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        大跨度鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)研究與應(yīng)用

        2023-12-02 23:12:51鄭軍委桑兆龍孫治民孫孝蕾許廣勝
        工程建設(shè)與設(shè)計 2023年20期
        關(guān)鍵詞:工字鋼跨度桁架

        鄭軍委,桑兆龍,孫治民,孫孝蕾,許廣勝

        (中國建筑第二工程局有限公司,北京 100071)

        1 引言

        隨著大跨度鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的使用越來越廣泛,外形越來越新穎,尺寸越來越大,對建筑技術(shù)的要求也越來越高。大跨度空間建筑的工程技術(shù)和工程建設(shè)中所出現(xiàn)的諸多力學(xué)和技術(shù)問題引起了廣泛的關(guān)注。為了確保結(jié)構(gòu)安全經(jīng)濟(jì),必須制訂出合理的施工計劃,對工程進(jìn)行科學(xué)的分析。

        2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn)及應(yīng)用

        鋼結(jié)構(gòu)是我國建筑領(lǐng)域新興的一種建筑形式,很多大型的現(xiàn)代建筑都采用了鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)建筑與鋼筋混凝土、砌體、木結(jié)構(gòu)建筑相比優(yōu)勢顯著,一般由鋼梁、鋼管、鋼板等鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)成。通常采用焊接、螺栓、鉚接等方式進(jìn)行構(gòu)件的連接,由于材料均勻、機(jī)械性能好、重量輕、強(qiáng)度大以及加工方便,施工速度快等特點(diǎn),在工業(yè)廠房、體育館等大型建筑工程中得到了廣泛使用[1]。

        3 吊裝施工技術(shù)保證條件

        3.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出廠檢查及驗(yàn)收

        檢驗(yàn)內(nèi)容為:焊接材料、鋼構(gòu)構(gòu)件、涂裝材料、高強(qiáng)螺栓等原材料,對鋼材的一次、二次焊縫進(jìn)行超聲檢測和表面品質(zhì)檢驗(yàn),構(gòu)件的幾何形狀、螺釘孔的定位和孔洞、焊接槽口、接頭夾角和定位、配件的規(guī)格和數(shù)目等,鋼材表面涂層的檢驗(yàn),高強(qiáng)度螺栓摩擦面檢驗(yàn)和檢驗(yàn)報告。

        3.2 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的出廠運(yùn)輸

        為了確保在工地上正常起重,鋼材的供應(yīng)要與工地的起重進(jìn)度保持一致,對于異形、大構(gòu)件運(yùn)輸必須制訂運(yùn)輸計劃,運(yùn)輸方案應(yīng)考慮構(gòu)件的自重,由于城市交通等客觀條件的原因,鋼鐵需放在鋼架上進(jìn)行搬運(yùn),使用鋼絲繩固定時,應(yīng)注意對鋼結(jié)構(gòu)四角的保護(hù),為了防止鋼纜的腐蝕和變形,在運(yùn)輸過程中應(yīng)確保鋼纜穩(wěn)定,并在裝卸時進(jìn)行平衡作業(yè),確保汽車和部件的穩(wěn)定性。在搬運(yùn)時產(chǎn)生的高強(qiáng)度螺釘?shù)哪Σ聊p,必須在生產(chǎn)之前用柔軟材料將其摩擦表面包裹嚴(yán)實(shí),如平臺、次梁等,為了避免在搬運(yùn)時出現(xiàn)混亂,必須進(jìn)行分級包裝。

        3.3 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的進(jìn)場驗(yàn)收

        鋼構(gòu)件在進(jìn)入現(xiàn)場之前要根據(jù)出運(yùn)單進(jìn)行檢驗(yàn),主要是檢驗(yàn)來料鋼材的規(guī)格、數(shù)量、型號等,特別要注意在搬運(yùn)期間的變化和破損,如果發(fā)現(xiàn)有變形或破損,要進(jìn)行糾正和修理。

        3.4 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)場后的報驗(yàn)

