東藝中心鋼結構安裝中的監(jiān)理控制——肖炳毅

1、東藝中心鋼結構安裝中的監(jiān)理控制東藝中心項目監(jiān)理部 肖炳毅【內容摘要】：鋼結構施工采用了整體滑移、整體提升、高空對接安裝的工藝，技術先進，工藝較復雜，監(jiān)理在施工過程中對重點工序進行了有效的控制?！娟P鍵詞】：鋼結構整體滑移；整體提升；安裝。北京東方文化藝術中心工程位于北京東二環(huán)路西側朝陽門立交橋和和東西十條橋之間，東臨二環(huán)路，西臨東門倉胡同道路，南臨南門倉胡同道路，北臨D5廣場。本工程集辦公樓、五星級酒店、音樂廳和地下車庫為一體的綜合性公共建筑。本工程酒店、寫字樓地下四層，地上二十一層，音樂廳地上五層?？偨ㄖ娣e14萬平方米。其中鋼結構吊樓位于東藝中心酒店和寫字樓的十層至十四層，結構最大跨度34.

2、4米，自高18.1米，寫字樓部分為單桁架結構，總重約350噸；酒店部分為雙桁架結構，總重約460噸；安裝標高+52.835米(桁架上制高點標高)；桁架樓面層為砼組合樓板，鋼桁架支承處的剪力墻邊緣構件內設型鋼骨架。采用鋼柱和鋼桁架組成的鋼結構抗側向力體系。水平鋼桁架與主樓的剪力墻簡體連接，提高其側向剛度。鋼結構連接形式采取剛鉸并用。附著在主體砼結構上，雙“懸空”“鋼吊樓”是東方文化藝術中心工程的一個亮點。該工程科技含量高，施工難度大，鋼結構單榀一次滑移距離長度七十余米；滑移鋼結構物體高度18.1米；寬度為五點七米(比較狹窄)；鋼結構既滑移又提升；鋼結構提升后空中對接。將如此巨大的鋼結構安裝在主體

3、結構上，我部監(jiān)理工作圍繞在以下幾方面進行：施工方案的確定與審核；鋼結構主體加工制作過程的監(jiān)控；現(xiàn)場拼裝過程的監(jiān)控滑移過程的現(xiàn)場監(jiān)控；整體提升過程的現(xiàn)場監(jiān)控；空中二次拼裝過程的現(xiàn)場監(jiān)控；安全保證措施的監(jiān)控。本工程鋼結構監(jiān)理工作重點是以事前控制和過程控制為主。1.施工方案的確定與審核本工程幾經篩選后提出討論的施工方案有兩個1、原位拼裝，整體提升2、異位拼裝，整體滑移后再提升。(現(xiàn)場塔吊不能滿足吊裝需要)方案1 優(yōu)點：只需搭設拼裝胎架，拼裝高度降低，只需用75噸汽車吊進行地面拼裝，吊車自重降低。鋼結構主體不需要滑移。缺點：必須對拼裝胎架、辦公樓西側汽車坡道、汽車吊在二層活動區(qū)域以下至負四層基礎的部位

4、進行加固、回頂?；仨敼こ塘烤薮?，搭設工期較長。方案2 優(yōu)點：只需對地面拼裝胎架、滑移軌道下方進行加固回頂，無須大面積回頂。拼裝平臺在結構外，使用汽車吊進行拼裝時不會對結構有影響。采用地面拼裝后，原有的桁架高空焊接幾乎變成地面焊接，焊接作業(yè)環(huán)境得到較大改善，可操作性增強，焊接工序更容易控制，焊接質量得到保證。用本方案安裝桁架無需高空卸載，操作簡單。缺點：鋼結構自身高度高(18.1米)，寬度窄(5.7米),穩(wěn)定性較差。滑移距離較長(由拼裝平臺滑移至設計位置約70米)。兩方案比較：方案1工期長(主要是回頂工期)，資金投入較大。方案2工期短，資金投入少，焊接作業(yè)環(huán)境得到較大改善，遂決定采用第二方案。細

