外海碼頭的控制樓現(xiàn)澆施工改為整體吊裝施工分析

江智

摘要：分析吊裝狀況下控制樓框架的變形和內力，驗算極端風況下控制樓框架的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性，將碼頭平臺上的框架結構控制樓從傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝改為預制吊裝施工工藝。

關鍵詞：吊裝；框架結構；變形；內力；抗滑；抗傾覆

1 概述

由于廣西北部灣港欽州30萬噸級油碼頭工程現(xiàn)場離三墩作業(yè)區(qū)南側約5km的外海海域，碼頭區(qū)域受季風影響明顯。每年5～8 月多偏南風，尤以6～7 月最多，10 月至翌年3 月多偏北風，根據(jù)2011年和2012年相同月份的天氣記錄，受北風和霧天影響的天數(shù)占統(tǒng)計天數(shù)的60%。該碼頭平臺上設有一棟三層框架結構的控制樓，控制樓施工受風浪影響非常大。為減少風浪條件及霧天對施工的影響，參建各方提出將碼頭平臺上的框架結構控制樓從傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝改為預制吊裝施工工藝，控制樓的框架結構先在預制場內預制完成，具備安裝工作面后用500噸起重船進行吊裝。

控制樓的結構形式為鋼筋混凝土框架結構，層數(shù)為地上三層?？蚣艿钠矫婧土⒚嫒鐖D1所示：

2 吊裝方案的結構計算

2.1、框架梁吊裝內力分析

內力分析利用Midas/Gen有限元軟件進行建模計算，該軟件是一款主要面向建筑結構分析與設計的通用有限元軟件，于2004年1月通過了建設部評估鑒定。荷載只取混凝土自重，吊點設在B軸與D軸，如圖1所示。建模時，將-0.10米處B軸與D軸柱底的邊界條件設為一般支承。

計算結果如下表1所示。

2.1.1變形核算

根據(jù)《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》（JTS 151-2011）中第3.3.2條最大撓度為計算跨度的1/600，該點計算跨度取實際懸臂長度的2倍即10.68米，即允許的最大撓度[f]=10680mm/600=17.8mm。

計算結果顯示最大位移為12.12mm，小于規(guī)范規(guī)定的最大限值，滿足規(guī)范要求。

2.1.2內力核算

以發(fā)生最大負彎矩的KL3-（3）梁為例核梁正截面受彎承載力?？刂茦撬锌蚣芰旱慕孛娉叽缇鶠?00×600mm，砼強度采用C40，受力鋼筋采用HRB400。

根據(jù)《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》（JTS 151-2011）中的“5、承載力極限狀態(tài)計算”的規(guī)定，根據(jù)公式ξb= β1/[1+fy/（Esεcu）]，取εcu= 0.0033，β1=0.8，Es= 2.0×105 N/mm2，fy=360N/mm2。計算得ξb=0.517。

根據(jù)梁的配筋圖及保護層厚度，計算得a=84mm，h0=600-84=516mm。

混凝土受壓區(qū)高度：x= ξb×h0=0.517×516=267mm

在未考慮受壓區(qū)的鋼筋的受彎承載力的情況下，根據(jù)公式Mu= α1fcbx（h0-x/2），取α1=1，fc=19.1 N/mm2，則計算得截面受彎承載力Mu=585190575N.mm=585.2kN.m

吊裝過程的框架梁柱頂?shù)膹澗?14.9kN.m小于梁的受彎承載力585.2kN.m，滿足規(guī)范要求。經核算，其它框架梁的吊裝彎矩也都小于各自的正截面受彎承載力，滿足規(guī)范要求。

2.2 框架與平臺的聯(lián)接

為了保證安裝期間框架的穩(wěn)定性，需要驗算框架擱置在碼頭平臺上的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性。

2.2.1風荷載計算

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》（JTS144-1-2010）及《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）中關于風荷載的規(guī)定，

2.2.2控制樓整體穩(wěn)定驗算

2.2.2.1 抗滑

控制樓自重6600kN（未算砌體重，取小值偏于安全），若控制樓直接擱置在平臺，連接方式為一般支承，根據(jù)《重力式碼頭設計與施工規(guī)范》（JTS 167-2-2009）中表2.1.9，混凝土面與混凝土面的摩擦系數(shù)為0.55，即控制樓可抗滑力為6600×0.55=3630kN，結構重要性系數(shù)采用一級的1.1，穩(wěn)定驗算時作用分項系數(shù)取1.35，有：

（1.1×1246.5 kN=1371.2 kN）<（3630 kN/1.35=2688 kN）

即在海面16級臺風的工況下結構抗滑穩(wěn)定。

2.2.2.2抗傾覆

經AUTOCAD軟件進行實體計算，控制樓的重心距平臺的垂直高度為7.6米，最小傾覆力臂為7.5米，結構重要性系數(shù)采用一級的1.1，穩(wěn)定驗算時作用分項系數(shù)取1.35，在海面16級臺風的工況下的傾覆力矩為：1.1×1246.5 kN×7.6m=10420.7kN.m，計算控制樓自重下的抗傾覆力矩為：6600 kN×7.5m/1.35=36666.7 kN.m，傾覆力矩遠小于抗傾覆力矩，故控制樓抗傾覆定性穩(wěn)定。

3 吊裝施工簡述

在預制場完成了框架的預制，預制時所有框架柱底部均需預留鋼筋與碼頭平臺預留焊接。梁柱框架混凝土現(xiàn)澆完成且強度達設計強度時，采用500噸起重船吊裝，用1000噸方駁進行運輸。起重船與駁船由馬力不小于2000HP的拖輪拖運至外海安裝現(xiàn)場，拖運前必須將框架用型鋼加固在駁船甲板上，拖運時海上風力不得大于6級。安裝就位后立即將框架柱底部預留的鋼筋與碼頭平臺預留鋼筋焊接，并完成基礎砼的澆筑工作。圖3.1為安裝在碼頭平臺上的控制樓框架。

4 結語

根據(jù)計算復核控制樓框架的變形和內力，控制樓框架梁柱采用整體吊裝不會對結構產生不利影響。根據(jù)極端風況下的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性驗算，控制樓安裝和投入使用后整體穩(wěn)定性仍滿足規(guī)范要求。因此，在惡劣的外海工況下，可將碼頭平臺上的框架結構控制樓從傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝改為預制吊裝施工工藝，將外海風浪對工程的影響減少到最低。

參考文獻：

[1]水運工程混凝土結構設計規(guī)范JTS 151-2011

[2]港口工程荷載規(guī)范JTS144-1-2010