蘭云睆，郭家寶，崔海新

(中建三局第二建設(shè)工程有限責任公司，湖北 武漢 430074)

0 引言

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，桁架結(jié)構(gòu)體系可有效降低建筑結(jié)構(gòu)用鋼量，同時增強外框與核心筒整體性，提高建筑結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定性。偏心桁架的桁架鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中心線與核心筒剪力墻中心線不在同一豎向平面內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量大、截面厚度大、高空吊裝定位難、鋼混節(jié)點復(fù)雜等特點，故提出適用于超高層建筑偏心桁架的施工技術(shù)。為解決上述問題，結(jié)合北京麗澤E06項目偏心桁架施工問題，提出偏心桁架施工技術(shù)，從而解決偏心桁架在深化、吊裝、定位、焊接、節(jié)點施工等環(huán)節(jié)中的技術(shù)難題。

1 工程概況

麗澤E06項目位于北京市豐臺區(qū)金融商務(wù)區(qū)，總占地面積約2.5萬m2，總建筑面積約15.6萬m2，地下4層，地上43層，建筑高度201m。該工程西立面自12～43層以7.038°斜向收縮，核心筒受外框建筑造型影響，分別于24，35層呈階梯狀收縮，并在2處樓層分別設(shè)置2道偏心伸臂桁架，以加強核心筒和外框架的連接剛度及穩(wěn)定性。

2 偏心桁架結(jié)構(gòu)特點

偏心桁架位于塔樓23層西側(cè)，桁架上下弦桿均為H型鋼構(gòu)件，最大截面尺寸為H900×850×100×100，斜腹桿為箱形構(gòu)件，最大截面尺寸為□800×600×80×80，構(gòu)件最大板厚100mm，材質(zhì)為Q390C。

該桁架與核心筒剪力墻位置相對偏心，上下弦桿西側(cè)1/10部分位于混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)部，剪力墻內(nèi)支撐桁架鋼柱在本層通過變截面形式與桁架連接。偏心式伸臂桁架布置形式如圖1所示。

圖1 偏心式伸臂桁架平面布置

3 施工重難點分析

1)桁架安裝 吊裝核心筒偏心桁架時超偏心，且桁架均為超厚板，構(gòu)件質(zhì)量大，需合理分段施工，本項目在偏心桁架深化設(shè)計、安裝定位及穩(wěn)定性控制、桁架厚板焊接及節(jié)點監(jiān)測分析等方面具有較大難度。

2)鋼筋綁扎 偏心桁架貫穿整個核心筒，局部與核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)相互重合形成整體。因核心筒剪力墻中的鋼筋排布密集，桁架鋼構(gòu)件與鋼筋相互影響，阻礙鋼筋連接，所以解決桁架與鋼筋在節(jié)點處的沖突碰撞，成為桁架層順利完成結(jié)構(gòu)整體施工的關(guān)鍵。

3)爬模施工 核心筒結(jié)構(gòu)使用爬模進行施工，偏心伸臂桁架在核心筒內(nèi)安裝完成后，需伸出結(jié)構(gòu)一部分，以便與外框結(jié)構(gòu)相連，外伸牛腿超出混凝土面800mm，導致爬模無法正常爬升。

4 施工工藝流程

桁架施工順序以主體結(jié)構(gòu)施工為基準，首先安裝核心筒內(nèi)桁架。核心筒內(nèi)偏心桁架安裝如圖2所示。

圖2 核心筒內(nèi)偏心桁架安裝

核心筒內(nèi)偏心桁架安裝完成后，測量放線復(fù)核尺寸。依據(jù)復(fù)核后的尺寸，深化設(shè)計調(diào)整外框桁架尺寸。核心筒外偏心桁架安裝如圖3所示。

圖3 核心筒外偏心桁架安裝

5 關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 BIM深化施工技術(shù)

項目深化設(shè)計團隊運用MIDAS，Tekla，Autodesk，PKPM等軟件，通過BIM技術(shù)，根據(jù)設(shè)計提供的伸臂桁架布置、截面尺寸、節(jié)點構(gòu)造及有關(guān)數(shù)據(jù)和技術(shù)要求，按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范及圖集要求，完善各構(gòu)件構(gòu)造及節(jié)點，建立完整的桁架模型，對模型進行模擬施工，預(yù)處理施工專業(yè)交叉及復(fù)雜節(jié)點，以排查可能出現(xiàn)的施工問題，找出最優(yōu)解決方案，進而指導鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋加工制作、分段分片。分段施工如圖4所示。

圖4 核心筒桁架分段施工

5.2 偏心桁架定位及穩(wěn)定性控制技術(shù)

為保證桁架定位準確、具有可靠的穩(wěn)定性，采用雙夾板臨時固定加輔助支撐的方式施工。在桁架操作層混凝土結(jié)構(gòu)施工前設(shè)置預(yù)埋件，預(yù)埋件中心與桁架牛腿中線對齊，設(shè)置于桁架分節(jié)連接處，當混凝土強度達到設(shè)計要求后吊裝桁架構(gòu)件。

