周彥哲
(廣東省建筑工程集團有限公司 廣州 510013)
廣州某美術館項目建筑結(jié)構(gòu)形式為鋼框架+鋼筋混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。該工程的鋼結(jié)構(gòu)分為鋼框架、屋蓋和幕墻桁架3 個部分。鋼材總用量約6 800 t,鋼結(jié)構(gòu)形式多樣,安裝精度要求高。其中2~5 層外圍存在大懸挑結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)懸挑6~8 m,1~4 層主體外圍框架柱采用變截面鋼管混凝土柱[1](見圖1)。變截面鋼管混凝土柱位于整個建筑物外圍,原結(jié)構(gòu)設計是一個長橢圓形-倒三角變截面鋼管混凝土柱,在各樓層間,框架柱立面呈倒三角形,且內(nèi)側(cè)呈豎直狀態(tài)。各層柱頂截面為長橢圓形,外輪廓尺寸為2 540 mm×800 mm,柱腳截面為橢圓形,外輪廓尺寸為1 000 mm×800 mm,結(jié)構(gòu)柱的外觀形式及尺寸如圖2所示。采用此種形式的柱可保證框架柱沿建筑外立面呈傾斜狀態(tài),各層懸挑跨度保持一致,同時柱內(nèi)側(cè)保持豎直的效果[2-3]。
在深化設計階段,考慮到鋼管柱在結(jié)構(gòu)層面難以焊接,將每層的鋼管柱進行重新分割,鋼管柱由原來的倒三角形分解成倒梯形,每層鋼管柱分割點位于結(jié)構(gòu)面以上1 m,方便工人進行焊接作業(yè),提高施工質(zhì)量與效率。在進行鋼管柱現(xiàn)場吊裝時,采用一種汽車吊支腿支撐架,這種汽車吊支腿支撐架具有較大的承載力,能夠滿足在回填土范圍內(nèi)穩(wěn)定支撐汽車吊支腿的需求,既解決了場地受限問題,在施工工期、質(zhì)量和安全上也得到保證。為滿足校正與焊接的要求,在鋼管柱柱腳處對稱開一個300 mm×400 mm的方形小孔作為千斤頂架設的附著點,同時開孔位置緊貼鋼管柱中間箱體的縱隔板位置,增加焊接面積,提高了施工質(zhì)量[4-5]。
由于在結(jié)構(gòu)層面難以焊接,每層鋼管柱通過深化設計重新進行分割,重新分割后,首層預埋短柱長度為2.47 m,比結(jié)構(gòu)±0.000 高出1 m,結(jié)構(gòu)樓層高度8 m,鋼管柱長度8 m,即每根柱都高出結(jié)構(gòu)層1 m,方便工人進行焊接作業(yè),深化設計將倒三角形分解成倒梯形[6],如圖3所示。
根據(jù)深化設計,鋼柱預埋短柱2.47 m,重量2.84 t,標準層鋼柱高度8 m,重量13.1 t,整個建筑物外圍共布置了4臺塔吊,由于塔吊施吊重量有限,僅部分首層預埋短柱可使用塔吊吊裝,標準層鋼柱只能采用汽車吊進行吊裝,首層鋼柱至地下室外墻外側(cè)最大距離為35.3 m,地下室側(cè)墻至基坑支護面約1.5 m,則首層鋼柱至基坑支護樁約36.8 m,由于基坑回填土承載力較低,為了防止吊車起吊產(chǎn)生傾覆,一般不能作為吊車支腿支撐點。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案,汽車吊在各工況下額定起重量的富余量不大,若汽車吊選擇在基坑回填土外站位,則必須采用更大噸位吊車,由于施工時東側(cè)停車場、北側(cè)建筑物拆遷工作未完成,大噸位汽車吊出入場地受限,再加上現(xiàn)場場地空間狹小,汽車吊支腿支撐范圍有限,從經(jīng)濟上看費用較高,對整體工期也造成一定影響。
