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超高層鋼結構施工技術與管理

來源:http://29xue.com 日期:2019-10-31 發布人:wanzhong1

一、“光輝的歷程”——我局超高層鋼結構施工歷史回顧
  同發達國家相比,超高層鋼結構建筑在我國起步較晚,成熟及可借鑒的經驗不多。改革開放以來,許多“高、大、新、尖”的現代化建筑如雨后春筍般聳立,成為國民經濟高速發展的重要標志。而鋼結構因其自重輕、施工周期短、抗震能力強等優勢和特點被人們廣泛應用于高層尤其是超高層建筑中。中建三局以其“敢為天下先,爭創第”的企業精神和勇于承接“高、大、新、尖”工程的膽魄和實力,瞄準了這塊尚待開墾的沃土,發揮大型企業的技術和設備優勢,于1986年率先承建了當時全同座超高層鋼結構的建筑——高165.3m的深圳發展大廈,僅10個月便完成了主體11000噸鋼結構施工任務,垂直偏差 25mm,提高了美國AISC規范程度的標準,并首先運用CO2氣體保護半自動焊用于超厚鋼板焊接的新工藝,刻苦鉆研、反復攻關,終于成功地解決了 130mm超厚鋼板的焊接技術。填補廠國內超厚鋼板焊接的空白,整個工程的焊接質量10O%超聲波探傷,100%合格,達到了水平。該工程成套施工技術的成功應用,使在我國起步較晚的超高層鋼結構安裝施工技術向前跨進了一大步,深圳發展大廈鋼結構成套安裝技術因此分別獲1988年、1989年度中建總公司科技進步一等獎和國家科技進步三等獎。
  由于在深圳發展大廈超高層鋼結構安裝中取得的重大成功,1987年又中標承建了我國座全鋼結構超高層建筑,高146.5米的上海貿易大廈,僅用7.5個月的工期便“安全、優質、高速”地完成了主體10470噸鋼結構的施工任務。鋼結構主體垂直度偏差僅為17mm.提高了日本JASS規范標準,焊接100%探傷,100%合格,受到業主及各界的高度贊譽,該工程榮獲上海建筑質量獎——“白玉蘭”獎和國家建筑業獎——魯班金像獎。此后我們又承建了上海太平樣大飯店、新金橋大廈及①界廣場等國內具有較高聲望的鋼結構工程,特別是1995年6月9日封頂的高383.95m的深圳地大廈,我局僅用1年零12天(比合同工期提前兩個多月)便安全、優質、高速地完成了24500 噸主樓鋼結構的施工任務,主體垂直度總偏差向外17mm,向內25mm,提高了精度,僅是美國AISC規范允許誤差的1/3(向外51mm,向內 76mm);焊縫延長米60萬(其中立焊、斜立焊縫占1/7)100%探傷,100%合格,優良率達94%,并創造了施工全過程中構件無一墜落,人員無一傷亡的奇跡和兩天半一層樓的九十年度“深圳新速度”。
二、超高層鋼結構自裝施工技術
  因有幸參與了在我國鋼結構發展史上具有劃時代意義的三個主要超高層鋼結構工程:深創發展大廈、上海貿易和深圳地商業大廈的施工組織與管理,結合高層鋼結構的工藝流程與特點:(構件驗收→吊裝→量控制→高強螺栓→焊接及其檢測→壓型鋼板與熔焊栓釘)。超高層鋼結構安裝施工技術主要體現在以下七個方面:
  1、構件進場,驗收與堆放
  2、塔吊的選擇、布置及裝拆
  3、吊裝
  4、測量控制
  5、焊接
  6、工期及質量控制
  7、安全施工
  下面我結合深圳地大廈主樓超高層鋼結構的施工情況就這些問題同各位專家和同仁交流一下超高層鋼結構施工經驗和體會。
  1、構件的進場、驗收與堆放
  場地狹小、施工條件差是當前施工工程普遍存在的困難,對越高層鋼結構工程而言,相對緊張的工期內構件堆場要求更高更嚴,這個問題不處理好必將對吊裝及整個工程施工造成嚴重影響。地大廈施工初期,由于構件堆場較多,鋼結構進場量大,需堆疊2-3層,如沒有周密的進場計劃,勢必造成現場構件進場順序的混亂,其結果是:需要的構件壓在下面,不用的構件放在上面,不僅驗收工作無法進行,而且存在著大量的翻料、找料等重復工作。后來在強化現場管理及構件進場計劃的基礎上,著重抓了堆場布置、構件的堆放順序等工作,除根據吊裝需要周密的進場構件外,還根據吊裝順序和堆場規劃特點將進場構件進行有序排列,既保證了驗收工作的正常進行,也為吊裝創造了良好的外部條件。
