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大跨度棱形單層鋼梁網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

2019-03-06 07:49:26黃亞均游建華
工程質(zhì)量 2019年11期
關(guān)鍵詞:胎架屋蓋鋼梁

黃亞均,游建華

(1.中建三局第三建設(shè)工程有限責任公司,湖北 武漢 430074;2. 中建三局集團有限公司,江蘇 蘇州 215021)

0 引 言

諸如電影院、溜冰場、游泳池、宴會廳等功能建筑要求有較大跨度的空間,各種形式的大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面應(yīng)運而生。大跨度棱形單層鋼梁網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由單層鋼梁組成的斜向斜交網(wǎng)格體系,其安裝施工方法因施工環(huán)境的不同而有所差異。本文以鎮(zhèn)江蘇寧廣場項目為依托,開展了大跨度棱形單層鋼梁網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)的研究,對類似大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程施工具有一定的參考意義。

1 工程概況

鎮(zhèn)江蘇寧廣場項目位于鎮(zhèn)江市京口區(qū)解放路與中山東路交匯處,總建筑面積 39.5 萬 m2,由東塔樓(77 層,建筑高度 341 m)、西塔樓(62 層,建筑高度228 m)和商業(yè)裙房(7 層,建筑高度 38 m)組成,建成后是集酒店、辦公、大型購物廣場及娛樂設(shè)施于一體的地標性城市綜合體。

裙房 7 層的溜冰場屋面鋼結(jié)構(gòu)采用大跨度棱形單層鋼梁網(wǎng)格結(jié)構(gòu),其外形為不規(guī)則多邊形,最大跨度達 42.2 m,覆蓋面積 1 277 m2。鋼梁材質(zhì)為 Q 345,截面形式為 H1 000×300×16×28,棱形單元夾角 62°,邊長 5.2 m。由 14 根勁性鋼骨柱支承網(wǎng)格結(jié)構(gòu)屋蓋,屋頂結(jié)構(gòu)上方為玻璃幕墻。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)屋蓋平面形式如圖1 所示,所在位置如圖2 所示。

圖1 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)平面圖(單位:mm)

2 有限元模擬分析

鋼結(jié)構(gòu)在自重和外部荷載的共同作用下,勢必會產(chǎn)生彈性變形。尤其在大跨度鋼結(jié)構(gòu)上,這種變形帶來的影響不可忽視。以本工程為例,大跨度網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為屋面玻璃幕墻的承載骨架,如果其出現(xiàn)較大彈性變形,則會直接影響玻璃幕墻安裝質(zhì)量。因此,需要重點控制好大跨度鋼結(jié)構(gòu)的下?lián)献冃?,使其在標準允許范圍內(nèi)。

為了實現(xiàn)這個目標,本工程采用有限元分析軟件Midas/Gen8.0 進行模擬分析。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙,建立有限元模型,計算大跨度網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下受力與變形情況。

1)荷載取值。施工階段恒荷載主要包括鋼結(jié)構(gòu)自重和幕墻荷載,其中結(jié)構(gòu)自重考慮節(jié)點重量,取系數(shù) 1.1;幕墻荷載取 1.5 kN/m2,折算成線荷載為 3.64 kN/m。恒荷載分項系數(shù)取 1.2。不考慮活荷載。

圖2 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)平面位置圖

2)邊界條件。支撐鋼柱柱底采用固定剛性支座,鋼梁連接節(jié)點采用剛接。計算結(jié)果如表1 所示。

表1 有限元分析成果

根據(jù)上述計算結(jié)果,位于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中心位置的點位 5 下?lián)现底畲?,?119.5 mm>跨度 42 200 mm/400=105.5 mm[1]。為了將其下?lián)献冃慰刂圃谠试S范圍內(nèi),可以通過預(yù)起拱的方式實現(xiàn)。起拱值可以參照上述模擬分析確定,但起拱的實施方法需要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝來確定。

3 鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝選擇

大跨度鋼結(jié)構(gòu)按照其結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)場施工環(huán)境,常用的施工方法有高空散裝法、分條(分塊)安裝法、滑移安裝法、整體(單元)安裝法等[2]。

本工程溜冰場大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在裙房 8 層樓面的高度,約 38 m,且位于裙房的中心地帶,安裝環(huán)境復雜。根據(jù)現(xiàn)場條件,吊裝可利用現(xiàn)場已有的塔吊吊裝鋼構(gòu)件,塔吊型號為 ST 70/30,臂長 55 m,完全覆蓋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)范圍。因此,優(yōu)先選擇高空散裝的方法施工。

