来源:建筑钢结构网 作者:金俞槐 罗魏凌 周鸣岐 时间:2010-08-26
关键词:南京 大厦 结构
摘要：一、工程概况 南京紫峰大厦钢结构工程与鼓楼大厦相邻，位于南京市鼓楼广场西北角，东至中央路，西至北京西路，南接中山北路，是集酒店、办公于一体的超五星级建筑，总建筑面积261075m2，主楼地下4层，地上70层，标高
摘要：一、工程概况 南京紫峰大厦钢结构工程与鼓楼大厦相邻，位于南京市鼓楼广场西北角，东至中央路，西至北京西路，南接中山北路，是集酒店、办公于一体的超五星级建筑，总建筑面积261075m2，主楼地下4层，地上70层，标高
一、工程概况
南京紫峰大厦钢结构工程与鼓楼大厦相邻，位于南京市鼓楼广场西北角，东至中央路，西至北京西路，南接中山北路，是集酒店、办公于一体的超五星级建筑，总建筑面积261075m2，主楼地下4层，地上70层，标高+381.0m，屋顶天线桅杆顶标高+450m。楼层标准层高4.2m和3.8 m，局部非标准层高6m和7m，桁架层和设备层高8.4m。整个主楼结构体系采用钢框架—钢筋砼核心筒结构。外围钢框架与钢筋砼核心筒通过在10F~11F、35F~36F、60F~61F三道伸臂桁架和带状桁架与巨型核心筒连在一起，形成三道抗侧力结构。 钢结构总吨位约12000t。
二、工程特点和难点
2.1.工程特点
（1）结构超高、体量大
整个工程钢结构重量达1.2万吨，结构高度450m，俗话说：“高一分，险三分”， 结构的超高给钢结构施工带来巨大风险因素。
（2）安装精度高、影响因素多
超高层结构安装精度要求高，在施工过程中除了测量、焊接等影响安装精度的因素外，随着结构高度的升高，在季度温差、昼夜温差及因日照引起的结构温差作用下使结构的变形控制难度大增。而外围钢框架与砼核心筒之间由于不同材质产生的微小竖向变形差异，对伸臂桁架受力有较大的影响，在施工过程中不可忽视。
（3）工程组织协调复杂、裙房提前营业
为满足工程总体施工进度、内外结构的整体刚度、大型塔吊对永久结构的受力要求，砼核心筒、外围钢框架以及楼层混凝土须同钢结构的吊装顺序同步施工，并保持适当的步距。钢结构施工过程中穿插土建、设备安装、幕墙等多家施工单位，工程的总体协调管理复杂。业主要求裙房提前营业，裙房结构施工本身虽不属施工难点，但涉及在主楼施工的同时，如何统筹兼顾，提前施工完成又是本工程的一大特点。
2.2.工程难点
（1）工期紧、工作量大
为了确保总工期的顺利实现，钢结构施工的工期安排仅为18个月，钢结构总重量约1.2万吨，且高达450m，涉及70多个楼层，结构数量多、重量重，又包括了三道桁架层。
（2）现场场地狭小、环境保护要求高
由于本工程地处闹市中心，场地狭小，地下连续墙距离地铁隧道围护最大距离为10m，最小仅为8m，且工地现场多为办公室，其对钢结构施工的配套管理和现场环境保护提出了更高的要求。
（3）结构重、施工精度高
本工程钢构件重，形式多样，如何合理划分吊装单元，充分利用起重设备的性能，尽量减少高空散装和高空焊接，提高安装工效。三道桁架层结构体量大，最长的一榀为53m，最重的一榀桁架为240t，而且伸臂桁架的节点形式采用全高强螺栓连接，对钢结构安装精度提出更高的要求。
（4）超高空作业的安全操作设施
由于本工程结构超高，如何设计合理的安全操作设施，包括垂直登高、水平通道、作业平台和防坠隔离措施等是安全施工的前提和基本保证。尤其是天线桅杆安装阶段必须设计一套安全、可行、便利施工的安全操作设施。安全操作设施在保证安全可靠的同时，尚须兼顾周转便利、校正焊接等设备的搁置，超高空作业安全操作设施需改善施工人员心理状态视觉屏障和防风防雨等。
