黃云強
(方圓建設集團有限公司,福建 泉州 362010)
鋼結構是現(xiàn)代建筑工程中的常用結構形式,鋼結構本身具有承載力強、硬度大、使用壽命長的特點,同時鋼結構施工也比較方便。在現(xiàn)代大型工程建設中,處于施工方便以及質(zhì)量等因素考慮,開始大量應用鋼桁架結構。而在實際的施工中,大跨度鋼桁架高空組裝施工一直都是工程難點,在高空桁架作業(yè)中,組裝管施工困難,同時施工難度比較大,都給施工造成了一定的影響。所以,現(xiàn)代大跨度桁架高空組裝施工方法研究成為鋼結構施工的重要課題。某建筑工程施工過程中,為了實現(xiàn)大跨度桁架高空組裝施工,配合應用縱橫雙向滑移技術,施工方法應用良好。
三一筑工(泉州)建筑科技產(chǎn)業(yè)園(一期)項目,位于泉州市洛江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)河市西片區(qū),總用地面積約242 224 m2,建筑面積為37 737.71 m2,廠房為鋼結構,高度13.8 m,長約240 m,寬約81 m,主要柱距9 m,跨度27 m。該工程是大跨度桁架結構,所以施工相對比較困難。在該工程施工中,應用了高空組裝法與縱橫雙向滑移法綜合技術。
(1)施工過程中,工程的場地面積相對比較小,很多大型機械設備難以進場。該工程建設中,僅使用TC5610 塔吊完成材料運輸工作,給鋼桁架暗帳造成了一定的影響。
(2)施工過程中,桁架的重量較大,也給施工增加了難度??傮w桁架重量達到500 t 以上。同時,施工過程中,塔吊主臂的回半徑為13 m、起吊能力為5 t 左右,與工程桁架施工要求極不匹配,從而影響到了施工開展,塔吊不能完全覆蓋整個桁架施工區(qū)域。
(3)在屋面面積增加,寬度增加、施工難度增哈增加的情況下,該工程采用傳統(tǒng)桁架安裝搭接技術已無可能。所以在施工中選擇應用高空組裝法與縱橫雙向滑移法綜合技術
3.1.1 技術原理分析
(1)設置高空暗轉(zhuǎn)割臺和移動安裝臺,在高空完成預拼裝管桁架應用,在整個高空組裝工藝應用過程中,主要包括高空焊接、高空吊裝組裝等多個工藝,確保鋼桁架施工良好。
(2)在應用過程中,能夠利用滑移體系完成鋼桁架分片滑移組裝,解決吊裝作業(yè)范圍不足而造成的施工問題。
3.1.2 技術方案研究
(1)在施工中,將整個屋面鋼桁架工程分為11個桁架組合形式,總結包括5 個大桁架單元。采用分單元和分組施工方法對各桁架模塊進行施工。
(2)在施工中,高空組裝作業(yè)實施,在塔吊區(qū)域搭建臨時支架,并且完成單個模塊的桁架組裝之后,就可以繼續(xù)進行桁架滑移。
(3)在施工中,要求先進行桁架滑移施工,在橫向滑移控制中,要求設置4 個小單元滑移模塊。大跨度桁架空間設置中,完成桁架滑移優(yōu)化管理,繼而實現(xiàn)桁架滑移綜合應用管理。
(4)在施工中,完成縱向滑移。5 個大跨度桁架空間單元按照順序逐一進行縱向大滑移,直至設計位置。完成滑移工序后,進行桁架整體卸載和永久支座安裝工作。
按照上述技術方案完成高空組裝法與縱橫雙向滑移法綜合技術應用,能夠?qū)崿F(xiàn)高空作業(yè)安全管理,確保高空作業(yè)實施應用良好。
3.2.1 桁架制作
在綜合技術實施中,首先要完成桁架制作。該工程利用BIM 技術完成了桁架結構三維布置。選擇桁架分段制作方法進行鋼桁架定制。要求單榀桁架分為8 個單元,整個桁架的最大長度為10 m、同時桁架施工中,最大重量為4 t,以單榀桁架能夠滿足吊裝設備的應用需求。
3.2.2 臨時支架設計應用
該項目采用兩種型鋼進行施工,施工中的型鋼主要包括方鋼和H 型鋼,在底部設置6 個鋼柱,兩兩一組成梯形布置,提升支架的穩(wěn)定性。同時鋼柱中間位置設置短鋼橫梁,也實現(xiàn)支架穩(wěn)定性。整個臨時支架設置為可拆除形式。支架頂部設置H型鋼為主梁,主梁結構中設置鋼槽,以固定小桁架模塊,同時完成小桁架模塊安裝組合,確保鋼桁架安裝應用更加合理,也能夠提升桁架安裝效果。
另外,該工程支撐體系中,還包括鋼桁架胎施工,裝胎架布置在吊裝設備行走道路外側(cè)和鋼柱之間的區(qū)域,沿鋼柱安裝方向布置,每個作業(yè)班組配置5 套拼裝胎架,胎架采用HW200 mm×200 mm×8 mm×12 mm 型鋼制作,胎架高度300 mm。拼裝胎架隨著鋼桁架安裝順序逐步向后倒運。
3.2.3 桁架在分組和橫向滑移安裝
