鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架在某核電辦公樓中的工程應(yīng)用

郭 瑋

(秦山核電集團籌備組科技研發(fā)與基建處，浙江海鹽 314300)

1 工程概況

某核電辦公樓為地下1層，地上11層的高層建筑，建筑高度51.5m，1層，2層層高5.1m，3層，4層層高4.3m，5層～10層層高3.9m，11層層高4.2m，建筑抗震設(shè)防類別為丙類。該工程為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，1層入口處為通高大廳，平面尺寸為25.2m×30m，高度14.5m，中間抽出兩排柱子，因此在4層設(shè)置橫向轉(zhuǎn)換桁架，跨度25.2m，剖面圖見圖1。

圖1 鋼骨混凝土柱—鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架剖面圖

2 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的方案選擇

2.1 結(jié)構(gòu)形式的選擇

對幾種轉(zhuǎn)換構(gòu)件形式分析如下:1)采用梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換梁高、自重大、剛度集中、對結(jié)構(gòu)抗震不利;2)由于轉(zhuǎn)換層沒有布置設(shè)備層，占用一層的箱形結(jié)構(gòu)不適用于本工程;3)厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力復(fù)雜，自重很大，這類轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不利于抗震。綜合分析，桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)適合本工程，優(yōu)點如下:1)能充分利用轉(zhuǎn)換層的建筑空間，有利于大型管道等設(shè)備系統(tǒng)的布置;2)桁架結(jié)構(gòu)傳力明確直接，適合進行結(jié)構(gòu)分析和驗算;3)橫向抗側(cè)向剛度較其他轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)要小，質(zhì)量、剛度的突變較為緩和。

2.2 材料的選擇

常見的桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)有鋼筋混凝土桁架、鋼骨混凝土桁架和鋼結(jié)構(gòu)桁架三種。優(yōu)缺點比較見表1。

表1 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點比較

最后決定采用鋼桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，基于幾個原因:1)鋼桁架塑性、韌性好，自重輕，抗震性優(yōu)越;2)可以在工廠加工、現(xiàn)場拼裝，工期短;3)桁架上下弦桿較小，節(jié)省空間，有利于建筑布置和保證大堂凈高;4)鋼筋混凝土桁架雖然成本低，但施工中也面臨支模難、澆搗困難等問題，質(zhì)量不易受控。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計措施

結(jié)構(gòu)設(shè)計采取了如下措施:1)轉(zhuǎn)換層設(shè)計采用強化“轉(zhuǎn)換層及其下部、弱化轉(zhuǎn)化層下部”的原則;桁架轉(zhuǎn)換按“強斜腹桿、強節(jié)點”的原則;桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上部按“強柱弱梁、強邊柱弱中柱”的原則［1］;2)控制轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比，防止剛度出現(xiàn)突變，為此要保證兩側(cè)樓梯間和電梯井部位的剪力墻落地，提高落地剪力墻的厚度及混凝土強度等級;3)轉(zhuǎn)換桁架的支承柱及上一層托柱均采用型鋼混凝土，這樣既方便與鋼桁架連接，又在不加大中柱剛度的同時滿足了“強邊柱弱中柱”的原則以及軸壓比的要求;4)加強轉(zhuǎn)換層樓板的厚度及通長鋼筋的配置，以加強平面內(nèi)的整體性和剛度。

4 施工技術(shù)方案

4.1 總體安裝思路

鋼結(jié)構(gòu)施工方案主要考慮以下因素:1)對安全、質(zhì)量有利的原則;2)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)交叉施工影響;3)滿足進度要求;4)成本控制;5)場地對吊裝的影響;6)構(gòu)件運輸因素［3］。綜合分析，采用了“工廠預(yù)拼、散件運輸、分件吊裝、高空組裝”的施工方案。

4.2 鋼骨柱施工

鋼骨混凝土柱截面見圖2，柱截面尺寸1000mm×1000mm，鋼柱□550×550×35×35，鋼骨柱總高度27.57m，外包混凝土和內(nèi)澆混凝土的強度等級均為C40。為方便鋼柱施工，將箱形柱分為三段加工安裝，施工順序如下。

