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天津东南钢结构有限公司 天津 3003082
摘要：伴随着社会经济的全面快速发展，高层，超高层建筑因城市可用地面积不断减少，已经成为建筑行业的发展主流。而一个好的顶部设计能使建筑在众多高楼中脱颖而出，对建筑整体起到画龙点睛的作用。本文通过对北京市通州区光大中心钢结构塔冠的施工安装工艺进行分析，为之后的高层塔冠施工提供参考资料。
关键词：高层；钢结构；塔冠；吊装
1 建筑概况
通州区运河核心区IV-02号多功能用地项目位于通州新城运河核心区西北侧2#、5#地块，东临水乡区，南临通惠和，北侧为京燕高速。2#、5#地块的地下室各自为一整体，并通过地下连廊连接。地下一层主要功能为商业，地下二层及以下层主要为停车库及附属用房。地上建筑分为超高层塔楼和商业裙房，超高层写字楼与商业裙房为相互独立的结构单元。
1.2塔冠结构概况
塔冠由内筒和外筒两部分组成，整体呈中空式多圆管汇交结构，如图1所示。根据塔楼整体分节情况，158.65m~189.50m标高范围内为塔冠结构，钢管柱间通过五层箱型圈梁连接。外筒结构整体呈中空式多圆管汇交高耸结构，相邻圆管柱间整体通过五层箱型圈梁连成一体。穿孔铝板支撑结构为一圈斜向大跨度支撑，相邻斜撑间通过小截面薄壁圆管连接成整体。内筒结构总体为水平或竖向平面剪刀撑梁柱框架结构，剪刀撑均为H型截面形式。
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图 1塔冠结构图 图 2 内筒结构图
2施工重难点分析
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图 3 塔冠分节图
2.1平面布置与管理
基坑平面基本占用了整个施工场地，而钢结构构件堆放存储作为工程施工的关键线路，如何在有限的场地内合理规划施工场地和组织钢构件加工、发货进场、安装等各工序，减少材料c场内二次倒运和长时间占用有效场地，并高效有序进行钢结构施工是本工程的重点。
2.2塔冠的测量
塔冠构件形式复杂，杆件汇交多。
2.3塔冠多钢管柱和箱型钢梁多杆件汇交加工制作
塔冠处多次出现多圆管和箱型钢梁多杆件汇交，形式复杂，保证一级全熔透焊接质量困难，加工难度大。
2.4解决方式
为解决重难点，对塔冠整体结构进行拆分，共计划分为5节，如图3所示。生产及安装分段进行控制，确保质量精度。生产时使用三维激光扫描技术进行虚拟拼装；现场分段进行吊装及测量控制。
3 塔冠钢结构安装方案
由于塔冠的三个组成部分（倾斜圆管柱组成的外筒结构、穿孔铝板支撑结构、180m标高擦窗机层内筒结构）结构形式不一，需采用不同的安装方法。
3.1 塔冠内筒结构的安装工艺流程
由于塔冠内筒钢结构为柱梁框架结构形式，综合考虑将内筒钢柱分节加工，待内筒构件进场后，均通过高空散件组装的方式进行内筒结构的安装。其中，鉴于部分内筒构件为劲性结构，此部分劲性构件随土建专业进度插入施工。塔楼核心筒40层主体结构施工完成后，内筒结构的工况如图4所示。由于塔冠内筒在核心筒39层和40层顶板位置均有新生根钢柱，所以内筒钢柱分节标高不一。经两层一节分节，待塔楼核心筒40层主体结构施工完成后，塔冠内筒钢柱剩余一节钢柱，具体如图5所示。
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图 6安装内筒最后一节钢柱 图7安装内筒擦窗机层钢梁及剪刀撑
4.2 塔冠外筒结构的安装工艺
4.2.1 外筒结构施工方法
针对塔冠外筒结构形式复杂，并考虑到运输限制、结构构造特征、塔吊性能要求及现场施工工艺，将塔冠外筒结构进行分段分节加工。待塔冠外外筒构件进场后，总体上通过高空散件组装的方式进行外筒的安装。
其中，由于部分圆管柱倾斜度较大，单独吊装施工较为困难，考虑现场对此部分倾斜圆管柱采用每两根圆管柱地面拼装后整体吊装的施工方法。
4.2.2 塔冠的吊装单元划分
由于第2节、第4节圆管柱倾斜度较大（约15°~30°），单个单元单独吊装较为困难，所以考虑对此部分圆管柱采用每两根相邻圆管柱与其上部一节圆管柱节点作为一个拼装单元，在地面拼装后形成一个整体吊装单元进行整体吊装的施工方法。
其中，对于外筒第4节圆管柱与第五节圆管柱构成的吊装单元，由于每两根相邻圆管柱之间自身没有结构梁将两根圆管柱连接成一体，需要在深化阶段在两根相邻圆管柱之间设置临时结构梁，使得每两根相邻圆管柱作为一个拼装单元地面拼装后形成一个整体吊装单元进行整体吊装。临时结构梁待相应结构层施工完成后自行拆除。
具体第2节、第4节圆管柱吊装单元（同拼装单元）如图8所示。
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a.第二节柱吊装单元 b.第三节柱吊装单元
图8吊装单元示意图
4.2.3 外筒结构工艺流程
总体上，待塔冠内筒结构施工完成后，开始进行塔冠外筒结构的安装。每层圈梁随每节圆管柱同步安装，保证每节圆管柱安装完成后形成稳定的整体框架。安装步骤为：（1）安装塔冠外筒第1节柱、37层钢梁（含37层夹层梁柱）及第1层箱型圈梁；（2）安装核心筒钢结构；（3）安装塔冠外筒第2节柱、第3节柱及第2层箱型圈梁、第3层箱型圈梁、第4层箱型圈梁。相对应的第2节柱、第3节柱及第2层箱型圈梁、第3层箱型圈梁在现场拼装成一吊装单元；（4）安装塔冠穿孔铝板支撑结构；（5）安装塔冠外筒第4节柱、第5节柱及第5层箱型圈梁，第4节柱、第5节柱在现场拼装成一吊装单元；（6）安装塔冠外筒第5层箱型圈梁。具体流程示意如图9所示。
