中國在建第一高樓的施工技藝

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     中國在建第一高樓，深圳平安金融中心項(xiàng)目地處深圳市福田區(qū)商業(yè)中心區(qū)地段，該項(xiàng)目總高度660米，地下5層、地上118層，建筑面積達(dá)49萬平方米，總用鋼量達(dá)10萬噸，建成后將成為“中國第一、世界第二高樓。”該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)工程于2012年5月24日正式開吊，其主體結(jié)構(gòu)采用“巨型框架-核心筒-外伸臂”結(jié)構(gòu)，工程由中國建筑一局(集團(tuán))有限公司總承包、中建鋼構(gòu)有限公司承擔(dān)鋼結(jié)構(gòu)安裝，平安金融中心從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到施工技術(shù)等方面有不少的難點(diǎn)。
    支撐“平安”的八根定樓“神針”
     平安項(xiàng)目的外框共有八根巨型鋼柱，均勻分布于建筑周圍，巨柱從地下室一直貫通至地上550米標(biāo)高，整體高度達(dá)580米，猶如八根擎天巨柱支撐起整棟大樓的重量和豎向荷載，成為定“樓”神針。每根580米長的巨柱在工廠要拆分為112節(jié)單獨(dú)制作，在施工現(xiàn)場逐節(jié)安裝。巨柱最大截面長5.5米，寬2.3米，最大重量的單節(jié)巨柱達(dá)115噸，構(gòu)造十分復(fù)雜。這樣超重異型的大構(gòu)件如何保證準(zhǔn)確、安全吊裝是施工過程的一大難題。中建鋼構(gòu)項(xiàng)目部集思廣益，反復(fù)斟酌吊裝方法，通過實(shí)體模型進(jìn)行安裝模擬，最終確立了雙機(jī)抬吊協(xié)同作業(yè)，巧設(shè)臨時(shí)措施保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，嚴(yán)抓測量環(huán)節(jié)控制安裝誤差等方法順利完成了安裝任務(wù)，大力推進(jìn)了施工進(jìn)度。
    拔高“平安”的四支“鐵臂”
     目前在深圳平安項(xiàng)目使用的兩臺ZSL2700重型動臂式塔吊和兩臺M1280D重型動臂式塔吊，均為國內(nèi)最大型號動臂式塔吊，每臺塔吊起重臂長60米，最大起重量100噸，塔吊自重440噸。因施工需要，4臺塔吊均采用核心筒附墻外爬形式布置，需安裝支承系統(tǒng)承擔(dān)荷載及維持穩(wěn)定，這種布置形式在國內(nèi)工程施工應(yīng)用中十分罕見，在結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)造、墻體附著節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面難度非常之大。
     據(jù)負(fù)責(zé)支承系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中建鋼構(gòu)技術(shù)人員介紹說，在設(shè)計(jì)過程中模擬安裝工況并采用有限元模型進(jìn)行仿真計(jì)算，合理設(shè)置施工荷載、工況。此外，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合加工工藝，對結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了修改加強(qiáng)，確保設(shè)計(jì)的合理性及安全性。在加工制作過程中，對支承系統(tǒng)的銷軸、絲桿等構(gòu)件按機(jī)械制作行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施精加工。該支承系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)和運(yùn)用為項(xiàng)目4臺塔吊的頂升做好了關(guān)鍵性技術(shù)準(zhǔn)備，為中國第一高樓的長高提供堅(jiān)實(shí)保障。
    穩(wěn)固“平安”的七條“金腰帶”
     在超高層建筑的施工過程中，桁架層的安裝歷來是重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于其在結(jié)構(gòu)加固及抗側(cè)力方面起到的關(guān)鍵作用，又被譽(yù)為超高層建筑的“金腰帶”。平安項(xiàng)目共有7條這樣的“金腰帶”連成一體。項(xiàng)目目前完成了第二道桁架層的安裝，其三層桁架的結(jié)構(gòu)形式，給現(xiàn)場施工帶來了極大的困難。
     第二道桁架為首道伸臂桁架，位于25到27層，由四面共16榀帶狀桁架、16榀角桁架與16榀內(nèi)外伸臂桁架以及8根外框巨柱合圍而成，總用鋼量達(dá)5538噸。其安裝難度從首吊中可窺一斑：首個(gè)桁架下弦由兩片長度分別為10米和20米的構(gòu)件焊接組成，焊接板厚達(dá)80毫米，總重量達(dá)106噸，采用雙機(jī)抬吊法，由兩臺國內(nèi)最大塔吊同時(shí)協(xié)調(diào)，確保安裝的順利進(jìn)行。
     據(jù)現(xiàn)場技術(shù)人員介紹，安裝取得勝利源于兩個(gè)方面的突破。一為吊裝：即構(gòu)件重量大，不規(guī)則構(gòu)件多。第二道桁架層施工吊裝次數(shù)達(dá)646次，其中超70噸的超重構(gòu)件吊裝便有24次；此外，K形，T形，L形等多牛腿復(fù)雜桁架量大，復(fù)雜節(jié)點(diǎn)多，多種桿件安裝就位困難。二為質(zhì)量：即高空作業(yè)難，焊縫質(zhì)量把關(guān)難。第二道桁架層施工在110米的高處進(jìn)行，多種異型構(gòu)件安裝控制難度大；同時(shí)，焊縫接口眾多，伸臂桁架處最大焊接板厚達(dá)120毫米，高空施焊難度大，焊縫質(zhì)量難以保證。
