大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法(福建省工法).doc

福建省工程建设省级工法申报资料工法名称： 大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法 类 别： 房屋建筑工程 专业分类： 钢结构 申报企业： 中建三局（厦门）建设有限公司 目 录一、福建省工程建设省级工法申报表（附件1）2二、工法文本（附件2）14三、企业级工法审定公布文件复印件52四、工程应用证明（附件3）57五、经济效益证明（附件4）65六、关键技术的有关资料69七、关键技术及专利权属无争议、无纠纷声明书（附件5）86八、福建省工程建设工法公开授权书（附件6）90九、反映实际施工中工法操作要点的照片92申报资料一 福建省工程建设省级工法申报表（附件1）附件1福建省工程建设省级工法申报表（2016年度）工法名称： 大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法 类 别： 房屋建筑工程 专业分类： 钢结构 申报企业： 中建三局（厦门）建设有限公司 推荐单位： 福建省住房和城乡建设厅 制填 写 说 明1“申报企业”栏：应为工法的第一完成单位。2“类别”栏：请在房屋建筑工程、土木工程、工业安装工程对应项中划“”，申报表封面直接填写。3.“专业分类”栏：房屋建筑工程类别包括：（1）地基与基础（2）主体结构（3）钢结构（4）装饰与屋面（5）水电与智能（6）其他；土木工程类别包括：（1）公路（2）铁路（3）隧道（4）桥梁（5）堤坝与电站（6）矿山（7）其他；工业安装工程类别包括：（1）工业设备（2）工业管道（3）电气装置与自动化（4）其他。如没有对应专业，请填写“其他”并注明自己认可的专业分类。4“工法完成单位”栏：填写内容应与“主要完成单位意见”栏中的公章一致。5“通讯地址”及“联系人”：指完成单位的地址和联系人。6.“主要完成人”栏：最多填写5人。7.“工法应用工程情况”栏：最少填写3项工程。8“工法关键技术名称”栏：由申报单位提炼填写；未组织审定的工法，组织审定单位和时间可不填写。9“工法形成企业技术标准情况”栏：该工法已形成了企业技术标准的，填写此栏，填写内容包含企业技术标准名称、编号和发布时间等。10“升级版工法”指该工法已批准为省级工法，有效期超过5年，但其关键技术有所创新，仍具有先进性和较高推广应用价值的工法。11工法关键技术涉及有关专利的，应注明专利号、专利权人、专利许可使用期限、范围、权限、是否有偿使用等内容。工法名称大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法类别R 房屋建筑工程 土木工程 工业安装工程专业分类钢结构工法完成单位第一完成单位单位名称中建三局（厦门）建设有限公司营业执照号码978658X通讯地址及邮编厦门市思明区软件园二期望海路65号701361008法人代表张华其手机联系人桑桂芳身份证号码5161024座机手机传真QQ346365520第二完成单位单位名称中建三局安装工程有限公司主要完成人姓 名工作单位职务职称电话单红波中建三局安装工程有限公司项目总工刘晓斌中建三局安装工程有限公司经理部总工潘剑峰中建三局安装工程有限公司经理部总经理桑桂芳中建三局（厦门）建设有限公司技术部经理计克贤中建三局（厦门）建设有限公司公司执行总经理工法应用工程情况工程名称1、东南国际航运中心总部大厦(36#地块)E、F座工程开竣工时间2014年2月-2015年6月工程所在地区厦门市海沧区工程名称2、东南国际航运中心总部大厦(37#地块)A、B座工程开竣工时间2014年2月-2015年9月工程所在地区厦门市海沧区工程名称3、东南国际航运中心总部大厦(37#地块)C、D座工程开竣工时间2015年3月-2016年8月工程所在地区厦门市海沧区工法关键技术名称、组织审定单位和时间工法关键技术为大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工技术，于2016年4月13日经过厦门市科学技术信息研究院查新为新技术。