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10超高层建筑钢结构工程施工方案(斜撑框架+混凝土核心筒结构)


第一章 概述
1.1 工程概况
****广场位于**广场附近,总占地面积约 1 万平方米,建筑面积约 16.1 万 平方米,地上高度达 302.7 米,建成后将成为珠江新城内仅次于西塔的**第二高 楼。建筑上另一个显特点是**首层的大堂高度将达到 37.8 米,浩大空间给室内 设计和人们的视觉感受将带来巨大的冲击, 这样大堂的尺度概念在目前全球超高 层建筑中尚属首创。

图 1:建筑效果图

该工程建筑总高度 302.7m, 使用高度 268.8m, 地下五层, 底板标高-20.34m, 建筑面积 29400 平方米。地上共 63 层,总建筑面积 117903 平方米,五层以上为 标准层,层高 4.2m,标准层内筒 23m×23m ,外筒 45m×45m,单层建筑面积 2025 平方米。建筑效果图如图 1 所示。

1.2 结构特点
本工程为斜撑框架+混凝土核心筒结构体系。 总用钢量 8000 多吨。

主体结构采用混合钢结构系统,外筒四周设置了 9 层一跨的对角支撑,与外 筒钢管柱形成了支撑筒体, 不仅提供了竖向承载体系, 同时也增加结构抗侧刚度, 取代核心筒体,提供建筑的抗侧体系。 1.内筒采用混凝土剪力墙楼层部分钢梁结构体系。 从立面上看,在 15 层、30 层、45 层处有加强层,层高为 8.2m。核心筒剪 力墙内设有箱型劲性钢梁,以提高核心筒楼层平面的刚度。截面尺寸为口 152x127x6.4x6.4。核心筒内箱型钢梁平面布置如图 2 所示

箱型钢梁

图 2:核心筒钢梁平面布置图

2.结构的四个角柱和跨越 9 层结构斜撑,作为最主要的受力结构。 作为最主要受力结构的四根角柱和结构斜撑分别采用圆钢管和箱型钢管形 式,斜撑构件与圆钢管柱通过相贯连接,并在钢管内增设加劲板,连接节点如下 图 3 所示。 圆钢管柱的截面形式由地下室的Ф 1800x30 到结构屋顶的Ф 1000x12,构件 截面几乎是以 9 层为一段过度变化; 斜撑箱型截面首层为口 1200×600×70×70, 顶层为口 800×600×40×40,单段斜撑最重的有 37.6t。

图 3:斜撑与钢管柱连接节点

3.楼层梁作为连接内外筒的次结构,增加结构的平面刚度。 本工程中,楼层钢梁有两种规格,角柱与混凝土核心筒连接的钢梁为上下两 根 H 型通过中间连接板组成的组合钢梁,中间连接板是间断分布,形式如图 4 所示。

图 4:组合钢梁截面形式

其他楼层钢梁采用常规的热扎 H 型钢梁。 4.主要受力钢柱采用钢管柱。 本工程所有钢柱截面都是圆形截面, 钢管柱都是由地下室层一直贯穿至顶层 屋面钢架,钢管内浇注混凝土,钢管截面从地下负五层的Ф 1800x30 变化到顶层 的Ф 800x12,两钢管截面变化连接沿钢管长度直径范围内设置了剪力钉,以增加 混凝土与钢管的粘结力。

支撑结构

次支撑结构

所有支撑结构

1.3 施工重难点分析及解决方案
1.3.1 钢结构深化设计方面 本工程结构形式独特,节点构造复杂,尤其是钢管柱斜撑节点内部加劲板的 纵横布置,同时本工程外框筒钢管采用钢管混凝土结构,钢管内部需浇注高强度 混凝土。深化设计过程中必须充分考虑工厂加工及现场混凝土施工。 1.3.2 加工制作方面 本工程构件的加工制作方面存在以下难重点项: 1.钢材的采购——加工制作重点 本工程有着钢材用量较大, 材质要求高 (Q345B、 Q345GJC、 Q345GJC-Z25) 、 钢板厚度厚(最厚达 70mm) ,钢材规格多(钢板 6~70mm 计 23 个规格、热轧 H 型钢计 13 种规格)等特点,板厚大等于 40mm 钢板占工程总量近一半,且有 Z 向性能要求的钢材占工程总量的 35%。 2.钢管柱斜撑节点的加工制作——具体构件制作难重点 钢管柱斜撑节点构造复杂,钢管从下至上φ 1800~φ 800mm 不等,节点内

部加劲板的纵横布置及加劲板在节点内部的大纵深(最大 1370mm) 、截面上小 间距(最小约 150mm) ,使节点在加工制作中存在着焊接可达性的制作难重点。 同时,厚壁箱型牛腿(40~60mm)和节点劲板(40~60mm)与钢管(最薄壁厚 12mm)的全熔透焊接不但焊接变形大,影响节点的制作精度,同时全熔透的焊 接,较大的热输入量还容易产生薄壁钢管烧穿现象。因此牛腿、劲板与钢管的焊 接也是钢管柱斜撑节点加工制作上的一个工艺难重点。 3.超宽构件的运输——工艺及管理重点 公路运输的限制条件为 3*4.5*16m,通过初步统计,本工程节点宽度最宽约 3900mm,数量 16 个;宽度 3400mm 节点数量 8 个,宽度 3200mm 节点数量 8 个,超宽节点如何运输,是本工程工艺及管理的重点。 1.3.3 现场施工及管理协调 1.节点重量大,其它构件重量相对较小,如何选用合理的施工方案,配置 合适的施工机械,保证本工程施工的经济性是施工中的一个重点。 2.在斜撑未连接前,钢框架结构的抗侧、抗扭刚度小,结构的稳定、构件 精准定位和施工精度控制难。 3.斜撑外挂在钢筒体外侧,高空吊装安全防护和焊接作业难度大。 4.结构采用外钢框筒,内混凝土核心筒的体系方案,施工过程土建与钢结 构交叉作业面多,且由于高层施工中钢结构与土建施工使用同一垂直运输机械, 施工过程中垂直运输机械的分配使用是协调的关键,尤其是在工期紧张的情况 下。

1.4 施工条件分析
从现有的钢结构图纸上看, 该工程地处珠江新城城市中线轴上, 交通较便利, 但施工用地较紧张,尤其是可供钢结构施工用地有限,在地下室施工阶段,要着 重考虑构件的进场后临时堆放问题。 1.地下室钢管施工 在进行地下室施工时,基坑全部开挖,东侧基坑边线到用地边线距离不足 2m,南侧基坑边线到用地边线近 10m,在如此小的闲置用地中,可供钢结构构 件堆放场地的几乎没有, 考虑到在用地范围内找一块钢结构构件堆放场地几乎不 可能, 而地面以下的构件数量不是很多, 我们想在离工地较近的地方租赁一块地,

面积为 15mX20m,供构件临时堆放,在施工时,利用平板车倒运至施工现场, 构件堆放场地处放一台 30t 的汽车吊,现场内设置一台 50t 履带吊。在地下室内 放另一台平板车,做构件在基坑内的水平运输。 2.地面以上结构施工 当结构施工至±0.000 标高后,为解决现场构件堆放问题,保证工期进度计 划, 减少构件的二次搬运, 而由于土建结构设计时没有考虑堆放构件时偶然荷载, 故需对本区域内进行临时加固,待主体工程完工后拆除。 对钢结构构件临时堆场的地下室顶板进行计算分析, 其承载能力不足时对其 进行加固, 加固方式为对地下室框架梁采用工具式钢管加固支撑进行加固和在地 下室顶板上铺设路基箱。

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