5、節(jié)決定成敗，一個精品工程與細致、可行、完善的前期技術準備工作是密不可分的。有一個好的施工方案指導施工，是本工程順利完成的關鍵之一。因此監(jiān)理工作更是要抓住對施工方案的把關，認真審閱各項方案，結合各項規(guī)范和設計文件把好技術準備關。吃透各項方案的技術細節(jié)，以便在施工中監(jiān)督執(zhí)行。 本工程滑移是在結構一層頂板上進行。保證主體結構安全也是施工方案要考慮的重點之一。監(jiān)理部審核方案2時提出如下意見：工廠制作要求桁架起拱高度為119，應在深化設計圖中解決，防止拼裝時無法保證吊裝就位；注意桁架吊裝后撓度發(fā)生變化與建筑物固定部位桿件對接的部件相對位置變化，應事先計算、分析好并制定預案后，方可實施，保證提升到位后對接

6、不發(fā)生問題；拼裝胎架的檢測與桁架的拼裝質量關系密切，因此要加強拼裝胎架在鋼桁架拼裝過程中的檢測；為保證施工順利進行還應制定鋼桁架結構加固回頂方案，鋼桁架現(xiàn)場拼裝方案，鋼桁架焊接施工方案，鋼結構焊劑試驗方案，鋼桁架滑移應急預備方案等做為輔助方案，為鋼桁架滑移提升做好技術準備工作。應對滑移過程中水平方向力矩平衡和可能產生的水平位移后而產生的水平力矩不平衡情況進行計算，分析可能產生的最不利情況和解決預案。后澆帶不能澆筑，此部位回頂應重新核算并由設計確認。方案一旦獲得專家論證通過，必須嚴格執(zhí)行方案，不得隨意更改。必須選擇有專業(yè)資質的專業(yè)公司完成滑移、提升工作。施工單位根據(jù)監(jiān)理部意見，數(shù)易其稿對方案進行

7、了完善和修改 方案2順利通過專家論證，決定實施，施工現(xiàn)場一切準備工作均圍繞該方案開展。監(jiān)理部還先后審核了鋼桁架結構加固回頂方案，鋼桁架現(xiàn)場拼裝方案，鋼桁架焊接施工方案，鋼結構焊劑試驗方案，鋼桁架滑移應急預備方案鋼結構冬季施工方案等，為鋼桁架滑移提升做好了技術準備工作。2.鋼結構主體加工制作過程的監(jiān)控本工程鋼構件總計474件，重：1000余噸。本工程要求鋼結構無論制作、安裝、測量、驗收尺寸的基本單位均按毫米計。本工程使用的鋼材均為Q345B鋼板。厚度為16毫米36毫米的鋼板均有且鋼構件品種較多，形式復雜，構件斷面式樣較多，H型，箱型以及變截面等。勁性柱、桁架梁，框架柱、梁；梁上柱等。無論是制作還

8、是安裝都增加了難度。使本工程的焊接工藝難度大為增加。監(jiān)理部派員考察了鋼結構加工廠和焊縫檢測單位，選擇了經驗豐富、加工能力強、加工質量好的加工單位。具有國家檢測資質的檢測單位。監(jiān)理部為保證鋼結構加工質量，減少現(xiàn)場的拼裝困難，選派有經驗的監(jiān)理工程師駐廠監(jiān)造，在鋼結構駐廠監(jiān)造監(jiān)理實施細則的指導下，專門負責對鋼材原材(原材料的各種質量證明文件和核對材料上的原始印證以及材料的見證取樣和材料的機械性能復驗)，廠內加工的質量，構件幾何尺寸、構件焊縫質量、焊接變形和殘余應力的控制、鋼桁架預拼裝等進行全面監(jiān)控。確保進場構件都是合格產品；3.現(xiàn)場拼裝過程的監(jiān)控由于鋼結構主體高度較高，而寬度較窄，其自身穩(wěn)定性較差。