工法关键技术获科技成果奖励的情况中文核心期刊施工技术2015年11月第21期发表相关论文1篇大角度多步倾斜钢框体系自平衡安装模拟分析，实用新型专利2篇新型钢柱斜率测量仪和钢直梯快速悬挂装置。工法形成企业技术标准情况/升级版工法原工法编号、名称、完成单位及批准文号（升级版工法填写此栏）/工法摘要：（300字以内）本工法主要对大角度多步倾斜钢框体系自平衡安装方法进行研究。利用BIM技术，依照施工方案，在tekla structures软件搭建精细化BIM施工模型，通过可视化的演示，论证方案的可操作性。确立方案可操作后，利用midas/Gen软件建立计算模型，对整个体系的施工过程进行模拟分析，确保施工方案的全过程安全可靠，并根据分析结果，对施工方案提出了合理化建议。同时，将BIM精细化模型转换成midas/FEA软件有限元分析模型，通过非线性静接触分析技术真实地论证工法中应用到的自平衡安装技术精度可控。工法实施过程中，充分利用了BIM技术、自平衡安装技术、双机协同作业技术、有限元施工模拟分析技术及项目自主研发的新型钢柱斜率测量仪和钢直梯快速悬挂装置两项专利。工法关键词：大倾角斜柱；自平衡安装技术； BIM技术；可视化模拟；线性施工模拟分析；非线性静接触分析；双机协同作业工法内容简述：随着我国经济的快速发展，对建筑的结构的要求越来越高，采用钢结构的建筑也越来越多。大悬挑，大跨度的框架形式频繁的出现在钢结构建筑中，这种结构形式比混凝土结构能更好的满足建筑大开间、大悬挑的要求，同时能满足建筑上造型的要求。大角度多步倾斜钢框体系的安装，传统采用搭设胎架支撑进行施工， 需要搭设大量胎架，且其对场地有较高要求，施工周期慢，工期难以保证，因此在大角度多步倾斜的钢框体系安装中，应对原传统施工技术进行革新，降低对场地要求，节约工期，降低施工成本。本工法阐述了大角度倾斜钢框体系结构的整体施工工艺，利用BIM技术对大角度多步倾斜钢框体系进行深化设计，建立相关BIM模型，并利用BIM模型对多步分段安装的施工方案进行模拟演示，论证方案的可操作性。确立方案可操作后，利用midas/Gen软件建立计算模型，对整个体系的施工过程进行模拟分析，确保施工方案的全过程安全可靠，并根据分析结果，对施工方案提出了合理化建议。悬挑结构在自重状态下会产生一定挠度变形，根据模拟计算结果，在深化阶段对相关构件进行起拱以抵消变形。斜柱的安装是整个悬挑结构施工的关键。斜柱柱身采用自平衡法单机作业，将BIM精细化模型转换成midas/FEA软件有限元分析模型，通过非线性静接触分析技术真实地论证工法中应用到的自平衡安装技术精度可控。施工过程中，通过合理设置吊点和吊绳使斜柱处于最终倾斜状态，并利用自平衡连接副使得斜柱空中对接一次成功。斜柱柱头采用与主梁进行双机协同作业，利用主梁将斜柱柱头与原结构形成自平衡，以达到无支撑安装。斜柱柱头下端与斜柱柱身利用自平衡连接副进行定位和固定，斜柱柱头侧向利用高强螺栓，通过主梁与原有结构进行连接固定，并于柱梁平面外临时设置2道缆风绳，确保结构的稳定性。采用该种施工工法，大大缩短了工期，而且还节约了胎架制作和安装成本，取得了良好的经济效益。同时对以后类似的钢结构工程提供了较高的指导意义。关键技术及保密点：1、大角度多步倾斜钢框体系BIM应用技术;2、大倾角斜柱自平衡法吊装技术;3、柱梁双机协同作业技术；4、有限元线性施工模拟分析技术5、有限元非线性静接触分析技术。涉及专利的工法应填写下列内容（与附件5内容一致）专利名称1新型钢柱斜率测量仪专利号及专利有效期ZL 2015 2 0052761.12015.07.08-2025.07.07专利权人姓名中建三局机电工程有限公司本企业专利或本企业职工专利本企业专利许可使用（有偿或无偿）、范围、期限、权限按附件5“专利权人授权声明”处理专利名称2钢直梯快速悬挂装置专利号及专利有效期ZL 2015 2 0052922.72015.09.09-2025.09.08专利权人姓名中建三局机电工程有限公司本企业专利或本企业职工专利本企业专利许可使用（有偿或无偿）、范围、期限、权限按附件5“专利权人授权声明”处理技术水平和技术难度（包括与省、国内外同类技术水平比较）：（1） 