王強(qiáng)強(qiáng) 楊 林 王 強(qiáng)

(浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司 浙江 紹興 312030)

1 工程概況

紹興國際會(huì)展中心一期工程B 區(qū)工程包含1個(gè)單層超大展廳(1號展廳)、1個(gè)雙層展廳(2號多功能展廳)、1個(gè)會(huì)議中心和會(huì)展廊等。

圖1 效果圖

2號多功能展廳地下設(shè)有大范圍地下室,地上為全鋼結(jié)構(gòu)。鋼屋蓋平面尺寸74 m×216 m,橫向典型柱網(wǎng)柱距9.0 m,局部10 m,縱向典型柱網(wǎng)柱距9 m,局部抽柱位置柱距18 m,鋼屋蓋主要包括登錄大廳、會(huì)議廳、2層展廳等三個(gè)大空間屋蓋,結(jié)構(gòu)最大標(biāo)高為31.25 m。

展廳主要支承鋼柱均向地下延伸至地下室底板,地下部分均為鋼骨柱。地上登錄大廳鋼屋蓋采用實(shí)腹式主次梁結(jié)構(gòu),主梁跨度36m,主梁高度1.2～1.6 m。會(huì)議廳一、二層為鋼框架,鋼屋蓋為混凝土重載屋面,沿跨度方向布置主桁架,桁架跨度45 m,桁架高度中央3.5 m,根部4.0 m;同時(shí)沿垂直于主桁架方向布置次桁架,桁架高度2.8 m～3.5 m。雙層展廳屋面因裝修及吊掛荷載較大,也為重載屋面,其沿跨度方向布置主桁架,桁架跨度54 m,桁架高度4.0 m。同時(shí),因下部支撐柱局部抽柱,垂直于主桁架方向布置托桁架支撐主桁架,桁架高度4.0 m。桁架兩側(cè)區(qū)域?yàn)橹酁? m×9 m 或9 m×18 m 的規(guī)則框架結(jié)構(gòu)[1]。

圖2 結(jié)構(gòu)整體布置軸測圖

2 工程重難點(diǎn)及解決措施

2.1 場地條件復(fù)雜

2號多功能展廳鋼結(jié)構(gòu)設(shè)有大范圍地下室,而樓蓋桁架每榀重量達(dá)105～136 t,屋蓋桁架每榀重量在45～71 t。如使用履帶吊等大型吊裝機(jī)械,則需要對地下室頂板進(jìn)行大量加固,行走路線固定不靈活,且臨時(shí)支撐措施量大;如使用塔吊,則塔吊型號選擇大,使用周期短不經(jīng)濟(jì)。方案選擇需要綜合考慮工期、經(jīng)濟(jì)、安全、效率、質(zhì)量控制等多方面因素。

2.2 工期緊

2號多功能展廳鋼結(jié)構(gòu)工程量為1.1萬t,地上施工工期只有2個(gè)月,工期極為緊張。

2.3 雙層結(jié)構(gòu)復(fù)雜

雙層展廳均為大跨度桁架結(jié)構(gòu),兩層桁架在平面投影上重疊;如何選擇方案,充分利用有限的拼裝場地以及保障兩層桁架之間的施工相互交叉影響小,是方案選擇的重點(diǎn)。

3 施工安裝方案

2號多功能展廳地下室鋼骨柱使用80 t汽車吊通過鋼棧橋坡道到地下室底板上吊裝。

地上鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí),使用汽車吊在地下室頂板上吊裝,鋼框架采用常規(guī)分段吊裝的方案。

通過對多種方案的對比分析,2號多功能展廳中的會(huì)議廳屋蓋桁架、雙層展廳的樓蓋桁架和屋蓋鋼桁架均在地下室頂板上整體拼裝,利用小型汽車吊做桁架拼裝機(jī)械,同時(shí)利用兩側(cè)框架結(jié)構(gòu)做提升支承,采用整體提升的施工方案。其中雙層展廳提升采用逆作法提升,即先提升屋蓋桁架,再利用屋蓋桁架提升樓蓋桁架。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 棧橋坡道設(shè)計(jì)

本工程棧橋坡道主要用于80 t汽車吊和材料運(yùn)輸車輛下地下室底板吊裝地下鋼骨柱。棧橋坡道長34 m、高5 m、寬5 m,與水平面夾角為10°,以滿足車輛行駛要求。立柱與地下室底板通過預(yù)埋件連接,頂部鋪設(shè)路基箱,兩側(cè)設(shè)有1 m 高欄桿。