  把好構件的驗收關是我們在以往施工的超高層鋼結構工程中的經驗體會。深圳地大廈主樓共有鋼構件14860件,制造及運輸過程中難免會出現這樣或那樣的問題,這些問題如不在地面加以消除,吊裝到上面勢必增加安裝的進度,對整個工種質量控制也將產生嚴重影響。
  2、塔吊的選擇、布置與裝拆
  塔吊是超高層鋼結構工程施工的核心設備,其選擇與布置要根據建筑物的布置、現場條件及鋼結構的重量等因素綜合考慮,并保證裝拆的安全、方便、可靠。
  我們根據地大廈的地理位置、結構形狀及大量的特殊構件(如重47.5t的大型“A”字斜柱和37t/節的箱形柱等)選擇二臺澳大利亞產 M440D大型內爬式塔吊并將其布置在核心墻#1和#5井道內,不僅滿足了所有構件的垂直運輸,而且為大量超重、超高及偏心構件的雙機抬吊創造了條件。
  M440型內爬式塔吊在國內尚屬使用,成熟可借鑒的經驗不多。施工中我們一改傳統的塔吊互吊的爬升方案,采用了一套“卷揚機+扁擔”輔助系統較好地解決了二部塔吊的爬升難題,大大提高了塔吊的使用效率,加快了提升速度,為工期提前起了決定性作用;而大型內爬塔吊的拆除是一項技術復雜、施工難度大的工作,我們采用了“以大化小、化整為零”的方法,較好地解決了在國內視為難題的大型內爬塔吊的拆除難題,為國內同類工程運用內爬式塔吊提供了范例。
  3、吊裝
  吊裝是鋼結構施工的龍頭工序,吊裝的速度與質量對整個工程起舉足輕重的作用。在深圳的地大廈主體超高層鋼結構施工中,通過采取“區域吊裝”及“一機多吊”技術解決了工期緊與工程量大的矛盾。
  通過采用“雙機抬吊”及門型架不僅解決了高53.79m、長63.20m跨度為32.1m、重達232t的大型“A”斜吊的吊裝難題,而同解決了主樓兩根長85.61m、重85.51t并處于超重、偏心、超高狀態下大型桅桿的吊裝難題。
  4、測量控制
  在超高層鋼結構施工中,垂直度、軸線和標高的偏差是衡量工程質量的重要指標,測量作為工程質量的控制階段,必須為施工檢查提供依據。
  從鋼結構施工流程可以看出,各工序間既相互聯系又相互制約,選擇何種測量控制方法直接影響到工程的進度與測量。在深圳地大廈鋼結構施工初期,總包單位的測量監理工程師提出采用“整體校正”的方法,即在柱子安裝后再跟蹤糾偏,梁裝不上去時臨時掛或搭在上面,待整節柱、梁、斜撐全部安裝后再整體校正。由于構件的制作及核心的施工都存在著一定的誤差,采用這種校正方法具有很大的盲目性,不僅造成大量的二次安裝,而且柱梁安裝后結構本身已具有一定的剛度,大大增加了校正的難度。后來我們及時將“整體校正”改為“跟蹤校正”,即在柱梁框架形成前將柱子初步校正并及時糾偏,大大減輕了校正難度,每節校正時間由原來 10d左右縮短為2-3d,即可交給下道工序作業,并實現了區域施工各工序間良性循環的目標。
  為了使地大廈主樓鋼結構施工達到世界水平,項目還制訂了比美同AISC規范標準更嚴格的質量控制指標:內向 25mm、外向 20mm,并摸索出一整套采用激光鉛直議進行“雙系統復核控制”的新方法,為保證項目質量控制目標實現起了十分重要的作用。
  5、焊接
  高層鋼結構具有工期緊、結構復雜、工程量大、質量要求高的特點,而焊接作為鋼結構施工的重要工序,其工序的選擇與施焊水平對工程的“安全、優質、高速”的完成影響重大。
  深圳地大廈因其罕見的高寬比達1:9,所以設計中采用了大量的斜撐及大型“A”字斜柱。在總計60萬m延長縫中,立焊、斜立焊約有8.6萬延長米,共 848組接頭,占整個焊接工程量的1/7.此類結構不僅處于結構的重要部位,而且大都處于外向、斜向及懸空部位,安全操作與施工防護都比較困難。尤其是相對緊迫的工期與浩大的焊接工程量之間的矛盾,使我們一開始就面臨著嚴峻的考驗。盡管在深圳發展大廈,上海國貿大廈等鋼結構工程施工中,我們采用 CO2氣體保護半自動焊應用于立焊、斜立焊和俯角焊的新工藝,才能從根本上解決焊接施工的需要。
  工藝選定后,編制出一整套切實可行的適用本工程特點的CO2氣體保護半自動焊接工藝及方法便成了當務之急。焊接QC小組在項目組的帶動下進行了艱難的嘗試,開展了一系列卓有成效的工作。
