1超高层建筑外挂板安装施工技术创新.docx
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1超高层建筑外挂板安装施工技术创新
超高层建筑外挂板安装施工技术创新
中天建设集团有限公司山东分公司QC小组
一、小组简介
我公司在以往的施工过程中，通过开展全面质量管理活动，取得了良好的质量效果，为了进一步在本工程中激发员工的积极性及创造性，为建设优质工程提供保证，克服外挂板施工中难点，公司于2016年4月份组建本QC小组，由中天建设集团区域公司总工程师担任组长，组员由公司技术科，项目部技术人员和施工操作班组人员优先组成，同时还得到主管部门相关专家的大力支持。
表1-1QC小组概况表
小组名称
中天建设集团有限公司山东分公司QC小组
成立时间
2016年4月
课题类型
创新型
小组注册号
ZTJS-SDGSQC-2016
注册时间
2016年4月
课题注册号
ZTJS-SDQC-2016-08
课题名称
超高层建筑外挂板安装施工技术创新
课题注册时间
7233665B46孆@2604565BD施363148DDA跚m252366294抔2479060D6惖
2016年4月
活动时间
2016年4月2017年8月
平均受TQC教育时间
72课时
成员概况
姓名
年龄
学历
职称
分工
承担工作
李克江
47
硕士
正高级工程师
组长
方案制定
207715123儣#
!
261296611昑Y20602507A偺'
嵇飙
50
硕士
研究员
副组长
过程监督
张英明
52
本科
研究员
副组长
过程监督
龚卢江
36
本科
工程师
副组长
过程监督
3703890AE邮238975D59嵙t;358688C1C谜313187A56穖308727898碘
杜海洋
33
本科
工程师
组员
组织协调
陈永伟
33
本科
工程师
组员
质量监督
刘光辉
33
本科
工程师
组员
质量监督
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g
尤克泉
29
本科
工程师
组员
结构分析
樊令波
32
本科
工程师
组员
资料整理
郭栋
35
专科
工程师
组员
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具体实施
岳著成
34
本科
工程师
组员
具体实施
冯振
35
本科
工程师
组员
效益分析
制表人：
樊令波日期：
2016年4月20日
二、工程概况
山东济南市金域中心房地产开发项目（商业商务）用地面积为1.52公顷，总建筑面积为123318.95㎡，其中地上建筑面积92886.58㎡，地下建筑面积30432.37㎡，本工程分为A#楼、B#楼及地下车库，A#塔楼为框架-核心筒结构，地下2层，为地下机动车车库和设备用房，地上31层，办公用房，建筑高度126.10米，第13层和24层为避难层，B#楼为框架-剪力墙结构，地下三层，为地下车库，地上16层，1层含有商业，其余办公，建筑高度61.40米。
本工程A#楼3层～31层外墙采用清水砼PC外挂板，标准板单板尺寸为2.08×3.78m，重量为3.21T，转角位置异形板尺寸为2.39×3.78m，重4.44T，A楼PC板总量1810块。
图2-1项目效果图
!
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图2-2外挂板效果图
三、选题理由
（一）问题的提出
近年来，装配式构件在建筑中开始较多采用，其中外墙PC挂板是一种新型外墙预制混凝土构件，主要起围护和装饰作用；本项目为全国首例采用全PC外墙挂板的超高层建筑，面临着吊装高度高、构件数量多、单块吊装重量大等难点。
而且PC外挂板需要在主体结构完成后安装，由于外墙爬架在主体封顶前不能拆除，同时项目工期紧张，汽车吊配合塔吊仍不能满足现场吊装进度。
需要一种层间吊装设备作为主要吊装机械进行穿插施工。
（二）课题的确定
基于上述分析，为解决外挂板吊装及层间吊装问题，组织开展本次创新活动，本次活动是目前施工技术的迫切需求。
因此小组确定以《超高层建筑外挂板安装施工技术创新》为本次活动课题。
四、设定目标
（一）目标
外挂板层间吊装方案经济合理、便于施工，满足上部结构施工与下部外挂板施工同时作业。
（二）目标值
1、通过受力分析，对楼层结构无损伤
2、节省工期四个月
（三）目标可行性分析