9、尤其是酒店部分為雙桁架重心較高(約在9.5米處)，所以保證拼裝和滑移過程中結構自身的穩(wěn)定，不使其發(fā)生因各種原因產生的結構傾覆，是鋼結構拼裝、滑移過程中的重點之一。依據(jù)酒店和寫字樓鋼結構主體的差異，經研究后確定酒店部分分成兩部分拼裝，即先將上部桁架約4.4米拼裝后滑移至設計位置后提升到位后預安裝，再將余下部分13.1米拼裝完畢滑移提升到位置，然后將上下兩部分實行對接。如此酒店部分鋼結構地面拼裝高度降低，穩(wěn)定性加強了。為保證鋼結構主體的整體穩(wěn)定性，鋼桁架現(xiàn)場拼裝方案中明確闡述了輔助支撐系統(tǒng)的連接。即鋼結構主體寬向(5.7米方向)兩側成45夾角各加焊三根219鋼管，并且將下部用H20的工字鋼與鋼結構

10、主體連接，形成一穩(wěn)定性較好的六邊形。與此同時鋼結構主體個方向均設置了攬風繩，有效地控制了風對鋼結構主體的影響。鋼結構主體拼裝平臺是鋼結構主體整體拼裝的胎架，是承載鋼結構主體的主要載體，所以對它的組裝要求也是比較高的。本工程拼裝平臺坐落在主體結構基礎的邊緣。拼裝平臺下部為增加承載力用鋼筋砼澆筑了一塊40的板，板上預埋地腳螺栓。平臺由159鋼管若干根為豎向支撐，用H50的工字鋼為水平支撐組成主支撐體系，用角鋼做斜撐加強平臺的穩(wěn)定性。并在工字鋼上做好豎向防護(拼裝平臺高4米)。在拼裝平臺下方主體結構基礎內逐層回頂、支撐以保證結構卸載。在胎架組裝過程中，始終有經緯儀和水準儀各一臺監(jiān)測胎架的水平和垂直基

11、準，隨時進行調整。鋼結構主體在拼裝平臺上逐層拼裝時，隨著高度的增加施工難度亦增加，此時應注意對施工質量、施工環(huán)境、施工安全的控制。本工程的鋼結構中全熔透焊縫比例高，使鋼結構焊接難度大大增加，同時使超聲波探傷的工作量也相應地增加。焊縫返修的控制將成為一個重點。監(jiān)理工程師要做到：依據(jù)鋼結構焊材復試方案對焊劑現(xiàn)場有見證取樣復試；對高強螺栓、連接副現(xiàn)場有見證取樣復試；對現(xiàn)場施焊人員進行嚴格挑選，經考試合格后方可參加本工程焊接工作；對焊縫的探傷全程旁站，并實行有見證探傷(現(xiàn)場焊縫3%為第三方有見證探傷)，一經發(fā)現(xiàn)有夾渣、氣泡、焊口未溶透等現(xiàn)象堅決監(jiān)督返工，絕不姑息；對高強度螺栓(本工程采用10.9級摩擦

12、型扭剪型高強螺栓)的連接施工主要是通過巡視中檢查施工單位是否按照規(guī)定的從初擰復擰終擰的程序以及從中間腹部逐漸向四周擰緊的順序來施工的工藝執(zhí)行情況以此保證高強度螺栓的連接質量；嚴格監(jiān)控輔助支撐系統(tǒng)要牢固可靠，主要是對鋼管夾角、焊接是否牢固、有無無漏焊現(xiàn)象、攬風繩是否連接可靠等進行監(jiān)督；嚴個檢查拼裝平臺下的結構回頂是否層層回頂、回頂是否堅固、嚴密；要求平臺上焊接護身欄，并要求施工人員注意安全防護帶好安全帶、安全帽、穿好防滑鞋，消除安全隱患；拼裝區(qū)域設置警戒線，無關人員不得入內。焊接施工時注意防火。4.滑移過程的現(xiàn)場監(jiān)控本工程施工方案專家論證時曾指出：本工程整體滑移難度要大于整體提升難度。本工程整體

13、滑移施工工藝特點、難點為：(1)滑移的桁架高度高為18.1米，寬度窄5.7米，整體穩(wěn)定性差。(2)桁架滑移由拼裝平臺滑移至設計位置，行進距離為70米，行走距離較長。(3)酒店部分由于重心較高(約9.5米處)，所以采用兩次滑移(4.4米和13.7米)，空中對接。這種拼接工藝要求精度很高。為保證整體滑移順利進行，應進行滑移單元劃分。滑移單元劃分的原則是：滑移單元必須是自穩(wěn)定的結構體，或通過加固和架設臨時支撐形成穩(wěn)定的滑移單元，滑移到位后拆除臨時支撐。牽引或頂推設備具有足夠的動力。滑移單元確定后，針對酒店和寫字樓分別進行風荷載影響、安裝滑移器后的滑移單元自重反力、輔助穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性、軌道滑動摩