        進(jìn)場后,對鋼材進(jìn)行自查并填寫進(jìn)場材料、構(gòu)配件報批,還要上報監(jiān)督和施工單位,鋼材的對接焊接必須經(jīng)過第三方的目視檢查和直角焊的目檢[2]。

        3.5 安裝前準(zhǔn)備

        在安裝鋼結(jié)構(gòu)之前,要對建筑物的定位軸線和標(biāo)高進(jìn)行檢驗(yàn),并進(jìn)行地基檢驗(yàn)和移交,混凝土強(qiáng)度要滿足安裝需要。與監(jiān)理、上一道工序的施工方共同對構(gòu)件的軸線位置、標(biāo)高等進(jìn)行重新測量,并做記錄、驗(yàn)收通過后方可進(jìn)行下一步工藝的建設(shè)。

        3.6 水準(zhǔn)點(diǎn)及定位軸線的復(fù)測

        按工程主管單位所定標(biāo)高進(jìn)行封閉測量,在保證視野正常的情況下,可以將控制點(diǎn)設(shè)置在建筑物內(nèi)或鄰近不易破壞的區(qū)域,并做好控制點(diǎn)防護(hù)。

        4 大跨度鋼結(jié)構(gòu)常見安裝方法

        4.1 高空原位單元安裝法

        高空原位單元安裝法是在指定的地點(diǎn)直接對吊鉤和桿件進(jìn)行設(shè)計和安裝的方法。采用這種方式,可以進(jìn)行構(gòu)件的高空放置并保證工作臺的安全,但必須事先設(shè)置滿堂支撐。由于吊鉤和桿件重量較輕,該方法不會加重吊裝設(shè)備的負(fù)荷,一般的吊裝設(shè)備都能達(dá)到使用要求。理論上,在任何形式的大跨度鋼結(jié)構(gòu)中,高空原位單元安裝法都可以使用,但是在大型建筑中,該安裝方法需要更多的材料、更大的施工場地、更多的支撐以及更多的高空作業(yè),因此,在工期較短的情況下不適用。

        4.2 滑移安裝法

        4.2.1 結(jié)構(gòu)滑移法

        結(jié)構(gòu)滑移技術(shù)是指在有條件的地方,將結(jié)構(gòu)構(gòu)件先安裝好,然后通過滑移系統(tǒng)將裝配好的結(jié)構(gòu)送到指定地點(diǎn),再進(jìn)行組裝。結(jié)構(gòu)滑移方法的優(yōu)點(diǎn)包括:(1)可以將所需機(jī)械裝置安置在相對固定的場地,所需支撐和操縱平臺的數(shù)量較少,場地處理費(fèi)和機(jī)器管理費(fèi)用也會大大降低,從而確保了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。(2)采用結(jié)構(gòu)滑移方法,其結(jié)構(gòu)支撐有利于滑移軌道的鋪設(shè),并且滑動路徑越長,工作效率也就越高。(3)由于滑移構(gòu)件在進(jìn)入工地前就已裝配好,屬于幾何不變系統(tǒng),在施工中能維持一定的剛性和穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中采用結(jié)構(gòu)滑移法時,應(yīng)注意,滑動過程中有機(jī)械損耗和功耗也有可能損傷滑移裝置,所以,應(yīng)盡量減小滑動阻力。

        4.2.2 支承滑移法

        支承滑移法是將支撐架設(shè)于結(jié)構(gòu)的預(yù)設(shè)部位,提供作業(yè)平臺及支撐,當(dāng)完成一部分結(jié)構(gòu)的安裝工作后,支架可以滑移至下一段需要安裝的鋼結(jié)構(gòu)處,如此循環(huán)直到完成整個安裝。支承滑移與結(jié)構(gòu)滑移有很大的不同,它可以看作是滑動支承結(jié)構(gòu)而非滑動結(jié)構(gòu)[3],當(dāng)施工現(xiàn)場沒有任何可以利用的空間時,可以采用該方法。不論是結(jié)構(gòu)滑移法還是支承滑移法,其滑行軌跡均非一般直線。在大型項(xiàng)目中,曲線滑行的效果要好于直線滑行,既節(jié)省了支撐機(jī)構(gòu)的材料,又可以與其他工種科學(xué)搭配交叉作業(yè)。