鋼坡道立柱采用P300×14圓管,主梁采用H500×300×14×20的H 鋼,次梁采用H300×150×8×10的H 鋼,剪刀撐采用B80×8的方管,上鋪5 m×2 m×0.25 m 的路基箱共15塊。

4.2 展廳桁架提升施工工藝

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式,共分為會(huì)議廳屋蓋桁架、展廳屋蓋桁架和展廳樓蓋桁架3個(gè)提升分區(qū)。展廳屋蓋桁架和會(huì)議廳屋蓋桁架各7榀;樓蓋桁架共11榀,其中西側(cè)邊廳部位4榀樓蓋桁架上方另設(shè)有鋼框架結(jié)構(gòu),為保證工期和方便安裝鋼框架,這4榀桁架采用分段安裝方式隨主結(jié)構(gòu)先行安裝。其余7榀樓蓋桁架作為一個(gè)提升分區(qū)。各提升區(qū)內(nèi)桁架連同桁架間次桁架、聯(lián)系桿件、鋼梁等一同拼裝、提升。

4.2.1 提升點(diǎn)布置

本工程兩榀主桁架結(jié)構(gòu)之間的連接剛度較弱,為保證桁架提升到位后與兩側(cè)框架結(jié)構(gòu)的對接精度,桁架結(jié)構(gòu)提升時(shí),在每榀桁架兩端均設(shè)置一個(gè)提升吊點(diǎn)。如圖4所示,三個(gè)提升分區(qū)分別設(shè)置14 個(gè)提升吊點(diǎn)。

圖4 屋蓋桁架提升分區(qū)和提升吊點(diǎn)布置

4.2.2 提升上下吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

本工程桁架提升的上吊點(diǎn)均設(shè)置在屋蓋桁架端部鋼柱柱頂處的上弦桿牛腿上。常規(guī)需在柱頂單獨(dú)設(shè)置提升架用以放置提升器,為減小提升架的用量,本工程利用柱頂側(cè)面的桁架牛腿,通過在桁架牛腿側(cè)面上設(shè)置提升器放置平臺(tái),提升器放置平臺(tái)僅需三塊鋼板焊接而成。由于提升器放置在鋼牛腿的一側(cè),在提升荷載作用下,會(huì)對鋼牛腿產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)荷載;為減小牛腿在提升荷載下的扭轉(zhuǎn),本工程將H 型鋼牛腿靠近吊點(diǎn)處一側(cè)上下翼緣用鋼板焊接成箱型,增大牛腿的抗扭剛度,同時(shí)通過節(jié)點(diǎn)有限元計(jì)算保證提升牛腿的安全性。

提升下吊點(diǎn)設(shè)置在桁架下弦處的托梁上。托梁位于桁架下部,采用兩根并排的H 型鋼組成,為保證兩根H 型鋼托梁受力的均勻和穩(wěn)定性,每隔2m 左右采用鋼板將兩根鋼梁上下翼緣焊接固定。采用兩根并排H 型鋼梁作為托梁的原因主要是在滿足提升承載力的前提下,需控制托梁高度不應(yīng)過高,避免桁架拼裝時(shí)需要的支撐胎架過高。托梁間隔一跨設(shè)置一道,每道托梁兩端連接兩榀桁架。其中雙層展廳的7榀屋蓋桁架提升完成后,提升千斤頂在原位繼續(xù)進(jìn)行7榀樓蓋桁架的提升。

4.2.3 提升設(shè)備的選擇

本工程桁架結(jié)構(gòu)提升,提升反力在450～850 k N;對于小于700 k N 的提升吊點(diǎn)采用額定提升能力為100 t提升器,對于大于700 k N 的提升吊點(diǎn)采用180 t提升器;滿足規(guī)范對單點(diǎn)提升器提升能力不小于對應(yīng)吊點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍和總體提升能力不小于總提升荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍且不大于2.5倍的要求。

鋼絞線作為柔性承重索具,采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,抗拉強(qiáng)度為1 860 MPa,單根直徑為15.24 mm,破斷拉力約26 t。鋼絞線數(shù)量的選擇首先保證其安全系數(shù)不低于2.0倍,同時(shí)數(shù)量不得少于3根,以保證提升過程中結(jié)構(gòu)的安全性,避免因某根鋼絞線失效而引起連鎖破壞反應(yīng)。

4.2.4 提升過程

提升前,要求各提升區(qū)周邊鋼框架安裝施工完成,保證桁架支承柱的側(cè)向穩(wěn)定。提升流程包括:分級加載→結(jié)構(gòu)離地檢查→姿態(tài)檢測調(diào)整→同步提升→提升過程的微調(diào)→提升就位→焊接補(bǔ)桿→卸載幾個(gè)步驟。完成后,拆除提升器和托梁。