14、擦力、滑動過程中不利值、滑移梁強度等計算。然后最終確定采用的軌道、頂推設備動力、地下結構回頂方案等項。本工程滑移軌道采用支撐行走塔所用的軌道梁，形式為H488*300*12*18，H型鋼且每600間距設一600*250*16的筋板，兩側設有14B的槽鋼做斜支撐，上鋪軌道梁，組成滑移梁。利用鋼板與桁架連接，鋼板與鋼軌直接接觸，在鋼軌上滑行，鋼板下裝限位輪防止鋼結構左右偏離?；七^程中在鋼軌上涂抹黃油以減小摩擦系數(shù)?；品绞椒譃闋恳交坪晚斖茣r滑移，本工程采用頂推時滑移方式?；苿恿υO備經計算后，確定采用三臺頂推錨點式油壓千斤頂，用一臺液壓泵提供動力，用一臺電腦對整個系統(tǒng)進行控制，以保證整個系統(tǒng)

15、滑移同步。為保證滑移時下部砼結構不致破壞，回頂工作應在滑移前全部完成。依據(jù)鋼桁架結構加固回頂方案，本工程在滑移軌道下應逐層回頂，采用碗扣式腳手架鋼管上墊10*10的木方，腳手架下滿鋪50厚腳手板，立桿間距300*300，橫桿間距600支撐于砼下，由于結構后澆帶未澆筑，因此在后澆帶處和-4層底部墊木采用18槽鋼且在后澆帶處加強兩排?；魄罢匍_由所有參建單位負責人參加的準備會，會上監(jiān)理部共提出如下注意事項：上報滑移操作公司及操作人員的有關資質，確保操作準確無誤；滑移施工時必須嚴格按照經專家論證的滑移方案操作；對滑移設備進行再次檢驗，確保設備完好；對滑移區(qū)域內的回頂再次進行檢查，確?；茣r的結構安全

16、；設立警戒區(qū)無關人員不得進入滑移區(qū)域。為保證安全鋼結構滑移時自一層至負四層所有無關人員不得進入，各單位負責人負責本單位施工人員；有關各方聯(lián)合進行檢查，并在檢查后會簽，各負其責；建立搶險隊伍，與意外情況立即進行搶險(包括負傷人員搶救)；滑移前調集足夠的搶險物資，以備不時之需；加強對結構的變形觀測，發(fā)現(xiàn)意外立即采取措施；萬一發(fā)生意外要服從有關領導指揮，遵照鋼桁架滑移應急預備方案進行搶險，不得慌亂；滑移過程中要注意監(jiān)督滑移速度不宜過快，隨時觀察滑軌上的刻度標尺，如出現(xiàn)不同步立即修正，通過電腦控制三臺頂推錨點式油壓千斤頂上的液壓傳感器使千斤頂保持同步推進，并隨時掌握結構觀測點的觀測數(shù)值，隨時注意滑移時

17、下部結構變形情況和鋼結構平衡、同步狀況。頂推錨點式油壓千斤頂千斤頂控制電腦5.整體提升過程的現(xiàn)場監(jiān)控本工程鋼結構桁架安裝標高為+52.835米，安裝標高較高。本工程采用整體提升的方法安裝，對寫字樓和酒店部分分別進行整體提升。桁架拼裝完成后，滑移至預提升位置，酒店部分先提升上層桁架預安裝，待下部分滑移提升到位置后與上層對接。選用整體提升的優(yōu)點是：提升的結構重量重，可達萬噸以上。提升的結構尺寸、面積和體積都大。計算機控制，自動化程度高。安全、可靠，施工風險低。施工周期短，施工費用低。減去牛腿、勁性柱，加上臨時支撐、拼裝后形成的提升單元，結構最大跨度27.5米，高度18.1米，寬度5.7米。寫字樓提