經(jīng)過方案比較,項目科技攻關小組發(fā)明了一種汽車吊支腿支撐架,采用汽車吊吊裝鋼結(jié)構(gòu)時,先安放汽車吊支腿支撐架,其中掛架置于地下室外墻頂部上,支撐底架及支撐底板置于支護樁上,使支護樁與地下室外墻共同形成汽車吊支腿支撐架的兩個支點,這種汽車吊支腿支撐架具有較大的承載力,能夠滿足在回填土范圍內(nèi)穩(wěn)定支撐汽車吊支腿的需求,減輕回填土部分承載壓力,使整體支撐面更加穩(wěn)定,使汽車吊支腿的整體支撐能滿足鋼結(jié)構(gòu)吊裝所需承載力的要求。既解決了場地受限問題,在施工工期、質(zhì)量和安全上也得到保證[7]。汽車吊站位如圖4所示。
由于鋼柱整體質(zhì)量較大,1~4 層鋼管柱重達13.1 t,鋼管柱上下標準節(jié)的對接須采用千斤頂進行校正,按原設計鋼管柱上下標準節(jié)節(jié)點則千斤頂無可用附著點,根據(jù)現(xiàn)在施工需要,在深化設計中,在鋼管柱柱腳處對稱開一個300 mm×400 mm的方形小孔,作為千斤頂架設的附著點,同時開孔位置緊貼鋼管柱中間箱體的縱隔板位置,在進行對接焊接時,可在柱體內(nèi)部對縱隔板進行焊接固定,增加焊接面積,以此提高施工質(zhì)量[8]。
施工工藝流程為:變截面鋼管柱制作加工→首層預埋短柱吊裝→汽車吊支腿支撐架制作→汽車吊就位→變截面鋼管柱吊裝→變截面鋼管柱水平縫焊接→變截面鋼管柱混凝土澆筑。
⑴分析鋼管柱各主要構(gòu)件型材組成,先按照深化圖將異性柱各零件板用CNC切割出來;
⑵鋼管柱加工
第一步:先安裝中間箱體,依次安裝底板、橫隔板和縱隔板,焊接隔板與隔板、隔板與底板件的焊縫,如圖5?所示;
第二步:再將中間箱體的頂板和縱橫隔板組裝成一體,同時將兩個半圓的隔板組裝在半圓板上,并焊接成整體,如圖5?所示;
第三步:將半圓單元件和內(nèi)箱體組成鋼管柱,安排焊工鉆入箱體內(nèi)部將橫隔板與半圓隔板焊接好,然后利用埋弧焊機焊接半圓體和內(nèi)箱體間的拼接縫,如圖5?所示。
首層預埋短柱除位于4 個轉(zhuǎn)角位的8 根短柱須采用小型汽車吊吊裝,其余短柱可采用塔吊進行吊裝,首層施工平面布置如圖6所示。
分油機仿真面板的原理圖設計在完成之后,借助Altium Designer板卡設計軟件繪制原理圖并給原理圖中的每一個元件編號,在將原理圖導入到PCB圖之前需要對原理圖以及PCB圖進行編譯(Compile)。受安裝環(huán)境的影響,PCB板的大小不得超過110 mm×120 mm,設計為雙層板,通過螺柱固定在控制箱上,設計的板卡PCB見圖4。
首層短柱預埋安裝前,須先放線定位并按照設計標高進行預埋,預埋安裝完成后須復核短柱位置、頂部水平及標高,若有偏差應及時調(diào)整糾正。在首層梁板混凝土澆筑前,須再復核短柱頂部水平標高。
汽車吊支腿支撐架底座尺寸為4 m×1.85 m,底座采用30A#300×126×9 mm 工字鋼組合焊接,支撐座底采用10 mm 厚鋼板,其他材料采用18#180×94×6.5 mm工字鋼組合焊接(見圖7)。
