第13章钢结构工程.docx

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1、第13章 钢结构工程第1节 钢结构工程概况及特点13.1.1 钢结构工程结构体系概述及分布介绍1、钢结构工程结构体系概述及整体分布本工程钢结构主要分布在地下室、地上塔楼、塔冠等三个部分，如图13-1-1。塔冠地上塔楼地下室图13-1-1“春笋”钢结构整体分布图地下室共四层，采用“框架”体系；地上塔楼外筒66层，主体结构高度331.5米，塔尖高度400米，为“密柱框架+核心筒”抗侧力体系，外筒由56根钢柱组成，钢柱最大截面尺寸在结构底部为750830X755mm，柱间距为2.4m到3.8m，建筑高宽比约为5.5。核心筒底部尺寸约为30mX30m，核心筒自下向上逐渐缩进。塔冠从主结构屋顶331.5

2、m始至400m，高度达68.5m，结构设计采用纯钢的双层网格结构，并通过每个一定高度设置的内环桁架以增加结构的整体面外稳定性能，在378.8m的BMU空间以上，由于空间较小，锥顶适于幕墙龙骨结构配套设计。2、钢结构立面分布a、钢结构立面整体介绍表13-1-1 塔楼钢结构立面整体分布表区域钢构件类型立面分布范围塔楼外筒十字形钢骨柱B4L1层梯形钢骨柱L1L66层周边钢梁L2L66层辐射钢梁L2L66层组合压型钢楼板L2L66层核心筒剪力墙内设H型钢骨柱B4L50层剪力墙内设王字型钢骨柱B4L16层剪力墙内设异型钢骨柱L1L3塔冠外层斜交网格钢骨柱L66层楼面400.00m内层竖向拉杆L66层楼面

3、372.00m环向桁架、钢梁L66层楼面394.500mBMU平台钢梁368.80m；372.00m；378.80m；390.00mb、钢结构立面分布介绍、塔楼外筒表13-1-2 塔楼外筒钢结构立面分布外筒立面B4L1层为地下结构，外筒十字形钢骨柱垂直于地面，柱间距6.735m；自L1层楼面开始到L5层楼面，为塔楼低区斜交网格，外筒结构平面呈圆形，圆形直径由60.152m向外逐渐扩大至63.896m，外筒柱也逐渐向外侧倾斜，从L5层楼面开始外筒柱开始加密，柱间距由6.735m加密至3.583m；自L5层楼面开始到L24层楼面，为塔楼中区密柱框架结构，外筒结构平面呈圆形，圆形直径由63.152m

4、向外逐渐扩大至67.563mm，外筒柱也逐渐向外侧倾斜，柱间距由3.583m逐渐扩大至3.788m；自L24层楼面开始到L52层楼面，为塔楼中区密柱框架结构，外筒结构平面呈圆形，圆形直径由67.563m逐渐向内收缩至55.365m，外筒柱也逐渐向内侧倾斜，柱间距由3.788m逐渐收缩至1.552m；自L52层楼面开始到L66层楼面，为塔楼高区斜交网格，外筒结构平面呈圆形，圆形直径由55.365m向内逐渐收缩至34.825m，外筒柱也逐渐向内侧倾斜，从L52层楼面开始外筒柱开始变疏，柱间距由1.552m增加至3.899m+331.450m到+400.000 m为塔冠钢结构；塔冠、塔楼核心筒表13

5、-1-3 塔楼核心筒钢结构立面分布核心筒B4到L50层为混凝土剪力墙结构，剪力墙均垂直于地面；剪力墙内设型钢柱范围为B4层L49层。剪力墙内设型钢柱核心筒剪力墙13-113、钢结构平面分布a、塔楼地下室钢结构主要有外筒十字型钢骨柱及核心筒剪力墙内设型钢柱，结构范围为B4L1层，分布如下：表13-1-4 塔楼地下室钢结构平面分布外筒十字型钢骨柱剪力墙内设型钢柱核心筒剪力墙 外筒十字型钢骨柱（共28支）剪力墙型钢柱（外墙） 剪力墙型钢柱（内墙）塔楼地下室B4L1层钢结构平面分布b、塔楼地上钢结构包括外筒梯型钢骨柱、外筒楼面钢梁和核心筒钢骨柱等，结构范围为L2层L66层，分布如下：表13-1-5塔楼