本小组具备多名现场经验丰富的管理人员，进行过多次技术创新和改革，通过科学设计验算及实体的分析，可以实现本次技术创新活动的目标与目标值。
五、提出方案并确定最佳方案
（一）方案的提出
小组成员围绕课题召开会议，运用“头脑风暴法”，打破传统思维，集思广益，提出了3种方案
（二）方案简介
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（1）采用移动式旋臂起重机
由可移动支座、起重臂、配重组成，移动方便，但机械自重达8T，并且吊装范围不能覆盖建筑物四个角部，有盲区。
图5-1移动式旋臂起重机
（2）采用后顶式移动旋臂起重机
该设计去掉了方案一中后面的配重，自重减轻2T，采用后顶式固定，吊装范围不能覆盖建筑物四个角部，有盲区。
图5-2后顶式悬臂起重机
（3）采用壁式旋臂起重机
该设计充分利用主体结构大截面框架柱的强度（最小截面1000×1000），将机械固定于框架柱上，并可在180度范围内旋转。
图5-3壁式旋臂起重机设计图
（三）QC小组成员针对提出的三种方案，进行对比分析，如下表：
表5-1方案分析对比表
方案
可实施性
经济合理性
安全可靠性
结论
移动式旋臂起重机
移动方便，机械自重达8T，集中荷载大，需进行楼板加固，并且吊装范围不能覆盖建筑物四个角部，有盲区。
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一套设备18万
安全
不选用
后顶式移动旋臂起重机
机械自重达6T,机械后部的上顶设计会对叠合板造成损害并且吊装范围不能覆盖建筑物四个角部，有盲区。
一套设备17万
安全
不选用
壁式旋臂起重机
机械固定于框架柱上，并可在180度范围内旋转，同时解决了吊装盲区问题及对楼板破坏问题,安装较为麻烦
一套设备16万
安全
选用
制表人：
樊令波日期：
2016年5月20日
（四）确定最佳方案
通过以上分析论证，对比以上三种方案，方案三在可实施性，成本较其他两个方案都有明显优势，故小组一致选定方案三作为最佳方案。
六、问题设想与预测
1、操作流程
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图6-1操作流程图
2、问题设想原因预测
我们组织小组成员收集网络资料，国家标准规范图集，对施工工艺，设备的制作安装及吊装过程中可能发生的问题进行了假设猜想，对初选方案进行细化，经过分析讨论，确定需要优化的关键点：
（1）吊装设备的设计，优化及方案的确定
（2）设备的安装及试吊
（3）外挂板的安装
（4）设备吊装过程中对结构的影响
七、制定对策
针对以上关键控制点，小组成员进行认真、细致的讨论分析，研究出解决问题的方案措施，并分工落实各自的任务，制定了如下对策表。
表7-1对策表
序号
关键点
对策
目标
措施
完成时间
负责人
1
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201564EBC亼
吊装设备的设计，优化及方案的确定
针对吊装设备及吊装方案进行验算优化编制专项施工方案，并进行专家论证
方案通过专家论证
1、方案对比
2、采用MIDAS有限元分析软件框架柱进行承载力复核验算
3、吊装方案编制及专家论证
2016年7月
李克江
岳著成
2
设备的安装及试吊
针对设备进行分解安装，对设备进行试运行，安装完成后进行试吊装，并对出现的问题进行整改解决。
设备通过试吊，发现问题，进行完善确保大面积施工
1、基座安装
2、悬臂梁安装
3、机械检测、试运行
4、试吊装
5试吊过程中，发现一些问题及整改
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2016年9月
郭栋
岳著成
3
外挂板的安装
细化外挂板安装步骤
确保外挂板安装质量，安全精确的完成外挂板的安装
1、外挂板安装定位线设置
2、连接件施工
3、外挂板起吊、初步固定
4、外挂板精调就位
5、外挂板最终固定
6、安全防护
2017年8月
樊令波
4
设备吊装过程对结构的影响
在吊机实际使用中进行框架柱的应变检测试验
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收集数据以校核理论计算结果，并为结构的安全可靠性提供保障。
1、确定测点位置
2、预埋设置及保护
3、检测及数据整理
2017年4月
尤克泉
制表人：
樊令波日期：
