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上海環球金融中心超高層（492米）復雜體系巨型鋼結構安裝成套技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:35:06 [收藏]
1、成果的主要用途、技術原理
    1、成果的主要用途、技術原理
    　　上海環球金融中心位于上海市浦東新區陸家嘴金融貿易區Z4-1街區，北臨世紀大道，西面與金茂大廈相鄰，主樓地上101層，裙房地上5層，地下3層，總建筑面積381600m2 ，建筑高度492米，是目前國內最高的超高層建筑。
    　　因上海環球金融中心的高度（492米）以及其使用的功能的多樣性，造成施工過程出現大量技術難點，如建筑四角巨型鋼柱的施工、跨越十個樓層的巨型斜撐施工、與核心筒相連的巨型伸臂桁架施工、核心筒結構不斷變化相應內部巨型鋼結構施工、在施工過程中克服樓體晃擺對測量的影響及運用GPRS技術進行測量定位控制、位于85層的空中游泳池、88-91層的高跨大斜度帶狀桁架、90層阻尼器安裝、91層巨型多分支鑄鋼件、94層的空中偏跨觀光大廳、96層塔吊外移和高空拆除、100層的觀光天閣，101層巨型倒梯形桁架、ROOF層偏心擦窗機天軌、遠程驗收技術等等均具有極大的施工挑戰性。
    　　通過對上海環球金融中心超高層（492米）復雜體系巨型鋼結構安裝成套技術總結與研究，為今后類似工程實施提供借鑒。
    　　本工程鋼結構安裝以1臺150噸履帶吊、1臺M440D塔吊和2臺M900D塔吊作為主要吊裝設備。對重量較大的巨型結構構件主要采用高空散件原位安裝技術，少量超重構件采用雙機抬吊的安裝技術，部分構件地面組裝后分片吊裝；對重量較輕的樓層鋼梁采用一機多吊的安裝技術；頂部鋼結構采用胎架支撐、高空原位拼裝等安裝技術。

    　　2、關鍵技術和創新點
    　　（1）巨型結構安裝技術
    　　地下室巨型柱分為兩段，由150噸履帶吊和M440D塔吊進行安裝。
    　　地上部分巨型柱在標準樓層每3層一節，在設備/避難層2層一節，主要由M900D塔吊進行安裝。
    　　帶狀桁架主要根據運輸及吊車性能的限制進行分段，并考慮盡量減少高空現場焊接作業量，將所有桁架的腹桿和立桿全部分割為散件（見下圖帶狀桁架分段示意圖）。在安裝時利用原有結構設置臨時支撐架，按照先下弦、然后立柱及腹桿、最后安裝上弦的順序進行安裝，在帶狀桁架整體校正合格后開始焊接。


    　　巨型斜撐在下部1層一節，上部2層一節，由M900D塔吊進行安裝，安裝時需要設置臨時支撐，并通過臨時纜風繩固定，防止其水平分力影響周邊構件。
    　　周邊小立柱根據帶狀桁架和巨型斜撐的位置進行分段，重量較小，一般約2層高度一節。
    　　伸臂桁架上下弦及斜腹桿均為散件安裝。其中上下弦安裝校正合格后即進行焊接連接，斜腹桿先采用臨時接頭連接，在核心筒和外筒的變形差異穩定后正式焊接連接。
    　　（2） 核心筒鋼結構安裝技術
    　　本工程中部核心筒分為下、中、上三個部分，各部分核心筒的截面形狀并不相同，在57～61層和79層核心筒的截面發生了兩次變化，在外形突變的部位通過設置轉換桁架進行轉換。中部核心筒79層以下主要為勁性鋼筋混凝土結構，在有伸臂桁架的部位，核心筒剪力墻內埋有3層高的周邊桁架。

    　　79層以上的核心筒全部為鋼骨勁性混凝土結構，核心筒剪力墻內的鋼骨架為型鋼組成的桁架核心筒內埋勁性鋼骨柱分為每2層一節，由M900D塔吊及M440D塔吊進行安裝；核心筒內埋桁架根據吊車起重性能及運輸限制分段安裝。
    　　樓層鋼梁主要采用一機多吊的方式散件安裝；核心筒內樓層立柱每2層一節，由M900D塔吊及M440D塔吊進行安裝。


    　　（3） 頂部結構施工技術
    　　頂部鋼結構兩側的構件采用M900D塔吊安裝，傾斜構件以臨時支撐桿件固定，中部跨度達58米的觀光天閣結構在塔吊移位到塔樓外側之后，從96層開始搭設支撐胎架后開始安裝（見上圖頂部結構安裝示意圖）。