悬挑部分体型大，其中B座B10区结构悬挑长度达24m，高度为14.7m，采用整体吊装的方式难以实现，须对构件进行分段吊装，其分段点的设置，应充分考虑结构受力特点；（2） 倾斜角度大，斜柱截面为100020，最大倾斜角度61，空中对接难度大，精度要求高，不易设置临时固定措施，吊绳、吊点的设置需要考虑空中对接的便利性；（3） 场地限制，现场施工场地往往受地下室外墙防水施工及土方回填滞后于主结构施工影响，不具备搭设胎架的条件；（4） 悬挑部分重量大，整个悬挑部分总重量达285.4t，施工的每一阶段，结构因自重作用产生的挠度变形，与设计的最终状态差别很大，如何真实有效的模拟每步施工的工况也是其中一难点； （5） 焊接量大，悬挑部分构件多，因分段导致的构件连接焊缝增加，使得焊接的工作量很大。工程应用情况及推广应用前景：本工法适用于大倾角、大悬挑的钢框架结构的吊装，现场条件不允许搭设胎架施工，结构的高度需在吊车的吊装范围内。与以往的常规搭设胎架施工方法相比，本工法具备诸多优势，通过汽车吊和塔吊的协同作业，并采用自平衡安装技术提升施工效率，能有效的保障构件安装质量、缩短工期、降低成本，具有良好的推广性。经济效益或社会效益（包括节能和环保效益）：1、经济效益：东南国际航运中心总部大厦(36#地块)E、F座工程施工过程中，采用大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法，为项目节约了36吨支撑胎架费用，并缩短施工工期15天。该工法应用使得施工更加简单、方便，提高了功效，节约了工期，绿色环保。胎架的制作和安装费8254元/吨，需36吨。塔吊租赁费16.85万元/月，塔吊作业人员工资4.4万元/月。节约胎架施工费用：8254*36=29.7万元节省塔吊使用的台班费：16.85*1*0.5=8.4万元 司机和指挥工工资约：4.4*1*0.5=2.2万元 共节省费用40.3万元。东南国际航运中心总部大厦(36#地块)A、B座工程施工过程中，采用大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法，为项目节约了23吨支撑胎架费用，并缩短施工工期10天。该工法应用使得施工更加简单、方便，提高了功效，节约了工期，绿色环保。胎架的制作和安装费8254元/吨，需23吨。塔吊租赁费16.85万元/月，塔吊作业人员工资4.4万元/月。节约胎架施工费用：8254*23=19.0万元节省塔吊使用的台班费：16.85*1*1/3=5.6万元 司机和指挥工工资约：4.4*1*1/3=1.5万元 共节省费用26.1万元。东南国际航运中心总部大厦(36#地块)C、D座工程施工过程中，采用大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法，为项目节约了52吨支撑胎架费用，并缩短施工工期30天。该工法应用使得施工更加简单、方便，提高了功效，节约了工期，绿色环保。胎架的制作和安装费8254元/吨，需52吨。塔吊租赁费16.85万元/月，塔吊作业人员工资4.4万元/月。节约胎架施工费用：8254*52=42.9万元节省塔吊使用的台班费：16.85*1*1=8.4万元 司机和指挥工工资约：4.4*1*1=2.2万元 共节省费用64.2万元。2、社会效益：该工法施工工艺先进、实用性强，对于大倾角、大悬挑钢结构框架体系施工而言，能够显著提高施工质量和施工安全水平，同时节约机械、材料、人工成本，具有良好的经济效益和社会效益。厦门东南国际航运中心项目作为福建自贸区厦门片区的重要工程，大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法的应用缩短了安装工期，为项目的提前完工，奠定了坚实的基础，该工法的应用获得了业主、监理一致好评。工法完成单位意见：该工法施工工艺创新、实用性强，对于大角度多步倾斜钢框体系自平衡安装，有显著提高施工效率。工法利用结构自身特点，采用自平衡安装，减少胎架搭设，为其它专业施工创造有利条件，同时节约施工成本，具有良好的经济效益和社会效益。