在滑移安裝施工過程中,將兩個榀桁架為一組進行橫向滑移。將榀架安裝到各段空間之上,同時安裝中,設定穩(wěn)定空間單元,確保安裝應用有效。同時,在桁架安裝實施過程中,設置臨時支架平臺滑移軌道,為后續(xù)的桁架滑移應用打好基礎。4 個小空間單元框架組裝形成1 個大框架空間單元,并根據(jù)設計要求對幾何尺寸進行校正,測量其對角線數(shù)據(jù)是否滿足相關要求,無誤后方可進行焊接作業(yè)。同時,在桁架結構組裝過程中,采用焊接工藝進行連接。焊接前要求整個桁架的起拱值應該在1/1 000 以內(nèi)。要求整個桁架焊接的焊縫達到1 級標準左右。焊接實施前,對桁架進行打磨處理。焊接完成之后,按照上述滑移工序,完成橫向滑移。
3.2.4 橫縱向滑移轉(zhuǎn)換和縱向滑移
工程施工過程中,應用橫縱向滑移施工技術。在實際的橫縱滑移實施中,要求完成各項橫縱滑移工作,并且確保橫縱滑移應用良好。在橫縱向滑移轉(zhuǎn)換過程中,利用臨時螺栓進行滑移定位,在完成滑移轉(zhuǎn)換之后,就可以進行縱向滑移。
將縱向滑移軌道安裝到混凝土縱向梁上部,采用縱向滑移方法對桁架進行安裝。工程安裝過程中,進行4 次滑移安裝,完成整個屋面的滑移安裝控制[1]。
3.2.5 滑移安裝控制
(1)滑移實施過程中,要時刻控制滑移滑塊的運行情況,若滑移出現(xiàn)停頓現(xiàn)象,應立刻停止滑移工作。
(2)對滑移停止位置進行潤滑處理,主要采用潤滑油進行潤滑處理,從而解決滑移停頓問題[2]。
(3)該工程遇到的主要問題就是大桁架空間單元相對較大。同時在施工中,滑塊下半部分圓柱滾軸摩擦力較大。所以,在實際的工程開展過程中,設置了潤滑滾軸結構,繼而實現(xiàn)滑塊的有效保護,確保滑塊能夠順利滑移,減少摩擦力。
高空組裝法與縱橫雙向滑移法綜合技術應用后,為了驗證工程的鋼桁架安裝是否穩(wěn)定,采用相應的計算分析軟件對工程的穩(wěn)定性進行了計算分析[3]。
(1)在工程鋼桁架施工過程中,使用臨時支架進行工程總體支撐。所以,在工程穩(wěn)定性研究中,針對鋼桁架支撐體系進行研究非常關鍵。采用MIDAS GEN 軟件對施工中的鋼桁架支架進行結構分析,主要完成內(nèi)力包絡結構分析,總體的結構分析應用過程中,發(fā)現(xiàn)鋼結構最大應力比為0.16、所有位置的最大應力比值都在1 以內(nèi),所以證明支架結構的應力符合鋼桁架的應用安裝需求,對于鋼桁架施工應用也有關鍵的作用。
(2)對抗拉、抗壓和抗彎強度進行分析,采用Q345 型鋼,通過MIDAS GEN 軟件分析驗算發(fā)現(xiàn)。鋼結構的抗拉強度為190 N/mm2、而抗剪力為110 N/mm2,符合工程標準,也代表工程穩(wěn)定。
(3)對焊縫強度進行分析。采用Q345 型鋼,通過MIDAS GEN 軟件分析驗算發(fā)現(xiàn),焊縫質(zhì)量符合一級焊縫標準,焊縫抗拉強度為200 N/mm2。
(4)對螺栓連接強度進行分析。采用Q345 型鋼,通過MIDAS GEN 軟件分析驗算發(fā)現(xiàn),螺栓連接強度質(zhì)量符合一級標準,焊縫抗拉強度為300 N/mm2,同時錨栓連接強度為190 N/mm2,均符合抗拉強度[4]。
(5)對鋼桁架梁拉力應力強度進行分析。采用Q345 型鋼,通過MIDAS GEN 軟件分析驗算發(fā)現(xiàn),整個鋼桁架梁的最大拉力應力值為189.75 MPa,符合GB50017—2017《鋼結構設計標準》要求。
(6)對鋼桁架的最大位移變化進行分析研究。采用MIDAS GEN 軟件進行了抗震位移模擬,通過軟件計算發(fā)現(xiàn),鋼桁架最大水平位置為7.6 cm、最大垂直位移為5.72 cm。根據(jù)GB50017—2017《鋼結構設計標準》規(guī)定,鋼桁架結構符合抗震位移控制標準。
通過以上鋼桁架結構的綜合穩(wěn)定性分析可以發(fā)現(xiàn)。該工程中,應用的高空組裝法與縱橫雙向滑移法綜合技術不僅解決了現(xiàn)場施工困難的問題,同時也能夠保證鋼桁架安裝質(zhì)量。
大跨度鋼桁架結構形式在未來的社會發(fā)展中將有更多的應用,遇到的工程情況也會不斷變化。工程單位應該根據(jù)大跨度鋼桁架結構的特點以及施工現(xiàn)場情況,設計不同的施工技術,確保鋼桁架安裝穩(wěn)定。通過該工程案例分析發(fā)現(xiàn),高空組裝法與縱橫雙向滑移法綜合技術適合應用于施工場地小、施工難度大、桁架跨度大的鋼結構施工。