超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构施工技术

1、作者：江湖笑笑生目 录1绪论11.1选题背景11.2国内外研究现状11.3本文研究的内容和目标41.3.1研究目标41.3.2研究与开发的主要内容42高位下承上挂复杂钢结构施工技术分析42.1高位下承上挂复杂钢结构施工技术论述42.2高位下承上挂复杂钢结构施工的优势63高位下承上挂复杂钢结构施工发展的重点领域103.1施工流程简介103.2施工模拟分析104关于高位下承上挂复杂钢结构连接施工技术144.1箱形柱焊接144.2H型钢梁焊接155高位下承上挂复杂钢结构力学分析245.1高位下承上挂复杂钢结构的应用245.2相关控制技术266结论261绪论1.1选题背景选题背景对于涉及重大公共安全的钢结构，深入分析健康监测资料，以确保超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构施工安全，从而实现钢结构安全施工是一项重要工作。对特定于超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构施工来说，我国目前无论在理论上还是在评估的方法上均还有待系统性的研究，在钢结构健康监测系统的研究开发中还处于基础性的探索阶段对超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构在使用年限内工作特性的变化缺乏全面深入地研究，因此就该领域还未建立客观统一的规范标准，

2、行业内施工技术轻分析的现象还较为严重。基于这样的研究背景，本文在对影响超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构安全的各因素特点进行充分考虑和分析的基础上，以结构安全状况反映在各性态指标上的祸合作用为核心思想，透彻分析研究超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构施工技术。首先通过对特定于超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构范畴内的预警评估进行深入挖掘，其中上挂下承结构是一种次结构内同一根柱上段受拉下段受压的结构形式，可有效降低下部转换结构的负荷，但其施工过程较为复杂，其中后装段卸载是实现上部结构悬挂的关键。随后，依托工程逐步成型的上挂下承结构后装段，从卸载主动控制目标确定、精度可调的同步卸载装置设计、卸载工艺流程以及卸载过程中的数据监控等方面进行卸载主动控制技术的研究。详细论述了在超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构范畴内具体的施工技术及后装段主动控制技术，建立了利用监控系统进行钢结构后装段卸载施工技术的的步骤和流程，以实现对钢结构进行安全施工，最后落实到具体大跨度钢结构的实际监测中，通过定量化的分析评价，证明本文所述方法是适用于钢结构这种结构形式特点的，是合理可行的。1.2国内外研究现状空间结构在过去的三四十

3、年建设过程中得到了迅速的推广与应用，一方面，是因为社会发展和工程建设的需要，尤其是大中型体育馆、文化展览等公用型建筑。另一方面，也是因为国内外众多空间结构相关从业人员对于网架结构形式、受力性能、施工技术、监控技术创新等领域的研究与进展。因此，当前国内外对于大跨度空间钢结构的研究和施工技术相对比较完善，一座座大型的大跨度空间结构在国内外先后落成，无论是结构设计还是施工方法，都取得了令世人欣喜的成果。我国第一幢平板式网架结构是1964年建成的上海师范学院球类房屋盖，自此空间网架结构就迅速应用到众多体育建筑、大型会展建筑、影视剧院、大型工业厂房等。结构形式、设计方法、施工技术各方面都异常丰富起来，时至今日，我国成了名副其实的空间网架结构建筑大国与强国。国内众多典型的空间结构绝大多数是借助一系列国家或国际性的赛事与社会发展需要为契机建成的。1990年第十一届亚运会就在北京举行，各项赛事对于场地的需要，我国先后新建了13座大型的体育场馆这其中几乎全部都采用了空间网架结构。同样是在北京，2008年奥运会的成功举办背后更是涌现了一大批代表世界空间结构设计建造技术水平的工程建筑，其中北京奥林匹克体育中