第一完成单位（公 章） 第二完成单位 （公 章）年 月 日 年 月 日推荐单位意见：（公 章） 年 月 日申报资料二工法文本（附件2）附件2大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法工法编号：ZJSJXMGF2016-2完成单位：中建三局（厦门）建设有限公司 中建三局安装工程有限公司主要完成人：单红波、刘晓斌、潘剑峰、桑桂芳、计克贤1 前 言钢结构是公共建筑的主要结构形式，尤其是在一些大跨度、大空间的建筑中。相对于混凝土结构，钢结构有承载力大、自重小、抗震性能好等优点，对一些大倾角、大悬挑的结构而言有着混凝土结构无法替代的优势。而往往大倾角、大悬挑的钢结构安装是整个施工的重难点，特别是多步外倾斜的大倾角结构，其安装所要求的进度、质量、安全等均是现代钢结构安装技术所必须解决的难题。本工法以东南国际航运中心总部大厦37地块A、B座工程B10区大角度多步倾斜钢框结构（悬挑长度24m，重285.4t，倾斜角度达61）为对象，对大角度多步倾斜钢框体系施工方法进行探索，总结了一套关于大角度、大悬挑钢框体系无支撑自平衡安装技术，形成施工工法，并通过技术查新认定为新技术。本工法施工技术现已于中文核心期刊施工技术2015年11月21期发表相关论文大角度多步倾斜钢框体系自平衡安装模拟分析1篇，并授权实用新型专利2篇新型钢柱斜率测量仪和钢直梯快速悬挂装置。东南国际航运中心总部大厦项目位于厦门市海沧区海沧大道，西邻东屿南路，东临海沧大道，建成后将成为我国继上海、天津、大连之后的第四个国际性航运中心。37#地块A、B座工程建筑面积约43万平方米，建筑高度153.5米，钢结构用量4.6吨，结构形式为框架-核心筒体系和框架-剪力墙体系。工程采用“大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法”施工，利用BIM技术，依照施工方案，在tekla structures软件搭建精细化BIM施工模型，通过可视化的演示，论证方案的可操作性。确立方案可操作后，利用midas/Gen软件建立计算模型，对整个体系的施工过程进行模拟分析，确保施工方案的全过程安全可靠，并根据分析结果，对施工方案提出了合理化建议。同时，将BIM精细化模型转换成midas/FEA软件有限元分析模型，通过非线性静接触分析技术真实地论证工法中应用到的自平衡安装技术精度可控。图1-1 A、B座正面塔楼效果图图1-2 B10施工完成图2 特 点2.0.1 大角度多步倾斜钢框体系BIM应用技术B座B10区结构悬挑长度达24m，高度为14.7m，整个悬挑部分总重量达285.4t，采用整体吊装的方式难以实现，须对构件进行分段吊装，其分段点的设置，应充分考虑结构受力特点。利用BIM技术对大角度多步倾斜钢框体系进行深化设计，建立相关BIM模型，并利用BIM模型对多步分段安装的施工方案进行模拟演示，论证安装方案的可操作性。2.0.2 大倾角、大悬挑斜柱自平衡安装技术根据大倾角斜柱的结构特点将其进行分段，并按照受力特点，自行设计出斜柱自平衡安装连接副，满足结构安装过程中的安全要求和精度要求。在吊装时利用手拉葫芦将斜柱调整到安装对应状态，通过自平衡连接副快速将斜柱进行定位，同时设置临时缆风绳保障斜柱稳定性，从而顺利进入后续斜柱焊接作业。2.0.3 柱梁双机协同作业技术在施工现场不具备搭设支撑胎架的情况下，充分利用现有塔吊设备，发挥汽车吊移动灵活的优点，形成柱梁双机协同作业。斜柱柱头部分采用汽车吊进行安装，与柱相连的主梁采用塔吊进行安装。斜柱柱头下端通过自平衡连接副与斜柱柱身相连，斜柱柱头侧向通过主梁与已安装完成结构连接，从而形成结构的自平衡，无需设置独立支撑系统。利用现有塔吊和汽车吊双机协同作业，相比搭设胎架原位安装节约了胎架制作和安装的费用，取得良好的经济效益。2.0.4 有限元施工仿真分析技术工法分别利用有限元线性施工模拟分析技术和非线性静接触分析技术。有限元线性施工模拟分析技术利用midas/Gen软件建立计算模型，对整个体系的施工过程进行模拟分析，确保施工方案的全过程安全可靠，并根据分析结果，对施工方案提出了合理化建议。