        4.3 大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支承安裝法

        大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支承安裝法是采用懸挑鋼結(jié)構(gòu)的剛性和起重設(shè)備,逐步延伸、分段安裝的方法。大跨懸挑式鋼架無支撐的安裝方法與高空現(xiàn)場安裝有相似之處(二者均在較高的現(xiàn)場進(jìn)行),但也存在不同。大跨懸挑式鋼架不需預(yù)設(shè)支撐結(jié)構(gòu),施工措施較少,工藝較簡便[4],因此,在結(jié)構(gòu)剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、本體結(jié)構(gòu)高的情況下,具有很好的推廣應(yīng)用價值。但是,在大跨懸挑式鋼結(jié)構(gòu)中,由于其自身重量過大,容易引起懸挑段下?lián)?,從而造成?gòu)件安裝坐標(biāo)不準(zhǔn)確,很有可能無法完成。

        4.4 整體提升法

        當(dāng)遇到大跨度鋼結(jié)構(gòu)時,如果鋼結(jié)構(gòu)形式規(guī)整,安裝支撐胎架不但煩瑣且造價昂貴,這時可采用全吊裝安裝方法,即將整個吊車安裝在地面或者合適的樓層上,然后將其組裝起來,借助升降系統(tǒng)將整個結(jié)構(gòu)抬升到設(shè)計高度。在大型屋面施工中,普遍采用整體吊裝方法。與其他方法相比,整體式提升法具有以下5 個優(yōu)點(diǎn):(1)高空作業(yè)量大大縮減,工人的高空作業(yè)更安全[5]。(2)大大提高了工作效率。(3)減少了施工中使用的臨時設(shè)施,如胎架、腳手架等。(4)由于安裝高度的降低,一般的塔吊就能滿足項(xiàng)目的要求,從而節(jié)約了使用大型塔吊的成本。(5)可以和其他項(xiàng)目進(jìn)行交叉操作,大大加快了施工進(jìn)度。但是,整體提升法不適合提升裝置規(guī)格小的情況,另外,大跨度鋼結(jié)構(gòu)剛度小,邊界安裝精度高,盲目使用會影響整體精度。

        5 工程實(shí)例

        5.1 工程概況

        A 工廠的主體結(jié)構(gòu)包括2 個拱、20 個鋼架(包括平面桁架、實(shí)腹式工字鋼框架和折線鋼架),桁架拱形跨度為100 m+49 m,高度為29 m。其中,最大跨徑為41 m 的平面桁架最大跨為18 m,梁高為900 mm。3 個橫向支承沿房頂縱向排列,在下部的混凝土芯筒頂部由桁架拱支撐,在下部柱頂部采用鋼桁架和實(shí)腹型工字鋼梁鉸接。

        5.2 施工方案分析

        在全屋結(jié)構(gòu)施工中,桁架拱的安裝是最困難的,由于跨度達(dá)33 m,在實(shí)際工程中很難實(shí)現(xiàn)整體吊運(yùn)。而本設(shè)計中所使用的空間弧形網(wǎng)架,由于構(gòu)件規(guī)格和形式較多,采用高處散料施工難度大、造價高。經(jīng)對比,最終選用分段吊運(yùn)的安裝方法[6]。由于本工程中的網(wǎng)拱結(jié)構(gòu)體量較大,在吊運(yùn)過程中必須充分重視結(jié)構(gòu)的受力和施工經(jīng)濟(jì)效益。在吊裝過程中,部分結(jié)構(gòu)跨度過大,導(dǎo)致桁架在起重過程中產(chǎn)生很大的下?lián)?,這將會對整個焊縫的焊接和整體的線型產(chǎn)生不良影響,同時,結(jié)構(gòu)太小,會增加吊裝作業(yè)量,使大件起重機(jī)的使用效率下降。經(jīng)認(rèn)真比較和分析,確定分段吊裝的構(gòu)件長度限定在25 m 左右,為了方便運(yùn)輸,采用“散件出廠,就地組裝”的方法。

