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大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法
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100～150℃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，项目对将验收的施工的内容进行自评，并报当地质量安全监督总站进行主体结构分部的实体检测报告。监理单位对验收部分检查工程资料和验收，并出评估报告。由业主向当地质量安全监督总站提交结构验收申请表，申请进行主体结构工程的中间验收。在质安站的监督下，由总监理工程师或建设单位项目负责人组织勘察、设计单位及施工单位项目负责人、技术质量负责人按设计要求和有关施工验收规范要求共同进行验收。

图5.2.8 B10区完成实景图
5.3 劳动力组织
劳动力投入计划：根据本工程特点共安排以下8个工种,各工种人员在不同阶段投入劳动力情况参见计划表:
表5.3-1 劳动力计划表
工种
按工程施工阶段投入劳动力情况
1-7天
8-15天
起重工
2
2
钢构安装
4
4
铆工
2
2
电焊工
3
3
油漆工
1
3
电工
1
1
测量工
2
2
普工及其他
3
3
合计
18
20
6 材料与设备
6.1 材 料
6.1.1 主要材料名称、规格、主要技术指标；
表6.1施工投入主要材料表
序号
材料名称
规格
数量
单位
用途
备注
1
钢丝绳
Φ2、Φ10、Φ16
600
米
吊装、校正

4
跳板
木跳板
30
块
脚手架

5
铁丝
Φ8
500
米
防护

6
棕绳

100
米
吊装

7
焊条
J422、J506
0.5
吨
焊接

8
焊丝
J507
1
吨
焊接

9
CO2气体

40
瓶
焊接

10
氧气

30
瓶

11
乙炔

15
瓶

12
安全网

1000
平米
防护

13
花篮螺栓
M20
100
个
校正

15
脚手架管
Φ48x3.75
200
米
脚手架
租赁
16
卡扣

800
个
校正

6.2 设 备
6.2.1 主要施工设备
表6.1 施工投入设备机具表
序号
用途
设备名称
型号规格
数量
1
起重设备
塔吊
MCT370
1台
2
汽车吊
QY150
1台
3
焊接设备
CO2焊机
OTC-600
6
4
直流电焊机
AX-300
4
5
电焊条烘箱
YGCH-X-400
1
6
手拉葫芦
1T/2T/3T/5T
10/10/5/2
7
角磨机
φ200/φ100
3/3
8
高强螺栓枪
M20/M22
1
9
碳弧气刨
H-10
2
10
测量仪器
激光经纬仪
J2
1
11
水准仪
S3
1
12
激光铅垂仪
J2JD
1
13
全站仪
GTS-601/OP
1
14
水平尺
800mm
2
7 质量控制
7.1 钢结构安装质量控制程序