有限元非线性静接触分析技术用以解决论证大倾角斜柱自平衡安装问题，将BIM精细化模型转换成midas/FEA软件有限元分析模型，通过非线性静接触分析技术真实地论证工法中应用到的自平衡安装技术精度可控。3 适用范围3.0.1 本工法适用于大倾角、大悬挑的钢框架结构的吊装，现场条件不允许搭设胎架施工，且结构的高度需在吊车的吊装范围内。4 工艺原理随着我国经济的快速发展，对建筑的结构的要求越来越高，采用钢结构的建筑也越来越多。大悬挑，大跨度的框架形式频繁的出现在钢结构建筑中，这种结构形式比混凝土结构能更好的满足建筑大开间、大悬挑的要求，同时能满足建筑上造型的要求。大角度多步倾斜钢框体系的安装，传统采用搭设胎架支撑进行施工， 需要搭设大量胎架，且其对场地有较高要求，施工周期慢，工期难以保证，因此在大角度多步倾斜的钢框体系安装中，应对原传统施工技术进行革新，降低对场地要求，节约工期，降低施工成本。本工法阐述了大角度倾斜钢框体系结构的整体施工工艺，利用BIM技术对大角度多步倾斜钢框体系进行深化设计，建立相关BIM模型，并利用BIM模型对多步分段安装的施工方案进行模拟演示，论证方案的可操作性。确立方案可操作后，利用midas/Gen软件建立计算模型，对整个体系的施工过程进行模拟分析，确保施工方案的全过程安全可靠，并根据分析结果，对施工方案提出了合理化建议。悬挑结构在自重状态下会产生一定挠度变形，根据模拟计算结果，在深化阶段对相关构件进行预起拱以抵消变形。斜柱的安装是整个悬挑结构施工的关键。斜柱柱身采用自平衡法单机作业，将BIM精细化模型转换成midas/FEA软件有限元分析模型，通过非线性静接触分析技术真实地论证工法中应用到的自平衡安装技术精度可控。施工过程中，通过合理设置吊点和吊绳使斜柱处于最终倾斜状态，并利用自平衡连接副使得斜柱空中对接一次成功。斜柱柱头采用与主梁进行双机协同作业，利用主梁将斜柱柱头与原结构形成自平衡，以达到无支撑安装。斜柱柱头下端与斜柱柱身利用自平衡连接副进行定位和固定，斜柱柱头侧向利用高强螺栓，通过主梁与原有结构进行连接固定，并于柱梁平面外临时设置2道缆风绳，确保结构的稳定性。5 工艺流程及操作要点5.1 工艺流程B10区大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工艺流程见图5.1-1，结构安装顺序见图5.1-2。图5.1-1 工法施工工艺流程图图5.1-2 结构安装顺序流程图5.2 操作要点5.2.1 BIM深化设计BIM技术在钢结构领域的应用与发展，为工程各方的信息共享与协同作业搭建了广阔的平台，同时也为钢结构精细化管理提供了先进的工具和手段。本项目钢结构施工图深化采用国际通行的“谁承包谁出深化图”的做法。各分包商承担各自的深化设计工作，总承包负责对各分包商的深化设计进行统一管理。首先，建立深化设计管理体系。体系的建立，有利于对工程中涉及的各个专业分包商进行有效的管理，有利于各个专业分包商之间的信息沟通与交流。其次，确立项目深化设计管理的主要内容。钢结构深化设计的主要管控内容为深化进度管理、图纸质量管理及技术问题协调管理。最后，对钢结构分包钢结构深化设计进行过程管控。通过体系的建立和工作范围的划分，明确各方的工作职责。作为项目总承包方，成立钢结构深化管理部，对钢结构专业分包进行过程管控，确保其按照工作计划有序进行，并将监督情况实时反馈于工程参与各方。钢结构深化设计管理组织机构见图5.2.1-1。图5.2.1-1 钢结构深化设计管理组织机构图针对于本项其体量大、技术难、施工实际不相符，造型设计变更度高、涉及专业工程交叉配合多等特点，为准确、快捷、高效地完成钢结构施工详图的深化设计工作，项目采用“总承包组织协调、钢结构分包单位进行深化设计、总承包进行深化图纸审核、设计单位审定”的形式，利用转化工具，将设计院BIM模型导入至钢结构深化软件tekla structures中，加快深化建模速度进度，具体流程如图5.2.1-2，图5.2.1-2 钢结构深化设计流程图5.2.2 初步拟定安装方案1 方案选择受施工工期紧、施工场地条件限制，现场不具备搭设支撑胎架的条件，现拟定施工采用自平衡安装方法。