6、地上低区斜交网格钢结构平面分布外筒周边钢梁外筒梯型钢骨柱核心筒混凝土剪力墙混凝土剪力墙内型钢柱外筒辐射钢梁外筒梯型钢骨柱（共28支）外筒周边钢梁 外筒辐射钢梁剪力墙型钢柱（外墙） 剪力墙型钢柱（内墙）塔楼地上低区斜交网格钢结构平面分布（L2层）表13-1-6塔楼地上中区密柱标准层钢结构平面分布外筒周边钢梁外筒辐射钢梁混凝土剪力墙内型钢柱核心筒混凝土剪力墙外筒梯型钢骨柱外筒梯型钢骨柱（共56支）外筒周边钢梁 外筒辐射钢梁剪力墙型钢柱（外墙） 剪力墙型钢柱（内墙）塔楼地上中区密柱框架标准层钢结构平面分布（L23、L24层）表13-1-7塔楼地上高区斜交网格钢结构平面分布外筒周边钢梁外筒梯型钢骨柱外

7、筒辐射钢梁核心筒混凝土剪力墙外筒梯型钢骨柱（共28支）外筒周边钢梁 外筒辐射钢梁塔楼地上高区斜交网格钢结构平面分布（L61层）13.1.2 钢结构材料1、钢材的技术要求a、钢材材料要求本工程钢材设计材质主要包括：Q235B、Q345B、Q345GJC、Q390GJC等，除工程图中明确注明者外，依据不同厚度和使用部位，结构钢材牌号和等级应符合下表要求：表13-1-8 钢结构材料材质、Z向性能要求结构部位结构类型钢材牌号等级冲击韧性Z向性能温度（）冲击力（J）15t40（mm）40t60（mm）60t80（mm）80t1640225205120406021520011560100215190110

8、Q345163453101804001635335295170355032526515550100305250145Q390163453502054151635335335190355032531518050100315295170Q345GJ163453101804201635345310180355033530017550100325290170Q390GJ163903552054351635390355205355038034520050100370335190Q420GJ164203802204501635420380220355041037021050100400360205c、交货

9、状态要求当钢板厚度40mm时采用热轧状态交货；当钢板厚度40mm且80mm时，要求采用正火状态交货；当钢板厚度80mm时，要求采用TMCP状态交货；对于有Z向性能要求的钢板应逐张进行超声波检验，检验方法按厚钢板超声波检验方法（GB/T2970-2004）的规定，其检验级别按级。2、钢材特点a、材料等级高：本工程结构材料普遍为Q345GJC，在重要结构部位，如低区斜交网格等区域使用了更高等级的Q390GJC材料；b、截面形式多样：本工程构件截面形式多样，有梯形、H型、圆管和圆棒等截面形式；13.1.3 钢结构构件截面1、外筒a、地下室十字形钢骨柱表13-1-10 地下室十字形柱截面使用部位B4L

10、1层楼面截面形式材质Q390GJC-Z25b、外筒梯形钢骨柱表13-1-11外筒梯形柱截面使用部位截面型号截面形式材质截面尺寸L1L3层楼面GZ2Q390GJC-Z25A: 550615x695x60B: 450507x665x60L3L4层楼面GZ3Q390GJC-Z25A: 450507x665x60B: 400454x650x60GZ3aQ390GJC-Z15A: 450507x665x55B: 400454x650x55L4L5层楼面GZ4Q390GJC-Z25A: 400454x650x60B: 350400x635x60GZ4aQ390GJC-Z15A: 400454x650x55

11、B: 350400x635x55L5L7层楼面GZ5cQ390GJC-Z25350400x635x60L7L12层楼面GZ5bQ345GJC-Z25350400x635x60L12L21层楼面L24L26层楼面GZ5aQ345GJC-Z15350400x635x55L21L24层楼面GZ5Q345GJC-Z15350400x635x50L26L49层楼面GZ7Q345GJC-Z15300400x520x40L49L65层楼面GZ9Q345GJC300400x480x30L65L66层楼面GZ9aQ390GJC300400x480x35c、外筒周边钢梁截面形式表13-1-12外筒周边钢梁截面构件

12、类型楼层范围L2、L23、L24、L47、L48、L6266层L3L5、L1822、L25、L4961层L6L10层L11L17层L25层楼面-4500mm、L2746层、L49层楼面-4500mmL25M层L26层外筒周边钢梁截面型号GL1aGL1bGL1cGL1dGL1gGL1eGL1截面形式材质Q345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345B截面参数700x300x12x25600x300x12x25700x350x20x50 700x300x20x50550x300x12x25300x400x20x20700x300x16x36d、外筒辐射钢梁截面形式表13-1-

