超高钢结构建筑制作方案.pdf
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1、1 主塔楼钢结构制作方案 第一节 钢结构加工制作综述 xx.* 金融中心共有五座建筑组成, 其中A座金融大厦结构为钢框架核心筒剪力墙结构, 其它 B 、 C 、 D 、E座无典型钢结构体系结构,同时,工程钢结构施工主要分为工厂加工和现场拼装或安装两大阶段, 按照本施工组织设计方案安排, 分别由相应章节编写, 本节钢结构加工制作内容针对A座金融中心钢结构 工厂加工制作而编制。 考虑到本施工组织设计以工程真正实施为目的,故尽可能结合本工程实际情况及以往类似工程,如 广州珠江新城西塔、上海环球金融中心等超高层建筑实施施工经验编制。 1. 钢结构工厂加工范畴概述与主要流程 钢结构加工厂工作范畴与分项施
2、工内容,主要有以下几个方面: 施工类别具体工作工厂实施单位 技术方面 实体建模、计算分析、结构优化、一次详图深化、二次零件图深化技术研发部/ 深化部 加工制作分项方案、分段制作方案、焊接工艺评定、作业指导书等 各项技术资料编制与实施 技术工艺部 构件加工方面 钢材对接、下料、开坡口、钻孔、成形等准备/ 配送车间 H型钢或箱型柱/梁组立、SAW 焊接、端铣等流水线车间 异型件等拼焊牛腿、筋板、耳板等装焊车间/ 分厂 构件抛丸、喷漆、入库等涂装车间 质量方面原材料检验、构件检验、NDT 、资料提交质检部/ 品质部 进度方面 项目总体计划协调;原材料采购计划、资金需求计划、加工制作计 划、发货计划等
3、编制;发货等;现场安装协调等 计划部 材供方面钢材、辅材等及时采购供应部 管理方面人员组织、场地、设备、产能协调生产部 资金方面工程资金需求协调财务部 工厂钢结构生产加工的主要流程如下: 相关重要节点和构件的制作流程及内容见本章节以下相关部分。 2. 钢结构加工概述与构件分类说明 2.1 加工制作概况 A座金融大厦外围立面主要由16根组合钢柱钢框架, 内部竖向核心筒22根 H型钢柱, 横向由五组以 H型钢截面为主的腰桁架和各层楼层梁组成,在东西两面腰桁架间以巨型斜支撑构成稳定的钢结构体系。 本工程主要的制作构件类别为矩型钢管柱、 H型钢柱、H型钢梁、箱型钢柱、腰桁架和斜支撑等,具 体形式如下:
4、 16根外 框架柱 东西两侧布置6 道 巨型斜撑。 钢梁均为 H 型钢,截面尺寸: H400x200x8x13 至 H800x550x400x50 杆件类型 杆件类型 杆件类型 伸臂桁架:在 3739层、5557层、7375 层分别设置了 3道,每道包含 8榀伸臂桁架,伸 臂桁架与核心筒柱连接节点为铸钢件。 杆件类型 截面类型 截面类型 截面类型 xx 金融中心整体模型 沿标高方向共布置了 5 道腰桁架, 每道腰桁架把整个外框架柱联 系成整体,每榀腰桁架跨越两个楼层。腰桁架构件均为 H 型钢,截面 尺寸:H400x400x25x40 至 H900x900x50x70不等。 22根核心筒H 型钢
5、劲性钢 柱。 3 2.2 构件分类说明 本工程中所采用的构件主要有:热轧H型钢、焊接 H型钢、焊接箱型钢、 钢管、铸钢件等,各自 使用部位如下: 截面形式名称使用部位 组合型钢 截面最大高度 3.95 米, 宽度 2.7 米 巨型斜支撑、外框柱、 酒店框架梁柱和斜撑、雨棚网格 热轧方钢管大堂入口雨棚网格 焊接 H型钢 外框架梁、楼层梁、腰桁架、 剪力墙内钢柱 热轧 H型钢一般楼层钢梁 钢管顶部结构及部分立柱 焊接截面伸臂桁架 通过对工程图纸分析,对于本工程而言,钢结构件总体可以概括为“六大构件、七大节点”。六 大构件: 矩型钢管混凝土外框柱; 巨型斜支撑; 腰桁架;伸臂桁架;核心筒H型钢柱;
6、楼层 H钢梁等。 相关数据如下表示: 编号型号构件名称材质备注 矩型钢管混凝土外框柱 Z1 900x1200 2650x3200 矩形 组合柱 Q345 Z1是建筑南北侧外框中柱,共有 8 榀; Z3是建筑东西侧外框中柱, 共有 2榀;Z2为建筑外框角柱, 共 4榀。 Z2 1500x2500 2700x3950 Z3 1500x800 2350x2350 巨型斜支撑 MB1 1600x1400x100x100 斜支撑Q345 只在建筑的东西两侧布置了巨型 斜支撑,共分 6段,同标高东西 两侧斜撑截面一样, 板厚一样 (除 MB4 、MB5 板厚均为 70mm 外) 。 MB2 1200x14