2016年7月1日
八、对策实施
根据对策表，QC小组成员各司其职，具体实施如下：
实施一：
1、小组成员多次召开会议专题讨论，邀请相关专家及区域公司总工对吊装设备进行对比分析，最终确定了壁式旋臂起重机作为层间吊装工具。
2、结构理论分析
吊机选定后，考虑吊装过程中起重机运转与待机时对主体结构产生的附加荷载，结构设计阶段没有考虑，故采用MIDAS有限元分析软件框架柱进行承载力复核验算。
在MIDASGEN中进行主体结构建模，然后分别在15层及25层对称布置两个旋臂式起重机，输入起重机自重、吊重、风载等信息，15层吊机安装时，外架结构作业层需爬到19层，根据吊装效率计算，主体结构封顶后，吊机才能完成15层以下所有外挂板吊装，故最不利工况考虑以下两个施工阶段：
①、主体模型到19层；②、主体模型封顶。
图8-1整体模型图8-2计算模型
通过计算，最不利工况为主体封顶后，最不利荷载组合为1.2DL+1.4（1.0）LL+1.4（0.7）WIND，该工况下框架柱内力详见表1，截面正应力云图详见图8-3,8-4。
表8-1框架柱内力表
内力
轴力最大截面内力
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弯矩最大截面内力
轴力
-29453.7KN
-29170.1KN
X向剪力
161.2KN
161.2KN
Y向剪力
111.9KN
111.9KN
X向弯矩
426.7KN.m
-482.6KN.m
Y向弯矩
-286KN.m
326.6KN.m
扭矩
13KN.m
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13KN.m
图8-3轴力最大截面正应力云图图8-4弯矩最大截面正应力云图
经过验算，起重机自身及固定起重机的框架柱承载力满足要求，原设计配筋可以包络新工况，无需加强配筋。
3、结构验算后对设备进行细化优化，完善设计构想，对于外挂板安装，通过与构件厂沟通，形成施工工艺，辅以BIM动态演示技术，最终形成外挂板施工方案并与2016年7月2日针对外挂板吊装专项方案进行了专家论证，并顺利通过专家论证。
图8-5专家论证会图8-6专家论证意见
实施效果：
外挂板专项方案通过专家论证，壁式悬臂吊的安全性及可实施性得到了认可。
实施二：
设备的安装
由于该机械自重较重，安装的时，将机械分为2个部分：
安装基座和回转机构在地面组装好，先安装与框架柱上，然后再安装旋臂梁，安装主要使用塔吊，手拉葫芦辅助。
1、基座安装
初次安装与A#楼8层西南角框架柱位置，由于上面外爬架和悬挑板的影响，塔吊不能直接将基座吊装就位，因此特制作6米长钢梁扁担，一边悬挂配重，一边悬挂安装基座，总重量约为3.8T，塔吊起重量可以满足。
图8-7吊装基座图8-8吊装就位图8-9连接螺栓紧固
2、悬臂梁安装
旋臂梁和起升机构总重4.2T，吊点位置距连接端2.5米，可以直接吊装就位
图8-10吊装悬臂梁图8-11悬臂梁安装
图8-12安装完成图8-13安装效果
3、机械检测、试运行
机械安装完成后，进行线路安装，接上控制柜和电阻器，调节各个限位器：
起升高度限位、起重量限位、小车变幅限位、回转限位等，使各限位能有效运转。
卷扬机、减速机里面添加润滑油，回转盘齿轮添加黄油。
图8-14起升高度限位器图8-15小车变幅限位器
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4、试吊装
机械调试好后，组织相关单位对吊机进行验收，验收合格后，填写验收表进行试吊。
试吊时，选最重的一块非标板进行试吊，主要检验吊机在负载的情况下起升、小车变幅、回转变向等机械性能，操纵机械使挂板就位，检测机械的可操控性和精细控制程度。
图8-16起吊翻转图8-17匀速提升
5、旋臂吊机试吊过程中，发现一些问题有待整改，如下表
表8-2试吊问题清单及解决方案
序号
问题
解决方案
1
主钢丝绳固定端未使用专用绳夹，绳扣方向未朝向受力一侧
更换专用绳鼻子，绳扣调整方向，重新固定
2
没有力矩限位器
机械移位时，设置力矩限位器
3
回转支撑连接螺栓过短
移位时，将更换长符合要求的长螺栓
4
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卷扬机排绳不好
重新排绳，增设排绳器
5
抱柱螺栓连接钢板上的孔距没有留余地
将圆孔改为长圆孔，增加10mm余量
6