在雙層桁架提升時(shí),由于樓蓋桁架弦桿牛腿尺寸較大,其對屋蓋桁架提升會(huì)產(chǎn)生干涉,為避免對提升過程造成影響,對樓層桁架鋼柱牛腿采取后裝方式進(jìn)行施工;牛腿可設(shè)置于樓層對應(yīng)桁架上,隨樓層桁架一起提升到設(shè)計(jì)位置后補(bǔ)裝。

4.2.5 提升過程模擬計(jì)算分析

紹興會(huì)展中心2號館鋼結(jié)構(gòu)采用分段吊裝+桁架整體提升施工。在安裝過程中,結(jié)構(gòu)受力及變形是一步步累加成型,其結(jié)構(gòu)受力情形和原設(shè)計(jì)一次成形狀態(tài)受力有所不同,因此,需要對結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行有限元模擬分析,保證施工過程中結(jié)構(gòu)的安全性以及施工完成后結(jié)構(gòu)使用過程中的安全性。

經(jīng)過分析,本工程施工完成后結(jié)構(gòu)最大豎向變形為29.13 mm,與原設(shè)計(jì)一次成型豎向變形25.22 mm相比,相差較小,在規(guī)范允許范圍之內(nèi),可不進(jìn)行預(yù)偏調(diào)整。施工過程中各個(gè)施工步驟桿件最大應(yīng)力比為0.35＜1.0,且有較大富裕,能夠保證施工過程中結(jié)構(gòu)的安全性。

施工過程是結(jié)構(gòu)逐步成形過程,與原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一次成形過程有較大的差別;這種差別會(huì)在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力,使得部分構(gòu)件應(yīng)力比原設(shè)計(jì)狀態(tài)下要大,部分構(gòu)件應(yīng)力比原設(shè)計(jì)狀態(tài)小;對于應(yīng)力增大的構(gòu)件會(huì)降低后期結(jié)構(gòu)正常使用條件下的安全余量,因而需對施工過程在結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)產(chǎn)生的附加應(yīng)力大小進(jìn)行分析。由圖5可見,絕大部分桿件附加應(yīng)力小于15 MPa,附加應(yīng)力較小,對桿件影響小,施工方式較為合理;考慮原設(shè)計(jì)桿件應(yīng)力富余,能夠保證結(jié)構(gòu)正常使用過程中的安全性。[2]

圖5 施工過程桿件附加應(yīng)力柱狀圖

4.3 大跨度桁架預(yù)起拱

本工程存在較多的大跨度桁架和鋼梁,為保證大跨度桁架和鋼梁的施工精度,需進(jìn)行預(yù)起拱。預(yù)起拱分為兩種形式:設(shè)計(jì)預(yù)起拱和施工預(yù)起拱。設(shè)計(jì)預(yù)起拱是為保證結(jié)構(gòu)在恒荷載和部分活荷載作用下變形后的形態(tài)能夠與設(shè)計(jì)圖紙一致。施工預(yù)起拱是考慮結(jié)構(gòu)施工過程對結(jié)構(gòu)變形的影響,保證施工完成后結(jié)構(gòu)位形能夠與設(shè)計(jì)位形一致。結(jié)構(gòu)最終的預(yù)起拱值為設(shè)計(jì)預(yù)起拱和施工預(yù)起拱的疊加。預(yù)起拱一般在模型深化設(shè)計(jì)階段進(jìn)行考慮,以便于預(yù)起拱的準(zhǔn)確實(shí)施。對于施工預(yù)起拱,由于工程經(jīng)常為圖紙深化先行,不確定施工方案,施工預(yù)起拱也可以在項(xiàng)目施工現(xiàn)場拼裝階段進(jìn)行實(shí)施。本工程最大跨鋼梁跨度為36 m,按跨度的1/900進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)起拱,大跨度桁架,由于剛度較大,按跨度1/2 000進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)起拱。根據(jù)施工方案,本工程鋼梁為整榀吊裝,無需進(jìn)行施工預(yù)起拱,大跨度桁架采用提升施工,根據(jù)施工模擬分析結(jié)果,桁架最大施工預(yù)起拱值為28.6 mm。

筆者通過紹興國際會(huì)展中心一期B 區(qū)2號展廳鋼結(jié)構(gòu)工程,系統(tǒng)介紹了雙層展廳施工的重難點(diǎn),同時(shí)也較全面地闡述了各個(gè)部位的施工方案,尤其是較詳細(xì)地說明了在極短工期的施工條件下,結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取合適的施工方案。筆者涉及的施工技術(shù)和方法可為今后類似工程提供借鑒和參考。