佘遠(yuǎn)健
(江蘇南通六建建設(shè)集團(tuán)有限公司,江蘇南通226500)
無錫會(huì)展中心一期工程位于無錫太湖新城尚賢河濕地貢湖大道以東、震澤路以北、和風(fēng)路以南;框架剪力墻結(jié)構(gòu),地下1 層,地上2 層,建筑面積91 610m2,結(jié)構(gòu)形式為鋼筋(型鋼、鋼管)混凝土框架及屋面大跨度鋼桁架。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)平面尺寸為288m×114m。鋼結(jié)構(gòu)主要用于屋面桁架體系,總用鋼量11 800t,屋蓋由25 榀鋼桁架組成,鋼桁架跨度114m,鋼桁架兩端分別懸挑10.5m 和9m;50 根箱型截面支撐鋼柱支撐起整個(gè)鋼屋蓋(見圖1),矮跨鋼柱長(zhǎng)9m,高跨鋼柱長(zhǎng)27m,鋼柱與桁架上弦下翼板剛接。屋蓋鋼桁架主要由HJ-1、HJ-2 和HJ-3 組成,3 種規(guī)格鋼桁架外形尺寸相同,但其上弦板厚有所差異,單榀桁架最重210t。根據(jù)軸線尺寸,每3 榀鋼桁架組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的安裝單元,單元平面尺寸為21m×114m。
圖1 安裝完成的最北端鋼屋架
因本工程工期特別緊,近10 000t 鋼結(jié)構(gòu),總工期只有3.5 個(gè)月,其中,現(xiàn)場(chǎng)安裝工期僅60d,且結(jié)構(gòu)圖紙較投標(biāo)階段有較大變動(dòng),特別是桁架上弦交接處節(jié)點(diǎn)板增大,下弦厚板插入上弦箱體3m,相應(yīng)位置上弦箱體鋼板加厚至45mm,導(dǎo)致桁架質(zhì)量增加,最短分段桁架重46.7t,原定高空滑移方案采用的塔吊及滑移系統(tǒng)已無法滿足目前桁架施工和安裝工期需要,只有調(diào)整原施工方案,改為采用大型履帶吊跨外吊裝(見圖2),支撐胎架分單元多段高空原位安裝。
圖2 西側(cè)400T 履帶吊跨外吊裝
選用4 臺(tái)履帶吊做主吊設(shè)備,其中,2 臺(tái)大型履帶吊(400t和320t)做主吊設(shè)備分別占位于J 軸以西和A 軸以東道路上,負(fù)責(zé)桁架、幕墻柱、檁條等構(gòu)件吊裝,另外1 臺(tái)80t 和50t 履帶吊分別占位于A 軸以東和J 軸以西硬化道路上,主要負(fù)責(zé)卸車、送料及桁架支撐鋼柱及部分檁條安裝。
400t 履帶吊各技術(shù)參數(shù)如表1 所示。
表1 400t 履帶吊技術(shù)參數(shù)
履帶吊沿地下室外東西兩側(cè)南北方向行走,距地下室外墻距離不小于6m,因400t 履帶吊自重非常大,帶基本臂自重已達(dá)到350t,吊裝時(shí)加上吊件荷載超過400t,同時(shí),地下室外部分為回填土,為保證地下室外墻結(jié)構(gòu)和大型履帶吊施工安全,需對(duì)履帶吊的行走道路進(jìn)行處理,保證其滿足施工需要。
第一步:在現(xiàn)場(chǎng)已回填土土體上用20t 壓路機(jī)進(jìn)行碾壓作業(yè),如在第一遍碾壓作業(yè)后,土體有明顯的壓縮且不回彈則進(jìn)行第二遍碾壓,經(jīng)過3~4 遍碾壓至土體無明顯壓縮后,用環(huán)刀法測(cè)試土體密度;其次,根據(jù)密實(shí)度及土體類別推算出土體碾壓后的承載力,原土建施工塔吊拆除后的基礎(chǔ)坑需用毛石填平。
第二步:在土體上加1 層35㎝厚道渣加強(qiáng),再行碾壓;
第三步:鋪1 層20㎝厚碎石做找平層;
第四步:用路基箱水平對(duì)拼擴(kuò)大單塊觸土面積鋪設(shè)在碎石之上(見圖3)。