18、升單元自重203噸，酒店提升單元自重283噸，安裝就位標高+52.835米(桁架上制高點標高)。本工程采用計算機控制液壓同步提升技術，這是一項新穎的構件提升安裝施工技術。計算機控制液壓同步提升系統(tǒng)由鋼絞線及提升油缸集群(承重部件)、液壓泵站(驅動部件)、傳感檢測及計算機控制(控制部件)和遠程監(jiān)視系統(tǒng)等幾部分組成。用主控計算機控制所有提升油缸的統(tǒng)一動作，保證各個提升吊點的位置同步。集群油缸系統(tǒng)通過計算機控制系統(tǒng)對所有油缸的動作統(tǒng)一控制、統(tǒng)一指揮，動作一致完成結構件的提升作業(yè)。液壓千斤頂?shù)倪x擇是依據(jù)提升物重量和吊點的反力計算加上保險系數(shù)而得的。本工程寫字樓部分選擇四個吊點，采用八臺LSD40型(公

19、稱提升力40噸；40t*8=320t203t提升力偏于安全)穿芯式液壓千斤頂組成集群油缸系統(tǒng)；酒店部分選擇吊點位置與寫字樓相同，采用八臺TX100J型(公稱提升力100噸)穿芯式液壓千斤頂組成集群油缸系統(tǒng)。鋼絞線均采用高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑15.2，抗拉強度1860N/，符合美國標準ASTM A41687A，其抗拉強度、幾何尺寸、表面質量都應得到嚴格保證。每個吊點鋼絞線為4*9根。液壓泵站的選擇需滿足：提升油缸驅動數(shù)量的要求；提升速度的要求；提升過程中同步調節(jié)性能的要求。本工程寫字樓和酒店均選擇兩臺BJ40泵站做為驅動設備。提升牛腿隨主體結構施工預埋于砼中，與預埋于砼中的勁性鋼柱焊接，

20、提升上錨點即位于提升牛腿上。下錨點選擇在提升構件的下玄梁上，上下錨點平臺、支架上的開孔需保持同心。整體提升前應檢查:：提升設備安裝、調試完成；提升結構質量合格；提升結構已去除與結構無關的荷載；提升經過的空間無任何障礙物；提升結構與其它結構的連接已全部去除。絞線與錨頭固接可靠，嚴防提升過程中脫錨。上述工作完成后可進行結構預提升。監(jiān)理工程師除參加了上述加查工作外，還對提升設備和提升用鋼絞線的相關資料進行了審核。檢查了提升牛腿的有效連接情況，由于施工單位未及時提供寫字樓牛腿焊縫探傷合格報告，我監(jiān)理工程師于2007年11月23日發(fā)監(jiān)理通知，要求施工單位提供該部位探傷合格報告，否則不允許預提升，2007

21、年11月24日施工單位提供了該部位探傷合格報告，鋼結構預提升順利進行。預提升成功后，提升結構在空中靜置68小時中，監(jiān)理工程師對提升牛腿的變形狀況，上下錨點鋼絞線監(jiān)測狀況進行了全面監(jiān)控。觀測結果良好。正式提升過程中監(jiān)理工程師注意觀察油缸行程傳感器，監(jiān)視鋼結構四個錨點提升的同步狀況。并提醒施工單位如發(fā)生意外，應遵循應急措施進行排除，嚴禁無序操作。提升千斤頂油缸行程傳感器整體提升到位6.二次拼裝過程的現(xiàn)場監(jiān)控酒店部分鋼吊樓為雙桁架(底層和頂層均為桁架層)，鋼結構自重(提升部分283t)遠高于寫字樓鋼吊樓，而上部桁架重量較重，使鋼結構重心比寫字樓鋼結構要高許多，自身穩(wěn)定性較差，整體滑移和整體提升的風險

22、要比寫字樓鋼結構大得多。此時主體結構后澆帶砼尚未澆筑，主體結構的承載力也需要考慮(寫字樓鋼結構整體滑移時觀測到的結構變形為6)。鑒于上述原因，為保證鋼結構安全、順利的安裝完成，針對酒店鋼結構的安裝實際情況對原安裝方案進行了修改，重新制訂了專項方案。原安裝方案是上部滑移到位后提升一定高度，待下部滑移到位后將上部降下與下部進行拼接，拼接完成后在整體提升至安裝位置進行安裝。修改方案是分段原則不變，只是將上部滑移到位后直接提升至安裝位置進行預安裝，下部滑移至位置后也提升至安裝位置與上部拼接。兩相比較：原方案在首層頂板上進行兩段拼裝，優(yōu)點是拼裝較方便、對位較容易；缺點是整體鋼結構(283t)在主體結構上

