广州某超高层(第二高楼)建筑钢结构工程施工组织设计（斜撑框架+混凝土核心筒结构）

第一章概述1.1工程概况广州**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广州第二高楼。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Ф1800x30到结构屋顶的Ф1000x12，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。箱型钢梁图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Ф1800x30变化到顶层的Ф800x12，两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φ1800～φ800mm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。地下室顶板的加固、铺设路基箱示意图当主体结构施工时，土建工程施工、机电工程施工与钢结构工程施工存在交叉作业较多，各工作面要协调配合，总体上是土建核心筒施工快于外框架钢结构施工4-6层。满足相互间的平行作业。第二章钢结构加工制作方案2.1加工制作分析2.1.1钢结构构件分析1．钢结构加工构件分析本工程钢结构主要包括钢管混凝土柱、斜撑、环梁组成的塔楼斜撑框架，楼层梁，屋顶钢架及雨棚、检修道等。钢结构工程总量约8400吨，构件具体分类分析如下：钢结构构件的组成分析上述构件中，主要的制作构件类别为钢管柱、斜撑、环梁、楼盖体系及屋顶钢架等，其占总加工量的比较饼图如下：约2450吨，管结构约1820吨，箱型结构约750吨，箱型结构钢结构构件组成塔楼斜撑框架钢管柱斜撑环梁楼层梁约3000吨，H型钢+箱型结构屋顶钢架约280吨，管结构+箱型结构约26吨，箱型+管结构约10吨，型钢+预埋件其他构件雨棚检修道构件类别重量（约）t钢管柱2450斜撑1820环梁750楼层梁3000屋顶钢架280其他构件（雨棚、检修道、预埋件等）36主要构件加工量比较分析从构件制作类别上分主要有管结构，H型钢结构和箱型结构形态为主的构件，具体分类分析见下表：构件制作类别分析表结构类别构件名称重量（约）t规格mm占总加工量比例管结构形态为主的构件外框钢管柱2450φ800*12～φ1800*12φ1800*25、φ1800*30屋顶钢架柱230Φ1000*25等雨棚柱10φ500*25H型钢结构形态为主的构件H型楼层梁2830HN248*124*5*8～HN800*300*14*26、H346*174*6*9～H912*302*18*34HM582*300*12*17～HM594*302*14*23HW200*200*8*12等检修道构件10T400*75*10*10箱型结构形态斜撑1820□600*800*40*40～□600*1200*70*7029%22%9%37%3%0%钢管柱斜撑环梁楼层梁屋顶钢架其他构件为主的构件环梁750□600*800*20*20～□600*1000*50*50箱型楼层梁170□150*100*13*13～□250*100*16*16屋顶钢架箱型梁50□300*600*12*12□180*460*10*10雨棚箱型梁16□(75-500)*50*13*13□100*50*4*4从构件制作类别分析中，本工程钢材规格较多，钢材的规格、品种、用量统计如下：序号规格重量约t材质序号规格重量材质钢板16mm3Q345B28mm368Q345B39mm30Q345B410mm163Q345B512mm1228Q345B613mm574Q345B714mm28Q345B815mm5Q345B916mm59Q345B1018mm2Q345B1119mm22Q345B1220mm147Q345B1323mm6Q345B1424mm7Q345B1525mm620Q345B1630mm384Q345B1734mm2Q345B1835mm96Q345B1940mm379Q345GJC2045mm114Q345GJC2150mm533Q345GJC+Z252260mm1449Q345GJC+Z252370mm324Q345GJC+Z25热轧H型钢序号截面规格重量约t材质1HN248*124*5*848Q345B2HN298*149*5.5*8102Q345B3HN496*199*9*1424Q345B4HN600*200*11*1711Q345B5HN606*201*12*20248Q345B6HN692*300*13*20249Q345B7HN700*300*13*24238Q345B8HN792*300*14*2299Q345B9HN800*300*14*263Q345B10HM582*300*12*1781Q345B11HM588*300*12*20109Q345B12HM594*302*14*23105Q345B13HW200*200*8*12443Q345B矩形管序号截面规格重量约t材质1□100*50*4*41Q345B2□152*127*6.4*6.437Q345B原材料对比分析比较饼图分别如下：79%21%0%钢板热轧H型钢矩形管钢材类型对比饼图Q345B57%Q345GJC8%Q345GJC+Z2535%Q345BQ345GJCQ345GJC+Z25板厚＜40mm57%板厚≥40mm43%板厚≥40mm板厚＜40mm钢板材质对比分析饼图厚板比例分析饼图2．主要节点形式分析本工程的塔楼斜撑框架由四个侧面构成，同一个面上箱型斜撑、环梁与钢管柱的相贯和相邻两个面的斜撑、环梁在角部钢管柱的交汇，分别形成相对复杂的钢管柱斜撑节点，节点形式如下：除了上述的复杂的钢管柱斜撑节点外，本工程中有梁柱节点、钢管柱对接节点、梁与斜撑节点及梁梁节点等多种类型节点，节点构造、类型均较常规。如下所示：节点类型节点构造形式示意梁柱节点典型梁柱节点节点参数钢管柱箱型斜撑箱型环梁φ1800x12、25、30600x1200x60600x1000x50600x800x50、45φ1600x12600x1000x60600x800x35φ1400x12600x800x30φ1200x12600x800x25600x800x50φ1000x12600x800x50、40600x800x20φ800x12600x800x40600x800x20、40斜撑节点（一）斜撑节点（二）钢管柱对接节点等径钢管对接变径钢管对接梁与斜撑节点铰接节点刚接节点梁梁节点3．通过对构件及节点的分析，本工程钢构件加工制作特点可以归纳为“薄、厚、难、高、大、多”等加工制作特点。薄壁钢管、厚壁箱型构件、复杂的钢管柱斜撑节点的制作难度大、厚壁箱型牛腿与薄壁钢管焊接、高强