13、13外筒辐射钢梁截面构件类型楼层范围L2、L24、L48层L312、L1422、L2635、L3746层L13、L23、L36、L47、L49层L25层L5055、L62、L6466层L5661层L63层外筒辐射钢梁截面型号GL10GL2GL13GL3GL12GL7GL16截面形式材质Q345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345BQ345B截面参数H 700x300x20x40H 550x300x10x20HN 700x300x12x20H 550x300x20x30HN 500x200x11x19HN 500x200x10x16H 600x300x12x202、核心筒核心筒剪力

14、墙内嵌钢骨柱截面形式表13-1-14核心筒剪力墙内设钢骨柱截面构件类型核心筒剪力墙外墙核心筒剪力墙内墙内设型钢柱类型A内设型钢柱类型C内设型钢柱类型B截面形式使用范围B4L50层L1L3层B4L16层材质Q345GJCQ345GJCQ345GJC截面参数H DBtwtfH DBtwtfH DBtwtf3、塔冠结构a、塔冠外层斜交网格钢骨柱截面表13-1-15塔冠外层斜交网格钢骨柱截面使用部位截面型号截面形式材质截面参数L66层楼面354.000mGZ15Q345GJC351X16GZ10Q345GJCI350x250x9x14354.00m372.000mGZ13Q345GJC273x16GZ

15、10Q345GJCI350x250x9x14372.00378.80mGZ12Q345GJC194x10378.80m400.00mGZ14Q345GJC89x5GZ10Q345GJCI350x250x9x14b、塔冠内层竖向拉杆截面表13-1-16 塔冠内层竖向拉杆截面使用部位截面型号截面形式材质截面参数L66层楼面340.500mGZ17Q345GJC30340.50m372.00mGZ16Q345GJC50c、塔冠内层环向桁架截面表13-1-17塔冠内层环向桁架截面使用部位截面型号截面形式材质截面参数L66层楼面367.500mGL8Q345BHM 200x150x6x9GL9Q345B

16、HM 150x100x6x9GL17Q345B114x8GL18Q345B89x5372.00mGL19Q345BHN 588x300x12x20378.80mGL21Q345BHN 350x350x12x19385.50m、390.00mGL17Q345B114x8394.50mGL22Q345BHN 150x150x7x10d、塔冠BMU平台钢梁截面表13-1-18塔冠BMU平台钢梁截面使用部位截面型号截面形式材质截面参数368.80mGL8Q345BHM 200x150x6x9372.00mGL19Q345BHN 588x300x12x20378.80mGL20Q345BHN 582x3

17、00x12x17390.00mGL18Q345B89x5第2节 钢结构工程施工组织13.2.1 钢结构整体施工顺序图13-2-1 钢结构整体安装顺序根据本工程钢结构施工特点，钢结构施工主要分为以下几个阶段：1、地下室施工阶段：地下室钢结构施工内容为核心筒钢骨柱和外框筒钢骨柱，使用地下室阶段的1#、2#、3#塔吊进行安装。由于是地下室塔吊起重性能有限，且所有钢骨柱截面较小并均需要外包混凝土，因此现场安装时钢骨柱领先混凝土施工面12层，核心筒略领先于外框钢骨柱安装。地下室钢构件数量较少，施工进度慢，构件进场后分散在已完成混凝土浇筑的各个施工面进行堆放。平面布置详见“P2.1、P2.2”2、地上施工

18、阶段：地上钢结构施工内容为核心筒钢骨柱和外框架钢结构。施工时核心筒先行，外框架紧跟，始终落后核心筒68层，钢结构焊接完成后，压型钢板紧随其后，落后钢结构23层。钢构件安装全部使用4#、5#、6#塔吊进行安装，所有钢构件由4#塔吊完成卸车后吊运至主楼西侧和东南侧的钢构件集中堆放区，后根据施工分区情况由各自区域的塔吊负责安装就位。平面布置详见“P3、P4”3、锥顶结构施工阶段：此时仅保留一台4#塔吊用于锥顶结构安装，地面布置一辆25t汽车吊配合吊装单元地面组装，钢构件堆放及组装场地集中于主楼南侧。平面布置详见“P5.1”。13.2.2 钢结构施工分区主楼钢结构施工整体分为核心筒和外框两个施工分区，