4、心“鸟巢”和奥运游泳馆“水立方”更是成为大跨度空间钢结构领域世界性的代表建筑。伴随着全国各省、市、县对于大型体育场馆的需求，各类大大小小的空间钢结构形式的体育馆更是层出不穷。大跨度空间结构除了应用于体育场馆的建设中，各类会展中心、演出剧院、机场机库厂房、大型的综合办公大楼等也是主要应用的领域。诸如深圳市会展中心、上海大剧院、首都国际机场A380机库、央视CCTV总部大楼等见图1-1。图1-1国内典型大跨度空间结构大跨度空间结构除了在国内得到了广泛推广应用之外，在国外尤其以欧美和亚洲等相关国家也相继建成了若干典型代表性的工程结构。制定标准单元、定型节点、并按照各式规格在工场批量生产，成为他们发展的趋势。国外空间结构体系主要包括：英国的NODUSSPACE-DECK体系，法国的UNIBAT体系、SPHEROBA体系，德国的MERO体系、KRUPPMONTAL体系，加拿大的TRI-ODETIC体系，日本的DAIMOND体系、NS体系，澳大利亚的HARLEY体系，俄罗斯的嵌楔式体系等。大跨度空间结构施工全过程的模拟和监测，在国内涌现了一大批高质量、大工程、高技术的项目成果，其中钱稼茹在北京大学

5、体育馆屋盖施工模拟与监测一文中，介绍了北京大学体育馆钢结构屋盖施工模拟和施工过程健康监测，通过精细化的有限元施工过程模拟分析为整个结构安装过程及卸载方案提供了理论依据，取得了良好的经济效益，施工结果良好；类似成果还包括张瑾屏大跨度体育馆钢结构施工技术、王大伟深圳大运中心主体育馆钢屋盖施工技术、伍小平国家体育大剧院壳体施工全过程模拟分析、郭彦林大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法等；在累积滑移施工方法在大跨度空间结构应用领域，几乎都是从结构实际现场环境、结构特点、施工工艺、经济效益等因素出发来综合研究，最后确定与大跨度空间结构相适应的累积滑移施工法技术方案，所形成的成果可为类似结构再施工提供良好的参考与借鉴价值；典型成果包括赵英泰现代空间钢结构高空滑移法施工技术、李昱五棵松体育馆整体累积滑移技术、周观根钢结构滑移施工技术研究及工程应用、张创一上海世博主题馆钢结构屋架累积滑移安装技术等。1.3本文研究的内容和目标1.3.1研究目标总结出超高层建筑高位下承上挂复杂钢结构施工技术的施工工艺、误差控制、监控分析，提出从设计、材料、施工三个方面控制。1.3.2研究与开发的主要内容介绍屋盖网架结构构

6、型、屋盖安装方案优选、累积滑移施工方法详细施工过程以及屋盖安装完成后整体卸载方法研究等内容，同时结合施工方法与施工现场场地分布情况制定了对应的监控系统。采用MIDAS/GEN完成对施工全过程各施工工况力学模型的建立与分析，详细罗列了安装阶段各支座反力、各杆件稳定性、轴向应力、竖向挠度，以及卸载阶段各杆件应力、竖向挠度等关键控制量有限元法计算结果。详细罗列了屋盖安装阶段累积滑移过程与卸载阶段施工各个工况下，监测系统内所选择的杆件应力及各点竖向挠度结果，逐项对监测结果与有限元计算结果做了折线图对比分析。本次屋盖结构施工过程的力学分析、施工模拟、施工监控进行了归纳总结，提出在大跨度空间结构的施工和监控中仍需进一步钻研和探讨的问题。2高位下承上挂复杂钢结构施工技术分析2.1高位下承上挂复杂钢结构施工技术论述随着我国城市化进程不断发展，基础设施尤其以公共建筑建设需求也会更加迫切起来，而公共建筑建设中又以大跨度空间网架结构居多，这也直接导致当下对于大跨度空间网架结构的安装及卸载等施工方法的研究与改进就显得更有现实意义。本文以霍邱体育馆屋盖“累积滑移”安装施工法和“分级分阶段”卸载施工法的实际工程为

7、背景，详细阐述了该工程施工方法、施工过程计算模拟、施工监控等。由本论文的研究工作，可得如下具体结论：（1）从霍邱体育馆屋盖结构施工监控结果来看，“累积滑移法”对于类似大跨度空间结构的安装阶段是个不错的选择，同时“分级分阶段”卸载方法也是本文一大亮点，屋盖卸载过程高效准确得以实施，文中的卸载工况划分、卸载过程场地布置、监控系统的制定对于同类型的空间结构卸载施工都具有借鉴意义。（2）整体而言，屋面各测点有限元法理论计算值与监控状态下的实际受力状态以及竖向位移挠度值都大体吻合较好，但也存在一定的偏差。分析产生误差的可能原因如下：有限元计算过程屋盖有限元计算模型里的约束情况、所加载荷情况均存在差异；实际监测过程中传感器测点位置忽略了弯矩和轴力在杆件表面综合作用产生的复杂应力状态；另外，有限元计算过程中也并未考虑温度因素对实际结构受力状态的影响。（3）通过计算分析本次屋盖空间结构施工全过程中各支撑点反力、各杆件最大应力、各构件稳定性、屋盖各节点竖向位移均满足设计和施工要求。尤其是屋盖网架结构使用阶段竖向挠度仅为30mm很好的满足设计和使用允许挠度围值，说明施工方案的科学性与监控系统的合理性。（4