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d.安装塔冠穿孔铝板支撑结构。e.安装外筒第4、5节柱。f.安装塔冠外筒第5层箱型圈梁，塔冠安装完成。
图9塔冠安装流程模型示意图
5 塔冠钢结构的测量
5.1、测量主控内容
测量主控内容主要分为两部分
1）城坐标系统转化为建筑坐标系，根据业主提供的基准点数据是基于城市大地坐标系，需进行坐标系转换，变为方便钢结构的施工的建筑坐标系。
2）竖向构件累积误差消除，构件安装测控柱顶标高，确保竖向构件累积误差受控。高程竖向传递采取阶段分区传递。
5.2、钢结构测量控制目标如下
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5.3、关键工序测量技术
本工程采用跟踪测量校正法进行施工。在每个吊装区形成框架前，对每根柱、梁在安装时进行跟踪测量，并通过焊接及反变形消除、减少垂直度偏差和控制垂直度，能大大减少扩孔现象，即能保证安装精度，也能加快施工进度。
（1）钢柱的定位测量
1）柱标高的测控
每安装一节钢柱前，首先在钢柱上标设上、下中心线及相对标高，当钢柱安装后，应对柱顶作一次绝对标高实测，然后根据实测值来控制下一节钢柱的标高，以便提前通过临时固定板及处理端部来进行控制。
2）柱垂直度的测控
钢柱就位后进行单根钢柱的垂直度校正，倾斜控制在1/1000内，便于钢梁连接。待主梁全部安装完毕，作整体垂直度测量，将测量结果加下节钢柱的轴线偏差，换算出校正后的柱顶轴线偏差。其中要考虑焊接收缩，局部向外侧倾斜预翻变形。架设全站仪，将钢柱顶作为一个平面层做一次整体的轴线测量，得到每根钢柱的焊前偏差报告，根据偏差决定焊接顺序，焊完后再作一次整体测量，得出焊后偏差结果。依此作为一个循环程序，焊后偏差数据又作为上一节钢柱吊装校正纠正偏差方向的依据。其余钢梁及柱的控制，通过基准点用全站仪引至每层正装好的楼层上，用全站仪从底层直接引上，以减少偏差，然后通过三点，在楼层上放置梁柱的定位线，并对梁柱进行复测、控制。
由于塔冠安装精度要求较高，在施工前建立相对坐标，编制出塔冠外框钢柱每一分段柱顶中心的三维坐标值，利用全站仪进行测量，控制钢柱的安装精度；每层每根钢梁均测定标高偏差，提交报告，对误差较大者加以修正，最终提交修正后的报告。
（2）钢梁的定位测量
主要通过牛腿的定位，通过全站仪测出钢柱与钢梁连接牛腿的标高值，并与钢梁实际安装标高相比较，通过两者的高差值来加工不同高度的临时定位钢板。
6 塔冠钢结构的焊接
由于塔冠第2节钢管柱和塔冠第4节钢管柱倾斜度较大，待钢管柱吊装就位后，需要使用塔吊保持吊装受力状态直到钢管柱完成打底焊接，以确保钢柱在塔吊摘钩后保持稳定。钢结构焊接变形的分析和质量控制措施如下文所述。
1.现场拼装焊接顺序及消除应力的方式
（1）在焊接时为尽量减小结构焊接后的变形和焊后残余应力，结构焊接实行对称焊接，让结构受热点在整个平面内对称、均匀分布，避免结构因受热不均匀而产生扭曲和较大焊后残余应力。
（2）层间焊接后，采用轻轻锤击焊缝法来降低焊接应力，但不得使用电动工具或其它强力冲击方法。
（3）采用多层多道焊。多层多道焊接可有效降低焊接应力和焊接变形，使焊接应力在焊接过程中减少。
2.焊接应力及焊接变形的计算机全程跟踪观测
为动态跟踪焊接应力及焊接变形的变化，本工程拟采用微观和宏观相结合的方法来跟踪焊接应力和焊接变形，即在重点部位（易产生较大焊接应力的部位）贴上应变片，用于观测应力变化，用全站仪观测测点的位移。应力观测和位移观测必须同时进行，每天定时观测，并将观测数据录入计算机，绘制应力、位移变化曲线，用于指导现场焊接程序的改进和提供设计单位研究。
结语
本文以通州区运河核心区IV-02号多功能用地项目为案例，进行高层钢结构塔冠安装工艺分析，从安装设计，难点及解决措施，安装流程，测量，焊接，放腐工艺等方面进行了阐述，可为同类型钢结构建筑提供参考。
参考文献
[1]超高层塔冠钢结构施工关键技术 张希博 邵新宇等
[2]超高层建筑钢结构施工技术浅论 周泽民 胡飞等
[4]《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001
[5]《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
[6]《钢结构工程施工规范》GB50755-2012
[7]《钢结构制作安装施工规程》YB9245-95
[8]《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-2008）
论文作者:圣学红1,郑律晗2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年20期
论文发表时间:2020/1/8
标签：结构论文; 圈梁论文; 圆管论文; 钢结构论文; 标高论文; 应力论文; 测量论文; 《建筑学研究前沿》2019年20期论文;