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        安徽廣電新中心空間交叉桁架體系施工技術(shù)研究

        2014-09-20 06:22:32郁政華
        建筑施工 2014年7期
        關鍵詞:屋蓋跨度桁架

        郁政華

        1. 同濟大學土木工程學院 上海 200092;2. 上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

        1 工程概況

        安徽省廣播電影電視局新中心(下稱新中心)項目位于合肥市政務文化新區(qū)天鵝湖南側(cè),北至祁門路、西至筆架山路、南臨龍圖路、東至星光西路。項目占地面積約163 005 m2,總建面積約349 422.58 m2。新中心屋蓋鋼結(jié)構(gòu)分3 個獨立屋蓋,118~123軸的舞臺區(qū)屋蓋(屋蓋1),采用空間交叉桁架結(jié)構(gòu),下弦標高35.7 m,上弦最高處位于1F軸,標高43.5 m,桁架最大高度6 m。上弦沿南北向單向找坡5%。支承在118軸柱列、1/1B柱列、2/1J軸柱列和123軸臺口桁架上,為四邊支承結(jié)構(gòu),跨度46.8 m×60 m。123~131軸的觀眾廳及入口大廳屋蓋(屋蓋2)采用空間交叉桁架結(jié)構(gòu),四邊支承,跨度46.8 m×45 m。2 000 m2演播廳屋蓋(屋蓋3),采用平面桁架結(jié)構(gòu),跨度37 m×54 m。鋼結(jié)構(gòu)總噸位數(shù)達4 000 t左右。本文以屋蓋1為例,重點介紹空間交叉桁架體系施工技術(shù)。

        圖1 屋蓋1三維模型

        屋蓋1(圖1)為平面桁架正交。46.8 m跨度向桁架弦桿截面最大達HW450 mm×417 mm×30 mm×50 mm,質(zhì)量為35 t;60 m跨度向桁架弦桿截面最大為HW350 mm×350 mm×16 mm×19 mm,質(zhì)量為30 t。

        其施工難點在于正交桁架弦桿截面柔弱,整跨吊裝會導致平面外失穩(wěn)??臻g交叉桁架體系在沒完全形成體系前,單跨受力的桁架難以滿足設計應力應變的要求。必須采取臨時加固措施。

        2 施工技術(shù)路線

        針對以上屋蓋的結(jié)構(gòu)特點,對邊桁架采用“大跨度平面桁架臨時加固、分段安裝”的施工技術(shù)路線;對屋蓋正上方空間交叉桁架采用“鋼屋蓋分條節(jié)間綜合施工,采用跨中設置臨時支撐控制結(jié)構(gòu)應力應變”的施工技術(shù)路線。

        由于結(jié)構(gòu)邊桁架截面柔弱,單跨吊裝,無論是46.8 m跨度向還是60 m跨度向均存在平面外失穩(wěn)的問題,因此針對以上技術(shù)難點,采取了平面桁架分段吊裝,并對桁架上弦面進行臨時加固。桁架安裝到位后,通過增設側(cè)向臨時加固措施,確保構(gòu)件的臨時穩(wěn)定。

        屋蓋正上方空間交叉桁架,通過將相鄰60 m跨向桁架兩兩組合,分條整體吊裝,大大增加了整體剛度,不但解決了桁架單片吊裝側(cè)向失穩(wěn)的難題,也大大減少了桁架的高空焊接工作量,質(zhì)量和進度均能有效控制。

        屋蓋1分段如圖2所示:

        屋蓋一桁架中邊桁架分段質(zhì)量約20 t,桁架分條外包尺寸為6 m×6 m×60 m,質(zhì)量約75 t。結(jié)構(gòu)安裝采用1 臺6 000 kN履帶吊、1 臺行走式C7052塔吊分別布置于結(jié)構(gòu)南北兩側(cè)跨外節(jié)間綜合安裝。桁架分條在跨外拼裝,采用6 000 kN履帶吊主副臂超起工況整體吊裝到位。施工平面布置如圖3所示。

        圖2 屋蓋1分段平面意

        圖3 施工平面布置

        3 整體施工流程及工況分析

        屋蓋一鋼結(jié)構(gòu)自118軸~123軸順次進行安裝。安裝總體流程如下:

        邊桁架分段安裝→桁架分條1整榀安裝→安裝桁架間聯(lián)系次桿→邊桁架分段安裝→桁架分條2整榀安裝→安裝桁架間聯(lián)系次桿→…→123軸邊桁架分段安裝→安裝桁架間聯(lián)系次桿→臨時支撐卸載。