7、00x80x80 MB3 1300x1100x80x80 MB4 1200x1100x80x80 MB5 1100x1100x80x80 MB6 600x600x35x35 腰桁架 ME1 H900x900x50x70 弦杆 Q345GJ 本结构沿标高方向共布置了 5 道 腰桁架,每道腰桁架把整个外框 架柱联系成整体,每榀腰桁架跨 越两个楼层。 H900x900x50x70 腹杆 ME2 H900x900x50x70 弦杆 Q345GJ H900x900x50x70 腹杆 ME3 H900x900x50x70 弦杆 Q345GJ H900x900x50x70 腹杆 每个侧面都有立 板,立板间通
8、过钢筋电 焊连接。 ME4 H900x900x50x70 弦杆 Q345GJ H750x750x40x40 腹杆 ME5 H750x750x40x50 H600x600x40x40 弦杆 Q345GJ H550x550x40x40 H400x400x25x40 腹杆 伸臂桁架 ME2 伸臂桁架Q345GJ 结构在 3739 层、 5557层、 7375 层分别设置了 8 榀伸臂桁架,伸 臂桁架把外框柱和核心筒劲性柱 联系在一起。 ME3 伸臂桁架Q345GJ ME4 伸臂桁架Q345GJ 核心筒 H型钢柱 1 H850x500x45x45 、 H750x750x40x40 、 H500x500
9、x30x40 等 核心筒 钢柱 Q345 楼层 H钢梁 1 H400x200x8x13 、H450x300x11x18 H700x300x20x20 、H700x300x20x30 H700x350x25x30 、 H700x450x25x40 、 H700x450x30x40 等 H钢梁Q345 七大节点:外框柱与伸臂桁架节点; 外框角柱与斜支撑节点; 外框中柱与斜支撑节点; 外框柱与 腰桁架节点;伸臂桁架柱节点;腰桁架节点;铸钢件节点等。 5 中柱与斜撑节点 中柱与腰桁架节点 角柱与斜撑节点 腰桁架节点 节点整体与局部分 布和形式示意图 伸臂桁架与外框柱节点 伸臂桁架与劲性柱节点 2.3
10、制作分段 腰桁架分段 Z2 Z3 Z1 楼层钢梁分段 按照结构自然分段 腰桁架分段: 腰桁架被外框架柱截断, 分成 节点和散件制作和安装 钢柱分段原则: 综合考虑吊装分段及运 输限制 吊装分段:柱 Z1分 53段,柱 Z2分 79 段,柱 Z3分 41段。 加工制作分段: 除了柱 Z1第 53段需要 分成两端制作外, 其余各段均满足加工 制作及运输的条件, 钢柱分段 斜撑分段方案 第3段36.46 第4段36.46 第5段36.46 第6段36.46 第7段36.46 第8段36.46 第9段36.46 第10段36.46 第11段38.19 第6段38.47 第7段38.47 第8段38.4
11、7 第9段37.56 第10段27.48 第11段27.48 第12段38.47 第13段38.47 第14段38.47 第15段38.47 第16段38.47 第17段38.47 第18段38.47 第19段38.47 第20段38.47 第21段38.47 第22段38.47 第23段38.47 第24段38.47第24段38.47 第23段38.47 第22段38.47 第21段38.47 第20段38.47 第19段38.47 第18段38.47 第17段38.47 第16段38.47 第15段38.47 第14段38.47 第13段38.47 第12段38.47 第11段27.48
12、第10段27.48 第9段37.56 第8段38.47 第7段38.47 第6段38.47 第11段38.19 第10段36.46 第9段36.46 第8段36.46 第7段36.46 第6段36.46 第5段36.46 第4段36.46 第3段36.46 西立面巨型斜支撑布置图 (东立面类同) 斜撑分段示意图 钢柱分段示意图 7 3. 钢结构加工重难点 通过分析和归纳,本工程钢构件加工制作的难重点主要集中在以下几个方面: (1)重难点之一-构件加工制作分段与现场安装的协调 首先是各种节点的分段问题,鉴于现场起重能力的要求,构件初步拟定最大重量为 39t,但由于 柱板较厚 (最厚 100mm)