由于整個建筑地上部分呈碗狀,在地上部分越往上建筑邊緣離基坑邊緣越近,采用汽車吊吊裝時,須考慮吊臂與上部結(jié)構(gòu)之間的距離,在進行吊裝作業(yè)時,汽車吊的作業(yè)半徑越小,作業(yè)工況越有利,其中首層的作業(yè)半徑最大,故首層為最不利工況。以首層北立面的結(jié)構(gòu)吊裝驗算為例:
北立面首層鋼結(jié)構(gòu)吊裝計劃選用220 t 汽車吊進行施工,整個北立面首層鋼結(jié)構(gòu)吊裝,220 t 汽車吊總共需要支腿2 次,工位1 和工位2 所處位置如圖8 所示。工位1 時一種工況可以覆蓋北立面西側(cè)GZZ2-13、GZZ2-14、GZZ2-15 三根鋼管柱,工位2 時一種工況可以覆蓋北立面東側(cè)GZZ2-16、GZZ2-17、GZZ2-18三根鋼管柱。
⑴工況1 為在工位1 位置,作業(yè)半徑r1=30 m,此時安裝構(gòu)件最重為Q1=13.1 t(見圖9),安裝高度為9 m,考慮繩長及吊鉤長,汽車吊伸臂高度大于13 m,220 t 汽車吊伸臂長38.6 m,作業(yè)半徑30 m,此時額定起重量Q=17.0 t
式中:Q為吊機額定起重量;Q1為構(gòu)件重量;Q2為索具重量(取0.5 t)。
則:Q=17>13.1+0.5,滿足要求。
⑵工況2 為在工位2 位置,r2=28 m,此時安裝構(gòu)件最重為Q1=13.1 t,安裝高度為9 m,考慮繩長及吊鉤長,汽車吊伸臂高度大于13 m,220 t 汽車吊伸臂長43.41 m,作業(yè)半徑28 m,此時額定起重量Q=19.5 t,Q≥Q1+Q2,則:Q=19.5>13.1+0.5,滿足要求。
根據(jù)深化圖紙及吊裝方案,鋼管柱按每層一節(jié)進行分段,分段位置在各層結(jié)構(gòu)面以上1.0 m 處,鋼管柱對接采取設置臨時連接耳板節(jié)點形式,對接接頭焊接完成后將連接耳板割除。
4.5.1 鋼管柱標準節(jié)吊裝
⑴鋼管柱起吊吊點設置在柱頂處,即在柱頂臨時焊接吊耳,上開孔作為吊裝孔,吊鉤通過柱中心線,易于起吊、對中和校正。也可利用柱端的耳板螺栓孔,穿入專用吊裝索具或銷軸進行吊裝。嚴禁直接穿入普通索具吊裝,以防在起吊過程中磨損栓孔和索具。索具要求捆扎穩(wěn)固可靠。單機吊裝時需在柱子根部墊以墊木,以回轉(zhuǎn)法起吊,嚴禁柱根拖地。
⑵綁扎結(jié)束并檢查無誤后,進行起吊試機,要求緩慢起吊,當鋼管柱離開地面時暫停,再進行全面檢查吊索具、卡具等,確保各方面安全可靠后,才能正式起吊。
⑶起吊時鋼管柱必須垂直,盡量做到回轉(zhuǎn)扶直,起吊回轉(zhuǎn)過程中應避免同其它已安裝好的構(gòu)件相碰撞,吊索應預留有效高度。
⑷正式起吊時應由專人統(tǒng)一指揮,統(tǒng)一口令,指揮塔吊司機,將鋼管柱慢慢吊裝到位,然后逐步調(diào)整鋼管柱的位置,使其底部的裝配連接板的孔位對齊,漸漸下落安裝就位,臨時固定螺栓,校正垂直度。
