本文主要介绍上海银行大厦工程中几种特殊类型的钢结构吊装技术，其中包括高空大跨度钢结构转换梁和转换桁架的吊装技术、预应力钢结构屋架的设计与施工技术、和屋顶钢结构避雷桅杆的吊装技术。关键词：钢结构、转换钢梁、转换钢桁架、预应力、吊装。一、工程概况 上海银行大厦位于上海市陆家嘴地区东园路、银城中路口，占地面积11677.4m2，南北长88.2m，东西宽84.9m。总建筑面积107976 m2，其中地下3层计建筑面积22978 m2，地上46层计建筑面积84998 m2。标准层高4.10m，建筑物总高度230m。本工程主楼结构形式为框筒结构，在东西两侧设有两个钢筋混凝土结构的核心筒，核心筒内设有暗钢骨柱。两个筒体之间及周围为框架结构，其中，框架柱为钢结构混凝土劲型柱，框架梁为钢结构梁，楼盖为压型钢板上现浇钢筋混凝土板。主楼16层在两个核心筒之间为高大空间，在6层楼通过钢结构转换钢梁将东西两个核心筒相连接。为减少6层转换梁的荷载，在14层设计了三榀钢结构转换桁架。在裙楼与主楼之间设有一个高大空间的共享大厅，其顶盖为预应钢结构屋架玻璃天棚，是本工程的钢结构设计的一个特色。在主楼屋面两个核心筒的外侧，各设有一根37m高的避雷桅杆，其吨位重，吊装高度大，且在屋面结构的外侧，是本工程钢结构吊装的一个难点。二、主体钢结构的安装2.1钢结构框架梁柱的安装2.1.1钢结构框架梁柱的设计概况 主体框架柱为钢筋混凝土内配钢结构劲型柱，钢结构劲型柱的断面的十字型和H型，KZ1柱的材料为SM409B，其余为Q345B。核心筒结构中的钢骨柱断面为H型，材料为Q345B。楼面的主梁为Q345B钢材与框架固定连接，次梁为Q235B钢材与框架梁铰接。主楼钢结构梁柱布置形式如图（1）所示。钢结构构件的主要特征如表（1）所示。立面图精选文档平面图图（1）：主楼钢结构梁柱布置形式表（1） 钢结构梁柱构件的特征参数表 序号构件名称构件编号规格标准节重（t）1钢结构劲型框架柱KZ1+1000450283612.5（三层）2钢结构劲型框架柱KZ2+8004003014+6003002214+6003002416+60030020107.2（三层）4.8（三层）5.0（三层）4.0（三层）3钢结构劲型框架柱KZ3+60030022144.8（三层）4钢结构劲型框架柱KZ4H50035022142.8（三层）5钢结构劲型框架柱ZLZ1H5003501618H4004001618H6003002010H30030018101.5（三层）2.2（三层）1.8（三层）1.3（三层）6核心筒内钢骨柱钢骨柱A+8504501822+8004001822+70030018224.8（三层）4.5（三层）3.5（三层）7核心筒内钢骨柱钢骨柱BH4004002214H30030020122.3（三层）1.6（三层）8钢结构框架梁SKL5003001220110040020309钢结构次梁SL3501757115883001220根据设计要求，钢结构柱每三层高（12.3m）可设一个接头，其中，十字型柱对接采用单面坡口现场焊接；H型柱腹板采用扭剪型高强螺栓现场连接，翼缘板采用单面坡口现场焊接。框架柱与梁的腹板采用扭剪型高强螺栓，翼缘板采用单面坡口现场焊接。次梁与主梁采用腹板扭剪型高强螺栓，翼缘板不连接。2.1.2钢结构框架梁柱的吊装1） 主体钢结构施工时，在主楼两侧设有两台300t-m塔吊，臂长分别为45m、50m，最大起重量12t，最大臂长时起重量6t，回转半径能覆盖整个主楼。2） 主楼钢结构每三层为一节，最大一节重12.5t，塔吊的起重能力可以满足吊装的要求。 3） 施工顺序：核心筒钢柱（梁）吊装核心筒混凝土施工核心筒外围钢柱（梁）吊装压型钢板安装筒体外围混凝土施工。