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探究大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)

2020-10-20 13:24:33袁錫斌
建筑與裝飾 2020年18期
關(guān)鍵詞:展館

摘 要 管桁架整體式結(jié)構(gòu),在現(xiàn)代大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較廣泛,如何對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分割、分塊,是解決制作和安裝的首要問題。另外在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工中會(huì)出現(xiàn)各種吊裝難題,如何處理和解決這些難題,是工程能夠順利、安全進(jìn)展的重要環(huán)節(jié)。下面本文以日本仙臺(tái)市村田制作所株式會(huì)社未來創(chuàng)新中心展館項(xiàng)目為例,試論大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞 展館;整體式屋蓋桁架制作;安裝單元塊的分割;現(xiàn)場(chǎng)制作的可行性;吊裝難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)方案;滑移安裝

1工程概況

日本仙臺(tái)市村田制作所株式會(huì)社未來創(chuàng)新中心展館部分,共1#~5#展館自西向東連成近似梯形,占地面積32700m2,其中會(huì)展建筑面積29600m2,鋼結(jié)構(gòu)工程于2018年3月開工,2019年6月結(jié)構(gòu)吊裝完工,2019年12月主體結(jié)構(gòu)竣工驗(yàn)收。

展館主體鋼結(jié)構(gòu)1680t,圍護(hù)鋼結(jié)構(gòu)600多噸,展館屋架系統(tǒng)為“▽”型鋼管桁架,北高南低,南側(cè)檐口結(jié)構(gòu)高度13.2m,北側(cè)檐口高19.35m,屋面傾角為5°,1#~4#展館每一展館寬47.55m,中間僅有4根或2根鋼柱支撐,兩側(cè)均坐落于混凝土核心筒邊柱上,其中1#展館西側(cè)中部還有地下室。

屋架桁架采用直縫焊管,材質(zhì)STKN490B(日制鋼管),弦桿規(guī)格為φ457.2×16、φ318.5×10.3、φ216.3×8.2,腹桿為φ216.3×8、φ165.2×6及φ139.8×4.5;鋼柱采用φ609.6×16兩端均采用剛接。桁架截面高度為3000(中心高),最大跨度47.75m(4#展館橫向桁架),最大構(gòu)件重量43.2t(門橋1)。

本工程主體結(jié)構(gòu)管桁架桿件連接接頭均為相貫線全熔透焊接接頭,支座節(jié)點(diǎn)的焊縫和鋼管對(duì)接焊縫均要求為一級(jí)焊縫,其余為二級(jí)。

2整體式屋蓋桁架制作、安裝單元塊的分割探討

作為設(shè)計(jì),它總將每一展館的屋面作為一個(gè)整體,將每一桁架的構(gòu)件采用相貫線全熔透焊接連接,以保證其等強(qiáng)度。如果考慮每館整體吊裝,現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地不允許,有周邊的砼核心筒受干涉,另外吊機(jī)也不允許,無這么大起重量及伸臂尺寸的起重機(jī),而且由于制作時(shí)工件不能翻身,很多連接焊縫的施焊位置不合適,不可避免要出現(xiàn)立焊和仰焊,對(duì)焊接質(zhì)量不易保證,所以必須要根據(jù)縱橫桁架的構(gòu)造進(jìn)行安裝單元分塊。

但是如果簡(jiǎn)單地從縱、橫桁架相連接的根部分段,將會(huì)在桁架安裝時(shí)碰到相貫線的安裝接口,而且在吊裝就位時(shí),必須使桁架作一定的水平位移,且接口誤差會(huì)比較大,空中接口施工難度大,焊縫質(zhì)量不好保證。因此必須在先安裝的主桁架上焊上一段連接短管段,長(zhǎng)度不小于500,其外側(cè)端口為齊口,并開好剖口,內(nèi)襯襯墊管,在吊裝時(shí)可軸向伸縮,在接口處上方加焊一塊定位靠板,保證其吊裝連接時(shí)能定位,并保證合適的襯墊焊間隙尺寸。

4#展館由于設(shè)計(jì)抽柱,致使受力結(jié)構(gòu)變化,必須將橫向桁架做成整體,跨度(47.75m),而把中間的縱向桁架分段,與各橫向梁相連。由此可見必須根據(jù)受力情況來確定桁架的主次,分割中應(yīng)保證主要受力桁架不斷開,且優(yōu)先就位安裝,有支座桁架優(yōu)先安裝,以減少現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)支撐的數(shù)量。