⑸鋼管柱兩節(jié)對接時,鋼柱兩側(cè)裝有臨時固定用的連結(jié)耳板,上節(jié)鋼柱對準下節(jié)鋼柱柱頂中心線后,即用螺栓將連接板與連接耳板臨時固定,通過校正螺桿進行上節(jié)型鋼柱的垂直度校正,校正完成后進行對接焊接,焊接完成后將連接板卸下,耳板割除[9]。
4.5.2 鋼管柱對接校正
⑴鋼管柱垂直度校正。柱子的垂直校正,測量用全站儀(經(jīng)緯儀)安置在縱橫軸線上,先對準柱底垂直翼緣板或中線,再漸漸仰視到柱頂,如中線偏離視線,表示柱子不垂直,可指揮調(diào)節(jié)拉繩或千斤頂,可用敲打等方法使柱子垂直。
⑵鋼管柱位移調(diào)整。鋼管柱對接時的中心線應盡量對齊,其錯邊量應滿足規(guī)范的要求。為上下柱不出現(xiàn)錯口,應盡量做到上下柱十字線重合,如有偏差,在柱與柱的連接耳板的不同側(cè)夾入墊板(墊板厚度0.5~1.0 mm),擰緊高強螺栓,鋼管柱的位移偏差每次調(diào)整3.0 mm以內(nèi),如果偏差過大可以分2~3次調(diào)整。
每一節(jié)鋼管柱的定位軸線絕不允許使用下面一節(jié)鋼管柱的定位軸線,必須從地面控制線引至高空,避免產(chǎn)生累計誤差。
鋼管柱對接焊接方式為手工電弧焊與CO2氣體保護焊相結(jié)合的焊接方法。對焊前、組對,核正復驗、預留焊接收縮量,定位焊,焊前防護,焊前清理,焊前預熱,焊接,焊后清理與外觀檢查,無損檢測與缺陷返修等工序嚴格控制,才能確保焊接質(zhì)量全面達標。
鋼管柱的水平焊縫為一級焊縫,對不合格的焊縫,根據(jù)超標缺陷的位置,采取刨、切除、砂磨等方法去除后,以與正式焊縫相同的工藝方法進行補焊,其核驗標準相同[10]。
鋼管柱的混凝土澆筑采用串料筒下料,人工振搗的方法,分層下料,分層振搗,將混凝土振搗密實。采用該方法時,混凝土分層下料厚度一般不超過800 mm,兩人為一振搗小組,由外而內(nèi)環(huán)形振搗,以混凝土不再沉落,均勻泛漿為度。混凝土澆至標高位置后,在混凝土初凝前進行二次振搗,振動深度約為500 mm,以提高面層的密實度,減少混凝土自身的收縮。
通過施工應用實踐證明,新型變截面鋼管混凝土柱施工技術在深化設計、吊裝施工等過程中的方法改進與創(chuàng)新科學可行,先進合理,節(jié)約了施工成本,同時有效保證了施工安全,施工過程中對現(xiàn)場安裝焊縫均進行了檢測,焊縫質(zhì)量等級均為一級,施工質(zhì)量滿足設計及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準:GB 50205—2020》要求。
新型變截面鋼管混凝土柱施工技術研究與應用中,通過深化設計變截面鋼管柱,優(yōu)化原設計倒三角成倒梯形,重新分割后,使變截面鋼管柱高處結(jié)構(gòu)層以上1 m,解決了在結(jié)構(gòu)層面難以焊接的難題;研發(fā)了一種汽車吊支腿支撐架申請了實用新型專利,滿足了在回填土范圍內(nèi)穩(wěn)定支撐汽車吊支腿的承載要求,提高了汽車吊作業(yè)的穩(wěn)定性,保證支腿的穩(wěn)定性,節(jié)約了施工成本;為滿足變截面鋼管柱校正與焊接的要求,在鋼管柱柱腳處對稱開一個300 mm×400 mm的方形小孔,作為千斤頂架設的附著點,同時開孔位置緊貼鋼管柱中間箱體的縱隔板位置,增加焊接面積,提高了施工質(zhì)量。