圖2 鋼骨混凝土柱截面

4.2.1 柱腳預(yù)埋

柱腳預(yù)埋精度決定了轉(zhuǎn)換桁架的安裝精度，因此安裝前應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙對柱腳錨栓進行精確放樣、復(fù)測，完成柱腳的施工。圖3為鋼柱與基礎(chǔ)采用柱腳錨栓連接節(jié)點。

圖3 鋼骨混凝土柱柱腳節(jié)點

4.2.2 鋼柱安裝

底層鋼柱吊裝就位，將鋼柱底板穿入到柱腳錨栓，對標高和垂直度調(diào)整，直至柱腳與基礎(chǔ)鋼板上的十字線和外形線閉合。量測滿足規(guī)范要求后，用纜風繩等進行四向固定，固定后方可摘除吊鉤，然后依次完成鋼柱的施工。圖4為上層鋼柱與下層鋼柱的連接節(jié)點。

圖4 箱形截面柱拼接節(jié)點

4.2.3 混凝土施工

外包混凝土的施工與各樓層梁柱的施工順序一致。由于箱形鋼柱內(nèi)布置有工藝隔板，極大地限制了混凝土的流動，因此采用高強灌漿料替代普通混凝土，解決了柱內(nèi)混凝土的施工問題。

4.3 轉(zhuǎn)換桁架的安裝

桁架結(jié)構(gòu)由下弦桿、上弦桿和腹桿組成，上下弦桿□650×550×40×40，腹桿 H550×550×25×35，共由20根桿件組成，長度約24.8m，總重量49t。安裝順序如下。

4.3.1 工廠預(yù)拼裝

鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)先起拱加工，并且在出廠前，要求按桿件的空間位置組裝，目的是對鋼結(jié)構(gòu)進行檢查和驗證，合格后方允許鋼構(gòu)件出廠。

4.3.2 桁架安裝

整體吊裝成本高，因此采用分段吊裝法。分拆后的桁架結(jié)構(gòu)每桿桿件的重量1.5t～8t不等，經(jīng)過分析和計算，采用“無下部支撐”的安裝方案。

安裝流程依次如下:

構(gòu)件進場驗收→柱段垂直度校正并向反方向張拉導(dǎo)鏈→吊裝桁架下弦桿的短段(與柱段用高強螺栓固定，并與導(dǎo)鏈斜拉)→吊裝桁架下弦桿的長段(與短段用高強螺栓固定)→吊裝桁架直腹桿并與下弦桿固定→吊裝上桿弦桿的長段→吊裝上桿弦桿的短段→吊裝桁架斜腹桿。步驟見圖5。

圖5 鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝步驟

4.3.3 桁架焊接

焊接前應(yīng)首先檢查桁架直線度、標高(起拱)等，滿足規(guī)范后才能依次施焊。按照要求，所有桿件應(yīng)在不受力狀態(tài)下焊接，因此采用“逆序法”進行施工:1)利用組裝好的下弦桿頂升上弦桿，當上弦桿達到預(yù)設(shè)位置和起拱高度后，進行上弦桿的焊接;2)當上弦桿焊接完成后，利用上弦桿拉升下弦桿到預(yù)設(shè)位置，然后進行下弦桿的焊接;3)依序進行腹桿的連接固定和焊接作業(yè)。這種工法簡單實用，較好地避免了分段施工產(chǎn)生的不利影響。

5 結(jié)語

鋼桁架具有施工方便、自重輕、抗震性能優(yōu)越、成本較低的優(yōu)點。桁架結(jié)構(gòu)中桿件有較好的傳力性能，相較于其他轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)換層區(qū)域的剛度突變不明顯，因此是一種值得推廣使用的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式。

［1］賀明衛(wèi).高層建筑中大跨度鋼桁架轉(zhuǎn)換層的試驗研究與理論分析［D］.杭州:浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.

［2］江海燕.高空鋼桁架安裝施工技術(shù)探討［J］.山西建筑，2011，37(9):101-102.

［3］馮亮亮，楊振林，武 楊.高層鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架施工技術(shù)［J］.工程質(zhì)量，2009，27(1):39-40.