超高层建筑环带桁架与伸臂桁架的施工方法

超高层建筑一般采用核心筒+框架结构，当结构抗侧力不满足设计要求时，常设置结构加强层来提高结构整体抗侧刚度。当前高度超过300?m的超高层建筑常通过设置钢桁架加强层来满足结构抗侧力要求。加强层一般采用环带桁架+伸臂桁架的结构形式，因其节点部位构件相贯较多、焊接不便且应力大，故常采用铸钢节点。钢桁架加强层结构形式复杂，构件尺寸大，数量多，钢板厚，焊接量大，施工工期长，导致其附加应力控制、焊接质量控制、巨型铸钢节点安装和工期控制等成为施工的重点。

1?关键技术

使用BIM技术对超高层建筑环带桁架与伸臂桁架施工进行设计优化和深化，对钢桁架分段确定小拼单元，优化节点设计、确定节点重心及吊绳布置；进行施工工况模拟，确定吊装方案和施工顺序，确定伸臂桁架终固时间；采用数字模拟预拼装与工厂预拼装技术控制构件加工质量；采用铸钢节点多点吊装技术，精确调整铸钢节点安装过程姿态，确保快速准确就位；对钢桁架焊接顺序机械施工模拟和针对性的焊接工艺评定，以利于焊接应力释放和减少焊接变形。

2?施工工艺

施工工艺为：优化与深化设计→确定钢桁架安装顺序→吊装分析及吊索具选择→钢桁架预拼装→巨型铸钢节点多点吊装→钢桁架安装→钢桁架焊接施工→焊缝无损检测、验收。

对构件分段需综合考虑以下因素：（1）考虑采购钢板的尺寸，尽量减少钢板拼接；（2）考虑运输条件限制，构件不得超宽超高，托座尺寸须满足运输要求；（3）综合考虑塔式起重机起重能力，充分发挥其起重性能；（4）现场小拼单元的重量须在起重机吊装能力范围内。伸臂桁架分段如图1~图5所示。

图1?伸臂桁架分段示意

图2?核心筒伸臂桁架模型图（计算机截图）

图3?核心筒与外框结构连接部位伸臂桁架模型（计算机截图）

图4?环带桁架分段示意

图5?环带桁架模型图（计算机截图）

钢柱托座的尺寸不超2.8?m，以满足运输要求；分段后弦杆及腹杆均为常规构件，满足运输要求。

3?铸钢节点优化

对铸钢节点进行优化设计时，应在满足设计要求的前提下综合考虑铸钢节点的三围尺寸和加工铸造难度、运输条件、构件重量等易造成质量安全的事项，同时兼顾安装及制作成本。

铸钢节点原设计和改进后的平面如图6所示。

                           （a）                           （b）

图6?铸钢节点的原设计及优化后平面布置示意

（a）原设计；（b）优化后

原设计北侧两个铸钢节点尺寸超长，外形尺寸达4?000?mm×3?800?mm×5?300?mm，需采取特殊运输手段，并需临时拆除部分途经路段，运输时间长，社会影响大，会大幅增加运输成本。根据BIM技术深化建模，该铸钢件理论重量达60?t，现场单台塔式起重机不能满足吊装要求，需改用双机抬吊方案，致使工期延长、危险性较大且成本增加。为此在优化设计时减小北侧铸钢件尺寸范围，减小部分采用与钢桁架材质相同的钢材制作，经计算能满足设计要求，这一做法也征得了设计单位同意（图7）。

图7?优化后巨型铸钢节点模型（计算机截图）

优化后的铸钢节点理论重量约47?t，外形尺寸为4?000?mm×3?800?mm×3?800?mm，既满足了运输要求，也满足了现场单台塔式起重机的起重性能要求，降低了现场安装风险。

4?钢桁架安装顺序

核心筒内钢桁架加强层施工顺序为：安装伸臂桁架劲型钢柱→安装伸臂桁架下弦杆→焊接固定后开始爬升→浇筑加强层下一层剪力墙混凝土→安装加强层伸臂桁架斜腹杆→安装上弦杆→浇筑加强层混凝土。

外框钢桁架安装顺序为：安装塔楼外框钢柱→安装钢桁架下弦杆→安装腹杆小拼单元（或上弦杆与腹杆小拼单元）及腹杆散件→安装钢桁架上弦杆→采用连接板临时连接伸臂桁架弦杆、腹杆与核心筒连接端，待结构封顶后焊接封闭。

5?结束语

在超高层建筑钢桁架加强层施工中，应用BIM技术进行设计优化和深化，对钢桁架合理分段，确定小拼单元，优化铸钢节点设计，确定铸钢节点重心及吊绳布置，进行施工工况模拟，确定吊装方案及施工顺序，确定伸臂桁架终固时间；采用数字模拟预拼装与工厂预拼装技术控制构件加工质量；采用巨型铸钢节点多点吊装技术，通过精确调整铸钢节点安装过程姿态，保证快速准确就位。通过对钢桁架焊接顺序的施工模拟，进行焊接工艺评定，以利于焊接应力释放与减少焊接变形。通过上述方法保证了施工安全，节省了工期，降低了施工成本，取得了良好的效果。