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        鬧市中心狹小場地大跨度超厚板鋼結構施工技術

        2021-06-24 06:19:48李世民余自強李舉輝孟召虎漢光昭黎建寧王志剛
        施工技術(中英文) 2021年10期
        關鍵詞:施焊鋼箱梁站位

        李世民,余自強,李舉輝,孟召虎,何 路,漢光昭,黎建寧,李 艷,王志剛

        (中建三局集團有限公司,湖北 武漢 430040)

        1 工程概況

        1.1 項目概況

        蘭州市城關區(qū)清華小學綜合樓建設項目位于蘭州市城關區(qū)酒泉路,地處鬧市區(qū)。項目規(guī)劃為1棟綜合性教學樓,地下3層(含隔震層),地上6層,框架結構,基坑設計開挖深度為-14.85m,地下水位為-2.100m。項目效果如圖1所示。

        圖1 清華小學綜合樓效果

        1.2 周圍環(huán)境概況

        項目南、北兩側各為1棟5層建筑物,距基坑邊緣平均距離為3m;東側為夜市一條街,距擬建建筑最近距離為1.8m,東側沿擬建建筑基坑邊為一條10kV高壓電線;西側緊鄰酒泉路主干道,酒泉路人行道距擬建建筑平均距離僅1.5m,且順酒泉路人行道靠基坑一側為軍用電纜溝和通信電纜溝,現(xiàn)場場地狹小,施工環(huán)境復雜(見圖2)。

        圖2 清華小學綜合樓周圍環(huán)境

        1.3 籃球場和會議室建筑概況

        地下1層為籃球場,上部為隔震層,6層為大跨度會議室。3根104t箱形鋼梁為轉換梁,位于地下1層籃球場頂板,隔震層下部,由9根33t箱形柱支撐。6層局部為25m×22m大跨度鋼結構井字梁屋面板,單構件最重8.5t。

        2 結構設計

        2.1 受力分析

        箱形梁承受上部整棟樓近一半荷載,梁變形過大直接影響上部結構安全,要求箱形梁在滿足使用功能的前提下截面小、剛度大。教學樓側立面結構模型如圖3所示。

        圖3 側立面結構模型

        2.2 設計方案確定

        結構選擇考慮2個方案:①鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構梁自重大、截面大、抗震性能較差,但受場地影響較小,施工方便,技術難度較低;②采用特種鋼材Q390GJ鋼,工廠加工箱形轉換梁,自重小、截面小、剛度大、抗震性能好,但受場地影響,加工、運輸、吊裝困難,技術難度較高。根據(jù)以上分析,最終選擇鋼箱梁和箱形鋼柱為轉換梁柱。

        3 施工整體思路

        3.1 施工重難點分析

        1)鬧市中心,場地狹小 該項目位于蘭州市鬧市中心,東側與夜市一條街僅一圍墻之隔,建筑物四周外輪廓線與用地紅線多處重合,基坑開挖后,坑頂距四周施工圍墻平均只有2m,北側緊鄰大清真寺,南側緊鄰原有建筑明德宮,場地非常狹小,所有材料和人員只能從西側酒泉路出入,鋼結構主要在地下和屋面結構涉及,現(xiàn)場無法設置材料、構件堆場,鋼結構吊裝起重機無站位,酒泉路主干道車流量大,交通疏導困難。

        2)鋼結構構件截面大、鋼梁跨度大、對構件撓度變形要求高 本項目鋼結構施工重難點主要為地下部分9根箱形柱和3根箱形梁。箱形柱截面為1 500×1 300×60×60,單根鋼柱長11.5m、重32t;箱形梁截面為2 000×1 100×90×100,單根鋼箱梁長20.75m、重104t。3根鋼箱梁為轉換梁,承受整棟建筑近一半的荷載,由于6層為20m×25m大跨度會議室,對鋼箱梁的剛度要求非常高,所有荷載施加完成后鋼箱梁撓度變形不得超過15mm。單根鋼箱梁質(zhì)量大、跨度長,整體運輸、吊裝難度非常大。

        3)超厚板焊接質(zhì)量要求高 箱形梁鋼板厚100mm,箱形柱鋼板厚60mm,焊縫質(zhì)量均要求全熔透一級焊縫。焊接變形后矯正非常困難。

        4)梁柱節(jié)點復雜 為保證鋼箱梁整體剛度,控制撓度變形,采用梁穿柱的節(jié)點形式,柱截面為1 300mm×1 500mm,梁截面為1 100mm×2 000mm,梁穿柱非常困難;大鋼箱梁穿柱節(jié)點中心有垂直于鋼箱梁的H形次梁穿過柱與大箱梁焊接,無焊接空間,焊接非常困難;大箱梁跨中及柱頂部位為隔震支座XZD,由于鋼箱梁板厚100mm,XZD板厚60mm,XZD與鋼箱梁現(xiàn)場焊接工作量大,焊接質(zhì)量不易保證。

        3.2 施工方案確定

        合理安排構件、機械進場計劃,做到構件隨到隨吊,連續(xù)作業(yè)。起重機站位借用人行道和機動車輔車道。由于起重機在坑頂作業(yè),鋼結構吊裝前,需對基坑進行驗算、加固軍纜管溝、編制專項施工方案并進行專家論證。加強基坑監(jiān)測,合理規(guī)劃安排吊裝時間和交通疏導路線。