3現(xiàn)場(chǎng)制作的可行性探討

大型屋蓋管桁架,即使進(jìn)行了合理的分塊,由于其桁架截面尺寸較大,每一吊裝單元件的外形尺寸還是很大,大部分桁架高度都大于3.5m,門橋桁架總高達(dá)4.2m,沿途通過高度、長(zhǎng)度將會(huì)受到限制,但裝車重量不大,每車滿載率只有50%左右,鋼構(gòu)件加工廠所在地至施工現(xiàn)場(chǎng)所在地公路里程長(zhǎng)達(dá)400多公里,公里運(yùn)輸每噸運(yùn)費(fèi)普通車為540元/噸(折合人民幣);每車定額載重20~25噸,加長(zhǎng)車運(yùn)費(fèi)600元/噸(折合人民幣),每車定額載重30噸。如在鋼構(gòu)件加工廠做成桁架出運(yùn),大部分構(gòu)件需要長(zhǎng)車甚至還要按超長(zhǎng)件來運(yùn)輸,每車的裝載量在15~18噸,顯然不經(jīng)濟(jì)。

如果不在工廠組焊,僅下料、噴砂、油漆,到現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行組焊,運(yùn)輸時(shí)大小管徑可互相穿套,節(jié)省空間,每車均可按額定載重裝足,相比之下,可節(jié)省大量運(yùn)輸費(fèi),每噸約450~525元(折合人民幣),總共1680噸構(gòu)件,兩者相比,可節(jié)省運(yùn)費(fèi)70多萬元,另外也為鋼構(gòu)件加工廠騰出了大量的制作場(chǎng)地。

從施工現(xiàn)場(chǎng)情況看,該區(qū)域還有二、三期待建設(shè)的大片空?qǐng)龅兀每上阮A(yù)利用作為制作及堆放的施工場(chǎng)地。

實(shí)施方案確定后,現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作提前進(jìn)行。準(zhǔn)備了混凝土的施工場(chǎng)地2300m2,配備2臺(tái)10噸18m簡(jiǎn)易門式起重機(jī),這樣也解決了裝卸車及現(xiàn)場(chǎng)堆放問題,兩者相比還節(jié)省了運(yùn)費(fèi)30萬元,并且還節(jié)省了半臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)裝卸車的吊機(jī)費(fèi)。

唯一不利的是由于室外作業(yè)受氣候影響較大,好在施工現(xiàn)場(chǎng)所在地降水量較少,但冬天溫度較低,鋼結(jié)構(gòu)在低溫環(huán)境下的焊接必須采取相應(yīng)的措施,為此及時(shí)制訂了《鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接的專項(xiàng)方案》,配置了一些防雨、御寒的設(shè)施,保證了低溫下的焊接質(zhì)量,又搶回了冬季施工的進(jìn)度[1]。

41#展館部分構(gòu)件吊裝難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)方案

1#展館西邊,有一占地面積相當(dāng)大的地下室建筑,并先于鋼結(jié)構(gòu)施工完畢,此區(qū)域影響鋼結(jié)構(gòu)吊裝的構(gòu)件有:1#門橋、1-1軸線上的縱向桁架、橫向次桁架HJ-3、HJ-16。如果選用跨外吊,必須選用200以上的大吊機(jī),因施工所在地區(qū)大型吊裝機(jī)械租賃困難費(fèi)用高等原因,決定采用90噸吊機(jī)進(jìn)入場(chǎng)地內(nèi)吊裝的施工方案。

TG-900E全液壓汽車吊,起重臂長(zhǎng)18m,分段構(gòu)件起吊作業(yè)半徑9m,其額定起重量為26.6t(門橋1分段后構(gòu)件各重23t和21t),安裝就位作業(yè)半徑各7.7m和7.3m,吊機(jī)其8m作業(yè)半徑的額定起重量為32.5t,上述工況均滿足安全技術(shù)要求。

本吊機(jī)空車自重64t,進(jìn)入地下室區(qū)域時(shí)在輪胎行駛路線須鋪設(shè)走道鋼板,汽車吊后三排共6組(12個(gè))車輪分擔(dān)42t荷重。前二排4個(gè)車輪分擔(dān)22t荷重。吊機(jī)兩側(cè)輪胎行駛路線鋪設(shè)厚25mm,寬1.8m走道鋼板,車后半部分縱向7m區(qū)域,通過走道鋼板的平均荷重為1.67t/m2;前半部分的縱向4m區(qū)域,通過走道鋼板的平均荷重為1.53t/m2。