7.2 安装质量控制思路
本工法质量控制按《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001和《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300-2013)执行。
施工质量保证技术思路:
采用midas软件模拟计算位移值时，将结构因自重产生的挠度变形考虑进深化设计中。严格测量监控，保证斜柱的安装精度，在安装的全过程中进行实时监测，出现偏差及时调整。焊接前由技术负责人会同质检员检查以下项目，合格后方能焊接：
1 构件标高达到设计要求
2 梁腹板高强螺栓已经终拧
3 焊接防护措施搭设完成并经验收合格
7.3 安装质量控制目标
安装质量控制目标如下：
表7.3-1 安装偏差控制表
项 目
工程允许偏差（mm）
项目内控目标（mm）
构件长度
±30.0
-10 ≤e≤10
支座中心偏移
l/3000，不大于30.0
-10 ≤e≤10
相邻支座高差
l/400，不大于15.0
-10 ≤e≤10
支座最大高差
30.0
e≤3.0
节点中心偏移
2.0
e≤1.5
7.4 焊接质量控制
焊接检验应由质量管理部门合格的检验员按照焊接检验工艺执行。
7.4.1 焊工检查（过程中自检）
焊工应在焊前，焊接时和焊后检查以下项目。
1 焊前
任何时候开始焊接前都要检验构件标记并确认该构件,检验焊接材料,清理现场,预热。
2 焊接过程中
预热和保持层间温度。检验填充材料。清理焊道。按认可的焊接工艺焊接。
3 焊后
清除焊渣和飞溅物。焊缝外观。咬边。焊瘤。裂纹和弧坑。冷却速度。
7.4.2 无损检验
质检员将就检验要求与检验机构保持密切联系。项目质量负责人应会同有关各方，共同参与现场检测。
1 外观检查
所有焊缝都按规范JBJ81或相关规范检查。外观检查记录由项目质检员保存。
2 超声波检验
厚度超过8mm的全熔透焊缝均按设计以及规范的要求进行超声波检验。超声波检查按国家规范JBJ81和GB11345相关规范进行质量检验证明。所有超声波检验都应填写焊缝超声波检验记录表。
7.4.3焊缝检验的范围
1 外观检查所有焊缝
2 无损检验
1）全熔透对接焊缝100%超声波检验。
2）焊脚尺寸超过12mm的部分熔透对接焊缝至少20%超声波检验。
3）贴角焊缝：外观检查。
3 选择受检焊缝
当要求少于100%检验，在开始检验前，对受检焊缝的抽样要征得工程监理的同意。当在一个接头中检查出超标缺陷时，在同一组中要增加检查两个接头，如果这两个增加的接头是合格的，最开始的焊缝返工后再采用同样方式检验。如果那两个增加的接头也有超标缺陷，那么同组内的每一个接头都要检验。
8 安全措施
8.1 安全管理制度及办法
8.1.1 建立安全保证体系
为搞好安全生产工作，成立专门安全领导小组，设立安全监督小组，班组设安全员，形成一个健全的三级安全保证体系。负责日常的安全工作，定期组织安全检查。
8.1.2 健全安全生产责任制
明确各管理人员、施工技术人员和生产工人在工程中的安全责任。
8.1.3 强化安全教育
坚持“三级安全教育”，规范“三级安全交底”制度，施工中坚持“班组安全活动”制度。
8.1.4 改善施工劳动条件
积极改进施工工艺和操作方法，改善劳动环境条件、减轻劳动强度，消除危险因素。
8.1.5 实行人身安全保险
所有施工人员均参与人身安全保险。
8.1.6 加强施工安全监控
采用数码相机，通过Internet向总工室和有关部门及时反馈监测信息，进行科学的信息化施工，确保施工安全（包括地面建筑物、道路、地下管线安全）。
8.2 施工安全保证措施
8.2.1 做好个人安全防护
1 必须系好安全带
2 安全带高挂低用，且必须系在固定物上
3 临边作业、2米以上高空作业必须使用安全带
4 必须佩戴安全帽
5 必须穿安全劳保鞋；带电操作必须戴绝缘手套。
6 进行可能引致眼睛受到伤害的工作，必须佩戴护目镜。
7 施工作业，长发必须盘入安全帽内
8 严禁酒后作业
8.2.2 施工现场安全生产交底
施工负责人必须对职工进行安全生产教育，增强法制观念和提高职工的安全生产思想意识及自我保护能力，自觉遵守安全纪律、安全生产制度，服从安全生产管理。
所有的施工及管理人员必须严格遵守安全生产纪律，正确穿、戴和使用好劳动防护用品。
机械设备、脚手架等设施，使用前需经有关单位按规定验收，并做好验收及交付使用的书面手续。租赁的大型机械设备现场组装后，经验收、负荷试验及有关单位颁发准用证方可使用，严禁在未经验收或验收不合格的情况下投入使用。