圖3 400t 履帶吊路基箱基礎(chǔ)
由于400t 履帶吊軌距為7 800㎜,履帶外邊緣之間的距離為9 000㎜。考慮到路面材料的堆放等影響因素,履帶吊每側(cè)邊緣放寬3m。即整個(gè)吊裝過程中行走路面的寬度需≥15m。
根據(jù)鋼桁架吊裝過程中的最大分段重量約50t 以及履帶吊自身重量為400t,吊裝過程中的平均接地比壓為:
式中,G為吊裝過程中履帶吊對(duì)地面總壓力;b為履帶吊的履帶接地寬度;L為履帶吊的履帶接地長(zhǎng)度。
根據(jù)這一計(jì)算結(jié)果,在鋼桁架構(gòu)件吊裝過程中,要求400t履帶吊行走路線上的地基承載能力≥200kN/m2,對(duì)路基的要求太高,因此,針對(duì)本工程的特點(diǎn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝方案,采取在路面鋪設(shè)路基箱的方法對(duì)履帶吊的壓力荷載進(jìn)行擴(kuò)散,為保證吊裝過程中的安全;路基箱尺寸為1m×5m×0.2m,計(jì)算面積取為9m×8m,則可得增設(shè)路基箱后吊裝過程中的路基所承受壓力為:
式中,A為路基箱接地面積。根據(jù)這一計(jì)算結(jié)果,在鋼桁架構(gòu)件吊裝過程中,要求400t 履帶吊行走路線上的路基承載能力≥65kN/m2;經(jīng)環(huán)刀試驗(yàn),東西兩側(cè)地下室外回填土經(jīng)壓實(shí)處理后完全符合這一要求。
路基平整度要求:在10m 長(zhǎng)度范圍內(nèi),路基的縱橫向水平高差均不大于10㎜。
由于400t 履帶吊行走路線位于地下室外,因此,吊裝、行走過程中將對(duì)地下室外墻造成很大影響,必須驗(yàn)算地下室外墻的承載能力(見圖4),以保證吊裝過程中地下室結(jié)構(gòu)安全。
外墻回填土的容重取為18kN/m3,土體的內(nèi)摩擦角取為φ=30°,考慮到輕型井點(diǎn)的降水作用不考慮水壓力。
圖4 地下室外墻側(cè)壓力分布圖
設(shè)計(jì)室外地面局部荷載為10kN/m2,則可得地下室外墻承受的壓力為:
本工程鋼桁架采用履帶吊跨外吊裝,履帶吊施工過程中產(chǎn)生的地面均布活荷載為52.6kN/m2,其中,吊裝過程中履帶吊離開地下室外墻6m。
考慮到履帶吊產(chǎn)生的均布荷載不是全面分布的,而是從墻背后一定距離(6m)開始,其對(duì)地下室外墻的土壓力計(jì)算可以按以下步驟進(jìn)行:
1)自均布荷載的起點(diǎn)。作2 條輔助線oa 和ob,oa 與水平面夾角為φ,ob 與填土破壞面平行,與水平面的夾角為θ(θ=450+φ/2)(見圖5);
2)可以認(rèn)為a 點(diǎn)以上的土壓力不受表面均布荷載的影響,按照無荷載情況計(jì)算:
3)b 點(diǎn)以下的土壓力則按連續(xù)均布荷載情況計(jì)算;
4)a 點(diǎn)與b 點(diǎn)之間的土壓力以直線連接。
圖5 履帶吊局部均布荷載作用下地下室外墻壓力示意圖
考慮到回填土的內(nèi)摩擦角取為30°則ob(破壞面)與水平面的夾角為60°,地下室外墻高為8m,則考慮局部均布荷載距離地下室外墻的最大距離為4.6m。
本工程實(shí)際施工時(shí),履帶吊離開地下室外墻為6m>4.6m,因此,履帶吊吊裝過程中產(chǎn)生的局部均布荷載對(duì)地下室外墻的作用較小,履帶吊跨外吊裝方案中履帶吊的選擇是可行的。
無錫會(huì)展中心一期工程25 榀114m 跨度鋼屋架采用履帶吊跨外吊裝、分單元高空原位安裝取得了圓滿成功,從2009年9 月1 日上午舉行開吊儀式開始,至2009 年10 月30 日,25 榀鋼桁架全部吊裝結(jié)束,合理的吊裝道路處理方案為大型履帶吊的安全、快速吊裝提供了保障。