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      高大中庭組合桁架鋼屋蓋的預(yù)留洞分段安裝技術(shù)

      2015-09-18 06:40:16
      建筑施工 2015年4期
      關(guān)鍵詞:中庭洞口桁架

      中國建筑第五工程局有限公司安徽分公司 合肥 230051

      近年來,一些場館建筑里較多的設(shè)計(jì)形式為組合鋼桁架鋼屋蓋結(jié)構(gòu)。在屋蓋的吊裝方法中,有高空散裝法、整體吊裝法、屋面整體滑移法等。三種方法各有利弊,選擇一種合理的吊裝方法是施工的難點(diǎn)[1]。

      1 工程概況

      蚌埠三館工程由規(guī)劃館、檔案館、博物館組成,建筑面積68 325.98 m2,其中博物館單體地下局部1 層,地上5 層,總高34.4 m;規(guī)劃館、檔案館單體地下局部1 層,地上6 層,總高30.45 m,三館均為框架結(jié)構(gòu)。其中博物館中庭1~5層部分內(nèi)空,四周設(shè)有勁性混凝土斜交網(wǎng)格柱,中庭頂部為36 m×36 m大跨度鋼桁架屋蓋。

      2 施工工藝流程

      高大中庭組合桁架鋼屋蓋預(yù)留洞分段安裝施工工藝流程為:施工準(zhǔn)備→工廠預(yù)拼裝→預(yù)留吊裝洞口→分段吊裝→洞口處理。

      3 施工準(zhǔn)備

      對于中庭組合桁架鋼屋蓋鋼結(jié)構(gòu),項(xiàng)目部采用Sketchup、X-steel軟件建立了相應(yīng)模型,如圖1、圖2所示。

      BIM模型的建立對于優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、二維CAD出施工圖紙,以及對鋼構(gòu)件進(jìn)行三維數(shù)控加工起到了非常大的指導(dǎo)作用,同時(shí)為現(xiàn)場精確定位、安裝提供了三維坐標(biāo),為安裝帶來便利。

      圖1 博物館中庭Sketchup模型

      圖2 中庭組合桁架鋼屋蓋X-steel模型

      4 工廠預(yù)拼裝

      鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝是將分段制造的大跨度柱、梁、桁架、支撐等鋼構(gòu)件和多層鋼框架結(jié)構(gòu),特別是用高強(qiáng)度螺栓連接的大型鋼結(jié)構(gòu)、分塊制造和供貨的鋼殼體結(jié)構(gòu)等,在出廠前進(jìn)行整體或分段、分層臨時(shí)性組裝的作業(yè)過程。預(yù)拼裝是控制質(zhì)量、保證構(gòu)件在現(xiàn)場順利安裝的有效措施[2,3]。

      預(yù)拼裝方法分為整體預(yù)拼裝、分段預(yù)拼裝和分層預(yù)拼裝。本工程中庭鋼結(jié)構(gòu)采用分段預(yù)拼裝方法。

      1)工廠預(yù)拼裝流程為:拼裝胎架搭設(shè)→地樣線的畫制→拼裝構(gòu)件組對及局部調(diào)整→尺寸檢驗(yàn)→連接處焊接聯(lián)接耳板并畫出安裝定位線→構(gòu)件編號確認(rèn)→構(gòu)件下胎架→包裝、發(fā)運(yùn)。

      2)具體拼裝示意。從整體上分析,工廠拼裝有2 種方案,一種是先次梁→定位主梁→定位鑄鋼件節(jié)點(diǎn);另一種是先定位鑄鋼件節(jié)點(diǎn)→主梁→定位次梁。由于采用的是單元拼裝,在尺寸的準(zhǔn)確度上,采用第1種方案比較好一些,能夠較準(zhǔn)確判斷鑄鋼件和主梁牛腿的準(zhǔn)確度?,F(xiàn)場安裝第1榀的工廠預(yù)拼裝示意如圖3~圖5所示。