8、）通过的屋盖结构对称节点竖向挠度的监控，两处竖向位移最大差值为14mm，很好的说明屋盖结构在整个卸载过程对称性保持良好，卸载过程满足施工工艺和结构构型的要求。在超高层建筑钢结构预埋件安装的过程中，需要做好以下几个方面的工作，第一，必须要做好预埋锚栓的轴线处理。在钢结构施工的过程中，埋设精度对于工程后期的施工以及整个项目工程的质量都是有着非常重要的影响的，因此在进行钢柱的吊装工作前，必须要做好相关的检测工作，确保正常后方可进行后续施工。第二，进行安全检查。在预埋件安装的过程中，一旦地脚锚栓出现故障，就必须要做好校正或是更换工作，防止对后期的施工造成影响，同时也需要做好螺纹的检查工作，对于出现损伤的螺牙也要按照技术规范进行处理，以此来对锚栓进行妥善的保护。第三，进行标高垫块的妥善安置。在开展混凝土的浇灌工作之前，需要采用焊接的方式来对标高垫块进行固定，保障后期施工的顺利开展。第四，进行标高的调整。施工人员需要对垫块进行妥善的应用，采用多次操作的方式可以有效的进行标高的调整。将四组垫块均匀的放置在钢柱的底部，这样就实现了调整标高工作的最基础动作；待到钢柱被放置在施工规定的区域后，就可以开展后

9、续的进一步调整，直至与施工设计要求的位置一致后，方可进行其他垫块的布置工作。第五，做好分析工作。在预埋件安装的过程中，如果未能按照施工要求进行混凝土材料的浇筑以及振捣措施等工作，都是会导致锚栓的位置出现一定的偏差。施工人员一定要进行妥善的分析，确保减少混凝土浇筑过程中的流动现象，以免引起锚栓出现偏移。在开展混凝土的振捣工作时，也需要确保钢筋不能够与振捣器产生直接的接触，防止锚栓跑位。想要有效的提升钢柱安装工程的质量，施工人员还必须要采用有效的手段来做好钢柱垂直度以及标高的控制工作。施工人员在吊起第一节钢柱后，柱脚与地脚螺栓间会产生一定的距离差，在这个过程中，施工人员进行扶正柱脚，确保安装孔对准螺栓。待到钢柱平稳的落到制定位置后，施工人员进行精度的调整工作，如果出现了较小的误差，待拧紧螺栓后，施工人员可以借助经纬仪和千斤顶来做最后的调整工作。施工人员需要根据钢柱施工的实际情况，进行垫块的调整工作，并做好地脚螺栓的拧紧处理。待到确定钢柱位置处于施工设定的位置，施工质量也达到行业规范后，即可以地脚螺栓的位置作为主要的参考开展柱脚的固定以及钢板的定位工作。开展第二节钢柱的安装工作，其施工流程及技术方法与第一节钢柱施工基本一致，需要注意的是，一定要对调节丝杠进行妥善的处理，做好钢柱高度以及垂直度的调整工作。此外还需要注意两节钢柱焊接处的各项要求等符合行业规范以及本次施工的要求，做好楼层标高的控制工作。2.2高位下承上挂复杂钢结构施工的优势（1）体育馆现已竣工并投入了正常使用，但是屋盖结构监控工作不能就此中断，尤其是屋盖桁架结构的应力状况或竖向挠度监控对于诊断并实时掌握屋盖的健康状况有重要的参考价值。（2）传统大跨度空间结构的设计、施工和监控分析，包括：静力分析、抗震分析、稳定性、温度作用分析、弹塑性分析以及节点分析。本文中体育馆屋盖空间网架结构施工过程所建立的有限元模拟分析，是基于自重荷载作用下的结果，对于实际施工过程中环境状态下风荷载、温度载荷等并未考虑。尽管针对此类空间网架

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