中国建筑第二工程局有限公司 云南 昆明 650100
【摘 要】本文结合昆明西山万达广场项目情况，介绍了超高层建筑加强层钢桁架的安装施工技术，应用BIM技术进行设计优化和深化，合理对钢桁架分段，优化铸钢节点设计、科学确定铸钢节点重心及吊绳布置；采用数字模拟预拼装与工厂预拼装技术控制构件加工质量；采用巨型铸钢节点多点吊装技术，精确调整铸钢节点安装过程姿态，使其快速准确就位。
【关键词】超高层、铸钢节点、加强层、钢桁架
1 前言
超高层建筑一般采用核心筒+框架结构，当结构抗侧力不满足设计要求时，常设置结构加强层来提高结构整体抗侧刚度，使其满足设计要求。随着超高层建筑越来越高，超过300米的超高层建筑常通过设置钢桁架加强层来满足结构抗侧力的要求。加强层一般采用环带桁架+伸臂桁架的结构形式，其复杂节点部位相对较多、焊接不方便并且应力大，故常采用铸钢节点。钢桁架加强层结构形式复杂、构件尺寸大、数量多、钢板厚度大、焊接工程量大、施工工期长。加强层钢桁架附加应力控制、焊接质量控制、巨型铸钢节点安装、施工工期控制等成为施工的重点。
2 项目概况
2.1 项目概况
昆明西山万达广场项目两栋超高层结构形式为型钢钢筋混凝土核心筒+钢管混凝土柱钢梁框架，共有5个加强层，分别为10层、22层、34层、46层、58层。核心筒内型钢柱62根，铸钢件最大重量53t，外框圆管柱共计16根，最大直径2.4m，楼板为钢筋混凝土压型钢板组合楼板。
2.2加强层钢桁架形式
加强层采用环带桁架+伸臂桁架的结构形式。
3加强层钢桁架深化设计
3.1钢桁架构件深化
深化设计中对构件进行分段要综合考虑：
a要考虑加工制所采购钢板的尺寸，尽量减少钢板拼接；b要考虑运输条件限制，构件不能超宽、超高，牛腿尺寸必须满足运输要求；c要综合考虑塔吊的起重能力，且要充分发挥塔吊的起重性能。d要综合考虑现场小拼单元整体重量，重量必须在塔吊吊装能力范围内。
3.2铸钢节点优化
对铸钢节点进行优化设计时，应在满足设计要求的前提下综合考虑铸钢节点的三围尺寸、加工铸造的难度、铸造质量措施、运输条件、构件重量等等容易造成质量问题和安全隐患的事项，同时要兼顾考虑安装、制作成本；
以西山万达广场项目为例，核心筒北侧两个巨型铸钢节点重量大、尺寸超长，其理论重量达60t，现场单台塔吊起重性能不能满足吊装要求，需要采用双机抬吊方案，工期较长、危险性大；并且其外形尺寸达到4000mm×3800mm×5300mm，无法正常运输，需要采取特殊运输手段，运输时间长，运输成本高。优化设计时，经设计单位同意，在满足原设计要求的前提下将北侧铸钢件节点优化为铸钢件+焊接件的节点形式，有效减小铸钢节点外形尺寸和重量。
优化后的铸钢节点理论重量约47吨，外形尺寸4000mm×3800mm×3800mm，既满足运输要求，也满足现场单台塔吊起重性能要求，降低了现场安装风险。
4整体安装顺序
核心筒内钢桁架加强层施工：
安装伸臂桁架劲型钢柱→安装伸臂桁架下弦杆→焊接固定后爬模爬升→浇筑加强层下一层剪力墙混凝土→安装加强层伸臂桁架斜腹杆→安装上弦杆→浇筑加强层混凝土
外框钢桁架安装施工：
安装塔楼外框钢柱→安装钢桁架下弦杆→安装腹杆小拼单元（或上弦杆与腹杆小拼单元）及腹杆散件→安装钢桁架上弦杆→伸臂桁架弦杆、腹杆与核心筒连接端，采用连接板临时连接，待结构封顶后焊接封闭
5巨型铸钢节点多点吊装
在巨型铸钢节点吊装前，采用BIM技术深化设计建模，分析铸钢节点重心位置，确定主吊点位置，使吊钩经过构件重心，辅助吊装设置在构件下端分支，方便微调构件垂直度。
吊装前认真检查各吊点焊接质量，必要时对吊耳焊缝进行探伤检查。
采用四点主吊+辅助吊点捯链调节方式进行吊装，在吊装过程中通过调整捯链链长，能够及时准确调整铸钢节点垂直度及就位姿势，快速就位安装。
6加强层钢桁架安装工艺
6.1十字形桁架安装工艺
十字形桁架安装时首先安装下弦杆，再安装腹杆组合件，继而安装腹杆上杆件，最后安装上弦杆。
6.2 K字形小拼单元桁架安装工艺
首先放地样，摆放胎架，继而摆放上弦杆，再拼装两段斜腹杆，用临时连接板固定形成K字形小拼单元桁架并进行现场吊装。
7加强层钢桁架焊接施工
7.1整体焊接顺序
整体焊接顺序是由内向外，柱子间每一榀桁架先焊接下弦杆，再焊接上弦杆，最后焊接斜腹杆，此种顺序有利于焊接应力的释放，结构残余应力小。
7.2桁架焊接
依据焊接作业指导书，焊前采用烤枪进行预热。采用CO2气体保护焊进行焊接。
7.3伸臂桁架焊接终固
7.3.1焊接终固时间选择分析：
根据综合分析研究，存在以下三种焊接终固工况：
a内外伸臂桁架连接焊缝随伸臂桁架施工同时进行；
b内外伸臂桁架上、下弦杆连接焊缝随伸臂桁架施工同时进行，腹杆连接焊缝在主体封顶后进行；
c内外伸臂桁架连接焊缝在主体封顶后进行。
对以上三种工况进行施工模拟，计算得出第3种方案的最大应力最小。选择实施第3种方案。
7.4.2临时连接方式
加强桁架体系钢构件在制作时要考虑临时固定，临时固定可采用连接耳板，将连接板螺栓孔扩为长圆孔，即可满足施工过程结构变形的位移需要，并能保证施工安全。
8焊后无损检测
钢桁架焊缝均为开坡口熔透焊，焊缝质量等级为一级，检测合格后进行下道工序。
9 结语
通过应用BIM技术进行设计优化和深化，合理对钢桁架分段、确定小拼单元，优化铸钢节点设计、科学确定铸钢节点重心及吊绳布置；进行施工工况模拟，合理确定吊装方案、施工顺序，合理确定伸臂桁架终固时间；采用巨型铸钢节点多点吊装技术，精确调整铸钢节点安装过程姿态，使其快速准确就位；对钢桁架焊接顺序施工模拟，针对性焊接工艺评定，利于焊接应力释放与减少焊接变形。
参考文献：
[1]超高层建筑桁架式加强层结构关键施工技术；李磊
[2]伸臂桁架的施工技术和竖向变形差异——国金中心超高层钢结构项目；李磊、刘盾
论文作者:李增玉,蒲伟
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第18期
论文发表时间:2016/11/18
标签：桁架论文; 节点论文; 构件论文; 结构论文; 上弦论文; 塔吊论文; 下弦论文; 《低碳地产》2016年9月第18期论文;