涂剛要，程玉柱，李 新

(合肥建工集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引言

勁性混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，可成功滿足大跨度、超高層等復(fù)雜構(gòu)造節(jié)點(diǎn)形式的結(jié)構(gòu)受力要求，但也帶來了新的施工問題[1]。由于勁性結(jié)構(gòu)鋼骨的存在，勁性結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)處的連接非常復(fù)雜，框架現(xiàn)澆混凝土梁鋼筋遇到勁性柱無法全部貫通，而直接在型鋼上開孔又會降低結(jié)構(gòu)安全性，因此梁柱節(jié)點(diǎn)通常存在鋼筋施工困難、質(zhì)量難以保證等問題[2-3]。

武大偉[4]發(fā)現(xiàn)高層建筑中應(yīng)用勁性結(jié)構(gòu)易在節(jié)點(diǎn)位置存在問題，利用BIM技術(shù)重點(diǎn)對高層建筑結(jié)構(gòu)勁性柱與梁、樓板、剪力墻等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究。侯建軍[5]結(jié)合案例針對復(fù)雜勁性混凝土梁柱逆作法施工技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行控制研究。金壬根等[6]針對框架現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中勁性結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎、支設(shè)模板等難點(diǎn)問題，重點(diǎn)在勁性結(jié)構(gòu)內(nèi)型鋼鋼骨的設(shè)計、加工、安裝、綁扎及模板等環(huán)節(jié)進(jìn)行深化設(shè)計研究。張怡等[7]結(jié)合國家速滑館項(xiàng)目，闡述異形勁性結(jié)構(gòu)施工工藝及高效、高質(zhì)量施工技術(shù)。

本文結(jié)合某框架結(jié)構(gòu)工程實(shí)例，闡述綜合考慮塔式起重機(jī)吊裝能力及勁性梁鋼骨安裝精度，采用勁性梁鋼骨節(jié)段吊裝組拼的施工方法，保證了梁柱節(jié)點(diǎn)、梁梁節(jié)點(diǎn)的安裝質(zhì)量及項(xiàng)目整體施工進(jìn)度。該工程采用MIDAS Gen有限元軟件對大跨度大截面勁性梁施工階段、正常使用階段進(jìn)行驗(yàn)算分析，從而驗(yàn)證大跨度大截面勁性梁安裝方法的可行性，為同類工程提供參考。

1 工程概況

XZQTD175地塊禹洲(銀河park)商業(yè)項(xiàng)目主體為高層框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積171 437m2，其中地下建筑面積97 150.1m2，地上建筑面積74 286.9m2。 地上結(jié)構(gòu)主體部分6層，裙房部分4層，主要功能包括商業(yè)、餐飲、兒童活動、溜冰場、電影院等。該工程使用大量混凝土梁及大跨度勁性梁結(jié)構(gòu)，大跨度勁性梁結(jié)構(gòu)分布在各樓層中，其中4層結(jié)構(gòu)大跨度勁性梁分布最多。以項(xiàng)目A區(qū)為研究對象，對大跨度大截面勁性梁安裝施工技術(shù)進(jìn)行闡述。A區(qū)結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。A區(qū)大跨度勁性梁構(gòu)件尺寸如表1所示。

圖1 A區(qū)結(jié)構(gòu)平面

表1 A區(qū)大跨度勁性梁構(gòu)件尺寸 mm

2 勁性梁安裝施工技術(shù)

施工時，型鋼梁在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加工廠分段加工，編號運(yùn)送至施工現(xiàn)場集中堆放。勁性梁安裝施工流程為：施工準(zhǔn)備→鋼梁運(yùn)輸及堆放→鋼柱施工→搭設(shè)梁底支撐架→梁底模支設(shè)→鋼梁吊裝就位→鋼梁拼裝→勁性梁鋼筋綁扎→梁側(cè)模板支設(shè)→混凝土澆筑。

1)施工準(zhǔn)備 熟識圖紙，配合鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)單位完成鋼梁分段設(shè)計，復(fù)驗(yàn)鋼材質(zhì)量，參與鋼結(jié)構(gòu)的加工制作、焊接與安裝。

2)BIM技術(shù)應(yīng)用 利用BIM技術(shù)對梁柱鋼骨節(jié)點(diǎn)、梁梁鋼骨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維建模(見圖2)，分析鋼骨安裝及鋼筋綁扎的碰撞問題，對施工人員進(jìn)行可視化交底。

圖2 BIM三維整體模型

3)鋼梁運(yùn)輸及堆放 對鋼梁按位置、尺寸等信息進(jìn)行詳細(xì)編號，根據(jù)塔式起重機(jī)起重性能，每段鋼梁重應(yīng)≤6t。運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后，集中堆放在便于吊裝的場地，并做好鋼梁防污染及防變形措施。

4)鋼柱施工 定位測量放線完成后，分段吊裝鋼柱，每根柱分2節(jié)吊裝，下一節(jié)用地腳螺栓固定，鋼柱下一節(jié)垂直度校正后再吊裝上一節(jié)，兩節(jié)間采用焊接連接。