首先使用汽车吊将斜柱柱身段吊装至相应位置，利用自平衡连接副完成一次自平衡安装；然后待柱身段校正焊接完成后，利用既有的MCT370塔吊与中联150t汽车式起重机配合进行双机协同作业将斜柱柱头段和横向主梁同步安装（如图5.2.2-1），利用结构自身特点完成二次自平衡安装，从而有效的避免搭设胎架施工。在构件吊装就位后，设置缆风绳来保证结构平面外稳定性。图5.2.2-1 柱梁双机协同作业实景图2 构件分段由于构件截面大，单根构件重量大，必须将部分大构件进行分段。本着易于吊装、方便焊接、构件体型大小适中的原则进行分段。项目利用tekla structures软件进行BIM深化建模，按施工方案中汽车吊最大起重量将构件分段，分段后最重单根构件重达9.5t。图5.2.2-2 构件分段图5.2.3 BIM可视化施工模拟随着建设工程规模的不断扩大、现场情况变得越来越复杂，专项施工方案的制定顾及的面越来越广，难度越来越大。BIM技术的应用提高了专项施工方案的质量，使其更具有可建设性。项目通过BIM的软件平台，采用立体动画的方式，配合施工进度，精确地描述出整个B10区大倾角多步倾斜钢框体系的安装过程，找出施工方案的薄弱环节，有针对性的编制安全保障措施，使施工安全保证措施的制定，更直观，更具有可操作性。图5.2.3-1 B10区BIM模型图项目利用tekla structures软件进行模型搭建，并将其导入至navisworks软件中进行施工模拟，通过可视化的动态展示，将大角度多步倾斜钢框体系自平衡安装技术全过程展现。项目通过BIM施工模拟的可视化展示，分析施工顺序的合理性，明确施工的质量控制要点，并对施工过程中可能出现的安全风险进行评估，其具体安装流程如下：第一步，首先使用塔吊MCT370完成原结构B-4轴四根立柱及柱间斜撑的吊装；图5.2.3-2 施工流程图一第二步，使用中科重科150吨汽车吊依次吊装B-3与B-4轴之间二层斜柱柱身段；图5.2.3-3 施工流程图二第三步，使用塔吊和汽车吊双机协同作业完成B-3轴三层斜柱与主梁吊装；图5.2.3-4 施工流程图三第四步，依次完成三层斜柱柱头与主梁吊装；图5.2.3-5 施工流程图四第五步，使用塔吊完成B10区三层剩余主次梁吊装；图5.2.3-6 施工流程图五第六步，依次吊装B-3与B-4轴之间斜柱、B-3轴三层立柱、B-2与B-3轴之间斜柱及相互连接的横梁；图5.2.3-7 施工流程图六第七步，使用塔吊完成四层B10区所有主次梁的吊装；图5.2.3-8 施工流程图七第八步，使用塔吊完成B10区周围悬挑部分的挑檐梁吊装，调校完成后进行螺栓紧固作业及焊接作业。图5.2.3-9 施工流程图八5.2.4 有限元施工仿真分析1 整体结构施工模拟分析1）计算模型根据BIM施工模型和具体施工方案，选取B-1至B-4轴之间结构，在midas/Gen中建立计算模型进行施工过程有限元模拟分析，分析采用线性分析模式，如图5.2.4-1所示。图5.2.4-1 B10区计算模型三维图根据设计文件，钢材均采用Q345，部分构件选取SRC材料，其中混凝土等级为C40。边界约束对首层的柱脚采用固支约束，同时对照图纸将部分梁端约束进行释放；荷载根据GB50755-2012钢结构工程施工规范相关要求，吊装过程中考虑自重荷载、施工机械设备荷载及工人施工荷载。将施工过程中荷载进行简化模拟在相应的部位施加节点荷载-4kN，如图5.2.4-2、图5.2.4-3；施工步骤参照实际施工步骤在midas/Gen中定义十三个施工阶段，每个施工阶段工期按照实际施工时间来设定。图5.2.4-2 施工荷载示意图一图5.2.4-3 施工荷载示意图二2）施工阶段力学分析假设构件的整个吊装过程近乎是刚体运动，在安装就位前力学性能不发生变化。现就midas/Gen软件对施工阶段模拟结果进行相关分析，主要从应力值、位移值等方面进行分析。图5.2.4-4 最大应力曲线图图5.2.4-4为施工各个阶段的最大应力值的曲线图。从图中可以看出，进行完第五阶段施工以后，结构出现最大应力值111.2MPa，该值小于材料设计值。