        針對以上施工流程,采用有限元軟件Madis/Gen對屋蓋1進行全過程施工仿真分析。施工工況如圖4所示。

        空間交叉桁架體系在沒完全形成結(jié)構(gòu)體系前,結(jié)構(gòu)應力應變無法滿足設計要求。因此,在施工過程中,針對分條桁架1~分條桁架4,在跨中設置臨時支撐增強結(jié)構(gòu)整體剛度。以上工況1至工況4均在跨中豎向約束狀態(tài)下模擬。工況5表述為屋蓋1施工完成,結(jié)構(gòu)卸載完成。

        圖4 屋蓋1施工工況示意

        各工況應力及應變通過有限元施工模擬分析[1],結(jié)果顯示,隨施工的進展,結(jié)構(gòu)最大應力從18 MPa增大到37 MPa,最大變形從5.64 mm增大到14.3 mm。

        采用以上工況施工,結(jié)構(gòu)在施工過程及卸載完成后,應力及應變均能滿足設計要求。

        4 空間交叉桁架體系施工工藝研究[2-8]

        4.1 邊桁架施工工藝

        邊桁架采用大型施工機械跨外分段安裝。由于邊桁架弦桿截面小,構(gòu)件比較柔弱,在結(jié)構(gòu)施工過程中,需重點解決構(gòu)件平面外失穩(wěn)及側(cè)向穩(wěn)定問題。

        4.1.1 構(gòu)件吊裝過程中的平面外失穩(wěn)解決措施

        為解決邊桁架吊裝過程中的平面外失穩(wěn)問題,通過臨時加固上弦桿,增加組合截面弱軸的回轉(zhuǎn)半徑予以解決。

        如圖5所示,在桁架上弦牛腿上增設20#槽鋼來加強上弦桿。

        4.1.2 構(gòu)件安裝到位后的側(cè)向穩(wěn)定解決措施

        邊桁架分段安裝到位后,靠近支座單側(cè)上弦增設斜撐與平臺梁連接固定。斜撐采用雙拼20#槽鋼,如圖6所示。

        4.2 桁架分條施工工藝

        屋蓋正上方桁架采用大型履帶吊跨外分條整體安裝。桁架分條整體剛度較好,滿足構(gòu)件在起吊過程中的應力應變要求。

        但是,由于空間交叉結(jié)構(gòu)體系在沒有完全形成前,結(jié)構(gòu)在施工工程中,應力應變無法滿足設計要求,因此,需在60 m跨桁架分條跨中設置臨時支撐,控制結(jié)構(gòu)施工工程中的應力及變形。

        圖5 邊桁架平面外失穩(wěn)的加固措施

        圖6 邊桁架的側(cè)向穩(wěn)定措施

        屋蓋1正下方為舞臺設備基坑、車轉(zhuǎn)臺倉庫。臨時支撐采用3 m×3 m三角格構(gòu)架,立桿采用Φ609 mm×14 mm鋼管,斜腹桿采用雙拼20a#槽鋼。臨時支撐最大豎向高度達53.5 m,臨時支撐立面布置如圖7、圖8所示。

        格構(gòu)柱組合截面參數(shù)為:

        A=67 519 mm2,ix=iy=1 242;A1=45 012 mm2;N=140 t×2=280 t。

        Ψ=N/A1=62.2 MPa,滿足設計要求。

        λ=l0/ix=53 500/1 242=43<150。

        l0取最大高度53 500 mm,支撐長細比滿足要求。查表得ψ=0.877,N/(ψA1)=71 MPa,滿足設計穩(wěn)定要求。

        屋蓋1施工完成后,根據(jù)施工模擬分析,結(jié)構(gòu)從兩邊往中間卸載時,應力應變最小。臨時支撐對稱卸載,卸載方法采用氧乙炔微量分步割除上節(jié)點連接板。卸載過程中,進行桁架跨中下?lián)现档挠^測。

        圖7 60 m跨度方向臨時支撐布置

        圖8 46.8 m跨度方向臨時支撐布置

        5 結(jié)語

        通過對安徽廣電新中心空間交叉桁架體系施工技術(shù)的研究,對空間交叉桁架體系結(jié)構(gòu)的特點有了更深入的了解。針對以上結(jié)構(gòu)形式,總結(jié)和應用的施工工藝有很多,比如“高空散裝法”“整體提升法”“分片分條施工法”等。本文重點介紹了“分條法”施工以及施工工程中需解決的構(gòu)件平面外剛度問題、側(cè)向穩(wěn)定問題以及空間交叉結(jié)構(gòu)體系未形成前的支撐設置方法,對類似的結(jié)構(gòu)施工具有很好的借鑒價值。

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