三連跨大跨度鋼桁架梁安裝施工控制技術(shù)

□文/王建勛 王 東 楊 明 崔愛珍

1 工程概況

于家堡金融區(qū)起步區(qū)03-04地塊工程地下2層、地上12層，總建筑高度達(dá)60 m。設(shè)計(jì)采用巨型鋼框架-多核心筒結(jié)構(gòu)體系，主體結(jié)構(gòu)由8個(gè)筒體+大跨度桁架梁與周邊的鋼管混凝土柱+H型鋼梁框架構(gòu)成。其中第4層、第7層和第12層為單跨桁架梁，跨度為45 m，首層和第10層為與核心筒連接的三跨連續(xù)桁架梁，主要由縱橫向結(jié)構(gòu)組成，兩側(cè)核心筒之間主桁架跨度為45 m，塔樓之間主桁架跨度為36 m。在L軸線上，主桁架由核心筒之間的桁架和主桁架T1、T3組成，中心部位的T1＋T3＋T1桁架最大跨度達(dá)到 9 m+45 m+9 m+36 m+45 m+9 m，鋼桁架的最大總吊裝質(zhì)量達(dá)到200 t，見圖1。

圖1 鋼桁架層分布

2 鋼桁架安裝難點(diǎn)

1）鋼桁架最大跨度達(dá)153 m，焊接節(jié)點(diǎn)較多，操作空間狹小，安裝質(zhì)量要求高，很難確?，F(xiàn)場鋼桁架的拼裝精度。

2）結(jié)構(gòu)對稱由南北2個(gè)塔樓組成，每個(gè)塔樓又由4個(gè)核心筒構(gòu)成，其中首層和10層三連跨鋼桁架塔樓間鋼桁架跨度為36 m，兩側(cè)核心筒間鋼桁架跨度為45 m，兩側(cè)核心筒間的45 m鋼桁架關(guān)于塔樓間36 m桁架對稱布置。首層為魚腹式鋼桁架，10層為矩形鋼桁架，縱向主桁架共計(jì)5道，最大45 m跨的T1鋼架質(zhì)量為71 t，因此鋼桁架安裝對結(jié)構(gòu)整體受力影響較大，容易因結(jié)構(gòu)受力不均造成失穩(wěn)。同時(shí)鋼桁架兩端焊接固定于核心筒的鋼骨柱上，由于鋼桁架自重大，如何保證核心筒鋼骨柱的剛度尤為關(guān)鍵，見圖2和圖3。

圖2 首層三連跨桁架梁

圖3 10層三連跨桁架梁

3 鋼桁架安裝要點(diǎn)

1）為保證構(gòu)件的安裝空間位置準(zhǔn)確，采取工廠預(yù)拼裝，通過實(shí)樣檢驗(yàn)預(yù)拼裝各部件的制作精度，修整構(gòu)件部位的界面，定出構(gòu)件的實(shí)際尺寸、復(fù)核構(gòu)件各類標(biāo)記等形式。

2）核心筒先于鋼桁架安裝，待核心筒鋼骨柱內(nèi)混凝土澆筑完畢，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行鋼桁架安裝，同時(shí)遵循三連跨鋼桁架對稱安裝的原則，即先安裝兩塔樓間的36 m鋼桁架，然后同時(shí)對稱安裝兩側(cè)核心筒間的45 m鋼桁架。由于45 m跨T1鋼桁架質(zhì)量為71 t，依據(jù)現(xiàn)場塔吊的布置及塔吊的吊重，核心筒間鋼桁架采取分段吊裝的形式，10層巨型鋼桁架分4段，首層魚腹式鋼桁架分為3段，每段又分為上、下弦桿，見圖4。先安裝下弦桿再安裝上弦桿，先安裝兩端分段后安裝中間分段的安裝順序，塔樓間36 m鋼桁架采用整體雙機(jī)抬吊的形式進(jìn)行安裝。依照上述安裝原則，既保證了核心筒鋼骨柱的剛度，也避免了因鋼桁架自重大造成的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

圖4 魚腹式鋼桁架分段

4 鋼桁架安裝的技術(shù)保障

4.1 設(shè)置臨時(shí)支撐

1）傳遞荷載的有效性。在鋼構(gòu)件形成整體結(jié)構(gòu)能夠承受自身及外在荷載前，臨時(shí)支撐能夠有效的將構(gòu)件自重和相關(guān)施工荷載傳遞至下部的基礎(chǔ)或平臺，因此需要臨時(shí)支撐具有足夠的強(qiáng)度。

2）施工中結(jié)構(gòu)變形的可控制性。為保證結(jié)構(gòu)最終成型時(shí)與原設(shè)計(jì)誤差在可控制的范圍之內(nèi)，需要合理的設(shè)置臨時(shí)支撐，使得安裝中結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠準(zhǔn)確就位并且構(gòu)件自身變形和構(gòu)件安裝應(yīng)力在控制范圍之內(nèi)。這要求在支撐設(shè)計(jì)中，合理確定支撐設(shè)置的部位，臨時(shí)支撐需具備足夠的剛度。