回转支撑顶部承载力是否满足要求
经过厂家重新验算，满足要求
7
吊机移位完成后的检查验收制度
移位完成后，项目部安全负责人会同公司机械管理员进行检测，填写验收表单，先进行试吊，测试工况，确定没问题后再开始正式吊装。
8
抱柱连接钢板刚度不够，使用过程中产生弯曲，将柱角混凝土压碎
钢板背部加肋，与混凝土相接面粘10mm厚橡胶
制表人：
樊令波日期：
2016年8月20日
实施效果：
通过对吊装设备的安装及试运行发现问题并进行整改，为大面积施工奠定了基础。
实施三：
外挂板安装
1、外挂板安装定位线设置
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PC板进场验收后，按照板下口往上1000mm弹出水平控制墨线；板左右两边往内500mm各弹出两条竖向控制墨线；每块PC板在楼面上弹出两纵一横安装控制线，构件安装后楼面控制线与构件上控制线吻合。
图8-18楼面安装控制线示意图
图8-19水平线条控制示意图
2、连接件施工
进行外挂板吊装前，提前进行连接角板与楼层预埋件焊接连接，焊接前做好精确定位。
每个位置外挂板竖向拉通线定位，每层每边拉通线保证竖向、水平线条顺直，焊接时保证每块角板的水平和垂直。
图8-20连接件拉通线定位图8-21连接件焊接完成效果
3、外挂板起吊、初步固定
将外挂板转运至旋臂吊机的下方覆盖范围之内，吊机大臂旋转至于主楼垂直位置。
吊绳采用2根1.50m钢丝绳，采用专用吊环与外挂板连接。
起吊前确保吊环与吊点、钢丝绳与吊机大钩连接牢固，无脱钩风险。
外挂板起吊前需要在板底部放置20mm厚橡胶垫，在起吊过程中外挂板由水平慢慢翻转至竖直的过程中，保护底部阳角不被破坏。
外挂板起吊至距地面500mm处略作停顿，再次检查吊挂是否牢固，然后匀速起吊，靠近安装位置时减慢速度，使外挂板慢慢靠近作业面，由两个工人手扶外挂板，引导连接螺栓穿入连接角板孔，再用螺母初步固定后卸去吊环。
图8-22外挂板转运图8-23准备就位安装
图8-24底部就位图8-25顶部就位
图8-26初拧螺帽固定图8-27初步安装完成
4、外挂板精调就位
外墙挂板初始安装就位后，用激光投线仪、靠尺检查外挂板垂直度和相邻板间接缝宽度。
通过四个连接点拧紧或放松螺帽来调节立面垂直度。
构件标高通过精密水准仪来进行控制，借助小型液压千斤顶，通过外挂板底部的2个调节螺栓来调节高低，使构件上的标高控制线与楼层内的标高控制线吻合，每块板块吊装完成后须复核，每个楼层吊装完成后还须统一复核。
图8-28外挂板高度调节图8-29精平调整
5、外挂板最终固定
外挂板垂直度、水平度、标高调节完毕后，整体进行复核一遍，无误后终拧双螺帽固定，补焊连接角板。
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!
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6、安全防护
外挂板与主体结构通过4个角铁与2个调平牛腿连接，角铁焊接在梁顶和梁底的预埋件上，梁顶、梁底预埋件均在结构边缘，焊接角铁连接件工作十分危险，设计并采用一种导轨式防护架，架体上端还设置一根可伸缩式钢管，用于固定梁底角钢，方便工人施焊。
保证工人安全
图8-30安全防护工具
7、吊装顺序
旋臂吊机初始安装在东南角框架柱上，该柱子范围内的挂板吊装完成，移位至下一颗柱子上吊装下一区域PC板，移动顺序为顺时针旋转，吊装顺序为竖向从下到上吊装。
图8-31楼内移动示意图8-32竖向吊装示意
实施效果：
圆满完成了外挂板的施工，其施工质量均满足设计及规范要求。
实施四：
在吊机实际使用中进行框架柱的应变检测试验，以校核理论计算结果，并为结构的安全可靠性提供保障。
1、确定测点位置：
分别对20层、27层中4轴~D轴及4轴~E轴框架柱进行钢筋应变及混凝土表面应变进行测试，边柱、角柱均选择起重机安装部位下侧截面，将对4个截面进行钢筋及混凝土应变测试。
图8-33应变测试框架柱平面图
2、预埋设置及保护：
在应变控制截面埋设钢筋应变计并在混凝土表面粘贴应变花，采用数据采集仪对应变计及应变花直接读取数值。
每个测试截面于主受力方向两侧分别选择中间及角部纵向受力钢筋进行钢筋应变测试，并于上述测点对应位置混凝土表面中部分别进行混凝土应变测试。
钢筋应变计按预定的测试方向采用细匝丝捆绑在结构主筋上，细匝丝捆绑位置应在应变计受力柄内侧5mm处，框架柱内测点的测试导线沿钢筋引出至混凝土表面。