13、 , 同时应考虑节点内隔板、 加筋板和栓钉等总体重量, 导致Z2一般为 4.2m (基 本一层)为一吊装段。另外一方面原因, 由于矩型柱截面尺寸较大, 宽度最大为3590mm,导致在工厂 无法加装牛腿,对于部分边柱牛腿径向空间相临给分段点带来影响,部分分段点则落在牛腿部位,如 下图: (2)重难点之二-厚板焊接和残余应力消减 节点部位板厚集中在40100mm,且焊缝大多为全熔透的焊接, 不但焊接变形大, 影响节点的制作 精度,同时全熔透的焊接,较大的热输入量对变形控制带来一定难度。节点箱管柱与牛腿定位精度和 技术要求高,也是节点制作装配工艺上的一个要点。 解决措施: 对焊接接头进行优化, 采取
14、窄间隙小坡口焊接技术以及CO2 气体保护焊施焊, 减少焊 接变形,保证焊缝质量;并通过设置临时刚性支撑、火工矫正等措施保证节点的制作精度。 另外,各种节点厚板全熔透焊接且焊缝较密集, 焊接残余应力大, 必须综合采取措施, 对构件的 振动时效(VSR )以及冲砂等工艺对构件进行残余应力的消减。 在焊接可达性方面,伸臂桁架与伸臂框架柱节点 170mm 和 140mm 板如何与铸钢件焊接? 100mm 与 70mm ,100mm与 40mm 板拼接与焊接的问题,如何有效解决焊接可达性?有没有更好的优化方案? 是工程制作与安装要解决的一个问题。 (3)重难点之三-超大超重构件的运输 本工程钢柱斜撑节点
15、形位尺寸较大,尤其是边柱节点尺寸宽高达 4200*3550mm,单节重量均按现 场最大起重量39t 制作,超出公路运输条件限制,超大节点如何运输,是本工程管理的重点。 解决措施:对于此类超大节点, 采取构件分段方式, 将节点在工厂进行截面上的分段, 一侧牛腿 单独制作,在现场与钢柱整体拼焊,控制节点的运输高度不超过公路和市内运输的限制条件。并采用 特别通行证的方式,夜间进入市区,利用超宽车辆运输至施工现场。 牛腿径向空间相临,分段点 落在牛腿上 由于构件截面较大,牛腿不 能采用垂直切口形式 采取 4.2 米最大运输宽 度,牛腿也只能斜切 建议在起重范围内,牛腿在 现场卧拼,或高空拼接,采 用垂
16、直切口 两拉板之间间距只有 350mm,100mm 与 70mm ,100mm与 40mm 板拼接与焊接,只有通过 先后装配顺序才能实现焊接可达性 材料供应 深化设计 构件制作 工艺编制 钢 柱 制 作 1深化详图设计 2总体制作技术工艺方案设; 3生产与制作工艺的结合 4检验与检测方案 1下料:钢板矫平、数控切割机下料 2拼装:拼装胎架设计,精度控制,拼焊顺序; 3焊接:焊接工艺制定,变形的控制、焊接可达性的保证, 焊缝强度的保证 4表面处理:焊缝、构件抛丸、涂装质量 5发货:配套性、及时性,成品保护 1合理的材料采购计划 2钢材及时供应保证与进厂验收 3铸钢件/ 顶拱钢管的采购与验收 现场
17、配合方面 1安装用吊耳、连接耳板等临时构件的配合 2不同标高,尺寸补偿和监测预案 3及时反应机制 4现场配合方案和与总包协调 质量要点 焊接质量 装配质量 外观质量 过程主控点和工作重点,PDCA 质量控制 节 点 制 作 施工过程四个重要方面 图纸深化工作/构件分段 材料供应(厚板和宽板) 焊接与尺寸控制 “三超”运输、配套供货 技术要点详图设计、加工分段、工艺编制 加工要点六类主构件、七节点制作 工艺要点定位、厚板焊接及变形控制 管理要点进度保证、 “三超”构件运输 质量要点三个方面重点 9 4. 主要构件加工思路 第二节 深化设计说明 作为加工制作技术方面重点之一的详图设计工作, 是在设
18、计院施工图的基础上, 二次设计出图用 于工厂加工的零件图、 组立图和装配图, 指导工厂生产。 详图图纸质量决定了构件加工的各方面质量。 下面针对上面的相关内容对加工详图设计方案作系统介绍。 1. 详图设计概述 1.1 深化设计遵循的原则 加工厂技术深化部将以设计院施工设计图纸和技术要求为依据,负责完成钢结构的深化设计, 并 完成钢结构加工详图的编制。 深化部将根据设计文件、 钢结构加工详图、 吊装施工要求, 并结合本公司制作厂的条件, 编制制 作工艺书包括:制作工艺流程图、每个零部件的加工工艺及涂装方案。 加工详图及制作工艺书在开工前将由我公司委派的项目部报钢结构施工主承包单位审批,图纸由 原
