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        超高空單邊偏心桁架連廊施工技術(shù)

        2021-12-22 06:38:36王永剛羅琦曦
        建筑施工 2021年9期
        關(guān)鍵詞:施工

        王永剛 蘇 鎧 李 鑫 黃 云 闕 榮 羅琦曦

        1. 中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518048;

        2. 中建二局陽(yáng)光智造有限公司 廣東 河源 517373

        1 工程概況

        深圳灣創(chuàng)新科技中心項(xiàng)目位于深圳市南山區(qū)高新產(chǎn)業(yè)基地,項(xiàng)目占地4萬(wàn) m2,總建筑面積48.4萬(wàn) m2,主要功能包括辦公、商業(yè)、公寓、車庫(kù)等。其中辦公研發(fā)樓包含A、B共2座塔樓,A塔建筑高度311.1 m,B塔建筑高度247.2 m,均采用框架-核心筒結(jié)構(gòu),外框?yàn)閳A鋼管疊合柱,核心筒為勁性混凝土柱,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60,2棟辦公研發(fā)樓之間設(shè)有高低2道連廊,連廊總質(zhì)量1 233 t(圖1)。

        圖1 建筑效果圖

        2 連廊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        低區(qū)連廊位于6層(25.65 m)—9層(38.25 m)間,包括TR1、TR2和TR3共3榀桁架,長(zhǎng)度分別為57.8、40.5和32.7 m,桁架高12.6 m。TR1和TR3通過(guò)鋼梁連接構(gòu)成一個(gè)整體。低區(qū)連廊構(gòu)件截面為箱形和H形,鋼構(gòu)件最大截面為H1 000 mm×500 mm×20 mm×40 mm和□700 mm×500 mm×30 mm×50 mm,質(zhì)量約730.04 t。

        高區(qū)連廊位于34層(145.950 m)—37層(158.650 m)間,包括TR4、TR5、TR6、TR7共4榀桁架,桁架TR4、TR5和TR6分別長(zhǎng)65.43、40.42和18.2 m,桁架高12.7m。高區(qū)連廊構(gòu)件截面為箱形和H形,最大截面H1 100 mm×700 mm×25 mm×60 mm和□600 mm×500 mm×40 mm×40 mm,質(zhì)量約719.68 t(圖2)。

        圖2 連廊效果圖

        3 施工方案對(duì)比及選擇

        高區(qū)連廊最大懸空高達(dá)158.6 m,跨度較大,最大跨度達(dá)到65.43 m,連廊節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜,高、低區(qū)連廊在地面的投影存在重疊。高、低區(qū)連廊非純桁架結(jié)構(gòu),而是以大桁架及大鋼梁為主受力的偏心結(jié)構(gòu),高區(qū)連廊部分與塔樓連接處夾角為16°。本項(xiàng)目研究了3種常用施工方案[1-2]。

        1)地面整體拼裝提升法:按照連廊在地面上的投影位置進(jìn)行放線,對(duì)地下室相應(yīng)位置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,然后在地面上先進(jìn)行高區(qū)連廊拼裝、整體提升,再進(jìn)行低區(qū)連廊的拼裝、整體提升。

        2)懸臂法:在主體結(jié)構(gòu)與待安裝連廊連接處設(shè)置臨時(shí)支撐及加固桿件,直接利用塔吊從連廊桁架兩邊向中間逐步安裝構(gòu)件,直至連廊安裝完成。

        3)桁架體系提升與散拼結(jié)合法:采用低區(qū)整體提升,高區(qū)只提桁架,鋼梁采用高空散裝的方式安裝,高區(qū)提升體劃分以桁架為主。

        各施工方案優(yōu)、缺點(diǎn)對(duì)比如下:

        1)地面整體拼裝提升法大量工作在地面完成,焊接質(zhì)量和拼裝精度容易控制。拼裝場(chǎng)地要求高,構(gòu)件高區(qū)連廊部分與塔樓連接處夾角為16°,吊點(diǎn)設(shè)置困難,高區(qū)連廊整體提升后影響低區(qū)連廊的施工。