3）支撐體系的可靠性。為確保支撐體系的可靠性，在設(shè)計(jì)中除按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算臨時(shí)支撐剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性外，還必須采取必要的措施確保支撐體系的可靠性。

4）支撐底部承臺的可靠性。臨時(shí)支撐底部將荷載傳遞至作為安裝作業(yè)平臺的結(jié)構(gòu)上，為保證承臺能夠有效受力，應(yīng)確保不發(fā)生受力平臺的破壞，因此在臨時(shí)支撐的底部應(yīng)當(dāng)有合理的構(gòu)造措施使得下部的荷載有效地傳遞。

5）支撐設(shè)置的經(jīng)濟(jì)性。在滿足前面幾條原則并具有足夠的富余度的基礎(chǔ)上，還需要考慮到支撐設(shè)置的經(jīng)濟(jì)性，在保證安全的前提下盡量降低構(gòu)造措施的用鋼量。

根據(jù)鋼桁架安裝工況進(jìn)行支撐體系的受力的模擬驗(yàn)算，最終確定在安裝桁架分段時(shí)，采用單管支撐，支撐截面為φ351mm×12mm，材質(zhì)為Q235B，底端通過設(shè)置埋件與混凝土柱頂固定；支撐與桁架及下部結(jié)構(gòu)的關(guān)系見圖5。

圖5 支撐與桁架及下部結(jié)構(gòu)關(guān)系

4.2 精準(zhǔn)定位測量

綜合運(yùn)用全站儀、激光鉛直儀測控技術(shù)等先進(jìn)的測量手段保證測量精度。即在鋼桁架上布置控制點(diǎn)，在鋼桁架安裝過程中，同步的對控制點(diǎn)進(jìn)行測量，確?？刂泣c(diǎn)的空間三維坐標(biāo)X、Y、Z符合設(shè)計(jì)要求，鋼桁架控制點(diǎn)精度保障的同時(shí)整個(gè)鋼桁架在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的空間位置也就確定了。對于三連跨桁架施工困難的部位，施工前對整個(gè)鋼桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的分析驗(yàn)算，了解內(nèi)力和位移情況，作為施工安裝時(shí)調(diào)整的依據(jù)。

1）X軸：鋼桁架控制點(diǎn)的軸線偏差、核心筒鋼骨柱垂直度、整個(gè)三連跨鋼桁架是否在一水平線上。

2）Y軸：鋼桁架控制點(diǎn)的軸線偏差、鋼桁架是否發(fā)生扭曲。

3）Z軸：鋼桁架的標(biāo)高控制、鋼桁架的撓度、鋼桁架起拱高度。

4.3 三連跨鋼桁架的變形監(jiān)測技術(shù)

采用現(xiàn)代化的監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)跟蹤結(jié)構(gòu)施工過程中的關(guān)鍵部位的位移和應(yīng)力變化以及其他如振動、溫度等內(nèi)容記錄。通過實(shí)時(shí)收集到的信息，判斷結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)與設(shè)計(jì)目標(biāo)是否一致，以便及時(shí)調(diào)整，使結(jié)構(gòu)施工的準(zhǔn)確性和安全性得到保證。鋼桁架施工過程監(jiān)測的基本原理是通過被安裝在結(jié)構(gòu)上的傳感器系統(tǒng)來實(shí)時(shí)收集施工過程中結(jié)構(gòu)特性的變化情況，通過分析與判斷對結(jié)構(gòu)當(dāng)前的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)施工過程中的不準(zhǔn)確性和不安全性因素，保證施工過程的順利完成。

考慮到本鋼桁架施工特點(diǎn)，最終選擇具有抗干擾能力強(qiáng)、受電參數(shù)影響小、零點(diǎn)飄移小、溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、耐震動、壽命長等特點(diǎn)的振弦式傳感器。根據(jù)施工過程的數(shù)值模擬結(jié)果，確定大跨度鋼桁架梁所需監(jiān)測的關(guān)鍵構(gòu)件（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初步確定每層需要監(jiān)測1～2榀桁架梁，每榀桁架梁監(jiān)測6～8根桿件）。在施工過程中，對大跨度鋼桁架梁的關(guān)鍵構(gòu)件、關(guān)鍵部位的應(yīng)力/應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測。

5 結(jié)語

三連跨大跨度鋼桁架梁安裝施工技術(shù)，解決了鋼桁架跨度大、構(gòu)件重所帶來的安裝復(fù)雜，安裝精度難以保證，對結(jié)構(gòu)整體變形影響大等不利因素，降低了施工難度，加快了施工進(jìn)度，保證了施工安全，現(xiàn)場三連跨鋼桁架拼裝和吊裝一次成優(yōu)。

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