在施工过程中安装悬挑部分会出现较大应力值，但在安装完连接横梁后最大应力值会略微减小，施工过程中应重点监控开始安装悬挑结构阶段。图5.2.4-5 最大位移曲线图图5.2.4-5为施工各阶段的最大位移值的曲线图，由图可见前几个施工阶段最大位移值均为较小;随着施工的进行，最大值出现在施工完成后，位移达36.5mm。在安装悬挑结构时位移会发生突变，因此在该阶段应该尽量慢的松开吊绳。如图5.2.4-6所示对悬挑结构点642点666、点367、点495、点360、点348进行施工过程位移监测，分别得出位移曲线图。图5.2.4-6 监测点选取示意图图5.2.4-7 监测点位移曲线图由图5.2.4-7可知，在前几施工阶段，所有监测点的位移值很小且基本一致；从整个施工过程来看，构件悬挑大的一侧的位移值要比悬挑小的一侧位移值明显要大；监测点348、360的位移在第十施工阶段突然变大，可以断定第十施工阶段为重点监控的施工阶段；六个监测点最终位移分别为3.49mm、2.32mm、0.35mm、0.20mm、36.51mm、10.95mm，所有监测点最终位移值都符合相关规范要求。2 斜柱非线性静接触分析1）计算模型接触分析假定空间上两个物体可以互相接触但是不能互相贯通。接触的类型有一般接触(general contact)和焊接接触(weld contact)等多种类型，接触分析属于非线性分析。本项目斜柱自平衡连接副采用的临时螺栓进行紧固，为一般接触类型(Symmetric General Contact)。图5.2.4-8 斜柱自平衡连接副从计算上看将物体定义为主体或从属体没有什么关系，但是从数值分析的角度上看，一般将刚体、密度或刚度相对较大的物体、或者单元划分较粗的物体定义为主体时，分析结果会更真实一些。因此分析假定将连接板定义为主体，螺栓定义为从属体。在midas/FEA的接触分析中使用罚方法(penalty method)，该方法是为了防止节点贯穿接触面，在节点和接触面之间布置罚弹簧(penalty spring)的方法。该方法实现起来相对容易，具有在动力分析时不受时间增量影响的优点。根据BIM施工模型和具体施工方案，选取B-3轴结构，在midas/FEA中建立计算模型进行施工过程模拟分析。模型是模拟原竖向结构柱与斜柱通过自平衡连接副进行连接，整个分析模型仅受自重，没有外荷载作用。当在自重荷载时因为连接板和螺栓产生变形，连接板和螺栓之间产生一个接触面，并通过接触面传递荷载。如图5.2.4-9所示，模型由原结构柱、斜柱、自平衡连接副构成，单元采用了实体单元，基于分析的准确性，分析考虑进行完整性建模。图5.2.4-9 静接触分析模型一图5.2.4-10 静接触分析模型（细部）根据设计文件，钢材均采用Q345，螺栓材料选取SM520材料，对原结构柱进三个方向采用固接(约束所有自由度)。荷载根据GB50755-2012钢结构工程施工规范相关要求，吊装过程中考虑自重荷载、施工机械设备荷载及工人施工荷载，综合考虑采用1.1倍自重进行分析。2）施工阶段力学分析选择的分析类型不同，分析控制对话框中的参数也不同。本次模拟分析是进行材料非线性分析，所以在分析控制对话框中选择“材料非线性”。如果要同时考虑大变形，可以同时勾选“几何非线性”。迭代计算的方法可以选择收敛性较好的Newton Raphson方法，荷载步为10次，每步内迭代次数为30回，可同时勾选自动调整荷载步选项。midas FEA中提供能量范数、位移范数、荷载范数三种收敛条件。收敛条件可以重复选择。本次模拟分析使用位移范数的收敛条件，现就midas/FEA软件对施工模拟结果进行相关分析，主要从应力值、位移值等方面进行分析。从下列各应力云图中可以看出，整体结构最大应力值126.9MPa，原结构最大应力为12.1MPa，斜柱最大应力为7.3MPa，竖向自平衡连接副最大应力为29.3MPa，竖向自平衡连接副螺栓最大应力为29.3MPa，横向自平衡连接副最大应力为18.5MPa，横向自平衡连接副螺栓最大应力为17.0MPa，应力值均小于其材料设计值。在施工过程中，自平衡连接副会出现较大应力值，施工过程中应重点监控自平衡连接副开始安装到拆除阶段。