王天一

(北京懷建集團辰輝建筑工程有限公司,北京 100012)

1 概述

近年來我國建筑施工在鋼結(jié)構(gòu)安裝方面逐步發(fā)展起來的一種新型工藝——整體提升施工技術(shù),尤其是在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中應用更為廣泛。該技術(shù)對加快我國現(xiàn)代化建設具有十分重要的現(xiàn)實意義,符合我國開發(fā)應用大跨空間鋼結(jié)構(gòu)安裝新技術(shù)的需要。本項目網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式為正放四角錐形網(wǎng)架,采用下弦支撐,下弦標高28.9 m,網(wǎng)架平面尺寸240 m×140 m,網(wǎng)架網(wǎng)格尺寸5 m×5 m,網(wǎng)架沿長度方向由120 m雙連跨組成,設置3道15 m高反梁,荷載先由梁間網(wǎng)架平板傳至反梁,再由反梁傳至混凝土支撐柱,最后由混凝土柱傳至基礎(chǔ),整個傳力路徑清晰,網(wǎng)架支座處節(jié)點為焊接空心球節(jié)點,其他位置節(jié)點為螺栓球節(jié)點,網(wǎng)架總重約2 300 t,網(wǎng)架支座處節(jié)點為焊接空心球(見圖1—圖4)。

2 重點施工工藝

2.1 提升點布置

對使用整體提升施工技術(shù)進行大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝并應用計算機進行提升控制需要事先設置合理的提升點,提升點的選擇應以盡量不改變結(jié)構(gòu)的受力體系為原則,本項目所有提升點均設置在原結(jié)構(gòu)混凝土柱頂,根據(jù)仿真計算結(jié)構(gòu)應力、反力及變形結(jié)果,雖然部分提升點反力較小,但考慮到結(jié)構(gòu)柱距較大,如果省去部分受力較小的提升點會造成該位置整體變形較大,從而不利于結(jié)構(gòu)提升到位后桿件的后裝,因此本項目的提升點應設置在混凝土柱頂上,在混凝土柱頂設置提升點[1]。

因此,本項目共安排17個提升點,以原混凝土柱作為提升架,各提升點的平面安排如圖5所示。

提升點確定后,需要在設計提升支撐平臺和吊點工裝、配置提升設備的基礎(chǔ)上,利用有限元軟件對各施工階段的被提升結(jié)構(gòu)進行模擬驗算,提取最不利工況下的提升反力結(jié)果。結(jié)構(gòu)整體仿真計算應按照正式提升、就位對接、卸載三個不同階段分別計算,計算時荷載參數(shù)的選取應充分考慮提升過程中動荷載、負載不均勻、超載及風荷載作用等不利因素。各提升點在各種情況下的最大反作用力見表1。

表1 各提升點最大反力

2.2 不同步工況計算分析

應對各種非同步工況的模擬計算,考慮到在提升過程中可能出現(xiàn)的各種提升點非同步工況的發(fā)生。不同步的工況選取原則如下:1)當一個提升點的位移發(fā)生變化時,僅對這個提升點附近的構(gòu)件內(nèi)力產(chǎn)生影響,而可以忽略這個提升點距離較遠的構(gòu)件的作用。2)跨徑較小的相鄰構(gòu)件,其內(nèi)力會因一個提升點的位移變化而受到顯著影響,跨徑較大的相鄰構(gòu)件,其內(nèi)力變化則較小。不同步工況按上述原則分兩類計算:a.與相鄰提升點位移不同步。b.與最大提升點遠端移位差值的移位不同步。

現(xiàn)列舉其中一種不同步工況(TSD8處與相鄰各提升點產(chǎn)生20 mm不同步位移差)計算結(jié)果如圖6所示。

2.3 被提升結(jié)構(gòu)斷開與加固

2.3.1 被提升結(jié)構(gòu)斷開

部分結(jié)構(gòu)桿件在地面上不能拼裝以方便提升,需要等場地主體網(wǎng)架在空中分散拼裝后,再將桿件升至預定高度后才能進行吊裝。對口間隙預留在各分段接口處,應考慮對口工裝件的設置,同時應滿足安裝的對口和焊接工藝的要求[2-3]。

被提升結(jié)構(gòu)有下列情形時需斷開:1)與結(jié)構(gòu)柱頂支座相連桿件。2)柱間設置有支撐的桿件不能提前拼裝。3)提升時容易和提升鋼絞線發(fā)生空間碰撞的桿件不能提前拼裝。

