来源:建筑钢结构网 作者: 时间:2009-12-22
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摘要：1、成果的主要用途、技术原理
摘要：1、成果的主要用途、技术原理
1、成果的主要用途、技术原理
上海环球金融中心位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易区Z4-1街区，北临世纪大道，西面与金茂大厦相邻，主楼地上101层，裙房地上5层，地下3层，总建筑面积381600m2 ，建筑高度492米，是目前国内最高的超高层建筑。
因上海环球金融中心的高度（492米）以及其使用的功能的多样性，造成施工过程出现大量技术难点，如建筑四角巨型钢柱的施工、跨越十个楼层的巨型斜撑施工、与核心筒相连的巨型伸臂桁架施工、核心筒结构不断变化相应内部巨型钢结构施工、在施工过程中克服楼体晃摆对测量的影响及运用GPRS技术进行测量定位控制、位于85层的空中游泳池、88-91层的高跨大斜度带状桁架、90层阻尼器安装、91层巨型多分支铸钢件、94层的空中偏跨观光大厅、96层塔吊外移和高空拆除、100层的观光天阁，101层巨型倒梯形桁架、ROOF层偏心擦窗机天轨、远程验收技术等等均具有极大的施工挑战性。
通过对上海环球金融中心超高层（492米）复杂体系巨型钢结构安装成套技术总结与研究，为今后类似工程实施提供借鉴。
本工程钢结构安装以1台150吨履带吊、1台M440D塔吊和2台M900D塔吊作为主要吊装设备。对重量较大的巨型结构构件主要采用高空散件原位安装技术，少量超重构件采用双机抬吊的安装技术，部分构件地面组装后分片吊装；对重量较轻的楼层钢梁采用一机多吊的安装技术；顶部钢结构采用胎架支撑、高空原位拼装等安装技术。
2、关键技术和创新点
（1）巨型结构安装技术
地下室巨型柱分为两段，由150吨履带吊和M440D塔吊进行安装。
地上部分巨型柱在标准楼层每3层一节，在设备/避难层2层一节，主要由M900D塔吊进行安装。
带状桁架主要根据运输及吊车性能的限制进行分段，并考虑尽量减少高空现场焊接作业量，将所有桁架的腹杆和立杆全部分割为散件（见下图带状桁架分段示意图）。在安装时利用原有结构设置临时支撑架，按照先下弦、然后立柱及腹杆、最后安装上弦的顺序进行安装，在带状桁架整体校正合格后开始焊接。
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巨型斜撑在下部1层一节，上部2层一节，由M900D塔吊进行安装，安装时需要设置临时支撑，并通过临时缆风绳固定，防止其水平分力影响周边构件。
周边小立柱根据带状桁架和巨型斜撑的位置进行分段，重量较小，一般约2层高度一节。
伸臂桁架上下弦及斜腹杆均为散件安装。其中上下弦安装校正合格后即进行焊接连接，斜腹杆先采用临时接头连接，在核心筒和外筒的变形差异稳定后正式焊接连接。
（2） 核心筒钢结构安装技术
本工程中部核心筒分为下、中、上三个部分，各部分核心筒的截面形状并不相同，在57～61层和79层核心筒的截面发生了两次变化，在外形突变的部位通过设置转换桁架进行转换。中部核心筒79层以下主要为劲性钢筋混凝土结构，在有伸臂桁架的部位，核心筒剪力墙内埋有3层高的周边桁架。
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79层以上的核心筒全部为钢骨劲性混凝土结构，核心筒剪力墙内的钢骨架为型钢组成的桁架核心筒内埋劲性钢骨柱分为每2层一节，由M900D塔吊及M440D塔吊进行安装；核心筒内埋桁架根据吊车起重性能及运输限制分段安装。
楼层钢梁主要采用一机多吊的方式散件安装；核心筒内楼层立柱每2层一节，由M900D塔吊及M440D塔吊进行安装。
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（3） 顶部结构施工技术
顶部钢结构两侧的构件采用M900D塔吊安装，倾斜构件以临时支撑杆件固定，中部跨度达58米的观光天阁结构在塔吊移位到塔楼外侧之后，从96层开始搭设支撑胎架后开始安装（见上图顶部结构安装示意图）。