19、设计单位确认和批准后才开始正式实施。 1.2 深化设计流程 主要阶段构件分类主要工序、设备、工艺 箱 型 类 构 件 箱型钢 构件 发货 伸襞桁架 其它箱型构件 数控火焰切割机 直条火焰切割机 下 料 BOX 制作流水线 拼焊平台 CO2 气体保护焊接 埋弧自动焊焊接 UT探伤检查 拼 焊 外观打磨 喷砂或抛丸处理 无气喷漆 涂 装 矩型柱 巨型斜撑 主要阶段构件分类主要工序、设备、工艺 管 类 构 件 制管 阶段 钢管 构件 制作 阶段 发货 卷管或压管成形为主 顶拱钢管柱 数控相贯线切割机 数控火焰切割机 下 料 大直径采用中频电加热 弯圆; 小直径采用冷弯 弯 圆 对接拼焊,GMAW焊接
20、、UT 检查 拼 焊 外观打磨 喷砂或抛丸处理 无气喷漆 涂 装 雨棚钢管构件 主要阶段构件分类主要工序、设备、工艺 H 型 类 构 件 H型钢 构件 发货 H型钢梁 数控火焰切割机 数控带锯机 数控锁口机 下 料 H型钢制作流水线 H型钢加工流水线 CO2 气体保护焊接 埋弧自动焊焊接 拼 焊 外观打磨 喷砂或抛丸处理 无气喷漆 涂 装 1.3 详图设计重难点分析 详图设计各阶段, 工作重点主要在前期, 主要是依据施工蓝图建立准确的模型, 其间构造间细部 处理、构件定位、结构完整性等要素,在建模过程中,会得到进一步验证和修正。 对于具体工作内容,深化设计的重点和难点则是六大主受力构件、七大节
21、点的深化设计工作。 2. 深化设计总体思路 2.1 深化设计使用软件 由于A座金融大厦钢结构为框架 +核心筒结构体系,结合我们以往的深化工程设计经验,对于本 次钢结构项目的深化设计,采用芬兰 Tekla 公司的软件Xsteel 10.1 进行各楼层钢结构的详图设计; 深化设计重点: 1整体钢结构的建模准确度,完整性 大体量,超高建筑结构体,空间结构复杂,多种 结构,对建模质量提出很高要求。 2主要构件分段定位,对接口设计,焊缝收缩量 量化补偿 3 与现场焊接的图纸配合, 如坡口方向、连接板、 灌浆孔等。 结构节点的准确细部设计,是本工程深化设 计的难点,主要节点有:外框柱与伸臂桁架节点; 外框
22、角柱与斜支撑节点;外框中柱与斜支撑节点; 外框柱与腰桁架节点;伸臂桁架柱节点;腰桁架节 点;铸钢件节点等。 其难度主要在如何保证节点焊接与装配的可 达性,如何有效减少焊接内应力和焊接变形,对于 铸钢件则关键是其结构设计与制作的协调 深 深 化 设 计 难 点 11 采用CAD 绘图软件进行主桁架及典型节点的详图设计。 2.1.1. Xsteel深化设计软件 我公司为泰科拉软件公司的授权使用商,具体设计步骤如下: Xsteel 10.1 程序设有适合中国标准的钢结构设计环境,所有的型材规格、节点形式都是按钢结 构设计规范要求来设置,所以建模时选用的构件及截面规格严格按照原结构设计文件的要求,对于
23、非 标准的节点,也可以按要求进行自定义节点的设计。整个节点的“加装”是全参数化的。 结合各种钢结构工程特点, 该程序可以设定多用户环境, 即整个建模工作可以通过局域网由多人 分区分楼层进行,将其中的一台电脑用户设定为主服务器。由于整个深化设计使用程序来完成,钢结 构模型经过多次校对审核,若不考虑工厂加工的误差,按深化图加工制作的所有构件至现场是能够准 确无误的安装就位。对施工过程中的修改或调整,依然是根据修改或变更的内容先修改好整体模型, 然后再次运行 “重新编号” ,程序会以原来的编号继续顺延下去, 并将与之相关联的梁柱的修改以 “更 新标记”的形式出现,使修改内容一目了然,整个深化图始终保
24、持最终最新的版本。 Xsteel 10.1 环境(一) Xsteel 10.1 环境(二) 2CAD 深化设计软件 AutoCAD 是现在较为流行、使用很广的计算机辅助设计和图形处理软件。在 CAD 绘图软件的平台 上,我司根据多年从事本行业设计、施工经验自行开发了一系列详图设计辅助软件,能够自动拉伸各 种截面进行结构的整体建模;对于构件设计能够自动标注尺寸、出具详细的材料表格;对于节点设计 能够自动标注焊接形式、螺栓连接形式、统计出各零件尺寸及重量等。 本工程外框柱与伸臂桁架节点; 外框角柱与斜支撑节点; 外框中柱与斜支撑节点; 外框柱与腰桁 架节点;伸臂桁架柱节点;腰桁架节点;铸钢件节点节
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