天津諾德金融大廈為濱海新區(qū)于家堡金融區(qū)第一地標(biāo)性建筑，總建筑面積21.8萬㎡，建筑高度299.7m，塔樓地上64層。塔樓結(jié)構(gòu)采用雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系：巨型框架+鋼筋混凝土核芯筒，設(shè)置8根SRC巨柱，巨柱與核心筒之間設(shè)置伸臂桁架。巨柱最大截面3m×2m，伸臂桁架箱形構(gòu)件最大截面1m×1.5m。-4層到10層設(shè)置非加勁鋼板剪力墻，高度約65m，鋼板厚度20mm、40mm。

諾德金融大廈建筑效果圖

    （a）整體結(jié)構(gòu) （b）混凝土核芯筒+伸臂桁架 （c）巨型框架 （d）次框架塔樓結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 非加勁鋼板剪力墻優(yōu)化設(shè)計

采用Xsteel、AutoCAD、PKPM、3D3S、SAP2000等軟件進(jìn)行驗算并設(shè)計詳細(xì)節(jié)點(diǎn)，將剪力墻內(nèi)型鋼柱與鋼板墻連為一個整體，將鋼板剪力墻合理分段，減少現(xiàn)場焊縫數(shù)量，確保鋼板墻強(qiáng)度。協(xié)調(diào)鋼板剪力墻和外部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)變形，采用焊接式鋼筋連接器，增強(qiáng)鋼筋與鋼板剪力墻之間的錨固，杜絕核心筒墻體裂縫。

鋼板剪力墻布置圖

鋼板剪力墻鋼筋連接節(jié)點(diǎn)圖

2.2 非加勁鋼板剪力墻變形控制技術(shù)

在鋼板墻加工時沿水平方向每隔2.4m加設(shè)一道豎向加勁板，沿高度方向每層墻頂位置處加設(shè)一道水平加勁板以增加端部的平面外剛度。在鋼板剪力墻門洞位置處約束相對薄弱，易發(fā)生焊接變形，在鋼骨柱頂部兩側(cè)增設(shè)HW200×200×8×12的臨時鋼梁。

鋼板剪力墻焊接時焊接應(yīng)力影響區(qū)往往發(fā)生在焊縫兩側(cè)300mm的范圍內(nèi)，在300mm范圍以外焊接應(yīng)力隨距離的增加逐漸衰減，影響相對減小。沿焊縫方向每1m設(shè)置一道加強(qiáng)板PL30×200×600，減少焊接變形。

加強(qiáng)板設(shè)置圖

2.3 殘余應(yīng)力釋放施工技術(shù)

首次提出通過應(yīng)力釋放孔來消除殘余應(yīng)力的概念，即先對鋼板墻焊接進(jìn)行施工模擬并結(jié)合現(xiàn)場實際的變形情況找出焊接殘余應(yīng)力集中的位置。在應(yīng)力集中區(qū)域預(yù)先開設(shè)直徑100mm的應(yīng)力釋放孔，破壞孔周圍的應(yīng)力平衡，使應(yīng)力重新調(diào)整，緩解殘余應(yīng)力造成的變形。待應(yīng)力釋放完成后再對孔洞進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

殘余應(yīng)力釋放現(xiàn)場監(jiān)測

鋼板剪力墻應(yīng)力釋放孔

2.4 雙面對稱K形坡口焊接技術(shù)

采用雙面對稱K形坡口反面清根焊接的對稱焊接工藝；坡口根部間隙調(diào)整為2mm，按照“分區(qū)進(jìn)行、每步歸零、單板雙焊、雙板單焊、對稱施工”。

 雙人同時對稱施焊接  

單人焊接焊道示意

3.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)施工過程的監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)等幾部分組成。振弦式應(yīng)變傳感器布置在巨型柱、鋼板剪力墻和伸臂桁架及環(huán)形桁架主要鋼構(gòu)件上。

振弦式應(yīng)變傳感器        45度直角應(yīng)變花    沿柱軸向布置傳感器

3.2 施工全過程仿真分析技術(shù)

運(yùn)用SAP2000有限元分析軟件，建立單元總數(shù)81726個，對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次加載法、近似加載法、分層加載法和精確加載法模擬施工。最終確定最佳的核心筒領(lǐng)先層數(shù)在8-12層左右。

         核心筒領(lǐng)先施工0、8、12和16層情況下結(jié)構(gòu)的豎向位移云圖

3.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝過程變形分析控制技術(shù)

巨型柱各個測點(diǎn)應(yīng)力數(shù)值增長較為穩(wěn)定，符合典型受壓構(gòu)件特點(diǎn)。各測點(diǎn)平均應(yīng)力值在10~19MPa，相對穩(wěn)定，滿足巨型柱施階段程安全穩(wěn)定要求。

主體塔樓SRC巨型柱測點(diǎn)布置圖

首層巨型柱應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果表

鋼板剪力墻最大壓應(yīng)力為18Mpa，最大拉應(yīng)力為5Mpa，應(yīng)力值低于結(jié)構(gòu)設(shè)計值，滿足施工階段安全性要求。

鋼板剪力墻傳感器安裝位置

1、2、3號測點(diǎn)應(yīng)力發(fā)展曲線

4、5、6號測點(diǎn)應(yīng)力發(fā)展曲線

水平加強(qiáng)層采用風(fēng)荷載作為水平控制荷載，其中K形桁架效果較好，能夠調(diào)節(jié)外圍巨型柱軸力，剪力承擔(dān)能力增強(qiáng)，且對于上下相鄰樓層結(jié)構(gòu)受力影響較小，故本工程采用K形伸臂桁架結(jié)構(gòu)形式。