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（4） 焊接施工技术
本工程现场焊接主要采用CO2气体保护焊和手工电弧焊焊接工艺，CO2气体保护焊用在巨型结构、转换桁架等焊接工作量大、工期要求紧的部位，手工电弧焊主要用在构件临时固定，焊接位置较困难的部位。
由于本工程的钢材（40mm以上钢板）主要采用进口钢材，在施工前根据JGJ81-2002的要求进行焊接工艺评定试验，并安排焊工在现场进行有针对性的实际培训，让焊工熟悉本工程的焊接特点，提高焊缝的一次探伤合格率。
CO2气体保护焊对防护的要求较高，按照规定在风速超过2米/秒时，应采取良好的防风措施，防止焊缝产生气孔。遇有雨天一般需要停止施工，若因进度要求需赶工时，除局部加热和防风外，还必须采取有效的防雨措施后才能施工。对于厚板焊接，严格按照工艺评定的参数进行焊前预热、层温控制和焊后后热及保温处理。
（4） 测量控制技术
钢结构测量分平面、高程控制两部分，总体思路：平面控制点使用激光铅直仪向上传递，高程控制点使用钢卷尺分段向上量距，每次传递的点位经自检闭合，施工过程中用GPS复测控制点。
1)平面控制网根据不同的施工阶段，点位布置略有调整，主楼平面控制网考虑核心筒内、核心筒外、核心筒爬模施工三部分，各部分点位可独立使用，也可相互换算联测。
2)平面控制点使用激光铅直仪垂直向上投递，每隔85～100米迁移一次，在F60、F79随着核心墙位置变化作点位平移，激光传递的点位在楼层组成多边形，具有闭合复测条件。
3)高程控制点用计量检测过的50米钢卷尺分段向上量测，分三处传递高程，在核心墙三面建立标志点，以此作为上部结构高程控制依据，三点之间相互复测闭合。
4)钢结构与土建、设备安装、室内外装修等专业使用的平面、高程控制网相同。
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（5） 安全控制与管理
本工程结构形式复杂、超高空作业风大、潮湿、温度低，而且工期要求非常紧，从开工到结构完成的时间跨度大，安全管理工作异常繁重。工程伊始，即制定了详细的安全施工规划纲要，建立了完善的安全管理组织体系，形成了纵向到底、横向到边，覆盖所有参与施工作业和管理人员的安全生产管理网络，人人签定岗位安全生产责任状，使各级部门、每位员工都明确自己的安全责任，知道安全生产的重要性。
由于钢结构安装作业环境复杂，工序繁多，如吊装、测量、校正、高强螺栓安装、焊接、压型钢板铺设等作业，而且作业面广、点位多、上下立体交叉作业的现象较为频繁，员工大部分时间在高空钢柱、钢梁上通行、停留、操作，稍有操作不当或防坠措施不到位的现象，极易发生高空坠物、坠人的事故，针对这危险因素，根据现场作业环境的特点从立面、平面设置了一系列的防护措施：在立面设置了两道挑网，并随钢结构施工逐步向上转移；在平面上待楼层钢梁局部形成平面框架后，用网眼为3CM左右大小的水平安全网将楼层封闭，为其它作业人员提供了第二道防坠落措施，也大大减小了垂直交叉作业时小型物件坠落而发生的伤人事故；在巨型柱、顶部结构等凌空作业部位，设置专门的安全保护措施。
对于双机抬吊等危险性较大的作业，要求提前编制专项实施方案，对参与作业的塔吊司机、吊装指挥、起重工、辅助人员等进行详细的书面交底，在正式抬吊前，先进行模拟抬吊然后才实施。
对所有钢结构施工作业人员，特别是安全意识比较差的新进场人员，项目部采用了点面结合的安全生产宣教培训体系，从思想上提高全员安全意识和自防、自救能力，并展开消防及高处坠落演练，应急救援医疗知识培训。项目部充分利用开展讲座、安全图片展、发放安全知识手册、安全知识竞赛、考试等等各种形式的培训，提高员工的安全意识和应急处置能力。
（6） 质量管理
在本工程钢结构施工过程中，除了严格控制普通高层施工过程容易发生的质量通病外，还将以下两方面作为质量管理的重点：
1）建筑物的垂直度和平面扭转偏差
轴线控制点投递到上部楼层后，组成平面多边形，进行多边形角度和边长图形条件闭合检测，通过自检进行误差调整，提高平面控制网经传递后的测量精度。