  首先我們確定了攻關目標,運用關聯圖找出影響質量的原因,并應用01分析法進行系列分析,針對這些問題找出相應的對策措施;并建立了有效的質量保證體系,制定了完善的工藝指導書,經過反復實驗,確定了運用于立焊、斜立焊的工藝參數;通過對焊絲的伸出長度、焊縫層間清理,焊槍施焊角度反復摸索,形成了一整套“挑壓拖帶轉”的操作要領;為使焊接環境處于相對穩定狀態,加強了施工防護措施和輔助措施。經過項目組和焊接QC小組全體人員的不懈努力,經過半月之久的失敗、總結,小有成效研究;大有成效、鞏固,到比較成熟、反復焊驗,終于成功地解決了CO2氣體保護焊應用在超厚件立向、斜立向焊接頭上的施焊工藝課題(已獲得國家)。通過技術攻關、工藝的改進,焊接質量得到了逐步提高,工期大大提前,受到總包及業主的好評,產生了良好的社會效益和經濟效益,并在社會上產生了良好的聲譽。
  6、質量與工期控制
  超高層鋼結構不同于一般混凝土建筑的顯著特點是:質量高、工期緊。質量與工期的保證依賴于科學的管理、嚴格的施工組織和新技術、新工藝、新設備的大膽應用。
  深圳地大廈主體鋼結構14860件,重24500t,壓型鋼板14萬平米,熔焊栓釘50萬套,焊縫總計60萬延長米。而業主規定的工期僅14.5個月,并且工程按美國規范標準進行驗收,工期短、工程量大、施工難度高國內外罕見。
  建立科學管理的組織體系,嚴格按項目管理法施工是保證工程“安全、優質、高速”進行的關鍵。為此,我們組建了地項目經理部,實行項目經理負責制和全員合同管理。在組織形式上,實行定編定員、定崗位、定職責,提倡一專多能、一人多職、工段長與工人一道上前線。既起到了表率作用,又便于現場管理。從項目經理到勞資、安全、技術等職能部門到現場辦公,及時了解、掌握工程的進度情況,解決有關的技術、質量、安全等問題,在整個項目管理形成了以項目經理為核心,集施工組織網絡的安全質量保證體系及新技術攻關應用和QC小組為一體的短小精悍的施工隊伍。同時各工段均實行了項日承包,明確了責、權、利并實行風險抵押制度,限度地調動了一線工人的積極性和責任感,為工程的大干快干奠定了基礎。為把為中國人自己施工的座世界級摩天大廈建設成跨世紀的經典之作,項目不僅制作了比美國規范標準更嚴格的質量控制目標,而且積極配合吊裝、測量、焊接QC小組進行了攻關,“四新”技術在地大廈主樓超高層鋼結構安裝施工中得到了充分的應用。在項目的領導下,吊裝QC小組改進了傳統的“一機多吊”和“雙機抬吊”技術,大大加快了吊裝的進度;測量QC小組將傳統的“整體測量” 技術進行了改進,創新了“跟蹤測量”和“雙系統復核控制”技術,成功地將主樓垂直度總偏差控制為向外17mm,向內25mm,僅是美國規范標準1/3;焊接QC小組經過艱苦的嘗試,終于成功地突破了CO2氣體保護半自動焊應用于立焊、斜立悍的禁區,不僅提高了工效、保證了工期,而且所有焊縫經權威的第三方 100%探傷,100%合格,優良率達94%。
  在鋼結構工程中區型鋼板鋪設是一道工作量大及危險性大的工序其鋪設的快慢不僅直接影響工程的進度,并經過吊裝艦慢校正、高強螺栓及焊接等一系列工序的施工安全帶來嚴重影響。為此我們從日本進D了兩臺先進水平的Co.點焊機,不僅操作簡單加間短而己焊點光潔平滑、質量好工效是手工焊的五倍。地工大廈主樓超高層鋼結構L程中所引進的澳大利亞M44OD大型內爬吊、日本產CO.氣體保護半自動焊機及熔焊杜釘機等先進設將都在本工程施中發揮了重要作用。
  7、安全施工
  安全施工是鋼結構施工中的重要環節,超高層鋼結構施工的特點是高空、懸空作業點多。地大廈施工過程中,僅高強螺栓就有50萬顆,這些東西雖小,但如果從幾百米高的地方掉下去,后果可想而知。為了杜絕安全事故,項目成立了安全監督小組,設立了專職安全員,嚴格管理,制定了周密完善的安全生產條例,對職工進行定期的安全教育,樹立“安全”的思想。在嚴格管理的基礎上,項目不惜花大量的人力、物力、財力進行嚴密的防護。采取搭設雙層安全網及壓型鋼板提前鋪設等新工藝,創造了地大廈主體超高層鋼結構施工379天,人員無一傷亡,構件無一墜落的奇跡。

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