大跨度鋼桁架整體提升在天津?yàn)I海圖書館工程中的應(yīng)用

范寶洪，孟令強(qiáng)，榮 彬，劉 帥

(1. 天津開發(fā)區(qū)建設(shè)工程監(jiān)理公司 天津300453；2. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院 天津300072)

大跨度鋼桁架整體提升在天津?yàn)I海圖書館工程中的應(yīng)用

范寶洪1，孟令強(qiáng)1，榮 彬2，劉 帥2

(1. 天津開發(fā)區(qū)建設(shè)工程監(jiān)理公司 天津300453；2. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院 天津300072)

近年來大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于大型公共建筑中，具有整體性好、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。與此同時，整體提升技術(shù)由于施工成本低、安裝精度高等特點(diǎn)，為大型鋼結(jié)構(gòu)施工提供了一種新的思路。以天津?yàn)I海新區(qū)文化中心圖書館工程為例，介紹了大跨度鋼桁架和整體提升施工技術(shù)的應(yīng)用情況。針對大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工中的重難點(diǎn)進(jìn)行了探討和分析，對整體提升技術(shù)的思路和施工工序進(jìn)行了總結(jié)。

大跨鋼桁架 整體提升 施工

0 引 言

近年來，國內(nèi)各地區(qū)對體育館、圖書館、飛機(jī)場、火車站等大型公共建筑的需求大幅增加。此類建筑普遍對空間形式和體積有著獨(dú)特的要求，因而傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)無法滿足。大跨度鋼結(jié)構(gòu)因此獲得了充分的發(fā)展空間，其應(yīng)用范圍和前景不可估量。鋼桁架結(jié)構(gòu)是由若干三角形單元組成的幾何不變體系，其整體性好、剛度大。桁架桿件只承受軸力，節(jié)點(diǎn)一般按鉸接考慮。因此鋼桁架結(jié)構(gòu)在大跨度結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。同時，包括整體提升技術(shù)在內(nèi)的施工技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。

1 工程概況

天津?yàn)I海文化中心項(xiàng)目位于天津市濱海新區(qū)中央大道與大連東道交匯處西南側(cè)。主要有現(xiàn)代城市與工業(yè)探索館、美術(shù)館、圖書館、東方演藝中心、市民活動中心和文化長廊5個地上單體建筑。濱海圖書館坐落于濱海文化中心的東側(cè)，北側(cè)為探索館，南側(cè)為演藝中心，西側(cè)通過文化長廊與市民活動中心相對。

濱海圖書館突出休閑閱讀空間，強(qiáng)化多媒體網(wǎng)絡(luò)時代，將“濱海之眼”和閱覽中廳結(jié)合為圖書館內(nèi)部良好的公共空間，同時設(shè)置數(shù)字圖書館、球幕演示廳、媒體圖書館等新型文化交流設(shè)施。圖書館建筑面積為33,700,m2，地下1層，地上5層，總高度為28,m，結(jié)構(gòu)形式為鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)。部分柱為鋼管混凝土柱，支撐形式采用中心支撐，局部為偏心支撐。中間連廊桁架由四榀54,m跨雙層高的平面桁架及樓面梁、板、水平支撐等組成。結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)模型圖Fig.1 Schematic of structure model

2 大跨度鋼桁架

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為完成“濱海之眼”的創(chuàng)意造型，結(jié)構(gòu)中間位置需要一個大跨度的無柱空間?？紤]到桁架結(jié)構(gòu)具有整體性好、剛度大的特點(diǎn)，圖書館設(shè)有跨度54,m、寬58,m、高11.4,m 的鋼桁架。桁架投影面積3,100,m2，重2,400,t，底部距1層樓面高度17.6,m。圖書館連廊結(jié)構(gòu)位于(3～4)～(3～10)軸間的4～5層(標(biāo)高23.3～33.65,m)，平面投影尺寸為54,m×54,m。連廊結(jié)構(gòu)由3-A、3-C、3-E、3-G 軸線的四榀主桁架和其間次結(jié)構(gòu)組成，連廊提升總重約2,500,t，其結(jié)構(gòu)平立面圖及效果圖如圖2～4所示。

圖2 單榀桁架立面圖Fig.2 Vertical view of single frame truss

圖3 連廊桁架平面和吊點(diǎn)布置圖Fig.3 Arrangement plan of the plane and suspension centers of corridor truss

