劉凱 莊心善 余曉彥

1 湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院（430068）2 中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司（430064）

武漢綠地鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)應(yīng)用研究

劉凱1，2莊心善1余曉彥1

1 湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院（430068）2 中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司（430064）

針對武漢綠地國際金融城鋼結(jié)構(gòu)的空間特征和施工難度，通過對吊裝工況進(jìn)行有限元模擬，并與實(shí)際情況進(jìn)行對比分析，得出經(jīng)濟(jì)合理的施工方案，進(jìn)一步推動(dòng)了施工技術(shù)的發(fā)展。

履帶吊；有限元分析；臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)；水平支撐

0 引言

建筑鋼結(jié)構(gòu)作為我國建筑行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目之一，具有高強(qiáng)度、自重輕、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工特點(diǎn):工業(yè)化制造、施工速度快，此特點(diǎn)也得到了高層建筑的青睞，但在鋼結(jié)構(gòu)吊裝方面的操作還需通過模擬計(jì)算來進(jìn)一步確定。

1 工程概況

武漢綠地國際金融城的建筑高度為606 m，是五星酒店、國際甲級(jí)辦公、高檔商業(yè)、頂級(jí)公寓于一體的超高層建筑。武漢綠地A01項(xiàng)目的基坑深度是25.5 m，基坑周邊有5個(gè)環(huán)形水平支撐對其進(jìn)行固定，地下室鋼結(jié)構(gòu)的施工作用的對象主要是巨型鋼柱、剪力墻鋼骨。巨型鋼柱有SC1、SC2兩種型號(hào)，剪力墻鋼骨由鋼板剪力墻、H型鋼柱和鋼梁組成，剪力墻的厚度有20 mm、30 mm、40 mm、50 mm四種，H型鋼柱共有7種型號(hào)GZ1、GZ2、GZ3、GZ4、GZ5、GZ6、GZ7。地下室的鋼結(jié)構(gòu)施工包括6個(gè)SC1巨型鋼柱、6個(gè)SC2巨型鋼柱和3節(jié)剪力墻鋼骨。在對地下室的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工時(shí)，塔吊的布置方式如圖1所示，使用的塔吊型號(hào)是M1280D。從塔吊的布置方式中可以看出，有4個(gè)SC1巨型鋼柱，塔吊是吊裝不到的，本工程采用的措施是在水平支撐平臺(tái)上使用300 t的履帶吊進(jìn)行吊裝。

圖1 吊裝工況分析

水平支撐平臺(tái)的允許荷載是8 t/m2，300噸履帶吊整車自重273 t，吊裝的構(gòu)件最大重量是78.68 t。履帶總成長9.37 m，寬1.35 m，高1.57 m，共2個(gè)履帶。300 t履帶吊履帶下荷載為38 t/m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼筋混凝土樓板8 t/m2的承載力，在理論上需要采取構(gòu)造措施對樓板進(jìn)行合理有效的加固。因此，在對鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行吊裝構(gòu)件時(shí)，履帶吊需要在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上運(yùn)行和進(jìn)行吊裝操作。當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能滿足吊裝的荷載要求時(shí)，需要對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，使其承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

目前，國內(nèi)外對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法主要有:1）滿堂腳手架加固方式[1][2]。廣州歌劇院采用240 t履帶吊在鋼筋混凝土樓板上進(jìn)行吊裝，即實(shí)際是采用滿堂腳手架加固方式對鋼筋混凝土樓板進(jìn)行加固。2）采用鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)對鋼筋混凝土樓板點(diǎn)式加固。

本工程采用是300 t的履帶吊，履帶吊作業(yè)的路線是沿著縱向鋼筋混凝土梁的軸線進(jìn)行的。在履帶吊運(yùn)行的路線下面鋪設(shè)路基箱，路基箱下方鋪設(shè)厚度為100 mm的砂墊層，見圖2所示。