19、其中核心筒为一个独立分区（A区），在核心筒混钢筋绑扎前进行安装；外框紧随核心筒爬模进行安装，并细分为4个二级分区，其中B1、B2、B3区依次流水安装，安装高度保持一致，B4区构件在外附着塔吊后平衡臂覆盖范围内，安装时落后于其他三个分区约3层。B4区M220DB3区M220DA区M220DB1区M220DB2区M220D图13-2-2 平面施工分区13.3.3钢结构安装施工流程图13-2-3 钢结构安装施工流程第3节 钢结构施工技术13.3.1 钢结构技术难点及解决措施表13-3-1 钢结构技术难点及解决措施统计表序号技术难点内容技术难点分析技术难点解决措施1斜交网格安装技术低区和高区存在的两部

20、分斜交网格分别向外和向内倾斜，最大倾角达12，且在立面内双向交叉，多数构件双向倾斜，交叉节点构造复杂，重量大。仔细分析斜交网格的构造特点，合理分段，控制构件尺寸与构件重量；根据分段形式编制安全高效的安装顺序，安装倾斜构件时使用多台塔吊协调配合吊装，每根钢柱吊装就位后立即使用另外一台塔吊安装与钢柱相邻的周边钢梁和平面钢梁，待形成稳定框架后方可摘钩。2锥顶结构安装技术L66层以上高达68.5m的锥顶结构形式复杂，构件数量大，杆件截面小，且竖向杆件全部向内倾斜，而锥顶结构内部中空，安装难度巨大。在详尽分析锥顶结构的特点后决定采用所有构件散件进场，在地面拼装成稳固的吊装单元后整体吊装的吊装方法；锥顶结

21、构吊装时使用外附着的ZSL1250塔吊，塔吊起重性能充足，吊装单元数量控制在47个，大大减少了高空安装件数；单元吊装时在锥顶结构内部设置临时钢支架用于抵消倾斜单元的倾覆力矩，确保安装过程安全。3厚板焊接技术本工程在外框柱L49层以下大量使用40mm以上厚度钢板，钢板材质最高为Q390GJC且均有Z向性能要求，厚板焊接无论从操作难度、焊接量、焊缝残余应力控制难度大。优化现场焊接节点和焊接顺序，采用高效的焊接方法，并选择优秀焊工进行实际操作，严格执行厚板多层多道焊接工艺，加大焊接过程的质量控制，确保焊接质量良好。13.3.2 主要钢构件分节及吊重验算1、分段分节原则图13-3-1 分段分节原则2、

22、塔吊起重能力分析本工程地下室阶段钢结构需要使用平臂塔吊进行安装，1#、2#、3#塔吊起重性能分布如下，其中所有钢构件均在塔吊的6t吊重范围之内，绝大部分在塔吊的8t吊重范围之内： 图13-3-2 地下室塔吊6t吊重覆盖范围 图13-3-3 地下室塔吊8t吊重覆盖范围外框地上L1L66层主要使用4#、5#、6#三台大型动臂塔吊，其15t吊重能够覆盖全部主楼结构，绝大部分构件在塔吊25t吊重范围内，具体范围如下：25tM220D25tM220D15tM220D25tM220D15tM220D图13-3-4 外框地上塔吊吊重覆盖范围锥顶结构施工时只保留4#塔吊，锥顶结构全部在4#塔吊15t覆盖范围内

23、，具体范围如下：15tM220D25tM220D25tM220D15tM220D图13-3-5 锥顶施工时塔吊吊重覆盖范围13-443、核心筒钢柱分段核心筒钢骨柱变化较多，为便于说明构件分段，将核心筒钢骨柱根据所在位置进行重新编号，编号如下表所示：表13-3-2 核心筒钢骨柱编号B4L1层L2L50层各位置编号的钢骨柱分段时，分段标高控制在楼板标高向上1.1m处，分段重量如下：表13-3-3 核心筒钢骨柱分段重量（XGZ1XGZ17b）节次分布层构件编号及重量（t）XGZ1XGZ1aXGZ1bXGZ2XGZ3XGZ4XGZ5XGZ6XGZ7XGZ8XGZ9XGZ10XGZ10aXGZ11XGZ