        2)懸臂法施工過(guò)程不受場(chǎng)地因素限制,無(wú)需對(duì)樓板進(jìn)行加固。焊接質(zhì)量和構(gòu)件安裝精度不易控制,施工周期較長(zhǎng),高空作業(yè)多,危險(xiǎn)系數(shù)較高。

        3)低區(qū)整體提升,高區(qū)桁架體系提升與散拼結(jié)合法,能合理劃分提升單元,避免了高區(qū)連廊整體提升失穩(wěn)現(xiàn)象,高區(qū)連廊提升后對(duì)低區(qū)連廊提升無(wú)影響。大量的拼裝、焊接、防火涂裝作業(yè)在地面完成,質(zhì)量容易保證。拼裝場(chǎng)地要求高,液壓提升次數(shù)增多,提升后高空對(duì)接過(guò)程測(cè)量要求嚴(yán)格。

        高、低區(qū)連廊在空間上存在重疊,節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜,跨度較大,最大跨度達(dá)到65.43 m,高度較高,最高提升高度達(dá)145.95 m。高區(qū)連廊部分與塔樓連接處夾角為16°,吊點(diǎn)設(shè)置困難,整體提升難度較大。僅通過(guò)4榀桁架進(jìn)行連接會(huì)導(dǎo)致提升過(guò)程中重心不在中間,需要增加較多加固桿件組成臨時(shí)桁架避免出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。若采用整體提升的方式進(jìn)行施工會(huì)影響低區(qū)連廊的施工,若采用高空散拼的方式進(jìn)行施工,一方面焊接質(zhì)量和拼裝精度不能很好控制,另一方面危險(xiǎn)系數(shù)較高且施工周期較長(zhǎng),還會(huì)影響后續(xù)油漆防火涂料等工序的施工。故如何安全、高效地進(jìn)行超高空單邊桁架連廊施工是本工程的重難點(diǎn)

        綜合各施工方案的優(yōu)缺點(diǎn),考慮質(zhì)量、安全、工期及經(jīng)濟(jì)性,采用低區(qū)整體提升,高區(qū)桁架體系提升與散拼結(jié)合法安裝。

        因A塔樓高311.1 m,B塔樓高247.2 m,且A、B塔樓基本為平行施工,A、B塔樓封頂不同步,且時(shí)間相差太遠(yuǎn)。若連廊待A、B封頂后再提升,則對(duì)項(xiàng)目工期影響較大?,F(xiàn)通過(guò)對(duì)目前的沉降數(shù)據(jù)分析及通過(guò)采用Midas有限元軟件建模分析兩塔樓在封頂后及同時(shí)施工至43層時(shí)的沉降差值,結(jié)果為:A、B封頂后低區(qū)6—9層連廊區(qū)域沉降差值最大為1.44 mm,高區(qū)34—37層連廊區(qū)域沉降差值最大為5.02 mm。結(jié)構(gòu)施工完成43層時(shí)低區(qū)最大差值為2.69 mm,高區(qū)最大差值為8.48 mm。兩塔樓沉降差值小,并且塔樓實(shí)際沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)表明,塔樓沉降穩(wěn)定,沉降速率小,因此選擇在43層結(jié)構(gòu)完成后開始提升施工。

        4 鋼結(jié)構(gòu)連廊關(guān)鍵施工技術(shù)

        4.1 提升單元的劃分

        高、低區(qū)連廊提升單元?jiǎng)澐秩鐖D3所示,共分為4個(gè)部分,分4次提升,其中低區(qū)為包括桁架和水平鋼梁在內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)單元,高區(qū)為只提升桁架結(jié)構(gòu),并且高區(qū)TR4和TR6為一起整體提升。低區(qū)連廊質(zhì)量為730 t,最大跨度57.8 m,最大提升高度25.65 m,高區(qū)連廊質(zhì)量為700 t,最大跨度65.43 m,最大提升高度145.95 m。

        圖3 高、低區(qū)連廊提升單元?jiǎng)澐?/p>

        在連廊提升過(guò)程中,提升吊點(diǎn)位置的設(shè)置應(yīng)盡量利用原結(jié)構(gòu)承載受力,根據(jù)高區(qū)連廊特點(diǎn),在A塔樓高區(qū)西北角桁架TR4、TR7組成封閉的三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