圖2 履帶吊行走路線及路基箱鋪設(shè)圖

2 地下室環(huán)形水平支撐結(jié)構(gòu)分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的傳力途徑是:板承受活荷載和恒荷載，通過板傳給鋼筋混凝土梁，再由梁把集中荷載傳遞到柱子上。

地下室的環(huán)形水平支撐結(jié)構(gòu)雖在樓板承載力方面不能滿足要求，但本工程通過改變結(jié)構(gòu)的傳力方式來滿足結(jié)構(gòu)的承載力，也就是把履帶吊的荷載直接傳遞到鋼筋混凝土梁上，再由鋼筋混凝土梁把荷載傳遞到柱子上。

2.1 履帶壓力的荷載計(jì)算

F1側(cè)履帶通過路基箱（鋪設(shè)面積最小的一處）傳遞至混凝土結(jié)構(gòu)的平均面壓力qa=F1/BL=3 391/56.6=60 kN/m2。由以上計(jì)算結(jié)果可知，在工作狀態(tài)下，吊裝側(cè)履帶的平均面荷載達(dá)到最大，故采用qa= 60 kN/m2為設(shè)計(jì)值進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度驗(yàn)算。

2.2 環(huán)形水平支撐平臺(tái)計(jì)算分析

2.2.1 荷載說明

1）永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值D

樓板自重標(biāo)準(zhǔn)值:0.3×25=7.5 kN/m2

考慮300 mm厚路基箱，計(jì)算時(shí)將結(jié)構(gòu)自重放大1.2倍，由程序自動(dòng)計(jì)算。

圖3 整體結(jié)構(gòu)彎矩云圖

2）活荷載標(biāo)準(zhǔn)值L

樓板施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值:1.5 kN/m2

履帶吊傳路基箱壓力標(biāo)準(zhǔn)值:60 kN/m2

3）荷載組合

進(jìn)行桿件的內(nèi)力計(jì)算時(shí),考慮荷載工況組合: 1.2D+1.4L

2.2.2 計(jì)算結(jié)果

圖4 截面ZQYDQL-1彎矩云圖

2.2.3 鋼筋混凝土梁計(jì)算分析

1區(qū)1 段棧橋水平桿件截面由ZQYDQL-1截面組成，桿件的截面及配筋大小見表1。

表1 各個(gè)截面的配筋數(shù)量

根據(jù)midas計(jì)算結(jié)果中的最大彎矩值和最大剪力值，驗(yàn)算混凝土梁ZQYDQL-1的承載力。

1）已知條件如表2所示:

2）計(jì)算要求

①正截面受彎承載力計(jì)算。

②斜截面受剪承載力計(jì)算。

③裂縫寬度計(jì)算。

3）抗彎和抗剪計(jì)算

上部縱筋:計(jì)算As=2 160 mm2，實(shí)配16E28，As’=9 825 mm2，合格。

下部縱筋:計(jì)算As=2 160 mm2，實(shí)配16E28，As’=9 825 mm2，合格。

箍筋:計(jì)算Av/s=1 507 mm2/m，實(shí)配D12@200四肢，Av/s’=2 262 mm2/m，配筋滿足。

4）裂縫計(jì)算:

Wmax=0.014 mm＜Wlim=0.400 mm，滿足。

表2 矩形梁的初步條件

3 結(jié)論

通過對武漢綠地國際金融城的地下鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程的分析,為優(yōu)化施工過程采用300 t履帶吊無支撐加固技術(shù)，通過有限元的分析及計(jì)算[3-4]，證明此技術(shù)在現(xiàn)場的操作是安全可靠的，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為今后相似的工程提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1]王俊杰,鄭江,等.大型履帶吊行走處樓板加固計(jì)算分析[J].工業(yè)建筑,2008,10(2):23-26.

[2]GB 50010-2010,中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

[3]GB 50017-2003,中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2011.

[4]GB 50009-2012,中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn),建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.