    　　（4） 焊接施工技術
    　　本工程現場焊接主要采用CO2氣體保護焊和手工電弧焊焊接工藝，CO2氣體保護焊用在巨型結構、轉換桁架等焊接工作量大、工期要求緊的部位，手工電弧焊主要用在構件臨時固定，焊接位置較困難的部位。
    由于本工程的鋼材（40mm以上鋼板）主要采用進口鋼材，在施工前根據JGJ81-2002的要求進行焊接工藝評定試驗，并安排焊工在現場進行有針對性的實際培訓，讓焊工熟悉本工程的焊接特點，提高焊縫的一次探傷合格率。
    CO2氣體保護焊對防護的要求較高，按照規定在風速超過2米/秒時，應采取良好的防風措施，防止焊縫產生氣孔。遇有雨天一般需要停止施工，若因進度要求需趕工時，除局部加熱和防風外，還必須采取有效的防雨措施后才能施工。對于厚板焊接，嚴格按照工藝評定的參數進行焊前預熱、層溫控制和焊后后熱及保溫處理。
    　　（4） 測量控制技術
    　　鋼結構測量分平面、高程控制兩部分，總體思路：平面控制點使用激光鉛直儀向上傳遞，高程控制點使用鋼卷尺分段向上量距，每次傳遞的點位經自檢閉合，施工過程中用GPS復測控制點。
    　　1)平面控制網根據不同的施工階段，點位布置略有調整，主樓平面控制網考慮核心筒內、核心筒外、核心筒爬模施工三部分，各部分點位可獨立使用，也可相互換算聯測。
    　　2)平面控制點使用激光鉛直儀垂直向上投遞，每隔85～100米遷移一次，在F60、F79隨著核心墻位置變化作點位平移，激光傳遞的點位在樓層組成多邊形，具有閉合復測條件。
    　　3)高程控制點用計量檢測過的50米鋼卷尺分段向上量測，分三處傳遞高程，在核心墻三面建立標志點，以此作為上部結構高程控制依據，三點之間相互復測閉合。
    　　4)鋼結構與土建、設備安裝、室內外裝修等專業使用的平面、高程控制網相同。

    　　（5） 安全控制與管理
    　　本工程結構形式復雜、超高空作業風大、潮濕、溫度低，而且工期要求非常緊，從開工到結構完成的時間跨度大，安全管理工作異常繁重。工程伊始，即制定了詳細的安全施工規劃綱要，建立了完善的安全管理組織體系，形成了縱向到底、橫向到邊，覆蓋所有參與施工作業和管理人員的安全生產管理網絡，人人簽定崗位安全生產責任狀，使各級部門、每位員工都明確自己的安全責任，知道安全生產的重要性。
    　　由于鋼結構安裝作業環境復雜，工序繁多，如吊裝、測量、校正、高強螺栓安裝、焊接、壓型鋼板鋪設等作業，而且作業面廣、點位多、上下立體交叉作業的現象較為頻繁，員工大部分時間在高空鋼柱、鋼梁上通行、停留、操作，稍有操作不當或防墜措施不到位的現象，極易發生高空墜物、墜人的事故，針對這危險因素，根據現場作業環境的特點從立面、平面設置了一系列的防護措施：在立面設置了兩道挑網，并隨鋼結構施工逐步向上轉移；在平面上待樓層鋼梁局部形成平面框架后，用網眼為3CM左右大小的水平安全網將樓層封閉，為其它作業人員提供了第二道防墜落措施，也大大減小了垂直交叉作業時小型物件墜落而發生的傷人事故；在巨型柱、頂部結構等凌空作業部位，設置專門的安全保護措施。
    　　對于雙機抬吊等危險性較大的作業，要求提前編制專項實施方案，對參與作業的塔吊司機、吊裝指揮、起重工、輔助人員等進行詳細的書面交底，在正式抬吊前，先進行模擬抬吊然后才實施。
    　　對所有鋼結構施工作業人員，特別是安全意識比較差的新進場人員，項目部采用了點面結合的安全生產宣教培訓體系，從思想上提高全員安全意識和自防、自救能力，并展開消防及高處墜落演練，應急救援醫療知識培訓。項目部充分利用開展講座、安全圖片展、發放安全知識手冊、安全知識競賽、考試等等各種形式的培訓，提高員工的安全意識和應急處置能力。
    　　（6） 質量管理
    　　在本工程鋼結構施工過程中，除了嚴格控制普通高層施工過程容易發生的質量通病外，還將以下兩方面作為質量管理的重點：
    　　1）建筑物的垂直度和平面扭轉偏差
    　　軸線控制點投遞到上部樓層后，組成平面多邊形，進行多邊形角度和邊長圖形條件閉合檢測，通過自檢進行誤差調整，提高平面控制網經傳遞后的測量精度。
    　　平面控制點經自檢并進行誤差調整后，采用3臺套的GPS定位儀組成測量控制網對控制點的三維坐標再次復測核實，以確保控制點的定位精度。
    　　2）現場焊接質量
    　　焊接工序是本工程結構施工的一道關鍵工序，其質量的好壞直接影響到工程的質量，從目前鋼結構施工所發生的事故分析看，大多在焊縫及熱影響區。為保證現場焊接質量，從工藝制訂、材料采購、資源配置、焊接、檢驗等方面加大管理和監控的力度。在控制現場焊接質量的過程中，始終貫徹“在原材料檢驗合格的前提下，由合格的焊工按照合格的焊接工藝施工”的原則，切實保證現場焊接的質量。