其中：筒体钢结构吊装早于筒体混凝土结构3个标准层高度，筒体混凝土结构施工早于筒体外钢结构吊装3个标准层高度，筒体外钢结构吊装早于筒体外混凝土框架结构3个标准层高度，即：筒体钢结构吊装至9层时，筒体混凝土结构施工至6层，筒体外钢结构吊装至3层，此时筒体外一层的混凝土框架开始施工。以后各层施工基本保持这样的施工梯度进行。4） 钢结构施工的顺序：钢柱吊装钢梁吊装钢柱垂直度、标高校正高强螺栓施工钢结构二次校正钢结构焊接超声波检测验收压型钢板施工栓钉焊接交接验收。2.2高空大跨度钢结构转换梁及桁架的吊装2.2.1钢结构转换梁的吊装2.2.1.1钢结构转换梁设计概况主体结构在6层楼层以下分为东西两个部分，其中间69轴部分为大堂共享空间。在6层楼面的B、C、D、E轴线上共设计4根钢结构箱型转换梁，每根梁为三跨，其中间最大跨（69轴）为21.6m，边跨为5.4m。两端与筒体内的钢结构相连接。箱型钢结构转换梁的设计参数如表（2）所示。设计允许的吊装接头设在边跨的中间，这样最大单根起吊的长度为27m，最大重量78t，安装高度24.6m。表（2） 箱型钢结构转换梁的设计参数表纵向轴线钢梁规格钢梁长度及重量B1100*400*20*30L=27m，G=10tC、D、E1500*1000*48*48L=27m，G=78t2.2.1.2钢结构转换箱梁吊装方案1) 主要施工机具的配备： 表（3） 钢结构转换箱梁主要吊装施工机具配备表序号名称型号规格单位数量备注1汽车吊100t台2钢梁卸车2起重卷扬机8 t台4钢梁吊装3卷扬机5t台2水平牵引4滑轮组H50*6H35*4H20*3付付付844C、D、E轴起重B、F轴牵引水平牵引5卸扣50t35t只只1666导向滑轮H10*1K只157钢梁1000*600根8每根长8m，钢梁平移用8 钢丝绳25-530m跑绳22-380m跑绳22-200m跑绳根422C、D、E轴主吊B、F轴牵引辅助牵引9钢丝绳卡2025只15002) 钢梁的水平运输：6层楼面的转换箱梁从厂区运至施工现场时平放于AB轴/510轴之间的首层楼面平台上，吊装时应先水平运输至起吊部位，然后才能起吊。如D轴大梁应水平运输至CD轴之间。钢梁水平运输的方法是在7轴、8轴上设置两根H型钢轨道，大梁卸车时置于轨道之上，利用卷扬机水平拖拉至起吊部位。图（2）是D轴大梁水平运输的示意图。图（2）：D轴大梁水平运输的示意图3) 起吊过程：以D轴梁为例，在东西筒体的C、D轴10层楼面的高度上设置钢牛腿，以挂吊点定滑轮组，在钢梁的两端各设一个钢吊耳，以挂起吊动滑轮组。每个滑轮组采用走12钢丝绳和1台8t卷扬机，共设4组卷扬机和滑轮组，每个滑轮组的起吊能力为50t，实际最大起吊重量为39t。起吊初时，4组起吊设备同时运作，使钢梁在BC轴之间缓缓上升，如图（3）a所示。当高度提升至吊装高度以后，如图（3）b所示，逐步放松C轴的起吊设备而收紧D轴的起吊设备，使钢梁在空中水平位移至D轴就位，如图（3）c所示。图（3）：转换大梁吊装过程图2.2.2钢结构转换桁架的吊装2.2.2.1钢结构转换桁架的设计概况主楼6层楼层的转换钢梁承载613层楼层的结构，在1415层的510轴之间的C、D、E轴上各设一榀钢结构转换桁架，其构造形式如图（4）所示。转换桁架的主要设计参数如表（4）所示。