5)梁底支撐架搭設(shè) 編制高支模專項(xiàng)方案，并組織專家論證，嚴(yán)格按專家論證通過后的方案搭設(shè)。

6)梁底模支設(shè) 依據(jù)標(biāo)高控制線、梁起拱高度等明確梁底標(biāo)高，并支設(shè)梁底模板，然后在梁底模上間隔設(shè)置支撐，用于臨時支撐型鋼梁及控制梁底標(biāo)高，支撐高度為200mm。

7)鋼梁吊裝就位 吊裝起重設(shè)備為現(xiàn)場施工塔式起重機(jī)，每段鋼梁加工時均在翼緣部位設(shè)置2個吊環(huán)，用鋼絲繩綁牢固，平穩(wěn)起吊。鋼梁就位前需進(jìn)行微調(diào)，司索工和塔式起重機(jī)駕駛員須密切配合，確保鋼梁平穩(wěn)、準(zhǔn)確就位，就位后再次進(jìn)行標(biāo)高、軸線誤差檢查及校正。

8)鋼梁拼裝 型鋼梁與型鋼柱、型鋼梁間的連接，上、下翼緣采用坡口焊接，腹板采用高強(qiáng)螺栓連接，同一根梁上、下翼板先焊下翼板，后焊上翼板。

9)勁性梁鋼筋綁扎 勁性梁縱向受力鋼筋采用機(jī)械連接，混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)處，當(dāng)梁縱向鋼筋不能穿過柱鋼骨時，經(jīng)設(shè)計單位確認(rèn)并同意后，將梁縱向鋼筋沿柱鋼骨表面彎起,并在鋼柱表面焊接搭接板，縱向鋼筋與搭接板、柱鋼骨表面焊接。

10)梁側(cè)模板支設(shè) 梁側(cè)模對拉螺栓焊接在腹板兩邊，在梁側(cè)模底部開φ30小孔，然后用硬質(zhì)透明材料嵌填，觀察混凝土澆筑時振搗是否密實(shí)。

11)混凝土澆筑 勁性梁混凝土強(qiáng)度等級為C40，選擇粒徑小、級配良好的骨料，配合比設(shè)計時考慮提高和易性，摻入粉煤灰，選用小直徑振動棒進(jìn)行混凝土振搗，并適當(dāng)增加振搗時間。

12)勁性梁拆模 混凝土澆筑7d后開始拆除側(cè)模，從混凝土澆筑完畢起28d，且混凝土強(qiáng)度等級達(dá)到100%后方可拆除梁底模。

3 勁性梁施工重難點(diǎn)

1)大跨度大截面勁性梁箍筋綁扎采用先開口后搭接綁扎的施工技術(shù)。

2)大跨度大截面勁性梁安裝后，為解決梁下部鋼筋綁扎困難的問題，改變傳統(tǒng)施工順序，采用先綁扎梁底部鋼筋，后架設(shè)梁底板的措施。

3)大跨度大截面梁鋼筋密集，混凝土澆筑困難，因此采用自密實(shí)混凝土施工。

4)大截面勁性梁縱向鋼筋連接優(yōu)化 梁兩端與矩形鋼柱上預(yù)留套筒連接，預(yù)留套筒在鋼柱出廠時已焊接在鋼柱上。勁性梁主筋(φ32)在梁中部時按常規(guī)做法只能采取綁扎或單面焊連接，但按現(xiàn)行驗(yàn)收規(guī)范要求，直徑>28mm的鋼筋需采用機(jī)械連接，若按常規(guī)做法不符合規(guī)范要求。針對這一技術(shù)難點(diǎn)，在勁性鋼筋混凝土梁主筋中部采用長絲套筒進(jìn)行連接，即在中部主筋加工1段絲扣，長度剛好等于1個套筒長度，先將套筒全部擰入，待與之連接的另一根主筋到位后將套筒后退擰入，解決梁縱筋在中部的連接問題。

5)鋼柱、鋼梁變形優(yōu)化調(diào)整 混凝土和鋼材2種材料彈性模量差別較大，隨著結(jié)構(gòu)高度的不斷增加，混凝土結(jié)構(gòu)和鋼材壓縮變形不斷增大，變形絕對值差別也較大，且混凝土材料還存在干縮變形，鋼柱、鋼梁存在焊接收縮變形。為確保施工階段結(jié)構(gòu)變形不影響結(jié)構(gòu)安全和工程竣工后的使用功能，采取以下措施。①施工前采用計算機(jī)仿真技術(shù)模擬實(shí)際施工過程，并根據(jù)計算結(jié)果確定變形協(xié)調(diào)措施，計算出每層鋼柱、鋼梁需協(xié)調(diào)的壓縮、焊接收縮變形值，在深化設(shè)計中進(jìn)行考慮。通過測量對變形值進(jìn)行偏差校核，對后期施工的型鋼骨架進(jìn)行調(diào)整。②利用ANSYS軟件進(jìn)行模擬分析，然后根據(jù)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)制作經(jīng)驗(yàn)判斷分析結(jié)果，在深化設(shè)計時進(jìn)行調(diào)整，同時參照J(rèn)GJ 99—2015《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中第11.8.10條規(guī)定對鋼結(jié)構(gòu)施工階段柱與柱、梁與柱焊接引起的收縮進(jìn)行預(yù)調(diào)整。