圖4 連廊桁架模型圖Fig.4 Diagram of corridor truss model

2.2 施工難點(diǎn)

連廊桁架需要在地面完成構(gòu)件的拼裝施工，再使用整體提升技術(shù)提升至設(shè)計(jì)高度。構(gòu)件的拼裝對精度控制的要求很高。為方便與框架結(jié)構(gòu)的連接，連廊拼裝時除保證四榀桁架的定位軸線準(zhǔn)確外，還需與兩側(cè)框架接口位置保持精確對應(yīng)。同時，由于桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件繁多，需要使用較靈活的汽車吊完成拼裝。施工前需根據(jù)各層平臺混凝土結(jié)構(gòu)截面特性、吊機(jī)站位、構(gòu)件重量等分別按照汽車吊行走、吊裝打腳進(jìn)行施工驗(yàn)算，并對施工過程采取不同措施，確保施工過程結(jié)構(gòu)安全。連廊桁架弦桿、腹桿等主結(jié)構(gòu)均為50,mm 左右厚板，現(xiàn)場焊接量大，均為高空作業(yè)。施工前需根據(jù)連廊桁架結(jié)構(gòu)形式，制定合理的焊接工藝、焊接順序，控制好焊接變形，做好焊接溫度控制。

連廊拼裝完畢后的整體提升過程更為關(guān)鍵，對同步性和穩(wěn)定性要求高。連廊桁架提升重量達(dá)2,500,t，采用8個吊點(diǎn)同步提升，需根據(jù)施工驗(yàn)算界定好同步控制目標(biāo)值，并采取相關(guān)技術(shù)措施。8個吊點(diǎn)處的框架支撐節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行嚴(yán)格的承載能力分析和變形分析，以保證施工的安全和穩(wěn)定。

3 整體提升

整體提升技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)智能、機(jī)械技術(shù)和電氣技術(shù)三者結(jié)合應(yīng)用于土建施工領(lǐng)域的新型技術(shù)，[1]通過在整個被提升機(jī)構(gòu)上布置若干提升點(diǎn)，利用液壓提升系統(tǒng)提供的拉力，帶動整體結(jié)構(gòu)從地面同步向上移動至特定標(biāo)高，完成施工安裝。整體提升施工工藝由于是在地面完成拼裝，具有高度低、危險性小、腳手架少和施工周期短的優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)施工中，如澳門綜合體育館主桁架、[2]廣州新白云國際機(jī)場維修機(jī)庫鋼屋蓋、[3]沈陽飛機(jī)維修基地新機(jī)庫[4]等。

3.1 連廊桁架提升總體思路

① 根據(jù)吊點(diǎn)布置(見圖3)，對連廊進(jìn)行整體建模分析，了解結(jié)構(gòu)本體在提升工況下內(nèi)力及應(yīng)變情況，并計(jì)算出各提升吊點(diǎn)的提升反力值；

② 根據(jù)上述提升反力值，設(shè)計(jì)合理的提升支架和下吊具，并復(fù)核；

③ 選配合適的液壓提升設(shè)備組合，包括液壓提升器及液壓泵站；

④ 液壓同步提升實(shí)施過程中，需控制好結(jié)構(gòu)提升同步性；

⑤ 連廊桁架各層弦桿與兩側(cè)框架柱連接，為配合提升工藝，需將各層弦桿斷開，待提升到位后對接。

3.2 試提升階段

待液壓系統(tǒng)設(shè)備檢測無誤后開始試提升。計(jì)算確定液壓提升器所需提升力。開始試提升時各吊點(diǎn)同步分級加載至所需提升力的20%,、40%,，在一切都正常的情況下，可繼續(xù)加載至60%,、80%,、90%,、100%,，直至結(jié)構(gòu)離地。離地后暫停作業(yè)，保持液壓設(shè)備系統(tǒng)壓力2～24,h。停留期間組織專業(yè)人員對提升上下吊點(diǎn)、提升結(jié)構(gòu)及各提升設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)檢查，在確認(rèn)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性絕無問題的情況下，才能開始正式提升。

