新橋國際機場軌行式塔吊加固設計及施工監(jiān)控

豐建國

(安徽省建設監(jiān)理有限公司,安徽合肥 230022)

合肥新橋國際機場航站樓工程位于合肥市肥西縣高劉鎮(zhèn),航站樓總建筑面積為11.2×104m2,為一新建機場。一期航站樓平面投影呈“熱帶魚”狀,航站樓橫向長約804 m,縱向最大寬度約161 m,建筑最大高度約30 m,如圖1所示。一期航站樓標高7.90 m以下結構分為5個區(qū),屋面結構連成整體,在伸縮(抗震)縫處用抗震可動支座連接構件,在構造上分為5個溫度(抗震)區(qū)段。

圖1 一期航站樓效果圖及分區(qū)示意圖

其中3區(qū)位于航站樓中部,由鋼結構與混凝土結構組成。鋼結構由11榀鋼架組成,鋼架柱體部分為箱型,梁體部分為桁架結構。鋼架最大外輪廓超過170 m,柱距為18 m,最大跨度54 m。為解決3區(qū)鋼結構吊裝,特設置2臺行走式塔吊。行走式塔吊的設置帶來結構荷載以及荷載傳遞方式的改變,故需對其相關構件進行加固設計及施工監(jiān)測。

1 加固設計

1.1 基本參數(shù)

由于行走式塔吊布置在7.9 m樓面上,塔吊軌道固定在塔吊梁上,軌道梁將塔吊荷載轉換成集中力作用在東西方向混凝土主梁上,最大輪壓為760 kN,換算為集中力達P=18.875 kN,梁自重q=11.25 kN/m。支承軌道梁的混凝土梁有2種截面:主梁截面1 200 mm×1 000 mm,次梁截面500 mm ×900 mm;主梁正彎矩區(qū)11Φ 28,負彎矩區(qū) 12Φ 28,次梁正彎矩區(qū) 8Φ 25 負彎矩區(qū)12Φ 25;梁混凝土為 C40,保護層厚度取35 mm?；炷亮簭澗貓D(a=6 m)如圖2所示。

圖2 混凝土梁彎矩圖(a=6 m)

1.2 主次梁加固驗算

1.2.1 主梁驗算

自重q=32.4 kN/m;在1/3梁跨處,M1/3=8Fa/27+0=1 931.82 kN?m;梁跨中位置M1/2=Fa/9+3qa2/8=1 161.83 kN?m,故正彎矩取Mz=1 931.82 kN?m。柱頂負彎矩 Mf=4Fa/9+3qa2/4=3 772.53 kN ?m[1,2]。

彎矩驗算如下:對于正彎矩,有

取 α1=1.0,則 α1fcBfhf=5 500.8 kN;fyAs=2 438.4 kN,故中和軸在翼緣內[3]。

對于負彎矩,有

1.2.2 次梁驗算

在1/3梁跨處,M1/3=8Fa/27+0=1 931.82 kN?m;梁跨中位置,M1/2=Fa/9+3qa2/8=876.31 kN?m;故正彎矩取 Mz=1 931.82 kN?m。柱頂負彎矩 Mf=4Fa/9+3qa2/4=3 201.5 kN?m。

彎矩驗算如下:對于正彎矩,有

取 α1=1.0,則 α1fcBfhf=3 896.4 kN;fyAs=1 196.6 kN,故中和軸在翼緣內。

對于負彎矩,有

由上述計算過程可見,鋼筋混凝土梁需要加固。

1.2.3 鋼柱加固

在鋼筋混凝土梁支承托梁位置處加設鋼柱,此時,鋼筋混凝土梁無因塔吊造成的附加彎矩,僅有局部壓應力。由前文所述,每處集中力設計值

加固采用鋼管 Φ 299×8螺旋焊管,其截面特性為:i=102 mm;A=7 314 mm2。支承高度設為8 000 mm,則 λ=l/i=8 000/103=78。由文獻[6],φ=0.701(b類)。

鋼管所需支承的荷載為1 086.65 kN,則

因此,采用 Φ 299×8螺旋焊管作為臨時支撐柱完全能夠滿足要求[7]。

1.3 加固措施

軌道梁接頭位置處放置鋼墊板,以模擬軌道梁簡支計算假定。樓面澆注時預埋鋼筋,用于定位軌道梁墊板。為保護混凝土樓面,鋪設墊板前,首先鋪設一層竹膠板,以起到緩沖作用。梁下加固通過Φ 299×8鋼管進行支撐,鋼管頂焊接封頭板,封頭板尺寸不小于400 mm×300 mm。鋼管柱柱腳則首先填200 mm厚碎石夯實、澆筑400 mm厚混凝土,然后鋪設400 mm×300 mm×15 mm厚鋼板。采用2臺20 t液壓千斤頂對支撐鋼管持續(xù)預壓24 h,確保支撐無沉降后打入斜鐵并與墊板及柱腳焊牢。斜鐵傾斜面寬度不少于25 mm,設置個數(shù)不少于8塊。塔吊行走至吊裝位置時,確保無明顯沉降后,方可在該位置進行吊裝。圖3、圖4所示為鋼管支撐柱腳布置示意圖。

圖3 鋼管支撐柱腳設置俯視圖

圖4 支撐鋼管設置及預壓立面示意圖

2 施工監(jiān)測

2.1 監(jiān)測儀器

(1)7V13靜態(tài)應變掃描儀。檢測精度1×10-6,檢測范圍0～10 000×10-6。

(2)30 mm位移計。檢測精度0.01 mm,檢測范圍0～30 mm。

(3)材料。需要電阻應變片、導線、環(huán)氧樹脂等。

2.2 監(jiān)測內容

(1)結構撓度變形的監(jiān)測。監(jiān)測在施工中塔吊荷載及施工荷載作用下,主體結構與塔吊軌道相交混凝土梁的撓度位移變化。

(2)鋼管柱應力監(jiān)測。監(jiān)測在施工全過程中加固用鋼管支撐柱的應力應變,分析其應力分布及安全儲備。

2.3 數(shù)據(jù)采集、測點布置及結果

在塔吊安裝階段、樓面施工階段全程監(jiān)測結構撓度變形和鋼柱應力變化。

(1)撓度變形。監(jiān)測塔吊軌道相交混凝土梁及支撐傳力所至樓面梁的撓度,布置于靠近3～4軸線塔吊下,同每層與軌道相交的次梁下鋼管柱位置。撓度變化如圖5所示。

(2)應力應變。監(jiān)測鋼管支撐柱的應力應變,每根次梁監(jiān)測應變的鋼管支撐柱中部對稱布置4個測點。應變變化如圖6所示。

圖5 撓度變化

圖6 應變變化

由圖 5、圖 6可知,樓面梁的最大撓度(3 mm)以及鋼管支撐柱最大應力滿足文獻[8,9]中的要求。

3 結束語

對距離結構邊緣輪廓較遠的鋼架梁采用軌行式塔吊,可以達到提高覆蓋范圍和減少吊裝盲區(qū)的作用,但是隨之帶來的荷載需在吊裝過程中加以考慮并進行加固設計及施工監(jiān)測。本文對新橋國際機場一期航站樓3區(qū)的軌行式塔吊進行加固設計及施工監(jiān)測表明,合理的加固設計能保證鋼結構構件吊裝過程中的穩(wěn)定性和安全性。

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[7] 陳紹潘.鋼結構設計原理[M].第2版.北京:科學出版社,1998:89-113.

[8] GB 50205-2001,鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范[S].

[9] GB 50204-2002,混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范[S].