图（4）：钢结构转换桁架构造图表（4） 转换桁架的是要设计参数表 构件名称纵向轴线榀数构件编号截面尺寸设计理论重ZHHJ1D轴1B11000*1000*80*80总重量180t，第1段14t第2段16t中间段120tB21000*1000*30*30B3700*1000*50*50B4700*1000*30*30B5600*1000*56*56B6600*1000*30*50B7500*1000*26*50ZHHJ2C、E轴2B11000*1000*60*60总重量155t，第1段12.5t第2段15t中间段100t，B21000*1000*30*30B3700*1000*40*40B4700*1000*24*24B5600*1000*48*48B6600*1000*30*50B7500*1000*26*502.2.2.2钢结构转换桁架的吊装方案1) 主要吊装施工机具的配备：表（5） 钢结构转换桁架主要吊装施工机具配备表序号名称型号规格单位数量备注1汽车吊200t台2桁架卸车2起重卷扬机16 t台6桁架吊装3卷扬机5t台4水平牵引4滑轮组H100*8H50*4H20*2付付付844起重水平牵引5卸扣100t20t40t只只只810106导向滑轮H40KH8K只只8107钢梁1000*600根8每根长8m，桁架平移用8 钢丝绳31跑绳19.5跑绳m360060016t卷扬机用5t卷扬机用9钢丝绳卡19.540只2002) 钢桁架的水平运输：由于14层转换桁架吊装时，其下部的613层结构已施工完毕，所以对E轴的一榀桁架应在首层楼层上水平运输至EF轴之间，而C、D轴的桁架则要水平运输到BC轴之间，对于D轴线上的一榀桁架在CB之间起吊后在空中水平过渡到D轴线。桁架从厂区运至施工现场后堆放于AB轴/69轴之间的钢轨道上，通过卷扬机的水平拖拉进行水平位移，其方法同6层转换钢梁的水平位移。图（6）是E轴线桁架水平位移的示意图。图（6）：E轴线桁架水平位移的示意图3) 桁架的吊装顺序：每一榀桁架共分为5个分段进行吊装，分段位置如图（4）所示。其中：A段在筒体结构施工时利用单台塔吊直接吊装到位；B段采用两台塔吊双机抬吊一次性吊装到位；对于中间的C段，需在筒体混凝土结构及筒体外的26轴、913轴之间结构吊装施工至18层，并且筒体外的混凝土楼板结构施工到10层楼面时方可进行吊装。本文仅介绍C段吊装方案。4) 吊装过程：a） 起吊顺序和起吊位置：首先在EF轴之间起吊E轴线上的桁架，第二在BC轴线之间起吊D轴线桁架到C轴，然后在空中摆渡到D轴。第三在BC轴线之间起吊C轴线桁架。b） 吊装过程：以起吊D轴线桁架为例，在18层楼面标高处的B/6轴、C/6轴、D/6轴和B/9轴、C/9轴、D/9轴上设置吊点钢牛腿。采用H100*8滑轮组四套先分别安装在B/6轴、C/6轴和B/9轴、C/9轴的吊点钢牛腿上。第一步：利用4台16t起重卷扬机将桁架吊起，如图（7）a所示，当桁架提升到14层楼面高度以上时，逐步放松B轴线上的起重钢丝绳，使桁架水平位移到C轴线，如图（7）b所示。第二步：松开B轴线上的吊点，将起吊滑轮组移至D/6轴、D/9轴上，使D/6轴、D/9轴上的滑轮组与C/6轴、C/9轴上的滑轮组同时作用于钢桁架。第三步：逐步放松C轴线上的起重钢丝绳，使桁架水平位向D轴线移动，如图（7）c所示。第四步：完全松开C轴线上的起吊绳，利用D轴上的起吊滑轮组将桁架在D轴线上就位，如图（7）d所示。 图（7）：D轴钢桁架起吊过程示意图三、大跨度预应力钢结构张弦屋架的设计与施工3.1设计概况3.1.1在底层的主楼与裙楼之间有一个艺术广场，其顶部为拱形钢结构屋架玻璃天棚。钢结构屋架在主楼一侧搁置于七层楼标高处，在裙楼一侧搁置于四层的屋顶标高处。3.1.2钢结构屋架共为13榀，其中中间部位5榀为高跨屋架（屋架2），主楼一侧的支座标高29.06m，裙楼一侧的支座标高23.5m，跨距为42.65m；两侧为各4榀为低跨屋架（屋架1），主楼一侧的支座标高28.71m，裙楼一侧的支座标高23.5m，跨距为42.65m。