伸臂桁架有限元模型

3.4 施工階段豎向變形分析和補(bǔ)償

在超高層混合結(jié)構(gòu)施工過程中，混凝土的時間依存特性豎向構(gòu)件壓應(yīng)力的差異施、工加載順序以及施工過程中構(gòu)件長度的調(diào)整會導(dǎo)致豎向構(gòu)件不同的豎向變形。采用通用大型有限元軟件MIDAS/Gen進(jìn)行81個施工階段結(jié)構(gòu)各樓層的豎向變形。巨柱最大總變形為27.72mm。核心筒剪力墻最大總變形為30.94mm。確定核心筒和外框豎向構(gòu)件每5個樓層進(jìn)行長度補(bǔ)償。

SRC巨型鋼柱，25層以下一層一節(jié)進(jìn)行分段，25層至頂層二層一節(jié)進(jìn)行分段。伸臂桁架與巨柱連接節(jié)點(diǎn)最大重量達(dá)到52.5噸，將伸臂桁架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化分解。

             52.5t伸臂桁架層SRC巨柱節(jié)點(diǎn)分解

SRC巨柱在工廠制作完，安裝定型防護(hù)平臺，采用動臂塔吊進(jìn)行吊裝。（巨柱吊裝文件夾）采用全站儀進(jìn)行極坐標(biāo)測量定位。

   SRC巨柱地腳螺栓安裝主要控制點(diǎn)

連接耳板設(shè)置圖

 SRC巨柱吊裝圖

SRC巨柱吊裝測量圖

SRC巨型柱安裝

5.1 伸臂桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計優(yōu)化

本工程伸臂結(jié)構(gòu)20~22層貫通鋼梁截面尺寸為□1400×500，48~50層貫通鋼梁截面收縮為□1400mm×300，通過對鋼構(gòu)件受力特性分析，將接頭形式進(jìn)行調(diào)整，滿足施工和結(jié)構(gòu)安全要求。

采用坡口套筒的方式，加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)連接。貫通梁采用一端連接板一端坡口套筒的連接方式，確保結(jié)構(gòu)鋼筋軸心受力。

超高層建筑的核心筒與外部結(jié)構(gòu)的豎向變形差異是必然發(fā)生的，特別是當(dāng)核心筒與帶狀桁架之間設(shè)有外伸桁架時，會增大結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力。本工程采用的連接板滑動臨時固定法，采用高強(qiáng)螺栓臨時連接。

5.2 伸臂桁架高空一次安裝技術(shù)

伸臂桁架層的施工進(jìn)度，將對整個工程的施工部署和安排造成極大的影響，常規(guī)工程核心筒貫通鋼梁考慮構(gòu)件截面大、超重吊裝，選擇一層鋼結(jié)構(gòu)一層混凝土的施工原則。本工程為解決土建與鋼結(jié)構(gòu)的施工穿插和工程進(jìn)度的矛盾，安裝前采用Midsa/gen進(jìn)行有限元軟件分析，通過增設(shè)臨時永久支撐的方式，滿足核心筒貫通鋼梁的施工狀態(tài)下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算，實現(xiàn)了伸臂桁架層高空一次整體安裝。

貫通鋼梁臨時支撐設(shè)置

伸臂桁架鋼結(jié)構(gòu)高空一次安裝圖

伸臂桁架的巨型箱型鋼支撐安裝階段在連接處采用高強(qiáng)螺栓臨時固定，連接耳板螺栓孔設(shè)置成橢圓形的長圓孔，待伸臂桁架兩側(cè)壓縮變形穩(wěn)定后再進(jìn)行焊接連接。

斜腹桿安裝圖

5.3 伸臂桁架焊接技術(shù)

伸臂桁架層最大鋼板厚度為100mm，單層伸臂桁架貫通鋼梁現(xiàn)場焊接焊縫總長155.5m，其中板厚100mm的焊縫116m，單條焊縫最長為2.4m。

通過制定合理焊接順序，采取焊接反變形控制和高強(qiáng)螺栓臨時錨固措施，有效控制了伸臂桁架施工的焊接變形。

【……部分采用了100mm厚Q345GJC鋼板，焊接質(zhì)量控制難度大，工藝復(fù)雜】GJC選用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接方式，以鋼襯墊單V型坡口焊為主要形式。焊接前對焊道兩側(cè)150mm范圍預(yù)熱，預(yù)熱溫度120℃。焊接順序采用錯層多道錯位焊接，層間溫度應(yīng)控制在180℃~210℃之間。焊接完成后，同預(yù)熱方式對焊件進(jìn)行后熱消氫處理。溫度加熱至250℃~300℃范圍，然后用巖棉覆蓋，恒溫2.5~3小時再緩冷。 

100mm貫通鋼聯(lián)焊接節(jié)點(diǎn)

100mm箱型柱焊接節(jié)點(diǎn)

100mm梁柱拼接節(jié)點(diǎn)

多層多道焊示意圖

試件焊接

焊前鋼板預(yù)熱

現(xiàn)場焊接多層多道

通過以上各項技術(shù)的綜合應(yīng)用，該工程榮獲“天津市鋼結(jié)構(gòu)金獎”“中國鋼結(jié)構(gòu)金獎”“中國工程內(nèi)設(shè)優(yōu)秀焊接工程一等獎”等鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)獎項。

315m超高層SRC巨型勁性柱和鋼板剪力墻施工技術(shù)，技術(shù)屬于國內(nèi)領(lǐng)先水平，非加勁鋼板剪力墻焊接變形控制和伸臂桁架高空一次拼裝能大幅度提高施工速度，確保了超高層施工工期、質(zhì)量和安全，創(chuàng)造了巨大的社會效益。

來源：科技建工

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