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        淺談鋼結構預制基礎

        2020-11-29 14:05:38何顯江燕飛飛王說說許天元
        機電信息 2020年33期
        關鍵詞:模組工裝土建

        何顯江 燕飛飛 王說說 許天元

        (無錫固亞德電力設備有限公司,江蘇無錫214100)

        0 引言

        1 鋼結構預制基礎與傳統(tǒng)土建基礎的成本分析

        1.1 省時省力

        傳統(tǒng)土建基礎為鋼混或磚混結構,需在現(xiàn)場先進行土石方作業(yè),開挖出預制艙下地下電纜室和各艙體電纜溝等設施。在主要施工開始前還需要進行道路平整、通水通電等前期準備工作,總體建設時間需要1.5個月甚至更久,且嚴重受環(huán)境和天氣影響。設備進場前,還需對前期壓壞的路面進行二次平整,方能滿足設備安裝條件。

        鋼結構預制基礎具有現(xiàn)代建造的明顯優(yōu)越性:工廠生產優(yōu)勢——對生產全過程(采購、設計、車間生產、物流、施工、維護)實施質量系統(tǒng)管理,進行合理化生產;產業(yè)化生產優(yōu)勢——依托全產業(yè)鏈的現(xiàn)代化、產業(yè)集群效應,利用行業(yè)內資源互補如采用更優(yōu)異的加工方式,地區(qū)資源互補如生產地更靠近材料、設備集散地等。因此,鋼結構預制基礎具有不受環(huán)境等條件影響,施工周期更短、周轉快、實現(xiàn)便捷的特點,且能和預制艙同步發(fā)貨,同步施工。

        傳統(tǒng)土建基礎與鋼結構預制基礎主要施工用時對比如表1所示,鋼結構預制基礎工廠預總裝接線調試如圖1所示。

        1.2 經濟易管理

        傳統(tǒng)基礎建造工程中,需要大量人力完成如清槽、鋼筋綁扎、支模板、搭腳手架等工作,耗時費力;需要大量物力運送砂石、鋼筋等原料,占用大量場地;采用大量工程機械,包括推土機、挖掘機、渣土車、攪拌機、卷揚機、混凝土泵等中大型設備;且大量人機混作,現(xiàn)場難以采取緊密的安全措施,容易產生機械傷害、跌落、漏電等安全風險,給安全管理工作帶來極大壓力。

        鋼結構預制基礎每道工具基本只需1~2名工人,大大減少了人力的使用;物料僅需型鋼、鋼板、螺栓等,材料即來即用即整理,不僅用料節(jié)省,而且減少了場地占用;生產設備僅需鋸床、激光設備、焊機、角磨機等,現(xiàn)場施工時也僅需完成一些吊裝、拼接的工作;在工廠成熟的安全管理體系下,安全風險小,管理簡便。

        表1 傳統(tǒng)土建基礎與鋼結構預制基礎主要施工用時對比

        圖1 工廠預總裝接線調試

        傳統(tǒng)土建基礎與鋼結構預制基礎現(xiàn)場施工器械對比如表2所示。

        1.3 精準度高

        傳統(tǒng)基礎由于現(xiàn)場施工條件復雜、不易測量等原因,精確度一般為厘米級,預制艙就位時經常只能以墊片的方式保證水平度,如圖2所示?,F(xiàn)場土建基礎與預制艙的不匹配已成為現(xiàn)場施工方與預制艙廠家發(fā)生爭執(zhí)的主要原因,一旦確定土建基礎不合格,各方商洽和改造的耗費起碼能占到該項工程造價的5%,是一筆可觀的費用。鋼結構預制基礎工廠化生產和質檢,精確度為毫米級,現(xiàn)場只需少許調整工作即可投入使用,如圖3所示。

        小波域信號重構在信號分析中的主要優(yōu)點在于它在時間域和頻率域都有良好的局部化特性。對不同信號采用相應的時間域或空域采樣步長,能夠聚集到信號的任意微小細節(jié)。提高分辨率的同時還具有很好的保真度。

        1.4 節(jié)能環(huán)保

        傳統(tǒng)基礎施工大量工程車輛的使用,不僅增加了排放污染,還耗費了大量能源;在建設過程中混凝土作業(yè)需要使用大量水源進行配成和養(yǎng)護,同時需要使用一次性模板,消耗大量木材;工地由于沒有完善的處理措施,大量的生活垃圾和建筑垃圾會對當?shù)赝寥篮退丛斐蓸O大污染。

        鋼結構預制基礎與傳統(tǒng)基礎相比,節(jié)水95%、節(jié)材80%、減排50%、減少工業(yè)垃圾90%。且鋼結構預制基礎主體材料90%可回收,對環(huán)境十分友好。