3.1.3拱形屋架的上弦为500*300*12钢箱梁，材质为Q236B；下弦为50高强度钢棒，材质为35CrMo；中间两根V形压杆219*8无缝钢管，材质为Q236B。3.1.4为了使玻璃天棚适应温度变形和主楼侧向位移的影响，钢屋架在主楼侧采用固定铰支座，而在裙楼侧采用滑动铰支座，滑动铰支座的最大位移量为150mm。支座均采用桥梁专用支座。3.1.5为了限制钢结构屋架在加荷过程中滑动支座一侧产生过大的位移，在屋架的加荷之前，对下弦高强度钢棒采用预应力张拉，以控制支座滑移在允许范围内。3.1.6裙楼屋顶玻璃天棚钢屋架的布置和构造形式如图（8）、（9）、（10）所示。图（8）：天棚钢屋架布置图图（9）：天棚钢屋架檩条布置图图（10）：钢屋架构造图3.2钢屋架的吊装3.2.1钢屋架的加工与组装：1、 钢屋架在工厂加工，分段运输到现场拼装。根据运输能力和现场塔吊的起吊能力，在工厂加工时屋架1上弦箱梁分两段制作，屋架2上弦箱梁分三段制作。2、 现场在吊装前先将上弦箱梁在地面上拼装，屋架1上弦箱梁拼装成整榀，重4.6 t；屋架2上弦箱梁拼装成两段，靠主楼一侧长29.11m，重4.6 t，靠裙楼一侧长14.55m，重2.25 t；所有吊装段均在塔吊的起吊许可范围内。3.2.2钢屋架的现场吊装1、 吊装前的准备工作：a）在天棚屋架的下部搭设满堂脚手架，以便于屋架在空中组装。b）定型支座预先安装于结构预埋件上。2、 屋架分上弦箱梁、斜撑腹杆、下弦拉杆进行吊装，吊装顺序：支座安装上弦箱梁安装斜撑腹杆安装下弦拉杆安装水平支撑安装屋面檩条安装。3、 屋架1上弦整榀吊装。屋架2采用两台塔吊分两段吊装，主楼一侧采用主楼的80t-m塔吊起吊，裙楼一侧采用40t-m塔吊起吊，两段在空中对接时用临时固定螺栓固定。4、 屋架上弦吊装就位并与支座用螺栓固定后，进行腹杆和下弦拉杆的组装，在下弦拉杆未起作用前，裙楼一侧的滑移支座采用固定挡板进行限位。3.3钢屋架预应力张拉和加荷试验3.3.1由于本工程的屋架构造形式，在此之前没有同类成功工程实例可以借鉴，因此对于设计计算模型的建立和设计工况的设定是否与实际相吻合，尚无十分的把握，所以在全部屋架吊装和张拉加载之前，有必要各选几榀代表性的钢屋架进行试验。3.3.2选择屋架1、屋架2各三榀作为试验榀，由上海交大工程力学试验室负责，对其进行空载下的下弦施加预应力时、上弦施加垂直向模拟荷载和卸载时各杆件关键点的应力和位移变化进行测试，通过对试验榀的全过程跟踪、测试和分析，以校核全部拱形屋架的设计以及确定其施工中的各项标准。3.3.2测点的布置：1、 位移测点：1个，设置在滑动铰支座部位，监测拱形屋架的总体位移。2、 高强度拉杆的拉力测点：2个，设置在两根钢拉杆的中段，监测拉杆的应力应变。3、 腹杆的压力测点：2个，设置在两根腹杆的中段，监测腹压杆的应力和应变。4、 上弦梁弯矩、轴力测点：5*2个，设置在上弦箱梁的各不同部位上，监测箱梁的应力和应变。5、 相邻两侧垂直支撑杆件的拉压力测点：2*2个，设置在垂直支撑杆件上，监测屋架的侧移趋势。6、 屋架跨中的垂直向位移测点：在上下弦中部各设1个测点，用水准仪人工测量。7、 各测点布置的位置如图（11）所示。图（11）：测点布置的位置如图3.3.3试验过程1、 空载时下弦预应力张拉：下弦拉杆初安装时接头丝扣旋进34丝，待整榀屋架安装调整完成后开始采用旋紧中间接头的方式对下弦拉杆施加预应力，预应力的控制以应力测试值控制，同时以滑动铰支座处的位移值控制。2、 上弦施加垂直模荷载：在下弦预应力施加完成以后，采用挂篮的方式在上弦各檩条的节点部位堆加荷截，各节点分10级均匀加荷，直至达到设计荷载值的2倍，每级加荷后均监测各测点的应力和位移的变化情况。