（5）焊接工艺要求高
由于本工程属于超高层钢结构，存在大量的柱与柱对接、柱与梁对接节点。钢材板厚最大达100mm，材质为A572，厚板等强对接焊，焊接要求高，焊接工作量大，焊接操作条件差。在焊接过程中选择合理的焊接手段、工艺参数和焊接工程的组织至关重要，事关结构施工质量和进度。而合理的焊接顺序对结构变形的控制亦不容忽视。
三、针对性技术措施
（1）工期紧、多台塔吊布置
为了确保施工总工期，经过多方案比较，主楼选择两台600t·m的重型塔吊，作为施工的主要机械，减少构件分段，覆盖范围广，从而提高工效。同时，能兼顾其他专业的需求，尤其是对设备安装、土建等各专业提供支持。
（2）裙房提前营业、多点多线作业
裙房面积较大，为贯彻业主意图，保证裙房提早营业，多点多线作业是必须的，为此拟投入多台施工机械作为裙房钢结构的安装，同时主楼的两台M440D塔吊兼顾裙房统筹施工。
（3）安装精度高、高精度的测量校正和定位
鉴于本工程钢结构形式特殊，安装精度要求高，尤其是桁架层安装精度，宜选择合理和可靠的高精度测量技术，包括基准控制网的设置、测量仪器的选用、测点布置、数据传递和多系统校核等。钢结构安装过程中，桁架层的安装精度提高一倍，以保证高强螺栓的穿孔率。
四、总体施工技术路线
根据本钢结构工程平立面结构设计、节点构造的特点，综合现场作业环境、工期要求、资源配置，制定本工程钢结构安装总体技术路线：两台大型内爬式塔吊覆盖主楼全范围流水搭接施工；中型塔吊、履带吊、汽车吊与大吨位塔吊共同协作进行裙房和中庭施工。即钢结构制作厂加工的钢构件按照现场实际吊装计划分批运输至施工现场，然后根据设计要求流水搭接依次施工。主楼结构部分属超高层建筑结构，其结构特点决定了采用内爬式塔吊施工的便利和快速。采用两台澳大利亚FAVCO 产M440D（600t·m）塔吊作为主楼钢结构施工的主要机械，两台M440D塔吊以主楼钢结构施工为主，兼顾钢筋砼、裙房和中庭钢结构施工，裙房和中庭钢结构施工配一台ST70/27塔吊、一台80t履带吊和一台50t履带吊进行辅助安装。
五、施工总平面布置
5.1.施工设备的选择和布置原则
根据本工程总体施工技术路线，主楼选择两台M4400D内爬塔吊进行结构安装，裙房和中庭选择一台ST70/27塔吊、一台80t履带吊和一台50t履带吊进行结构安装。主楼标准层高4.2m和3.8m，每三层爬升一次，爬距分别为12.6m和11.4m，共计爬升26次。主楼内爬塔吊的布置原则：
☆ 满足自身爬升和支附条件；
☆ 与土建提升钢模板系统相互独立并协调一致；
☆ 塔吊回转平台之间有一定的安全距离；
☆ 钢结构吊装覆盖面满足主楼钢结构吊装要求；
5.2.施工总平面布置
根据本工程钢结构的特点和现场实际环境，依据不同的施工阶段配置不等的施工机械并采取相应的支承形式。
5.2.1.主楼地下结构施工阶段
主楼地下钢结构主要包括地脚螺栓、核心筒内劲性柱和外围劲性柱，钢柱每二层为一节，构件长度12m，最大构件重量12t，采用一台布置于核心筒内的固定式M440D塔吊（600t·m）进行钢结构安装。
2）主楼地上结构施工阶段
主楼地上框架结构主要包括外围钢框架、三道伸臂桁架和带状桁架，外围框架柱每三层为一节，分段构件最长12.6m和11.4m，最大构件重量12t。桁架层高空原位拼装，分段重量控制在14.7t以内。主楼地上框架结构采用布置于核心筒内的两台内爬式M440D塔吊（600t·m）进行安装。其中1台M440D塔吊支承方式由固定式转化为内爬式，砼核心筒截面至35F~36F桁架层后开始单向收缩变化，核心筒TG轴剪力墙消失，达到36F高度后，另一台M440D塔吊布置于核心筒外，支承方式由内爬式转化为外挂内爬式，两台塔吊布置位置不变。