        表2 傳統(tǒng)土建基礎與鋼結構預制基礎現(xiàn)場施工器械對比

        圖2 傳統(tǒng)基礎水平度誤差示意圖

        圖3 鋼結構預制基礎水平度誤差示意圖

        2 鋼結構預制基礎的關鍵技術

        2.1 分離設計

        2.1.1 結構選型、模組劃分、構件布置

        為了便于運輸,鋼結構預制基礎應設計成模組化構件,各模組應根據(jù)項目實際情況需要進行劃分,并設計好各模組組裝方式。模組的劃分和組裝應綜合考慮項目的承載需求、預制艙的連接方式、現(xiàn)場組裝施工的便捷性。對于重量較輕的預制艙在滿足連接抗剪的前提下,可按支柱—承載平臺—圍護劃分模組;對于重量較大的預制艙,為了滿足抗震需求結構方案設計,可按支柱—梁系—輔助連接—圍護劃分模組。

        2.1.2 材料選用

        按現(xiàn)場環(huán)境情況選擇材料,主受力構件應選用B級以上鋼材;一級安全等級場所應選用C級以上鋼材,并采用防連續(xù)倒塌設計;寒冷地區(qū)應根據(jù)現(xiàn)場極端低溫選用D級甚至E級型鋼。

        2.1.3 作用及作用效應分析、結構的極限狀態(tài)驗算

        設計時應符合國家現(xiàn)行標準《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB 50068—2001)和《工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB 50153—1992)的規(guī)定,一般情況下建議按二級安全等級驗算,特殊情況下也不得低于三級;對于簡單的結構可按均布載荷簡化分析,如圖4所示。若項目特殊或為了優(yōu)化設計,建議借助計算機模擬做有限元分析。

        圖4 框架計算的參照模型

        2.1.4 結構、構件及連接的構造

        梁柱連接節(jié)點盡量采用栓接連接,必要時采用栓焊混合連接。梁柱采用剛性或半剛性節(jié)點時,節(jié)點應進行在彎矩和剪力作用下的強度驗算。當梁柱采用剛性連接時,對應于梁翼緣的柱腹板部位宜設置橫向加勁肋。

        采用端板連接的節(jié)點,應符合下列要求:

        (1)連接應采用高強度螺栓;

        (2)螺栓應成對稱布置,并滿足擰緊螺栓的施工要求。

        2.1.5 防腐維護等要求

        鋼結構防腐設計應充分考慮現(xiàn)場環(huán)境介質的腐蝕性,可參照ISO規(guī)范中C1~C5劃分設計防腐工藝,但建議防腐等級不低于C3級;對難以維護或危及人身安全的部位應加強防護,或采用自身具有耐腐蝕性的材料或外覆耐腐蝕材料;各構件的連接間隙應充分考慮防護層施工、檢修、維護的需求,避免出現(xiàn)難以涂漆、檢修、清理的空間,或易于積留濕氣、灰塵的死角或凹槽;對于閉口封閉型材,應沿縫隙或端口焊接封閉。

        2.1.6 滿足特殊要求結構的專門性能設計

        有特殊要求時,如場地受限必須采用大跨度設計,無樁基,載荷嚴重集中或不平衡等情況,必須對結構做專門設計和驗算,如圖5所示。

        圖5 特殊要求下鋼結構預制基礎的建模分析

        2.2 工裝技術

        工裝已在現(xiàn)代制造業(yè)中廣泛使用,同時構件有時會出現(xiàn)異形等情況。鋼結構預制基礎采用某些非標工裝,能極大地提高生產效率和產品質量。為了滿足現(xiàn)場快捷組裝的要求,應對某些費時費力的環(huán)境預先設計工裝。如為栓接位置設計快速定位工裝,使梁等構件不必長時間舉升;為異形構件設計專用夾具,方便現(xiàn)場吊裝,增加安全性,如圖6所示。

        圖6 工裝技術在鋼結構預制基礎中的應用

        2.3 現(xiàn)場施工技術

        鋼結構預制基礎采用成熟的吊裝技術,如圖7所示,安全可靠,僅需較少時間就能完成整體吊裝就位及初連接。初連接完成后吊車即可離場,減少了高昂的租賃費用和大面積場地占用。后續(xù)施工基本為干法施工,無需供水、大規(guī)模搬運物料等施工過程,耗費人力少,且環(huán)保無污染,無需擔心工業(yè)垃圾的處理。

        圖7 現(xiàn)代化成熟的現(xiàn)場施工技術

        3 結語

        鋼結構預制基礎是一種響應國家綠色節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展號召的嶄新應用,是在變電站預裝化后的又一創(chuàng)新,其對社會具有節(jié)能減排的意義;對行業(yè)有可推廣的價值,并能促進行業(yè)整體進步;對企業(yè)能縮短建設周期,提升企業(yè)競爭力;對用戶能降低負擔,且可持續(xù)發(fā)展。

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