當(dāng)?shù)鯔C(jī)停位,兩側(cè)支腿伸出支起,分段門橋構(gòu)件(23t)起吊及回轉(zhuǎn)到安裝位置后,臨近起吊構(gòu)件一方的支腿荷重為35t,其它兩側(cè)的支腿荷重為10~20t。支腿下鋪設(shè)4m2鋼板及路基箱后,其在該區(qū)域的最大平均荷重為8.75t/m2,計(jì)入25%系數(shù)后為11t/m2,能夠滿足該區(qū)域的荷重要求。

為確保吊裝作業(yè)萬無一失,必須采取以下各項(xiàng)措施:①地下室南北兩側(cè)原基坑回填土后并夯實(shí)。②地下室頂板上方填土完成,并夯實(shí),達(dá)到基本平整。③按《施工方案》平面布置圖進(jìn)行測(cè)量,并顯殊標(biāo)注出吊機(jī)行駛路線,吊機(jī)停放位置(含主要支腿點(diǎn)位置)各支腿點(diǎn)位置必須落在地下室砼柱和剪力墻上或基坑實(shí)土上[2]。④吊車就位、起吊前及起吊中應(yīng)密切注意支腿支承處的下沉情況,必要時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救及應(yīng)急措施。

由于《施工方案》制訂詳細(xì)合理,吊裝中措施到位,該區(qū)域構(gòu)件一一順利吊裝完成。

55#展館滑移安裝施工方案

5#展館平面形狀為一形狀復(fù)雜的多邊形,該展館在西部2/3區(qū)域內(nèi)設(shè)有24根混凝土柱,并在6.00m及10.20m標(biāo)高上設(shè)有砼樓層面,鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)必須在砼結(jié)構(gòu)完成后進(jìn)行。此時(shí)吊機(jī)已無法進(jìn)入此區(qū)域,如采用特大型起吊設(shè)備,其成本將會(huì)成倍增長(zhǎng),所以只能采用空中滑移的施工方法。

按平面圖位置架設(shè)二條平行的H鋼作滑移軌道,為適合桁架的安裝,將H鋼頂面的高度,正好是桁架下弦管下表面的高度,并調(diào)成北高南低與屋面坡度相同的傾角(5°)利用10.20m平臺(tái)面作支撐的底面。H鋼梁每隔4~5m設(shè)置一個(gè)支撐,由于支撐高度不大,僅(0.7~5.4m),經(jīng)計(jì)算,分別采用D140、D168、D219單根鋼管作柱,而在砼柱子位置,用鋼管焊成格構(gòu)形井架,來承載及穩(wěn)定,H鋼兩側(cè)為保證其側(cè)向穩(wěn)定,在每一支撐柱位置,均設(shè)浪風(fēng)繩,采取了這些措施后,H鋼經(jīng)計(jì)算采用H294×200×8×12的熱軋H鋼并處理成連續(xù)梁。

由于桁架構(gòu)件都為倒△形,在滑移過程中如立置,其穩(wěn)定性太差,對(duì)其采取穩(wěn)定措施太復(fù)雜,因此選擇臥放置在滑軌上,比較穩(wěn)妥,移動(dòng)時(shí)通過一臺(tái)3噸的卷?yè)P(yáng)機(jī)水平牽拉,由高向低滑移,到位后采用巴桿板起,即完成就位安裝。

采用了這一方法,順利地進(jìn)行該區(qū)域桁架構(gòu)件的安裝。

6結(jié)束語

大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架在各類場(chǎng)館、展廳較為常見,由于其外形尺寸大、重量重,所以對(duì)構(gòu)件的運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)吊裝要求高。制作吊裝方案時(shí),要考慮運(yùn)輸條件和經(jīng)濟(jì)性、現(xiàn)場(chǎng)的施工條件等因素,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分割、分塊。

參考文獻(xiàn)

[1] 日本建築學(xué)會(huì).鉄骨工事技術(shù)指針工場(chǎng)製作編.2007,2.

作者簡(jiǎn)介

袁錫斌(1978-),男,浙江寧波人;畢業(yè)于院校:大連海洋大學(xué);學(xué)歷:本科,職稱:中級(jí)工程師;現(xiàn)就職單位:上海駒建鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)有限公司,研究方向:建筑施工。

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