在確定鋼結(jié)構(gòu)的施工方案之后,下一步就需要制定對應(yīng)的預(yù)起拱方案。在高空散裝法的施工條件下,本工程擬定采用胎架支撐整體預(yù)起拱方案。首先在下層樓板上布置 5 組胎架 TJ 1、TJ 2、TJ 3、TJ 4、TJ 5(見圖3),通過計算屋蓋在自重和幕墻荷載共同作用下胎架位置的撓度值-X,從而確定該部位預(yù)起拱值應(yīng)為 X(見表2),在屋蓋安裝過程中,胎架工裝標高為(屋蓋標高+X),通過胎架支撐對整個屋面進行預(yù)起拱,屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后,進行胎架卸載,屋蓋結(jié)構(gòu)恢復至設(shè)計標高位置。

圖3 胎架支撐布置圖

胎架主要采用φ325×10與φ89×4 的圓管制作,截面尺寸 2 500 mm×2 500 mm,底座和胎帽采用H 300×300×10×15 型鋼制作,材質(zhì)均為 Q 235。胎架利用塔吊進行吊裝,底座固定于結(jié)構(gòu)樓板上,結(jié)構(gòu)樓板承載力需經(jīng)驗算;胎帽用于連接頂部工裝。

表2 各胎架預(yù)起拱值表

4 鋼結(jié)構(gòu)安裝施工

為了保證鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中已施工部分鋼結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性,整個網(wǎng)格結(jié)構(gòu)施工應(yīng)遵循“先外圍交圈,再對稱填充,后懸挑封邊”的總體施工順序,這樣還能保證網(wǎng)格結(jié)構(gòu)整體變形最小,利于控制安裝精度。

4.1 施工流程

施工準備→鋼骨柱、支撐胎架安裝→鋼骨柱間連梁安裝→大跨度鋼梁高空散裝→復測、校正→懸挑邊梁安裝→疊合柱施工→支撐胎架卸載、拆除。

4.2 具體施工步驟

鋼結(jié)構(gòu)安裝施工順序如表3 所示。大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢、胎架卸載后,鋼結(jié)構(gòu)自然恢復至設(shè)計標高位置。經(jīng)過對50% 匯交節(jié)點部位標高進行復測,與設(shè)計標高對比,最大誤差為±6 mm≤±L/5 000=42 200/5 000=8.44 mm,滿足相關(guān)要求[3]。鋼結(jié)構(gòu)安裝完成圖如圖4 所示。

4.3 施工注意事項

采用高空散裝法施工,需要重點注意以下 3 個方面的問題。

1)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的具體形式,確定適合的拼裝順序;

2)在施工過程中隨時對已安裝的鋼結(jié)構(gòu)進行復測、調(diào)整,以保證鋼結(jié)構(gòu)總拼后的總體偏差在標準允許范圍內(nèi);

3)采用懸挑法施工時必須保證已施工部分結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。

還需要特別注意,鋼梁連接節(jié)點設(shè)計為剛接。安裝時,首先進行腹板高強螺栓施工,使連接節(jié)點臨時為鉸接,網(wǎng)格結(jié)構(gòu)整體預(yù)起拱完成后,整體進行上下翼緣焊接施工,焊接施工順序為從中間向四周依次進行,這樣可以減小焊接帶來的結(jié)構(gòu)變形。

表3 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安裝施工流程

圖4 大跨度網(wǎng)格結(jié)構(gòu)安裝完成圖

4.4 施工質(zhì)量控制

1)鋼梁的吊裝順序應(yīng)嚴格按照主次梁的吊裝順序進行,及時形成框架,保證框架的垂直度,為后續(xù)鋼梁的安裝提供方便。

2)處理產(chǎn)生偏差的螺栓孔時,只能采用機械方式擴孔,不得采用氣割擴孔的方式,擴孔后的孔徑不得超過 1.2 倍的螺栓直徑。

3)在鋼梁的標高、軸線的測量校正過程中,一定要保證已安裝好的標準框架的整體安裝精度。

4)鋼梁安裝完成后應(yīng)檢查鋼梁與連接板的貼合方向。

5)安裝時應(yīng)用臨時螺栓進行臨時固定,不得用高強螺栓代替安裝螺栓直接穿入。

5 結(jié) 語

與常規(guī)大跨度鋼結(jié)構(gòu)采用大量胎架或整體提升等施工方法不同,鎮(zhèn)江蘇寧廣場項目通過對網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的受力和變形進行分析,合理制定鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝方案,使工程質(zhì)量達到理想效果。同時,減少了施工中存在的危險因素,縮短了工期,節(jié)省了人、材、機的投入,降低了措施成本,取得了良好的社會經(jīng)濟效益。

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