4 勁性梁施工階段安全計算

4.1 模型建立

利用MIDAS Gen對結(jié)構(gòu)施工階段安全進(jìn)行分析，A區(qū)結(jié)構(gòu)整體模型如圖3所示。

圖3 A區(qū)結(jié)構(gòu)整體模型

由于A區(qū)整體構(gòu)件數(shù)量眾多，且構(gòu)件包含混凝土梁與勁性梁構(gòu)件，因此主要選擇A區(qū)結(jié)構(gòu)典型不利區(qū)域進(jìn)行分析(見圖4)。該區(qū)域主要由大截面勁性梁構(gòu)成，主要為結(jié)構(gòu)～軸與軸覆蓋區(qū)域。

圖4 典型不利區(qū)域

典型區(qū)域勁性梁混凝土外包部分強(qiáng)度等級為C40，內(nèi)部H型鋼材料為Q345，結(jié)構(gòu)約束主要為勁性梁與底部支撐交接位置采用點(diǎn)約束，以此簡化柱對梁的約束。施工階段分為鋼骨安裝CS1和混凝土澆筑CS2 2個階段，CS1階段施工荷載為鋼梁自重；CS2階段施工荷載主要考慮增加的混凝土自重，以線荷載形式進(jìn)行考慮。

混凝土容重取25kN/m3，A區(qū)所選典型區(qū)域勁性梁構(gòu)件包括JXL-1，JXL-2，JXL-3，JXL-6，JXL-12 5種，經(jīng)計算，線荷載分別為40，30，24，18，7kN/m。

4.2 撓度變形結(jié)果分析

典型不利區(qū)域在不同施工階段撓度變形結(jié)果如圖5所示。CS1階段結(jié)構(gòu)整體最大變形為3.41mm；CS2階段結(jié)構(gòu)整體最大變形為26.21mm。規(guī)范允許撓度最大值為L/250=49.1mm，結(jié)構(gòu)撓度變形滿足要求。

4.3 應(yīng)力結(jié)果分析

典型不利區(qū)域在不同施工階段的組合應(yīng)力結(jié)果如圖6所示。CS1階段結(jié)構(gòu)組合應(yīng)力最大值為10.3MPa，CS2階段結(jié)構(gòu)組合應(yīng)力最大值為80.4MPa，Q345鋼材屈服強(qiáng)度為310MPa，滿足施工安全要求。

圖6 不同施工階段組合應(yīng)力(單位：MPa)

5 勁性梁正常使用階段安全計算

5.1 模型簡述

由于模板支設(shè)難度大，在施工過程中支撐數(shù)量相對較少，從而導(dǎo)致鋼骨承受了大部分現(xiàn)澆混凝土自重，結(jié)構(gòu)在正常使用前就存在初始應(yīng)力，因此考慮在施工階段初始應(yīng)力存在的情況下，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在正常使用過程中是否滿足要求。在施工階段安全計算后繼續(xù)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，保留施工階段計算結(jié)果，并在典型區(qū)域繼續(xù)增加混凝土梁板構(gòu)件(見圖7)，在施工階段POSTCS后考慮正常使用下結(jié)構(gòu)荷載對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。

圖7 正常使用下結(jié)構(gòu)模型

典型區(qū)域結(jié)構(gòu)在正常使用情況下，按原結(jié)構(gòu)設(shè)計要求考慮樓面恒荷載D=2.7kN/m2，樓面活荷載L=4.0kN/m2，計算分析的荷載組合為：①組合1 1.35D+1.4×0.7×1.0L；②組合2 1.3D+1.5×1.0L。

5.2 撓度變形結(jié)果分析

典型區(qū)域在荷載組合2下?lián)隙茸冃谓Y(jié)果最不利，如圖8所示。結(jié)構(gòu)的最大撓度變形值為20.0mm<49.1mm，滿足規(guī)范要求。

圖8 正常使用下?lián)隙茸冃?單位：mm)

5.3 應(yīng)力結(jié)果分析

典型不利區(qū)域在正常使用下梁單元應(yīng)力如圖9所示。結(jié)構(gòu)在荷載組合2下應(yīng)力值最大，為119.2MPa<310MPa，結(jié)構(gòu)在正常使用下仍有較大的安全儲備，滿足正常使用要求。

圖9 正常使用下梁應(yīng)力(單位：MPa)

6 結(jié)語

1)針對大跨度大截面勁性梁安裝施工，形成了大跨度大截面勁性梁安裝施工技術(shù)，在保證勁性梁鋼骨架安裝質(zhì)量與精度的同時，降低了施工難度。

2)通過有限元建模計算分析，在勁性梁鋼骨安裝階段、混凝土澆筑階段及正常使用階段，典型區(qū)域勁性梁構(gòu)件的撓度變形、應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，具有良好的安全儲備，形成的大跨度大截面勁性梁安裝施工技術(shù)在工程上具有安全、適用特點(diǎn)，可為類似工程項(xiàng)目施工提供經(jīng)驗(yàn)。