張玉磊,張兆平,王一峰,孔 磊,周 鵬(中建鋼構(gòu)有限公司,廣東 深圳 518040 )
鋼結(jié)構(gòu)以其有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種超高層和大跨度結(jié)構(gòu)中?,F(xiàn)代建筑在滿足結(jié)構(gòu)安全的同時(shí),也越來(lái)越追求建筑的美感、低碳和經(jīng)濟(jì)。本機(jī)場(chǎng)大跨度箱型拱梁結(jié)構(gòu)項(xiàng)目大量采用了拱形結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮了拱形結(jié)構(gòu)的承載優(yōu)勢(shì),大大降低了結(jié)構(gòu)用鋼量。建筑線條靈動(dòng),造型優(yōu)美,同時(shí)也給結(jié)構(gòu)安裝提出了更高的要求,給施工帶來(lái)了較大難度。
本項(xiàng)目大跨度箱型拱梁連接立面幕墻柱結(jié)構(gòu)和屋面雨棚結(jié)構(gòu),北側(cè)與雨棚連接,下方與幕墻柱連接,處于整個(gè)屋面和立面結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵位置,其安裝精度關(guān)系重大。箱形拱梁為梯形截面,跨度 36 m,拱高 5 m,整體剛度較大,單根構(gòu)件最大重量約為 30 t。箱形拱梁典型截面如圖 1 所示。
圖1 箱形拱梁結(jié)構(gòu)形式
(1)中間無(wú)支撐工況。通過(guò)模型計(jì)算結(jié)果:兩側(cè)約束典型單元支座反力T=25.3 kN, 一側(cè)約束,一側(cè)自由工況位移L=40.6 mm,得出以下結(jié)論:①水平側(cè)向推力較大,單個(gè)箱形拱梁拱腳推力在 25.3 kN 以上;②如拱腳不約束,其在自重作用下水平變形較大,將近 40.6 mm。
(2)中間添加豎向支撐。通過(guò)模型計(jì)算結(jié)果:兩側(cè)約束典型單元支座反力T=18.5 kN,一側(cè)約束,一側(cè)自由工況位移L=1.56 mm,得出以下結(jié)論:①水平側(cè)向推力較大,單個(gè)箱形拱梁拱腳推力在 18.5 kN 以上;②如拱腳不約束,其在自重作用下水平變形較小,約為 1.56 mm,對(duì)結(jié)構(gòu)安裝精度影響在可控范圍內(nèi)。
(1)跨中支撐方案。優(yōu)點(diǎn):立面幕墻柱可以直接作為跨中支撐,中間增加支撐后,箱形拱梁水平變形對(duì)結(jié)構(gòu)安裝影響可以忽略不計(jì)。缺點(diǎn):需要增加一臺(tái)汽車吊配合安裝,邊拱在不松鉤的工況下安裝跨中支撐鋼柱,組合安裝完成后才能松鉤,占用機(jī)械設(shè)備時(shí)間較長(zhǎng),同時(shí)多臺(tái)設(shè)備交叉作業(yè)對(duì)吊裝指揮要求較高。
(2)水平拉索方案。由于水平推力較大(T=25.3 t),設(shè)置水平鋼索需要 30 t 倒鏈+Φ26mm鋼絲繩,高空安裝及張拉難度極大,并不適用。
結(jié)論:綜合以上 2 種方案,跨中支撐方案更加簡(jiǎn)便可行,安全系數(shù)更高,組合結(jié)構(gòu)安裝完成后可以形成可靠的結(jié)構(gòu)體系,也便于后續(xù)立面結(jié)構(gòu)安裝。
箱形拱梁吊裝松鉤前需滿足以下條件。
(1)箱形拱梁下方中間幕墻柱需同步安裝,幕墻柱上下兩端銷軸連接好,下部支座和混凝土間隙用鋼板墊實(shí),保證整個(gè)幕墻柱能提供可靠的豎向承載。
(2)為防止箱形拱梁向外傾覆以及后續(xù)幕墻柱安裝偏差大,需用 8.9m樓板上的吊機(jī)同時(shí)將箱形拱梁與相鄰次拱間中間水平連梁安裝完成;或在邊拱上向內(nèi)側(cè)拉設(shè)兩道攬風(fēng)繩。
(3)箱形拱梁與主拱臨時(shí)固定前需對(duì)兩邊主拱坐標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè),發(fā)生較大偏差時(shí)需用攬風(fēng)及時(shí)調(diào)整校核,尺寸偏差需控制在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi),并在測(cè)量人員認(rèn)可后用碼板進(jìn)行固定。
(4)箱形拱梁松鉤之后需盡快進(jìn)行剩余幕墻柱及幕墻柱中間的水平橫梁和拉桿的安裝,箱形拱梁和主拱牛腿部位的焊縫也應(yīng)盡快進(jìn)行驗(yàn)收?qǐng)?bào)驗(yàn)和焊接施工。整個(gè)立面形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。
(1)采用計(jì)算軟件 Midas 模擬構(gòu)件對(duì)受力特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行分析,采用箱形拱梁+幕墻柱組合安裝的方式,拱腳推力無(wú)明顯減小,箱形拱梁變形明顯減小,是一種拱形結(jié)構(gòu)安裝約束變形的有效措施。
(2)該方案相比水平鋼索及胎架支撐方案更加適合箱形拱梁安裝工況,預(yù)計(jì)節(jié)約成本 50 萬(wàn)元。
(3)箱形拱梁安裝后,由于箱梁向外側(cè)傾斜,因此在箱形拱梁焊接完成前,需要及時(shí)安裝箱形拱梁與次拱之間的連梁形成框架結(jié)構(gòu),或者采用攬風(fēng)繩進(jìn)行臨時(shí)固定。
(4)安裝完成后為保證結(jié)構(gòu)安全,應(yīng)當(dāng)盡快完成箱形拱梁焊縫位置焊接。