        5.3 結(jié)構(gòu)施工

        5.3.1 主體構(gòu)件加工

        該項(xiàng)目主要鋼結(jié)構(gòu)為桁架拱,其橫截面為三角形鋼管,全長160 m 左右,按照施工方案,采用分段吊裝,每根桁架拱單元的吊裝長度為26 m,每根桁架的邊長都在5 m 以上,超出了運(yùn)輸極限。需要在A 工廠內(nèi)進(jìn)行零配件的加工,在到達(dá)現(xiàn)場后,將胎架安裝在現(xiàn)場進(jìn)行裝配。(1)原材料。在實(shí)際應(yīng)用中,一般采用Q345Bo 鋼和H 型鋼兩種類型。(2)胎座的構(gòu)造及技術(shù)要求。根據(jù)施工現(xiàn)場情況,設(shè)計了一種由路基箱、H 型鋼、千斤頂構(gòu)成的桁架裝配式焊接平臺。胎架必須符合強(qiáng)度和安全要求,路基箱體要壓實(shí),胎座和路基箱的連接要牢固。(3)組裝工藝。首先,將桁架拱上弦桿放入胎架,焊接上弦腹桿和下弦腹桿,然后,將下弦桿的一側(cè)放在胎座上,最后,將腹桿與上弦腹桿和下弦桿焊接在一起。

        5.3.2 結(jié)構(gòu)吊裝

        針對A 工廠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)場施工情況,采用1 臺7150 型150 t 的履帶式起重機(jī),分3 個階段進(jìn)行吊裝,最大起重325 kN(32.5 t)。采用KHl80-2 型50 t 履帶起重機(jī),將2 座桁架拱肋間的工字鋼和屋頂橫向系桿進(jìn)行吊裝。吊運(yùn)過程中,在桁架拱的節(jié)點(diǎn)下面設(shè)置了措施桁架,1~3 軸拱段在館外進(jìn)行,4~19 軸拱段在館內(nèi)進(jìn)行。在完成其他部件之前,先對桁架拱進(jìn)行定位。在兩個縱拱之間的工字形結(jié)構(gòu)中,1~3 軸工字鋼部件在室外用起重機(jī)進(jìn)行單臺吊裝,4~19 軸工字鋼梁在室內(nèi)進(jìn)行單臺起重[7]。1~3 軸工字鋼部件由兩個V 形橫斷面和一個直斷面組成,其施工方法是將V 形斷面懸挑至網(wǎng)架拱形,然后進(jìn)行垂直分段吊運(yùn)。9-18 軸的V 形截面的長度超過3 m,在吊裝作業(yè)中,在V 形斷面與直斷面交會處應(yīng)安裝一個臨時支撐。利用起重機(jī)將平面網(wǎng)架和鋼梁的構(gòu)件沿單臂吊裝。

        經(jīng)多輪觀測,確認(rèn)成型后零件連接性能良好,整體結(jié)構(gòu)受力均勻,滿足原設(shè)計要求,不僅保證了項(xiàng)目的順利進(jìn)行,而且保證了項(xiàng)目的順利進(jìn)行,從而保證了項(xiàng)目的質(zhì)量,達(dá)到了預(yù)期的目的。

        6 結(jié)論

        通過對大跨度鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)的研究和應(yīng)用實(shí)例的分析,可以得出以下結(jié)論:案例工程采用的吊裝施工技術(shù)在提高施工效率和安全性方面有良好的效果,并且具有一定的推廣價值,未來還可以進(jìn)一步優(yōu)化吊裝方案,提高施工效率,并加強(qiáng)對施工過程中的各項(xiàng)安全措施的研究與應(yīng)用。

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