        同時(shí),因TR4與塔樓夾角較小,連廊提升過(guò)程中正下方幕墻已安裝,連廊提升在垂直面上應(yīng)避開,從而導(dǎo)致桁架預(yù)裝段懸挑長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng),綜合考慮將桁架TR4、TR7組成的三角區(qū)域高空散拼。

        4.2 提升單元地面拼裝

        4.2.1 胎架設(shè)計(jì)及分布

        高、低區(qū)連廊地面拼裝時(shí)采用型鋼作為拼裝胎架,型鋼規(guī)格為600 mm×200 mm×11 mm×17 mm。連廊的拼裝反力通過(guò)胎架傳遞到地下室混凝土柱上,少部分支撐點(diǎn)位于頂板混凝土大梁上,以將拼裝反力通過(guò)混凝土梁傳遞到柱上,從而避免破壞樓板面。

        根據(jù)連廊拼裝反力(最大為622.06 kN)及胎架的長(zhǎng)度(最長(zhǎng)為13 456 mm),采用Midas有限元軟件模擬分析型鋼胎架的安全性及穩(wěn)定性,分析時(shí)取最不利工況分析(最大反力,最長(zhǎng)跨度下跨中受集中荷載工況),其中最大位移為17.47 mm,小于跨度的1/400,最大應(yīng)力比為0.9,小于1,均滿足要求。

        4.2.2 連廊地面拼裝

        鋼結(jié)構(gòu)連廊提升單元提升前,桁架兩端與主體結(jié)構(gòu)連接的部位均需設(shè)置預(yù)裝段,即主體結(jié)構(gòu)與桁架兩端弦桿和腹桿連接處深化鋼柱牛腿隨主體鋼柱安裝,提升單元就位后與預(yù)裝牛腿剛接。分段接口處節(jié)間的部分斜腹桿會(huì)影響桁架的提升就位,因此深化設(shè)計(jì)階段要根據(jù)提升安裝所需尺寸預(yù)留分段,在上下弦桿對(duì)接完成之后安裝。

        低區(qū)提升單元為包括桁架和梁在內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)單元,兩側(cè)桁架同時(shí)拼裝,桁架下弦拼裝完成后及時(shí)拼裝桁架間鋼梁,后再繼續(xù)向上拼裝桁架,同時(shí)及時(shí)拼裝桁架間鋼梁。桁架拼裝按跨中1/600起拱,以防下?lián)献冃芜^(guò)大。

        4.3 連廊提升吊點(diǎn)布置

        根據(jù)被提升連廊的結(jié)構(gòu)形式、桿件截面以及受力特點(diǎn)等因素,低區(qū)連體布置8個(gè)提升吊點(diǎn),高區(qū)連體布置5個(gè)提升吊點(diǎn)(圖4)。

        圖4 高、低區(qū)吊點(diǎn)設(shè)置示意

        4.4 提升平臺(tái)設(shè)置

        本項(xiàng)目連廊單元提升,根據(jù)提升平臺(tái)形式及尺寸不同,共分為4種提升平臺(tái)。其中低區(qū)吊點(diǎn)1、2、4、6,高區(qū)吊點(diǎn)2、3采用提升平臺(tái)1;低區(qū)吊點(diǎn)3、7,高區(qū)吊點(diǎn)4、5采用提升平臺(tái)2;高區(qū)吊點(diǎn)1采用提升平臺(tái)3;低區(qū)吊點(diǎn)5、8采用提升平臺(tái)4。平臺(tái)分別設(shè)置在10層及38層板面標(biāo)高位置。

        提升平臺(tái)1、2、4利用主體外框柱設(shè)置,提升平臺(tái)鋼梁與主體外框鋼柱正交焊接,斜撐兩端分別與提升梁和桁架上弦桿預(yù)裝,提升梁規(guī)格均為B500 mm×350 mm×20 mm,斜撐規(guī)格為B350 mm×350 mm×20 mm,材質(zhì)為Q345B。提升平臺(tái)組成各桿件間均為剛接(圖5~圖7)。