24、12XGZ13XGZ14XGZ15XGZ16XGZ17XGZ17aXGZ17bT1B4B21.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.731.73T2B2B1M2.022.022.022.022.022.022.022.022.022.022.022.022.022.022.022.022.02T3-1B1ML11.951.953.813.813.812.412.412.415.225.215.213.356.604.564.561.951.95T3-2L13.20T4-1L11.952.155.155.155.1

25、53.123.123.036.926.727.414.422.105.985.982.151.95T4-2L1L26.05T5L2L32.382.382.183.943.933.933.933.933.322.046.252.044.334.931.781.782.132.332.33T6L3L56.016.016.013.933.933.933.933.933.374.864.864.863.373.342.802.805.665.515.51T7L5L75.465.465.463.933.633.633.933.633.374.864.864.862.213.341.991.995.664

26、.464.46T8L7L91.501.501.502.551.501.502.421.503.324.864.864.861.503.341.501.503.072.622.62T9L9L111.501.501.501.501.501.501.501.501.504.864.864.861.503.341.501.501.501.501.50T10L11L131.501.501.501.501.501.501.501.501.504.864.864.861.503.341.501.501.501.501.50T11L13L151.501.501.502.062.062.062.062.062.

27、064.864.864.862.063.412.062.061.501.501.50T12L15L171.211.211.212.482.482.483.731.211.211.37T13L17L191.031.031.031.031.031.033.731.031.031.03T14L19L211.031.031.031.031.031.033.731.031.031.03T15L21L231.121.121.121.121.121.124.041.121.121.12T16L23L251.541.541.541.541.541.545.591.541.541.54T17L25L261.20

28、1.201.201.201.201.204.511.201.201.20T18L26L280.820.820.821.012.041.003.781.001.001.00T19L28L300.820.820.820.820.820.822.730.820.820.82T20L30L320.8190.8190.8190.8190.820.822.730.820.820.82T21L32L340.8190.8190.8190.8190.820.822.730.820.820.82T22L34L360.8190.8190.8190.8190.820.822.730.820.820.82T23L36L

29、380.8060.8060.8060.8061.540.812.730.810.810.81T24L38L400.7110.7110.7110.7110.720.722.730.720.720.72T25L40L420.7110.7110.7110.7110.720.722.730.720.720.72T26L42L440.7110.7110.7110.7110.720.721.480.720.720.72T27L44L460.7110.7110.7110.7110.720.720.720.720.720.72T28L46L480.7700.7700.7700.7700.770.770.770

30、.770.770.77T29L48L501.0981.0981.0981.0981.101.101.101.101.101.10表13-3-4 核心筒钢骨柱分段重量（XGZ18XGZ33）节次分布层构件编号及重量（t）XGZ18XGZ19XGZ20XGZ21XGZ22XGZ23XGZ24XGZ25XGZ25aXGZ26XGZ26aXGZ27XGZ28XGZ29XGZ30XGZ31XGZ32aXGZ32bXGZ32cXGZ32dXGZ32eXGZ32fXGZ33T1B4B21.731.731.731.734.154.151.731.731.732.601.731.731.731.733.203.

31、203.203.203.203.202.0T2B2B1M2.022.022.022.024.844.842.022.022.023.032.022.022.022.023.733.733.733.734.884.883.05T3B1ML11.954.104.104.104.674.671.951.951.952.934.864.863.811.954.544.544.544.54T4L1L22.155.315.315.315.145.152.151.952.153.236.426.425.082.155.495.495.495.49T5L2L32.131.741.741.643.933.931

32、.922.121.922.461.641.643.292.184.074.074.074.07T6L3L55.512.322.321.623.933.933.933.933.934.412.461.621.622.736.003.213.213.213.21T7L5L74.461.641.641.502.422.423.933.933.933.932.461.501.502.405.463.083.083.083.08T8L7L92.621.641.641.501.501.502.422.422.422.421.861.501.504.821.502.182.182.182.18T9L9L11

33、1.501.641.641.501.501.501.501.501.501.501.501.501.504.651.502.182.182.182.18T10L11L131.501.641.641.501.501.501.501.501.501.501.501.501.504.301.502.182.182.182.18T11L13L151.502.262.262.062.062.061.501.501.501.502.062.062.065.011.503.003.003.003.00T12L15L171.211.210.901.211.214.191.21T13L17L191.031.031.031.031.033.451.03T14L19L211.031.031.031.031.033.451.03T15L21L231.121.121.121.121.123.451.12T16L23L251.541.541.541.541.543.451.54