（3）天线桅杆施工阶段
屋顶天线桅杆包括椭圆形钢框架层、主天线、副天线，最大构件重量控制在12t以内，采用一台附着自升式M440D塔吊进行钢结构安装；
（4）裙房钢结构施工阶段
裙房钢结构主要包括裙房、中庭、宴会厅框架梁柱结构，采用布置于主楼内两台M440D塔吊、一台ST70/27塔吊、一台80t履带吊和一台50t履带吊分区域进行结构安装。
六、钢结构安装工艺
6.1.钢框架安装工艺
外围框架钢结构主要包括外围劲性柱、框架钢梁、核心筒内劲性柱。钢框架标准层高4.2m和3.8m，外围框架柱以每三层为一节，长度12.6m和11.4m，最大构件重量控制在12t之内。外围钢框架安装顺序应充分考虑在安装过程中结构（构件）的稳定，尽快形成单元刚度，确保施工阶段的及时定位和不同气候或环境条件下的结构安全。同时应兼顾焊接顺序，合理安排吊装和焊接的搭接施工。
外围钢框架安装采用节间综合安装法，即在标准节钢框架中，先选择一个节间作为标准间。安装4根钢柱后立即安装框架梁、次梁等，由下而上逐间构成空间标准间，并进行校正和固定。然后以此标准间为依靠，按规定方向进行安装，逐步扩大框架，每立2根钢柱，就安装1个节间，直至该施工层完成。钢构件随吊随运，由于现场场地十分狭小，钢构件堆场只能预留一天的余量，因此每天必须提前三天提出供货清单，当天安装完毕。
钢框架和土建混凝土同时流水搭接施工，并保持一定的步距。土建砼核心筒先行，核心筒施工领先外围钢框架6层，压型板和栓钉施工滞后钢框架3层。
6.2.桁架层安装工艺
6.2.1.桁架层体系
桁架层分布于F10~F11、F35~F36、F60~F61层，包括伸臂桁架和带状桁架，桁架层高8.4m。伸臂桁架主要包括筒内劲性伸臂桁架、筒外外挑伸臂桁架和外围框架柱，连接节点形式均采用高强螺栓连接，单榀重量约750t，最大构件重量14.7t，外围框架柱最大构件重量21.6t。带状桁架连接节点采用翼缘板焊接腹板高强螺栓连接的组合形式，单榀重量约200吨，最大构件重量10t。
6.2.2.桁架层的安装
（1）桁架层安装流程
核心筒内劲性伸臂桁架安装→外围组合框架柱安装→筒外外挑伸臂桁架安装→带状桁架安装。
在筒内劲性伸臂桁架安装之前，在核芯筒剪力墙内安装临时支撑，作为桁架的临时搁置点。由于筒内已有钢平台格构柱存在，因此不再考虑另外设置临时支撑，而是利用钢平台的格构柱作为桁架的临时搁置点。
筒内单榀劲性伸臂桁架按下弦（单件）à斜腹杆（单件）、竖向构件à上弦（单件）的顺序安装，单件构件采用M440D塔吊单机安装。
单榀伸臂桁架安装时，在竖向杆件安装好以后要立即撑好临时稳定斜撑和竖向杆件的水平连接杆，在斜腹杆安装之前要设置临时稳定杆件。相邻两榀桁架安装就位后在桁架上弦杆间安装水平剪刀支撑。高强螺栓终固过程中，用水准仪和经纬仪进行标高和轴线监测，发生偏差及时校正。劲性伸臂桁架按照设计连接终固后立即提交监理验收，验收合格后进行混凝土浇筑。
外围组合柱从大底板延续上来，随同外围钢框架结构一起向上进行安装。由于桁架层外围组合柱需同时与伸臂桁架和带状桁架相连，因此对桁架层的外围组合柱安装精度要求更高，为了控制桁架层安装精度，在进行桁架层安装前提前两节进行标高、轴线和垂直度的调整，使钢柱安装精度控制在1/2000的高精度范围内。