      圖3 從一側(cè)依次拼裝次梁、主梁

      圖4 從一側(cè)依次拼裝鑄鋼件

      圖5 利用三維坐標(biāo)測量系統(tǒng),對構(gòu)件進(jìn)行掃描

      3)鋼結(jié)構(gòu)分段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場。鋼構(gòu)件預(yù)拼裝完成后,與BIM模型進(jìn)行尺寸復(fù)核,確認(rèn)合格后,分段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行安裝。

      5 預(yù)留吊裝洞口

      1)預(yù)留吊裝洞口。本工程采用預(yù)留吊裝洞口的方法,中庭地下室頂板施工時(shí),在中庭地下室頂板適當(dāng)區(qū)域留置28 m×28 m的預(yù)留吊裝洞口,在地下室相應(yīng)位置的外墻上預(yù)留寬4.5 m的吊車進(jìn)出洞口(圖6)。

      圖6 預(yù)留洞口處理

      2)吊車進(jìn)場線路。外墻洞口東側(cè)留置進(jìn)出坡道,吊車從坡道進(jìn)入,經(jīng)外墻預(yù)留洞口到達(dá)地下室中庭。

      6 分段吊裝

      鋼桁架組合屋蓋為36 m×36 m方鋼組合框架斜交矩形結(jié)構(gòu),根據(jù)實(shí)際運(yùn)輸和吊裝要求進(jìn)行分片或分段。桁架分為HJ1(3 片)、HJ2(3 片)、HJ3(3 片)、HJ4(1 片),及HJ5、HJ6、HJ7各2 片,各單件梁288 件。主桁架最大長度為33.6 m,最大單件長度為32.6 m、質(zhì)量31 t,安裝高度39.9 m,其中地下室總高度5 m。

      吊裝采用1 600 kN和2 000 kN吊車。2 000 kN吊車伸出臂長50 m,回轉(zhuǎn)半徑10 m,75%力矩可安裝33 t,85%力矩可完全滿足施工要求。

      6.1 桁架吊裝流程

      利用1 500 kN汽車吊先吊邊跨4 榀主桁架→吊裝5~L軸3 榀斜向短桁架(分段為8.5 m的桁架)→將桁架之間的支撐全部連接并焊接完成(便于后續(xù)大跨度桁架安裝的安全性)→安裝斜向大跨度桁架,并在大跨度桁架中間用臨時(shí)支撐進(jìn)行固定,以防止變形→安裝剩余主桁架→安裝所有次桁架(從大跨度桁架中間開始安裝,以控制變形)。次桁架的吊裝方法如圖7所示(在每榀次桁架的上平面均設(shè)置安全生命繩)。

      圖7 次桁架吊裝順序

      6.2 桁架吊裝

      吊裝采用臨時(shí)固定,采用自制圓管φ133 mm×8 mm螺栓連接,根據(jù)現(xiàn)場安裝要求,工廠內(nèi)組合成片狀運(yùn)至現(xiàn)場,安裝前對預(yù)埋件尺寸進(jìn)行復(fù)核無誤、對構(gòu)件尺寸進(jìn)行驗(yàn)收合格后,方可組織吊裝。首先從西南角開始安裝,考慮構(gòu)件質(zhì)量、跨度,其中HJ4最長、最重,最長為25.452 m,最大質(zhì)量為25 t,采用1 600 kN吊車,臂長50 m,吊裝半徑8 m,起重負(fù)荷360 kN,完全滿足先前吊裝。

      安裝HJ1、HJ2、HJ3、HJ4后,用塔吊進(jìn)行桿件安裝并焊接,然后進(jìn)行下一步安裝(圖8)。

      安裝西北角HJ1、HJ2、HJ3、HJ5與西南角形式相同,HJ6、HJ7采用2 000 kN汽車吊,最大質(zhì)量為31 t,最大長度為33.6 m。2 000 kN吊車伸出臂長50 m的起重最大負(fù)荷為330 kN,旋轉(zhuǎn)半徑9 m,能夠滿足安裝要求(HJ7)。按順序安裝后,采用臨時(shí)支撐固定,并用6515型塔吊安裝連接桿件(圖9)。