3.3 正式提升階段

在試提升懸停結(jié)束后，對結(jié)構(gòu)及設(shè)備進(jìn)行全面檢查及觀測，確定無誤后方能進(jìn)行正式提升。連廊桁架提升過程如圖5所示。為保證提升過程同步性控制，對8個提升點(diǎn)進(jìn)行豎向位移監(jiān)測，監(jiān)測方法如下：[5]

① 在連廊桁架提升點(diǎn)附近設(shè)置反光片，用于桁架提升豎向位移監(jiān)測；

② 測量固定架分別設(shè)置在4榀桁架，每榀設(shè)置2個點(diǎn)；

③ 桁架預(yù)提升后對各提升點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，如個別點(diǎn)相差較大則進(jìn)行點(diǎn)動調(diào)整；

圖5 連廊桁架正在提升Fig.5 A hoisting corridor truss

④ 各提升點(diǎn)調(diào)整標(biāo)高調(diào)整完畢，利用全站儀對各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行初始標(biāo)高監(jiān)測；

⑤ 提升過程按照監(jiān)測計(jì)劃進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行微調(diào)；

⑥ 對每次監(jiān)測結(jié)果計(jì)算出各點(diǎn)不同步的相差值，并匯總成表。

3.4 提升就位階段

結(jié)構(gòu)同步提升至設(shè)計(jì)位置附近后暫停，各吊點(diǎn)微調(diào)使結(jié)構(gòu)精確提升到達(dá)設(shè)計(jì)位置，提升設(shè)備暫停、鎖定，保持結(jié)構(gòu)的空中姿態(tài)穩(wěn)定不變。最后集中對口焊接。

與試提升階段相同，就為結(jié)束后需要分級卸載，且保持各提升器卸載步調(diào)一致。依次卸載至80%,、60%,、40%,、20%,，確認(rèn)無異常后完全卸載，結(jié)構(gòu)受力形式轉(zhuǎn)為設(shè)計(jì)工況。

4 結(jié)論與展望

大跨度鋼桁架已被廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)整體性好，受力合理，可滿足大型公共建筑對空間的要求。整體提升技術(shù)是大型鋼桁架、鋼網(wǎng)架的主要施工技術(shù)之一，使結(jié)構(gòu)可在地面完成拼裝過程，可以顯著縮短工期，降低施工成本，保證施工安全。整體提升過程的安全監(jiān)控、質(zhì)量監(jiān)控仍是這一技術(shù)的重點(diǎn)難點(diǎn)。在實(shí)際工程中，應(yīng)對提升吊點(diǎn)的布置、提升架的承載能力進(jìn)行充分驗(yàn)算，從而使提升得到安全可靠的實(shí)施?！?/p>

［1］ 鄭波. 大跨度鋼桁架整體提升技術(shù)研究及施工仿真技術(shù)分析[D]. 包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2015.

［2］ 郭彥林，鄧科. 廣州新白云國際機(jī)場維修機(jī)庫鋼屋蓋整體提升技術(shù)[J]. 工業(yè)建筑，2004，34(12)：6-11.

［3］ 郭彥林. 澳門綜合體育館主桁架整體提升及提升塔架分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2005，26(1)：17-24.

［4］ 程浩，蘇鐵斌，鄒義任. 大跨度鋼網(wǎng)架與鋼桁架組合結(jié)構(gòu)整體提升技術(shù)[J]. 鋼結(jié)構(gòu)，2014，29(2)：57-61.

［5］ 程小嬌. 特大型網(wǎng)架整體提升監(jiān)理控制[J]. 建筑施工，2016，38(1)：29-32.

The Wholly Lifting of Large Span Steel Truss：An Application Case of the Tianjin Binhai Library Project

FAN Baohong1，MENG Lingqiang1，RONG Bin2，LIU Shuai2
(1. TEDA Construction Project Supervision Company，Tianjin 300453，China；2. School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

In recent years，large span steel truss frame has been widely applied in large-scale public buildings as it has the advantages of integrality and good-looking appearance. Meanwhile，the technique of wholly lifting，featuring low construction cost and highly precise installation is providing a new thought for the construction of the truss frame. Taking the project of Tianjin Binhai Library as an example，this paper introduces the application of the large span truss frame and the wholly lifting technique. Structure design of the truss and key points during construction were discussed and the overall thought of the technique and its construction procedures were summed up.

large span steel truss；wholly lifting；construction

TU399

A

1006-8945(2016)06-0067-03

2016-05-24