筒外外挑伸臂桁架用于连接核芯筒内劲性伸臂桁架和外围组合框架柱，是整个桁架钢结构安装的关键工艺。该部分结构安装精度要求高、难度大，考虑到砼核心筒和外围钢框架结构由于两种材料压缩量的不同而引起的竖向变形差异，外挑伸臂桁架节点形式采用φ39大六角高强螺栓群与φ150销轴进行可靠连接，安装间隙仅为2mm，伸臂桁架构件出厂前都必须进行预拼装，经由业主、监理、总包组成的质量验收组检查合格后，方可交付现场安装。筒外外挑伸臂桁架采用组合节点形式，使之能够产生微小转动而减少由于竖向变形差异引起的附加应力。因此筒外外挑伸臂桁架必须考虑二次终固，即10F~11F外挑伸臂桁架终固待35F~36F桁架层初安装完后进行。
带状桁架按下弦杆à斜腹杆、竖向构件à上弦杆的顺序进行安装，整个桁架层安装完成后进行带状桁架焊接，带状桁架焊接顺序原则为：从中间向两边，逐步扩展；事先估算，作好局部预变形；相邻柱，错开施焊。
6.3.天线桅杆安装工艺
6.3.1.天线桅杆体系
天线桅杆结构主要包括椭圆形钢框架和主副天线。钢材材质为Q345C，主天线钢管直径φ2700变化至φ800，壁厚由50mm变化至20mm，副天线钢管直径φ600，壁厚20mm。天线桅杆从标高+305.33m起始，顶标高为+450m，天线桅杆高度144.67m。构件分段最大重量控制12t以内。
6.3.2.天线桅杆安装
屋顶天线桅杆采用一台附着自升M440D塔吊进行结构安装。M440D塔吊底部支承在F63层的搁置钢梁上，上部附着H型剪力墙。
关键工序控制要求：
（1）测量校正
A. 外壁定位线：在每段桅杆上、下端作2根通过圆心的垂直相交线，把垂直相交线两端的4个点定位在每段桅杆的外壁上，作好样眼标记。再用角尺划出定位线，并做好醒目三角标识。
B. 标高、位移控制：每段钢桅杆安装时，必须按照定位标识，对桅杆作初次位移校正，然后按照设计标高，调整桅杆上、下段的间隙，将间隙控制在6毫米左右，最后利用临时安装板在完成桅杆位移终调。桅杆位移终调时，要求上、下4根定位线中至少有2根重叠，位移控制偏差为2毫米。
C. 对垂直偏差的修正，可采用螺旋千斤顶作微调即可完成垂直度的校正。在桅杆垂直偏差修正中，通过观测站天顶仪窥视镜中观测的3个点必须在同一条线上。
（2）登高及操作安全措施
由于天线桅杆顶相对主楼楼层顶仍有144.67m之高，需要在适当标高处设置支撑钢平台，使得安全操作脚手搭设高度降低至规范允许范围内，上部安全操作脚手支承在钢平台及结构顶面上，同时在分段桅杆对接位置设置依附于桅杆的安全操作平台。高空附着式钢平台还具有人员登高歇步，外立面围护过渡，供夹具短期保管，材料临时堆放及废弃物清理集散等功能。
（3）超高空焊接工艺
由于天线桅杆位于主楼屋顶处，结构超高，钢管φ2000×50~φ600×20不等，钢材材质为Q345C，高空焊接工作量大，现场焊接采用CO2气体保护焊进行对称施焊，并作好高空防风措施，严格控制焊接质量和焊接变形，及时进行焊缝的无损检测。
七、实施效果
（1）目前紫峰大厦混凝土核心筒已施工至15F，外围10F~11F第一道桁架已施工完成，节点高强螺栓群穿孔率100%，焊缝质量一次探伤合格，桁架层的安装质量已通过监理验收。
（2）本工程施工塔吊布置充分利用建筑结构作为塔吊安全与稳定的依靠，简化塔吊固定、爬升、附着自升式的施工技术措施。塔吊在各个施工阶段的支承形式多样化，有效地解决了整个钢结构施工阶段的吊装难题，大大加快了现场的施工进度和安装质量。
（3）对地处南京闹市中心、现场场地狭小、钢结构体量大的钢结构工程，采取合理的施工技术路线，因地制宜布置施工机械，有利于多个作业面展开，提高安装工率，保证总体施工进度，同时保证了裙房的提早营业。
（4）钢结构深化设计预先控制，将深化设计、加工制作与现场施工有机结合，充分考虑施工过程中的结构稳定，为现场吊装提供便利。