应变花将粘贴于平整的混凝土表面，并对称布置于钢筋应变计同一截面位置。
图8-34现场框架柱预埋阵弦应变计
图8-35框架柱混凝土表面粘贴应变片
3、检测及数据整理
在吊机实际使用过程中进行框架柱的应力应变情况的数据收集，采用ABAQUS模拟结果和实验测得值进行对比分析。
图8-36应力应变数据收集
实施效果：
由ABAQUS模拟结果和实验测得值均表明，相对于框架柱本身承受设计恒载所引起的应变而言，吊车荷载和吊重荷载所引起的应变至少要小一个数量级，故吊机吊装的施工荷载对结构柱影响很小，结构柱承载力是安全可靠的。
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九、总体效果检查
经过采用的一系列的措施后，在济南市金域中心房地产开发项目（商业商务）上进行了实际应用，应用过程中会同主管部门、业主、监理等单位对整个施工过程进行检查，施工过程中，安全，可靠，施工快捷。
1、经济效益
本工程采用外挂板吊装采用壁式悬臂吊进行施工不仅可操作性强，节省了工期，还可重复使用，降低了成本，具体成本分析如下：
（1）壁柱式悬臂吊安装外挂板成本分析
2台壁柱式悬臂吊购买费用：
2×16=32万元，剩余残值按40%考虑，实际采购成本32×（1-40%）=19.2万元。
（2）塔吊安装外挂板成本分析
如采用塔吊安装其施工工期将延长130天，现场共设置两台塔吊（QTZ250、QTZ125）进行外挂板施工。
QTZ250塔吊租赁价格为6万/月，QTZ125塔吊租赁价格为3.6万/月，塔吊租赁价格为（6+3.6）×130/30=41.6万元。
（3）对比分析
壁柱式悬臂吊安装外挂板成本为19.2万元，塔吊安装外挂板成本为41.6万元，共节约成本41.6-19.2=22.4万元。
图9-1经济效益证明
2、社会效益
本项目实施以来受到各级领导的重视，组织多次的观摩学习活动，获得了良好的社会反响。
为装配式建筑的推广起到了积极的促进作用，为今后类似工程提供可参考施工经验。
（1）2016年10月26日国家住房和城乡建设部总工程师陈宜明莅临本项目指导工作；
（2）2017年5月11日国家住房和城乡建设部曾宪新司长一行到项目检查指导；
（3）2016年上半年中天建设集团区域公司工程管理现场会（共计300余人参加）；
（4）2017年4月份中天建设集团公司技术交流会（共计100余人参加）；
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g
（5）2017年6月份万科北方区域工程客服采购系统现场交流会（200余人参加）。
图9-2领导视察图9-3万科区域现场会
十、标准化
在本次QC小组活动中，小组成员敢于创新、钻研，通过自身努力，掌握超高层外挂板安装施工技术，所编制的“高层外挂板施工工法”获得山东省2016-2017年省级工程建设工法，并且申报了发明专利三项《一种高层建筑装配式可移动吊装机械及施工方法》、《一种装配式建筑外挂墙板排水结构》、《一种超高层外墙PC挂板安装的施工方法》，一项实用新型专利《一种外挂板施工用防护装置》
图10-1省级工法证书
图10-2发明专利受理文件
图10-3专利证书
十一、总结与今后打算
（一）总结
1、通过本次QC活动，创新了超高层建筑外挂板安装施工技术，且超高层建筑外挂板是全国首例，补全了当前该方面施工技术的空白。
2、通过本次创新活动，使QC小组成员对课题类型进一步了解，工具的使用都有了很大的提高。
3、通过本次创新活动，使QC小组成员的质量意识，发现与解决问题等综合素质都有显著提高，综合评价见雷达表
表11-1综合素质评价表
序号
项目
活动前
活动后
1
质量意识
80
95
2
发现问题
70
90
3
解决问题
70
85
4
改进能力
65
85
5
参与意识
70
90
6
团队精神
75
90
7
QC相关知识
60
90
制表人：
樊令波日期：
2017年9月10日
图11-1小组成员综合能力提升雷达图
（二）下步打算
1、在今后的工作中，我们将加大QC的培训力度，充分带动大家的工作积极性：
提前策划和技术交底，不断创新、开拓，积累员工的施工经验。
2、下一个QC小组活动的课题为：
《消防连廊支模方式的创新》。
高考是我们人生中重要的阶段，我们要学会给高三的自己加油打气
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