8.2.3 现场安全生产技术措施
要在职工中牢牢树立起安全第一的思想，认识到安全生产，文明施工的重要性，做到每天班前教育，班前总结，班前检查，严格执行安全生产三级教育。
进入施工现场必须戴安全帽，2米以上高空作业必须佩带安全带。
吊装前起重指挥要仔细检查吊具是否符合规格要求，是否有损伤，所有起重指挥及操作人员必须持证上岗。
高空操作人员应符合超高层施工体质要求，开工前检查身体。
8.2.4 高空作业
高空作业人员应佩带工具袋，工具应放在工具袋中不得放在钢构件或易失落的地方，所有手工工具（如手锤、扳手、撬棍），应穿上绳子套在安全带或手腕上，防止失落伤及他人。
高空作业人员严禁带病作业，施工现场禁止酒后作业，高温天气做好防暑降温工作。
吊装时应架设风速仪，风力超过6级或雷雨时应禁止吊装，夜间吊装必须保证足够的照明，构件不得悬空过夜。
8.2.5 现场安全用电
现场施工用电执行一机、一闸、一漏电保护的“三级”保护措施。其电箱设门、设锁、编号、注明责任人。
机械设备必须执行工作接地和重复接地的保护措施。
电箱内所配置的电闸、漏电、熔丝荷载必须与设备额定电流相等。不使用偏大或偏小额定电流的电熔丝，严禁使用金属丝代替电熔丝。
8.2.6 消防安全措施
1 电气防火装置
在电气装置和线路周围不堆放易燃、易爆和强腐蚀物质，不使用火源。
在电气装置相对集中场所，配置绝缘灭火器材，并禁止烟火。
合理设置防雷装置，加强电气设备相间和相地间绝缘，防止闪烁。
加强电气防火知识宣传，对防火重点场所加强管制，并设置禁止烟火标志。
2 焊接工程
电焊机外壳必须接地良好，其电源的装拆要由电工进行。电焊机要设单独开关，并放置在防雨闸箱内。多台电焊机一起集中施焊时，焊接平台或焊件必须接地，并有隔光板。工作结束后要切断电源，并检查操作地点，确认无火灾隐患后，方可离开。
3 易燃易爆物品存放管理
施工材料的存放、保管，要符合防火安全要求，库房采用阻燃材料搭设，易燃易爆物品设专库存放保管，库房保持通风，用电符合防火规定，指定防火负责人，配备消防器材，严格防火措施，确保施工安全。
4 现场明火作业管理
现场严禁动用明火，确需明火作业时，必须事先向主管部门办理审批手续，并采取严密的消防措施，切实保证施工安全。
结构阶段施工时，焊接量比较大，要增加看火人员。特别是高层施工时，电焊火花一落数层，如果场内易燃物品多，更要多设看火人员。钢管焊接时，在焊点垂直下方，要将易燃物清理干净，特别是冬季结构施工多用草袋等易燃材料进行保温，电焊时更要对电焊火花的落点进行监控和清理，消灭火种。
9 环保措施
9.1 环境保护
环境卫生的保护工作，已纳入全球环境卫生的计划，人人都在倡导环境卫生，且越来越被人类所重视和关注，认真贯彻ISO14000环境保护体系，不随意排放废物、废气，不乱丢垃圾，不随地大小便，生活、生产垃圾做到每天专人清理，教育工人遵守当地环保部门及建设单位对环境管理制订的规章制度。
现场最可能造成的环境问题：建筑垃圾、生活垃圾问题
9.2 文明施工
9.2.1 文明施工目标
文明施工目标：严格遵守当地城市管理、争创文明施工工地。
9.2.2 施工管理
1 平面管理
本工程项目文明施工管理严格按成都安全文明施工条例执行，由项目经理总体策划，项目技术总工程师组织编制并监督实施，其主要管理项目包括场地总平面布置、生活设施、施工设施、纵使设施、综合管理。
2 噪声管理
1）尽量防止噪音大的机械进入现场，若不可避免，应做好降噪措施。
2）应安排好正常的作息时间。
3）工人应做好素质培训，以防大声叫嚷。
10 效益分析
10.1 经济效益
10.1.1 采用大角度多步倾斜钢框体系自平衡施工工法大大缩短了施工工期，而且有效地节约了胎架制作和安装成本，取得了良好的经济效益，对以后类似的钢结构工程提供了较高的指导意义。
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。
10.2 社会效益
10.2.1 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。
11 应用实例
11.1 东南国际航运中心总部大厦(36#地块)E、F座工程
11.1.1 工程概况
本工法应用于东南国际航运中心总部大厦(36#地块)E、F座工程，项目用地面积25946m2，总建筑面积201498 m2（不含避难层