平面控制点经自检并进行误差调整后，采用3台套的GPS定位仪组成测量控制网对控制点的三维坐标再次复测核实，以确保控制点的定位精度。
2）现场焊接质量
焊接工序是本工程结构施工的一道关键工序，其质量的好坏直接影响到工程的质量，从目前钢结构施工所发生的事故分析看，大多在焊缝及热影响区。为保证现场焊接质量，从工艺制订、材料采购、资源配置、焊接、检验等方面加大管理和监控的力度。在控制现场焊接质量的过程中，始终贯彻“在原材料检验合格的前提下，由合格的焊工按照合格的焊接工艺施工”的原则，切实保证现场焊接的质量。
（7） 新技术应用
施工技术的进步离不开技术创新和先进技术的引进，在本工程钢结构安装过程中，先后从日本引进了多项新技术，并在工程施工中加以应用。
（8） 三维测量软件和钢柱快速校正夹具的运用
本工程施工过程中工期方面的压力一直很大，为提高工作效率，项目部从日本清水建设引进了三维测量软件和钢柱快速校正夹具。与以往国内的常规做法比较，采用此项新技术后测量结果可以直接在现场显示，可以实时指导校正作业，明显提高了现场作业效率并可以大量节约劳动力，具有较好的经济效益。
（9） 远程验收系统的应用
远程验收系统是一个多用途系统，在本工程中主要作为钢结构施工远程质量验收用途，该系统是一个集视频采集设备、网络传输、视频控制、表格处理、图档处理和文件资料处理的整合系统，该系统具有以下优点：
1）能满足多部门远距离协同验收的需要
2）能对几百米高度处的施工情况进行远程验收。
3）可以实现文件记录电子化，并可信息共享。
4）在对几百米高度处验收时，减少了验收人员上下的时间，提高了验收人员的安全保障程度。
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国内：通过对检出文献进行对比分析，目前国内高层建筑的相关研究和施工方法比较多，但均未涉及中建三局股份钢结构公司在上海环球中心实施的钢结构施工技术：选用最大起重量为64T的内爬式塔吊作为钢结构吊装设备；采用远程视频验收系统进行验收；安装风阻尼器来提高大楼抗风、抗震能力；在247.550标高处核心筒墙体转换位置悬挑长度6.515米、悬挑重量160吨；屋面观光天阁桁架重量达900吨，跨度58米，顶面标高492米；钢件共有12个不同方向分肢接头，工厂制作预先对接一段，现场安装接头全部实现精确连接的安装方法；钢结构施工采用三维坐标测量软件和钢柱接头采用连接夹具。
综上所说，在所查文献范围内未发现与本课题“上海环球金融中心钢结构施工技术”查新点相同的公开文献报道。
4、已应用、推广情况及推广前景
上海环球金融中心超高层（492米）钢结构安装工程，高度空前，钢结构体量大，结构形式复杂，工期紧。通过精心策划和科学管理，有针对性地选用大量成熟的施工工艺，其中顶部结构用胎架将两侧连为一体，既确保了结构安装精度，又作为桁架安装的临时支撑，施工措施合理、安全可靠。施工中使用了多项新技术、新机具，现场一级焊缝一次焊接合格率达98.6%，顶面最大偏差15(X)～26(Y)mm，施工过程无一例重大伤亡事故发生，实现了对业主有关质量、工期、安全的承诺，积累了宝贵的施工技术经验，为企业创造了一定的经济效益和显著的社会效益。这一举世瞩目的标志性建筑，为上海和世界人民增添了一道壮丽的人文景观，谱写了我国建筑业的新高度。
5、经济及社会效益情况
经济效益情况：
该项目钢结构工程总投资23500万元，施工过程中追加工作量及采用新技术等新增产值约1000万元。
社会效益：
本工程作为国内最高的建筑，施工技术难度大、工期紧、质量要求高、安全防护任务重。在施工过程中通过精心组织施工、采取技术攻关措施、积极引进先进设备和施工技术，在916天时间内，顺利完成了主楼钢结构的施工，并且施工过程无一例重大安全事故、建筑垂直度偏差仅32.8mm、170万延长米焊缝一次探伤合格率为98.60%。将我国超高层钢结构的安装技术推向了一个新的高度，证明中国施工企业完全有能力建造世界顶级摩天大楼。同时，为企业培养了一批超高层钢结构施工的技术与管理人才，对整个建筑行业的进步起到了积极的促进作用。这一举世瞩目的标志性建筑，为上海和世界人民增添了一道壮丽的人文景观，谱写了我国建筑业的新高度。