3、 上弦垂直模荷载卸载：当上弦加载达到设计荷载值以后，对挂篮中的堆截物分级卸除，各节点均匀卸荷直至外荷载为零，每级卸荷后均监测各测点的应力和位移的变化情况。3.3.4试验仪器设备1、 测应力的仪器设备：应力测试采取电阻应变方式，所需的仪器设备是静态电阻应变仪：NEC仗队7V14C（180通道）数据采集器；30000测量范围；采取速度10点/秒；误差5%FS3；WIN9X应用软件。2、 测变形（位移）的设备：电子式位移计量器：YHD电阻应变位移测量计：0150mm测量范围，分辨率10m，误差：0.2%FS50m。数字式应变仪：YE2538程控应变仪，030000。3.3.5试验结论1、 各榀拱梁在预应力施加过程中，下弦内力增加与支座水平位移基本呈线性关系；以支座位移值达到设计值作为施加预应力的第一控制方法，在理论上的成立的，此时下弦的内变化与设计值相比，相差在17%25%之间，与设计值基本相符。2、 试验榀拱梁在模拟加载到实际使用荷载（恒+活）的2倍时，其支座位移为9.31mm（屋架1）、21.72mm（屋加2）；卸载后残余变形量为0.52mm（屋架1）和1.32mm（屋架2），说明拱架在模拟荷载条件下处于弹性阶段，因此结构是安全可靠的，制作、安装的质量是达到规范和设计的要求的。四、屋顶避雷桅杆的吊装4.1设计概况 图（12）：避雷桅杆设计图上海银行大厦主楼屋面45轴和1011轴之间，建筑物南立面外侧，各有一根钢结构避雷桅杆，避雷桅杆长37m，杆顶标高260m，高出屋顶标高30m；钢桅杆为变截面箱形断面，其底端的外形尺寸为1100*700，顶端的外形尺寸为350*200；箱形桅杆的板厚：自上端向下10m范围内箱柱壁厚25mm，内隔板20mm；其余部分箱柱壁厚36mm，内隔板25mm。钢桅杆采用Q235B钢材，单根重28t。钢桅杆距离建筑物南立面外表面300mm，其下部的支座牛腿分别设在屋顶层和屋顶下一层的外没钢结构框架梁上，图（12）为钢桅杆的设计示意图。4.2吊装方案筒述4.2.1桅杆吊装的主要难度1) 钢桅杆的总重量为28t，其大部分位于屋顶标高以上，超过了塔吊的起吊高度和起重能力。 2) 桅杆的平面位置处于建筑物的外侧，不利于吊装机具和辅助设施的安装。3) 屋面施工面积窄小，受屋面承载能力的限制，不能采用重型起吊设备。4.2.3主要吊装机具、设备的配备表（6） 桅杆吊装主要设备的配备表序号名称规格型号单位数量备注1慢速卷扬机5t台2主吊用，1台备用2慢速卷扬机3t台5拼装时用3滑轮组H20*4只10主吊用4滑轮组H10*4只10拼装时用5单滑轮5t只30备用5单滑轮3t只30备用6钢丝绳19.5mmm100主吊用7钢丝绳28mm*6付5主吊用8钢丝绳25mm*12付3拼装时用9钢丝绳19mm*6付20拼装时用10手拉葫芦1t、2t、5t只各1011卸扣25t、10t、5t只各204.2.3桅杆吊装的技术方案1） 桅杆分段在工厂制作。从杆顶向下共分4段：第一段长14m，重5.818t；第二段长10m，重7.791t；第三段长8m，重7.871t；第四段（含支座牛腿）长5m，重6.839t。各段的重量均不超过10t，以利于利用塔吊分段吊装到230m屋面。2） 在230m屋面上进行水平拼装，将桅杆拼装成型。图（13）为桅杆拼装示意图。3） 安装桅杆起扳铰支座。在桅杆与建筑物结构钢梁之间设置一个起扳铰支座，使桅杆在铰支座的固定作用下可以绕铰支座在垂直面内转动，以便将桅杆扳起。4） 起扳牵引设备的安装：在桅杆的底部通过定滑轮组，使牵引钢丝绳引到设在下一层楼层面上的卷扬