图5.2.4-11 整体模型应力云图图5.2.4-12 原结构柱应力云图图5.2.4-13 斜柱应力云图图5.2.4-14 竖向自平衡连接副应力云图图5.2.4-15 竖向自平衡连接副螺栓应力云图图5.2.4-16 横向自平衡连接副应力云图图5.2.4-17 横向自平衡连接副螺栓应力云图从下列各位移云图中可以看出，整体结构最大位移值2.15mm，原结构最大位移为0.26mm，斜柱最大位移为2.14mm，竖向自平衡连接副最大位移为0.01mm，竖向自平衡连接副螺栓最大位移为0.01mm，横向自平衡连接副最大位移为0.66mm，横向自平衡连接副螺栓最大位移为0.66mm，位移值均满足规范要求。图5.2.4-18 整体模型位移云图图5.2.4-19 原结构柱位移云图图5.2.4-20 斜柱位移云图图5.2.4-21 竖向自平衡连接副位移云图图5.2.4-22 竖向自平衡连接副螺栓位移云图图5.2.4-23 横向自平衡连接副螺栓位移云图图5.2.4-24 横向自平衡连接副螺栓位移云图5.2.5 确定施工方案通过BIM可视化施工模拟和有限元仿真分析，得以论证该施工方案可行。因此项目确定最终采用自平衡安装技术进行B10区大角度倾斜钢框体系的安装。首先使用汽车吊将斜柱柱身段吊装至相应位置，利用自平衡连接副完成一次自平衡安装；然后待柱身段校正焊接完成后，利用既有的MCT370塔吊与中联150t汽车式起重机配合进行双机协同作业将斜柱柱头段和横向主梁同步安装，利用结构自身特点完成二次自平衡安装，从而有效的避免搭设胎架施工。在构件吊装就位后，设置缆风绳来保证结构平面外稳定性。5.2.6 技术交底施工技术交底实为一种施工方法，在建筑施工企业中的技术交底，是指在某一单位工程开工前，或一个分项工程施工前，由相关专业技术人员向参与施工的人员进行的技术性交待，其目的是使施工人员对工程特点、技术质量要求、施工方法与措施和安全等方面有一个较详细的了解，以便于科学地组织施工，避免技术质量等事故的发生。本工程施工方案确定后，需完成三级技术交底。首先，由技术部向其他各部门进行交底，特别是现场工长；其次现场工长向实际作业班组长进行交底；最后由班组长向实际作业工人进行交底。技术交底记录作为工程技术档案资料中不可缺少的部分，应包含作业所需的技术要点、质量控制要点、安全注意事项。5.2.7 结构安装1 吊点、吊绳的设置对于大倾角斜柱吊装而言，吊点的设置尤为重要。斜柱是等截面连续构件，质量分布均匀，吊点位置选择遵循最小弯矩准则。为了让斜柱准确对位，吊装时采用吊绳与规格为20t的葫芦相连。通过分析计算，调节葫芦锁链长度来控制斜柱的倾斜角度，如图5.2.7-1所示。图5.2.7-1 吊点设置图2 斜柱柱身段空中对接通过采取自平衡法吊装斜柱，调节手拉葫芦使得斜柱处于最终的倾斜角度。然后将斜柱吊至相对应位置，用自平衡连接副进行固定，测量后通过手拉葫芦、千斤顶校正就位，最后完成对接焊缝。图5.2.7-2 二层斜柱柱身吊装完成图3 柱梁双机协同作业根据现场场地条件、吊装高度合理分配汽车吊和塔吊的吊装构件，充分利用塔吊吊装高度高，汽车吊移动灵活的特点，尽量让汽车吊吊装外围构件，塔吊吊装上部构件。在柱梁双机协同作业时，汽车吊吊装斜柱柱头，塔吊吊装与之相连的主梁，通过主梁将斜柱与原结构柱形成自平衡体系。图5.2.7-3 构件吊装图4 连接部位的焊接本工程主要采用CO2气体保护焊的焊接方法，焊接材料主要采用实芯焊丝。根据焊接情况，进行针对性的焊接工艺评定，焊接施工按照已评定合格的焊接工艺进行，保证现场焊接质量。焊缝的层间温度应始终控制在100150之间，要求焊接过程具有最大的连续性，在施焊过程中出现修补缺陷、清理焊渣所需停焊的情况造成温度下降，则必须进行加热处理，直至达到规定值后方能继续焊接。焊后应清除飞溅物与焊渣，清除干净后，用焊缝量规、放大镜对焊缝外观进行检查，不得有凹陷、咬边、气孔、未熔合、裂纹等缺陷，并做好焊后自检记录，自检合格后鉴上操作焊工的编号钢印，钢印应鉴在接头中部距焊缝纵向50mm处，严禁在边沿处鉴印。5.2.8 结构验收B座主体结构完成后，在自验合格的基础上，项目对