      圖8 安裝桁架HJ1、HJ2、HJ3、HJ4

      7 洞口處理

      7.1 預(yù)留洞口安全防護(hù)

      由于地下室預(yù)留洞口為無梁樓蓋,安全圍護(hù)高度需大于1 100 mm,掛設(shè)安全網(wǎng),并設(shè)置警示標(biāo)語(圖10)。

      圖9 鋼屋蓋吊裝過程

      圖10 預(yù)留洞口安全防護(hù)措施

      7.2 預(yù)留洞口處理

      根據(jù)規(guī)范要求,預(yù)留方洞的四周施工縫應(yīng)作加強(qiáng)處理,包括結(jié)構(gòu)、防水、后封板等幾個(gè)方面。

      1)施工縫結(jié)構(gòu)處理。地下室頂板厚度為100 mm,在預(yù)留洞口范圍內(nèi),需要斷開預(yù)留施工縫。根據(jù)施工規(guī)范要求,洞口四周板需增加與原設(shè)計(jì)頂板相同直徑及間距的加強(qiáng)筋,鋼筋錨入頂板、梁混凝土長度Ld,伸出頂板、梁外長度500 mm。本工程中,在洞口四周將φ12 mm@400 mm的附加分布鋼筋加密為φ12 mm@200 mm,伸入洞口內(nèi)500~1 000 mm。頂板原設(shè)計(jì)面筋和底筋伸入預(yù)留洞內(nèi)500~1 000 mm,且相鄰2 根相互錯(cuò)開,待補(bǔ)澆預(yù)留洞口混凝土?xí)r,再用相同直徑、間距的鋼筋與之焊接。

      2)施工縫防水處理。地下室頂板、梁預(yù)留洞四周,采用快易收口網(wǎng),其高度與梁高及板厚相等,用以增加新老混凝土的連接,同時(shí)在補(bǔ)澆預(yù)留洞口混凝土?xí)r,在板厚的中部沿預(yù)留洞口四周滿布一圈300 mm×3 mm止水鋼板。

      3)后封板施工。補(bǔ)澆預(yù)留洞口混凝土,采用比原設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度高一級的混凝土補(bǔ)澆,本工程中采用強(qiáng)度等級為C35、抗?jié)B等級為P8的微膨脹混凝土補(bǔ)澆地下室頂板預(yù)留洞口。

      8 經(jīng)濟(jì)效益分析

      常見吊裝方法與本安裝技術(shù)分析對比如表1所示。

      表1 常見吊裝方法與本安裝技術(shù)分析對比表

      對高大中庭組合桁架鋼屋蓋預(yù)留洞口分段安裝技術(shù)的研究,利用BIM技術(shù)對鋼構(gòu)和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充分優(yōu)化,不但節(jié)省了鋼材,而且減少了操作難度,節(jié)約了工期。

      高大中庭組合桁架鋼屋蓋不采用常見的高空散裝法、整體吊裝法、屋面整體滑移法等,而采用預(yù)留吊裝洞口的方法,吊車進(jìn)入地下室中庭直接進(jìn)行吊裝,吊裝易操作、施工簡便、工期短、成本低廉,技術(shù)創(chuàng)效顯著[4,5]。

      9 結(jié)語

      項(xiàng)目通過應(yīng)用BIM技術(shù)、創(chuàng)新吊裝方法等手段,高質(zhì)量地完成了本工程施工,取得了一系列社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,對于具有地下室、高大中庭和鋼屋蓋的博物館、展覽館等場館類,且中庭結(jié)構(gòu)跨度大、高度高、地下室頂板承載力小、鋼屋蓋質(zhì)量較大的建筑,具有很好的工程參考價(jià)值,為今后類似工程的施工提供了可借鑒的方法。

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