在桁架立柱底部設(shè)置雙夾板，吊裝后通過雙夾板與下層鋼柱連接，同時利用可調(diào)試工字鋼立柱(ZC5)與預(yù)埋件焊接，上端與桁架立柱牛腿端部頂緊，利用水準儀和全站儀通過千斤頂及纜風繩調(diào)整桁架鋼立柱高度、垂直度及平面位置。

矯正完鋼立柱后立即焊接固定臨時支撐，然后安裝下弦桿。下弦桿由兩側(cè)向中間安裝，即首先安裝鋼立柱牛腿相連部位，然后安裝中間段，最后安裝斜腹桿，完成上弦桿安裝。核心筒內(nèi)桁架安裝后順次安裝外框桁架，下弦桿支撐如圖5所示。

圖5 下弦桿支撐

5.3 超高層厚板焊接施工技術(shù)

1)增加約束條件 對稱布置4組水平向連接馬板作為臨時固定，在腹板內(nèi)側(cè)設(shè)置2塊20mm厚連接板，以控制側(cè)向變形及橫向收縮量。

2)焊前準備 搭設(shè)腳手架操作平臺，焊接防風防雨棚，清洗打磨焊縫坡口，貼緊母材加設(shè)襯墊板，按要求組對引入板、引出板，并做好焊前檢查記錄。

3)焊前預(yù)熱 為使焊道周圍熱源分布均勻合理，防止母材層狀撕裂和焊縫冷裂紋，焊前應(yīng)進行預(yù)熱。預(yù)熱區(qū)域在焊縫兩側(cè)，寬度為焊接厚度2倍以上，將氧氣加乙炔火焰加熱至120～150℃，加熱停止后用紅外線測溫儀測溫。

4)焊接控制 采用半自動焊絲二氧化碳氣體保護焊，將2條立焊縫同時對稱施焊，每條焊縫各由2名焊工上下分片施焊，采取焊工輪換、焊機不停、連續(xù)作業(yè)的方式，直至整條焊縫完成焊接。

5)后熱保溫 焊接完畢后清理焊縫表面，同時用火焰自上向下進行后熱。構(gòu)件焊縫每側(cè)加熱寬度范圍至少為鋼板厚度的2倍，且≥200mm。后熱溫度達到150℃后，使用石棉布貼緊進行包裹保溫，在防風防雨棚內(nèi)緩慢冷卻至常溫，并于48h后進行無損檢測。

5.4 先鉸后剛節(jié)點監(jiān)測技術(shù)

因結(jié)構(gòu)施工過程中，核心筒內(nèi)外產(chǎn)生不均勻沉降，為防止桁架內(nèi)力過大，在核心筒內(nèi)桁架與外桁架交界處的節(jié)點焊縫采用馬板進行臨時固定，并監(jiān)測內(nèi)外桁架沉降差值，待結(jié)構(gòu)封頂，且連續(xù)5次觀測沉降差值趨于穩(wěn)定后，即可焊接焊口。焊接前，通過馬板連接螺栓釋放桁架內(nèi)力后，可進行焊接作業(yè)。

5.5 偏心桁架層爬模施工技術(shù)

因偏心桁架牛腿伸出核心筒混凝土結(jié)構(gòu)，導致爬模爬升受阻，因此設(shè)計爬模對應(yīng)部位平臺時，應(yīng)在牛腿部位采用翻板形式進行安裝。當牛腿通過架體時，可打開翻板使爬架順利通過，待該層爬架通過牛腿后，恢復(fù)翻板仍舊形成水平防護。

翻板部位爬架水平支撐龍骨因牛腿外伸長度不同進行不同程度地切割，因此爬架設(shè)計過程中需加強設(shè)計，保證爬架整體穩(wěn)定及安全。

5.6 偏心桁架鋼筋深化技術(shù)

為解決偏心桁架與鋼筋排布相互影響及碰撞問題，利用CAD三維繪圖功能，按1∶1建立偏心桁架三維模型，同時進行三維鋼筋翻樣，并整合桁架模型與鋼筋模型，形成偏心桁架與鋼筋組合模型。

桁架四周不同類型的鋼筋使用不同顏色進行標注，該模型表現(xiàn)梁柱節(jié)點等鋼筋密集部位，調(diào)整鋼筋與桁架相互沖突部位，從而便于選擇鋼筋與桁架科學的連接方式，同時個別部位可協(xié)同設(shè)計方優(yōu)化鋼筋排布。

利用三維方式直觀展示桁架鋼筋綁扎方案，效果良好。

6 結(jié)語

北京麗澤E06項目總結(jié)核心筒大截面偏心桁架技術(shù)難點，通過BIM軟件深化、土建與鋼結(jié)構(gòu)深化整合、厚板焊接及節(jié)點監(jiān)測等技術(shù)解決超高層偏心桁架結(jié)構(gòu)施工難題，在保證各項施工步驟順利的前提下，節(jié)約工期、提高質(zhì)量，同時降低施工成本，確保安裝過程的科學性和合理性。