2.3.2 被提升結(jié)構(gòu)加固

被提升結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場拼裝、提升、卸載就位時,構(gòu)件在各階段的受力狀態(tài)與設計受力狀態(tài)不同,部分桿件在拼裝、提升、卸載階段會出現(xiàn)應力超限、內(nèi)力增幅較大等不利狀況,為了避免整體提升過程中桿件被破壞、結(jié)構(gòu)變形過大、失穩(wěn)等危險情況的發(fā)生,對被提升結(jié)構(gòu)的部分桿件進行更換,通過對各種最不利情況的計算和分析,利用計算軟件模擬計算網(wǎng)架的各施工階段,找出上述網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱的危險桿件進行替換,從而避免整體提升過程中桿件變形。經(jīng)計算本工程共需替換桿件113根,替換桿件的具體數(shù)量、位置及截面信息以鋼結(jié)構(gòu)最終深化圖紙為準。

2.4 提升支撐平臺設計

在混凝土柱頂設置合理的升降支承平臺,將各提升點的提升力合理有效地傳遞到原結(jié)構(gòu)混凝土柱上,在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,盡量避免原結(jié)構(gòu)桿件在支座處受到空間干擾,從而影響后安裝桿件,應盡量避免升降支承平臺的設計。本項目根據(jù)以上原則設計了如圖7所示的3種類型的升降配套平臺[4]。

驗算、校核起重支重臺受力、變形等情況,保證了項目安全。計算時選用實體單元作為起重支承平臺,在千斤頂支承鋼梁中央開口的起重最大承重反力大小,在支承平臺四柱腿根部各施一固定端約束,使集力垂直向下。如圖8,圖9計算結(jié)果(只列出支持平臺Ⅲ)。

2.5 提升下吊點設計

在起重吊點處,鋼絞線與被起重結(jié)構(gòu)連接均需設置可靠的起重吊點工裝,主要采用帶肋空心球焊接,直徑245 mm,壁厚30 mm,接合球體、肋板、圓管等強度焊接,接合臨時性桿件,直徑800 mm,壁厚20 mm,網(wǎng)架下弦球結(jié)點處采用倒四角錐形焊接臨時性桿件,如圖10所示的吊點吊裝。

計算時選用實體單元進行起重吊點工裝,與起重吊點工裝相連的4個臨時桿件上,用固定端將一個豎向向上的集力捆綁起來,其集力大小就是這個起重點支撐反力的最大值。如圖11所示計算分析圖中,最大應力為254 MPa,最大豎向位移5.5 mm,應力結(jié)果未超出極限,應力比適當,滿足提升式施工要求的安全儲備量較高。

2.6 液壓系統(tǒng)同步控制

在同步控制策略中,集群共28個液壓提升器中的1個(TSD17)的加速和行程位移值被設定為速度和位移的基準。剩下的27臺液壓升降機,在電腦的控制下,按照兩點之間的位移量差ΔL進行動態(tài)調(diào)整,對主令點分別跟蹤對比各自的位移量,確保每一個提升點在提升過程中始終保持同步,同時也保證了每一個提升點的同步[5]。

工程還結(jié)合現(xiàn)場施工條件,在網(wǎng)架投影范圍內(nèi)設置3個測站,在每個吊點球體底部粘貼反光片,由專人每提升一段距離測量一次,考慮到吊裝設備在機械方面的誤差對位移監(jiān)測帶來的不利影響,結(jié)合現(xiàn)場施工條件,將測量控制同步性的措施增加到全站儀上,然后將測量到的非同步位移數(shù)據(jù)即時反饋到計算機操控員,由操控員及時進行位移修正及補償。使同步操控的精度、安全性顯著增加。

3 結(jié)論

本文選取了整體提升的施工方法,對施工方案進行了詳細的設計,根據(jù)網(wǎng)架屋面的結(jié)構(gòu)特點歸納如下:

1)本方案以施工模擬計算為理論基礎(chǔ),詳細分析闡述了提升點的布置、起重支臺及吊點的設計、臨時加固網(wǎng)架等關(guān)鍵施工技術(shù),確保了起重施工萬無一失。

2)采用以傳感器監(jiān)測為主,全站儀人工測量校核為輔的位移控制策略大大增加了同步控制的準確性和安全度。