    　　（7） 新技術應用
    　　施工技術的進步離不開技術創新和先進技術的引進，在本工程鋼結構安裝過程中，先后從日本引進了多項新技術，并在工程施工中加以應用。
    　　（8） 三維測量軟件和鋼柱快速校正夾具的運用
    　　本工程施工過程中工期方面的壓力一直很大，為提高工作效率，項目部從日本清水建設引進了三維測量軟件和鋼柱快速校正夾具。與以往國內的常規做法比較，采用此項新技術后測量結果可以直接在現場顯示，可以實時指導校正作業，明顯提高了現場作業效率并可以大量節約勞動力，具有較好的經濟效益。
    　　（9） 遠程驗收系統的應用
    　　遠程驗收系統是一個多用途系統，在本工程中主要作為鋼結構施工遠程質量驗收用途，該系統是一個集視頻采集設備、網絡傳輸、視頻控制、表格處理、圖檔處理和文件資料處理的整合系統，該系統具有以下優點：
    　　1）能滿足多部門遠距離協同驗收的需要
    　　2）能對幾百米高度處的施工情況進行遠程驗收。
    　　3）可以實現文件記錄電子化，并可信息共享。
    　　4）在對幾百米高度處驗收時，減少了驗收人員上下的時間，提高了驗收人員的安全保障程度。


    　　國內：通過對檢出文獻進行對比分析，目前國內高層建筑的相關研究和施工方法比較多，但均未涉及中建三局股份鋼結構公司在上海環球中心實施的鋼結構施工技術：選用最大起重量為64T的內爬式塔吊作為鋼結構吊裝設備；采用遠程視頻驗收系統進行驗收；安裝風阻尼器來提高大樓抗風、抗震能力；在247.550標高處核心筒墻體轉換位置懸挑長度6.515米、懸挑重量160噸；屋面觀光天閣桁架重量達900噸，跨度58米，頂面標高492米；鋼件共有12個不同方向分肢接頭，工廠制作預先對接一段，現場安裝接頭全部實現精確連接的安裝方法；鋼結構施工采用三維坐標測量軟件和鋼柱接頭采用連接夾具。
    　　綜上所說，在所查文獻范圍內未發現與本課題“上海環球金融中心鋼結構施工技術”查新點相同的公開文獻報道。
    　　4、已應用、推廣情況及推廣前景
    　　上海環球金融中心超高層（492米）鋼結構安裝工程，高度空前，鋼結構體量大，結構形式復雜，工期緊。通過精心策劃和科學管理，有針對性地選用大量成熟的施工工藝，其中頂部結構用胎架將兩側連為一體，既確保了結構安裝精度，又作為桁架安裝的臨時支撐，施工措施合理、安全可靠。施工中使用了多項新技術、新機具，現場一級焊縫一次焊接合格率達98.6%，頂面最大偏差15(X)～26(Y)mm，施工過程無一例重大傷亡事故發生，實現了對業主有關質量、工期、安全的承諾，積累了寶貴的施工技術經驗，為企業創造了一定的經濟效益和顯著的社會效益。這一舉世矚目的標志性建筑，為上海和世界人民增添了一道壯麗的人文景觀，譜寫了我國建筑業的新高度。
    　　5、經濟及社會效益情況
    　　經濟效益情況：
    　　該項目鋼結構工程總投資23500萬元，施工過程中追加工作量及采用新技術等新增產值約1000萬元。
    社會效益：
    　　本工程作為國內最高的建筑，施工技術難度大、工期緊、質量要求高、安全防護任務重。在施工過程中通過精心組織施工、采取技術攻關措施、積極引進先進設備和施工技術，在916天時間內，順利完成了主樓鋼結構的施工，并且施工過程無一例重大安全事故、建筑垂直度偏差僅32.8mm、170萬延長米焊縫一次探傷合格率為98.60%。將我國超高層鋼結構的安裝技術推向了一個新的高度，證明中國施工企業完全有能力建造世界頂級摩天大樓。同時，為企業培養了一批超高層鋼結構施工的技術與管理人才，對整個建筑行業的進步起到了積極的促進作用。這一舉世矚目的標志性建筑，為上海和世界人民增添了一道壯麗的人文景觀，譜寫了我國建筑業的新高度。
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