        綜合考慮場地起重機站位、構件質(zhì)量、起重機貨源,選擇400t汽車式起重機,根據(jù)起重機起重量、結構受力要求、現(xiàn)場焊接量和焊接質(zhì)量、運輸?shù)冗M行合理分段,將每根鋼箱梁分為52.5,32.5,19t 3段,同時對每段吊點進行設計。

        通過深化設計,合理分段,厚鋼板焊接最大限度在工廠完成,以減少現(xiàn)場厚板焊接量;施焊前需進行現(xiàn)場焊接工藝評定,確定焊接方法;嚴格控制厚板焊縫焊接速度,焊接過程中進行應力消除,做好過程檢查;焊接完成后100%進行結構外觀尺寸檢查和探傷檢查;做好鋼箱梁施焊前后及施焊過程中的撓度檢測,發(fā)現(xiàn)偏差及時糾偏。

        鋼構件加工前進行深化設計,在柱頂留主、次梁吊裝豁口(見圖4),主梁帶次梁整體加工,次梁隨主梁整體運輸、整體安裝。待主梁安裝后,次梁在箱形柱外與另一段次梁連接,解決次梁穿箱形柱與主梁焊接困難問題;準確深化XZD與鋼箱梁的相對位置,將隔震支座XZD與鋼箱梁在工廠整體加工、運輸、安裝,減少現(xiàn)場焊接量,確保施工質(zhì)量。

        圖4 箱形柱柱頂預留吊裝豁口

        3.3 施工方法

        3.3.1現(xiàn)場布置及交通組織

        吊裝施工前,將占道方案報交通主管部門和市政道路主管部門批準,根據(jù)批準的方案確定起重機站位,在地面上標出每次站位每個支腿的準確位置,確定占道區(qū)域,用硬質(zhì)圍擋封閉管理,提前加固占道區(qū)域內(nèi)所有管線,對基坑側壁進行安全驗算,并通過專家論證,起重機站位區(qū)域滿鋪20mm厚鋼板。吊裝時占道區(qū)域兩端張貼占道區(qū)域及非機動車和行人繞行圖,設專人疏導交通。由于此路段為主干道,車流量大,封閉交通前申請交通管理部門調(diào)整疏導區(qū)域交通。所有鋼構件0:00后進場,白天吊裝,連續(xù)進行。

        3.3.2吊裝方法

        起重機3次站位,每次吊裝同軸線3根箱形柱和1根鋼箱梁,距起重機最遠的箱形柱分2段加工、運輸、吊裝,較近2根整體運輸、吊裝。每根鋼箱梁吊裝前先吊裝箱形柱胎架,第1段一端放在箱形柱上,一端放在胎架橫梁上,靠胎架一端鋼箱梁端部在工廠加工成碼板;第2段鋼箱梁吊裝時一端擱置在第1段鋼箱梁碼板上,另一端安裝在第2根箱形柱上;第3段與第2段安裝方法相同。鋼箱梁吊裝完成后,移動起重機站位,依次吊裝第2,3排箱形柱、鋼箱梁,如圖5所示。

        圖5 起重機站位及鋼箱梁分段位置示意

        鋼箱梁吊裝過程中及時定位、校準、固定,安裝工人和焊工配合安裝,確保一次安裝準確。

        通過深化設計,在箱形柱上一次加工混凝土頂升孔,外墻箱形柱頂升孔朝室內(nèi),其余箱形柱頂升孔朝起重機站位,方便后期混凝土頂升。

        3.3.3質(zhì)量控制

        焊接前,須進行相應焊接環(huán)境下的工藝評定試驗,評定合格后進行焊接。考核焊工水平,檢查焊接工具是否正常。

        焊接時,嚴格按焊接方案施焊,先除銹、打磨和清除坡口兩側油污及水分,焊接過程中及時清除層間焊渣、飛濺、毛刺等,采用設計焊條型號施焊,嚴格控制焊接速度,檢查焊接設備是否正常運行。加大焊接能量密度,減少熱輸入;采取小電流、快速度、多層、多道焊接工藝措施,采取火焰加熱的方式對構件進行去應力回火處理、電加熱設備進行焊接后熱處理等措施消除焊接應力。

        焊接后,檢查焊接外形尺寸和缺陷,對所有焊接接頭進行質(zhì)量探傷檢驗。上部荷載施加過程中做好鋼箱梁撓度變形監(jiān)測。

        3.4 安全管理

        箱形柱吊裝前,在柱頂安裝防墜器,柱身安裝爬梯,與箱形柱連接牢固。在鋼箱梁上部焊防護欄,掛φ8鋼絞線,用于掛安全帶。施焊部位四周和下部鋪掛防火布,每個焊接點配置≥2個滅火器。嚴格落實動火審批手續(xù),設專職看火人。

        起重機嚴禁超載起吊,設置吊裝區(qū)域,配置專職安全員全程旁站,設專人疏散道路行人及非機動車,道路封閉兩端掛揚聲器,持續(xù)宣傳安全警示及疏散線路。

        4 結語

        在鬧市中心狹小場地進行超大、超重、超厚板鋼結構施工,不僅要綜合考慮加工、運輸、堆放、吊裝場地,吊裝機械、吊裝方式、交通疏導等多方面因素,還要考慮經(jīng)濟性、可靠性和可操作性。蘭州市城關區(qū)清華小學綜合樓建設項目鋼結構的成功實施極大地降低了施工成本,在保證施工質(zhì)量的同時提高了施工效率,也為類似工程積累了經(jīng)驗。

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