23、停置時間過長，對主體結構安全影響較大(停置位置有后澆帶未澆筑)。且整體提升重量較大。修改方案是提升到安裝位置進行兩段拼裝，優(yōu)點是整體提升重量減小，由于是分段在主體結構上停置，重量較輕，時間較短，對主體結構安全影響較小。缺點是兩段拼裝時可調節(jié)量較小，空中對接技術要求很高。為保證結構和施工安全，經討論后決定采用修改方案施工。為解決拼裝對位的精度問題，首先要求構件加工提高精度，其次將兩段之間的連接鋼柱做成活節(jié)，以便于連接對位時的微調。鋼結構整體提升至安裝位置后應立即將鋼結構與主體結構連接，連接順序為先主梁再次梁。連接前會對安裝位置進行微調，調校后安裝高強螺栓，然后焊接。拼裝施工時監(jiān)理工程師應對桁架起

24、拱值和立面垂直度的控制重點監(jiān)控。桁架質量控制目標值為：跨中高度：10；拱度：l/5000檁條連接支座間距：50。并對安裝誤差及連接位置的接縫、焊縫質量進行全程監(jiān)控，同時對主體結構的變形情況觀測提出了要求。由于鋼結構整體提升完成后已進入冬施，因此要求施工單位按冬季施工方案的要求施工，厚板焊接的控制是重點：預熱、緩冷和焊接規(guī)范的控制?？刂颇繕酥禐椋汉癜搴附雍缚p合格率達100%。預熱溫度根據(jù)鋼材材質和厚度不同而不等，其范圍應在：100-150；預熱區(qū)應在焊縫兩側，寬度不小于：100 ；緩冷溫度應在150以上，保溫時間不得小于2小時。首先監(jiān)理部審核了施工單位上報的鋼結構冬季施工方案并指出：(1)焊條的

25、保存必須符合規(guī)范規(guī)定，使用前應進行焙烘；(2)厚板焊接時應注意預熱、緩冷；(3)高強螺栓在負溫下安裝應進行扭矩系數(shù)、軸力的復驗；(4)雨、雪天焊接應有保護措施；(5)嚴禁使用水性涂料。施工時，監(jiān)理工程師嚴格要求施工方按鋼結構冬季施工方案施工，不得以任何理由簡化工序。7.安全保證措施的監(jiān)控目前監(jiān)理工作的另一項目標值就是必須確保施工安全。這也是鋼結構工程監(jiān)理工作的硬指標。消除一切不安全的因素，把事故消滅在萌生之前也成為監(jiān)理工程師義不容辭的職責之一。欲使施工順利進行做好安全工作是施工順利進行的有力保證之一。本工程鋼結構滑移、提升的順利進行安全保護工作共有三條：(1)鋼結構本身在施工中的安全保護；(2

26、)施工中施工人員的安全保護；(3)鋼結構滑移、提升是在主結構二層上進行的，對主結構的安全保護。由于是高空作業(yè)，加強安全防護非常重要。監(jiān)理工程師除要求施工單位，對鋼吊樓加強水平、豎向防護外。還要求對上鋼結構操作人員要加強安全教育，加強安全防護，上架須將安全帶與結構作有效連接，戴好安全帽，小件物品要裝袋防止高空墜落。高空焊接要有接火措施，要設立看火人，消防器具要備齊，焊接下方易燃物要清理干凈。15M/S 風速時應停止作業(yè)。為使二層以下主結構不至于在鋼結構滑移、提升時遭到破壞，對二層以下結構必須加固，回頂?，F(xiàn)場的情況是二層以下至負四層豎向支撐已拆完(后澆帶處除外),后澆帶尚未澆筑。回頂方案既要滿足施工安全的需要，又要工期短，還要比較經濟。施工方首次上報的方案