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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(zé)任公司,湖北 武漢 430074;2. 中建三局集團(tuán)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(huì)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(yùn)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(xiàng)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(xiàng)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(biāo)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(dá) 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(huì)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(huì)直接影響玻璃幕墻安裝質(zhì)量。因此,需要重點(diǎn)控制好大跨度鋼結(jié)構(gòu)的下?lián)献冃?,使其在?biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。

        為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),本工程采用有限元分析軟件Midas/Gen8.0 進(jìn)行模擬分析。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙,建立有限元模型,計(jì)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(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)采用剛接。計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

        表1 有限元分析成果

        根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,位于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中心位置的點(diǎn)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(shí)現(xiàn)。起拱值可以參照上述模擬分析確定,但起拱的實(shí)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(diǎn)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(fù)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(hào)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(jì)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(biāo)高為(屋蓋標(biāo)高+X),通過胎架支撐對整個(gè)屋面進(jìn)行預(yù)起拱,屋蓋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后,進(jìn)行胎架卸載,屋蓋結(jié)構(gòu)恢復(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)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(jìn)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(yàn)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(gè)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(zhǔn)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(fù)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(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。經(jīng)過對50% 匯交節(jié)點(diǎn)部位標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測,與設(shè)計(jì)標(biāo)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(xiàng)

        采用高空散裝法施工,需要重點(diǎn)注意以下 3 個(gè)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(shí)對已安裝的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測、調(diào)整,以保證鋼結(jié)構(gòu)總拼后的總體偏差在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi);

        3)采用懸挑法施工時(shí)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(diǎn)設(shè)計(jì)為剛接。安裝時(shí),首先進(jìn)行腹板高強(qiáng)螺栓施工,使連接節(jié)點(diǎn)臨時(shí)為鉸接,網(wǎng)格結(jié)構(gòu)整體預(yù)起拱完成后,整體進(jìn)行上下翼緣焊接施工,焊接施工順序?yàn)閺闹虚g向四周依次進(jìn)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(yán)格按照主次梁的吊裝順序進(jìn)行,及時(shí)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(shí),只能采用機(jī)械方式擴(kuò)孔,不得采用氣割擴(kuò)孔的方式,擴(kuò)孔后的孔徑不得超過 1.2 倍的螺栓直徑。

        3)在鋼梁的標(biāo)高、軸線的測量校正過程中,一定要保證已安裝好的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)應(yīng)用臨時(shí)螺栓進(jìn)行臨時(shí)固定,不得用高強(qiáng)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(xiàng)目通過對網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的受力和變形進(jìn)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(dá)到理想效果。同時(shí),減少了施工中存在的危險(xiǎn)因素,縮短了工期,節(jié)省了人、材、機(jī)的投入,降低了措施成本,取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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