     面對困難，項(xiàng)目技術(shù)部成立專項(xiàng)小組，從計(jì)劃編制，施工部署，結(jié)構(gòu)計(jì)算，模擬仿真等方面多次協(xié)調(diào)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終確定安裝方案。針對吊裝難題，設(shè)計(jì)預(yù)起拱，巧搭支撐胎架，確保安裝過程穩(wěn)定，精確。針對復(fù)雜構(gòu)件，采取地面拼接，整體吊裝的方法，分片，分桿件，多種拼裝方法并施；針對焊接質(zhì)量難題，在進(jìn)行多次焊接實(shí)驗(yàn)后，總結(jié)方法，合理安排焊接次序，提高質(zhì)量、安全性，保證了施工的順利進(jìn)行。
    保障“平安”的三條巧計(jì)
     平安金融中心作為中國在建第一高樓，其建筑難度自非比尋常。針對現(xiàn)場施工難點(diǎn)，項(xiàng)目技術(shù)部設(shè)三條巧計(jì)，力克國內(nèi)三大焊接技術(shù)難題，為拔高平安保駕護(hù)航。
     第一計(jì)，挑戰(zhàn)“國內(nèi)第一立焊”。 平安金融中心建筑外框由八根巨柱構(gòu)成，其中第5節(jié)巨柱長達(dá)16.33米，需采用立焊方式進(jìn)行現(xiàn)場拼裝焊接，立焊區(qū)板厚65毫米，于每側(cè)8人共計(jì)16名焊工進(jìn)行二氧化碳保護(hù)焊對稱等速施焊。由于立焊區(qū)長度大、構(gòu)件厚、高空作業(yè)環(huán)境惡劣，進(jìn)行全熔透一級單面坡口焊接，焊接時(shí)極易使熱源分布不均勻，產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力引起層狀撕裂和焊接變形，而且立焊長度長又導(dǎo)致焊接段之間的銜接與過渡較多易引起外觀及內(nèi)部缺陷。
     現(xiàn)場技術(shù)人員積極協(xié)調(diào)施焊條件，認(rèn)真策劃專項(xiàng)技術(shù)措施和作業(yè)指導(dǎo)書并交底到所有施焊工人，焊接全程監(jiān)控，嚴(yán)格控制每一道焊接工序、焊接電流和焊接速度，確保焊前預(yù)熱、焊后保溫、防風(fēng)擋雨等措施的有效實(shí)施。此外，為做到萬無一失，平安項(xiàng)目采取了在焊縫兩側(cè)中間區(qū)域每2米、兩端1米區(qū)域以每50厘米加一塊“T”型加勁板的方法，起到了良好的效果。最終，重重困難得到克服，不僅焊接外觀得到業(yè)主認(rèn)可，而且首次UT探傷合格率達(dá)到98%以上，有效地保證了后續(xù)吊裝及土建施工的順利開展。
     第二計(jì)，攻克“國內(nèi)第一厚焊”。平安金融中心整體結(jié)構(gòu)為“巨型框架-核心筒-外伸臂”抗側(cè)力體系，其中外框架由巨型柱、帶狀桁架、巨型斜撐、V型支撐及樓層鋼梁構(gòu)成受力結(jié)構(gòu)。鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)在V型支撐交點(diǎn)處，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用。鑄鋼件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量最大達(dá)150噸，需分段吊裝，焊接厚度更是史上空前，局部達(dá)到300毫米，在國內(nèi)施工現(xiàn)場運(yùn)用來看實(shí)屬罕見，堪稱“國內(nèi)第一厚焊”。焊接在約50米的高空進(jìn)行，深圳夏季多變的天氣及鑄鋼件本身組織不均勻等諸多因素給現(xiàn)場施焊帶來巨大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)場技術(shù)人員積極營造施工條件，多次研討專項(xiàng)施工方案、對焊接人員進(jìn)行交底，實(shí)際操作前進(jìn)行模擬焊接試驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)為避免重復(fù)多次加熱冷卻再加熱影響母材質(zhì)量，技術(shù)人員采取12人三班倒作業(yè)、24小時(shí)連續(xù)焊接，全焊段盡可能保持連續(xù)施焊，避免多次熄弧、起弧，嚴(yán)格控制每一道焊接工序、焊接電流和焊接速度，做到焊前預(yù)熱、焊后保溫、防風(fēng)擋雨，確保了焊接質(zhì)量。歷經(jīng)一個(gè)多月的艱苦作業(yè)，深圳平安金融中心終于克服重重困難圓滿完成所有鑄鋼件節(jié)點(diǎn)的安裝，成功挑戰(zhàn)“國內(nèi)第一厚焊”這一國內(nèi)性技術(shù)難題。
     第三計(jì)，力拿“國內(nèi)第一仰焊”。 第二道桁架層存在伸臂桁架，作為核心筒與外框之間的連接件，對整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要，需采用仰焊施工。本次仰焊施工位于130米高空，厚度更是達(dá)到120毫米，由單人進(jìn)行單面全熔透一級V形坡口焊，在施工過程中，極易出現(xiàn)熔池金屬下墜、背部缺陷、正面焊瘤等問題，施工難度堪稱全國第一。在整個(gè)項(xiàng)目工程中，如此大規(guī)模、高難度的仰焊施工也僅此一例。據(jù)悉，此次施工在厚度、難度上已全面打破由國家體育場“鳥巢”項(xiàng)目保持的80毫米厚底板仰焊焊接紀(jì)錄。
     針對此重大施工難題，項(xiàng)目部經(jīng)過月余綢繆，從焊絲挑選、工藝評定、模擬實(shí)驗(yàn)等方面認(rèn)真策劃，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，多方面協(xié)調(diào)改善施焊條件，并嚴(yán)格控制每一道焊縫焊接參數(shù)，達(dá)到焊接過程全程監(jiān)控，確保焊接質(zhì)量保障措施得到有效執(zhí)行。