        圖5 提升平臺(tái)1

        圖6 提升平臺(tái)2

        圖7 提升平臺(tái)4

        提升平臺(tái)3,鋼梁規(guī)格為B400 mm×350 mm×20 mm,斜撐、立柱規(guī)格為B350 mm×350 mm×20 mm,拉桿規(guī)格為H250 mm×250 mm×9 mm×14 mm,材質(zhì)均為Q345B。提升平臺(tái)組成各桿件之間均采用剛接(圖8)。

        圖8 提升平臺(tái)3

        4.5 提升施工流程

        第1步:在地下室頂面拼裝高區(qū)提升單元,利用主體結(jié)構(gòu)鋼柱及牛腿設(shè)置提升平臺(tái)措施,對(duì)應(yīng)提升單元設(shè)置臨時(shí)下吊具,安裝液壓提升系統(tǒng)。

        第2步:調(diào)試液壓提升系統(tǒng),將高區(qū)連廊提升到158.65 m后暫停提升,利用塔吊吊裝剩余桿件。

        第3步:高區(qū)結(jié)構(gòu)形成整體受力后,液壓提升器卸載,提升設(shè)備移至低區(qū),在地下室頂面拼裝低區(qū)提升單元。

        第4步:調(diào)試液壓提升系統(tǒng),將低區(qū)連廊提升到38.25 m后暫停提升,利用塔吊吊裝剩余桿件,焊縫探傷合格后,卸載并拆除提升設(shè)備及臨時(shí)措施。至此,高、低區(qū)連廊安裝完成。

        連廊提升到位,調(diào)整對(duì)接精度后,立即采用塔吊安裝桁架后裝段,安裝順序?yàn)殍旒苌?、下弦就位后同時(shí)安裝焊接,后安裝中間水平桿,最后安裝桁架斜腹桿。因高、低區(qū)連廊在空間投影上交錯(cuò)重疊,高區(qū)會(huì)阻擋低區(qū)后補(bǔ)鋼梁的安裝,因此高區(qū)水平鋼梁在低區(qū)后補(bǔ)鋼梁安裝完成后再采用塔吊安裝。

        5 施工階段力學(xué)分析

        在連廊提升前,采用Midas有限元軟件模擬分析,以找出應(yīng)力應(yīng)變較大部位,采取加強(qiáng)措施;在連廊單元提升過(guò)程中,采用無(wú)線振弦應(yīng)變采集系統(tǒng)對(duì)被提升連廊單元的主要受力構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè),確保提升過(guò)程應(yīng)力和變形在可控范圍內(nèi)。

        施工過(guò)程中,安排專人對(duì)高、低區(qū)鋼結(jié)構(gòu)連廊提升過(guò)程的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理,并做好記錄。高區(qū)連廊提升時(shí),被提升單元跨中變形最大值為11.2 mm,卸載與補(bǔ)桿階段最大變形為16.9 mm;低區(qū)連廊桁架提升時(shí),被提升單元跨中變形最大值為15.8 mm,卸載與補(bǔ)桿階段最大變形為15.8 mm。變形參數(shù)與模擬分析結(jié)果基本一致。

        6 結(jié)語(yǔ)

        高區(qū)連廊最大懸空高達(dá)158.6 m,跨度較大,最大跨度達(dá)到65.43 m,連廊節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜,高、低區(qū)連廊在地面的投影存在重疊。高、低區(qū)連廊非純桁架結(jié)構(gòu),而是以大桁架及大鋼梁為主受力的偏心結(jié)構(gòu),高區(qū)連廊部分與塔樓連接處夾角為16°,施工過(guò)程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差,施工難度大。

        本文根據(jù)連廊特點(diǎn)制訂了最佳施工方案,實(shí)現(xiàn)連廊高空提升單元和高空散拼段精確定位,降低了高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),提高了安裝精度。通過(guò)有限元軟件進(jìn)行連廊拼裝、提升等各階段的施工過(guò)程模擬分析,明確了連廊施工各階段結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布情況,保障了施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力安全及施工質(zhì)量。

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