某穹頂鋼結(jié)構(gòu)博物館鋼柱的吊裝與質(zhì)量控制

朱敬鋒　安　哲

(1.青島市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，山東 青島　266000；　2.山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南　250101)

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某穹頂鋼結(jié)構(gòu)博物館鋼柱的吊裝與質(zhì)量控制

朱敬鋒1安哲2

(1.青島市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，山東 青島266000；2.山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南250101)

以某穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目為例，介紹了不規(guī)則大型鋼柱的吊裝方法，利用ANSYS有限元軟件，分析了吊耳的受力性能，并對鋼絲繩和卡環(huán)進(jìn)行了計(jì)算與設(shè)計(jì)，最后提出了鋼柱找正方案，旨在保證鋼柱的安裝精度。

鋼柱，吊裝方法，吊耳，鋼絲繩

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛躍發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在房屋建筑中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，各個(gè)城市大量興建了公共建筑，如科技展覽中心、會議中心、體育場館、機(jī)場及車站等，建筑外觀的美學(xué)因素和使用功能都對結(jié)構(gòu)提出了大空間的要求，穹頂結(jié)構(gòu)正是在這種背景下發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)本身存在一定的復(fù)雜性和施工難度。復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[1-4]，本文僅就某穹頂鋼結(jié)構(gòu)博物館鋼柱的吊裝和質(zhì)量控制方法進(jìn)行研究。

1　工程概況

某博物館新館工程(見圖1)，總建筑面積約82 980 m2。主體采用鋼筋混凝土框—剪結(jié)構(gòu)，地上5層，南側(cè)檐口建筑高度40.80 m，北側(cè)檐口建筑高度47.3 m。穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程呈半球臺狀，跨度約63 m，高約26 m，是整個(gè)穹頂?shù)某兄伢w系，分屋蓋殼體和底桁架梁部分，其中屋蓋殼體從上到下呈花瓣?duì)罘譃?層拱，展開面積約6 000 m2。

圖1　工程效果圖

2　鋼柱構(gòu)造及施工難點(diǎn)

鋼柱構(gòu)造形式如圖2所示，柱子截面規(guī)格口1 000×1 000×20，高約16 m。因組裝后的鋼柱較高，形狀不規(guī)則且安裝位置較高，采用400 t履帶式吊車，在高空吊裝過程中，鋼柱的受力狀況比較復(fù)雜，施工過程中的施工工況需計(jì)算核定，因此合理準(zhǔn)確地對復(fù)雜鋼柱進(jìn)行施工工況分析，是工程的一個(gè)難點(diǎn)。

圖2　柱構(gòu)造形式

3　吊裝方法

根據(jù)鋼柱的形狀、長度、質(zhì)量、起吊方法及吊機(jī)性能等因素，采用吊耳吊裝(見圖3)。鋼柱吊裝前進(jìn)行四芯分中，做好標(biāo)記；檢查出廠尺寸和工廠預(yù)拼接記錄；初步找正后用風(fēng)纜繩臨時(shí)固定，最后找正連接固定。起吊過程中，當(dāng)構(gòu)件吊離地面300 mm～500 mm時(shí)靜立3 min～5 min，待鋼柱穩(wěn)定后吊機(jī)在較小的作業(yè)半徑內(nèi)行走至吊裝作業(yè)半徑范圍內(nèi)(見圖4)，然后吊機(jī)站穩(wěn)，主臂保持85°角不變，副臂扒桿就位。就位后進(jìn)行初步找正，并拉風(fēng)纜繩臨時(shí)固定。吊裝時(shí)，鋼柱起吊過程中不得在地面上拖拉，以免碰壞損壞構(gòu)件。

圖3　柱子綁扎及吊耳位置示意圖　　　　圖4　吊機(jī)作業(yè)半徑控制　　

鋼柱就位時(shí)應(yīng)緩緩放下，順著落位卡板對接上后，檢查各差位線是否在同一直線上，如出現(xiàn)偏差可在距落位卡板一定距離處的上節(jié)柱上焊上鋼板，在鋼板與落位卡板之間打入沖子調(diào)整落位差，直至上下各差位線重合。同時(shí)，在距離鋼柱適當(dāng)?shù)奈恢眉茉O(shè)高精度的經(jīng)緯儀對柱子的垂直度進(jìn)行觀測。待柱子下部與預(yù)埋件上焊件的定位卡板對準(zhǔn)、上部千斤頂頂住、斜側(cè)風(fēng)纜繩拉好后方可松吊鉤(見圖5)。

圖5　柱腳臨時(shí)固定

4　吊耳計(jì)算分析

根據(jù)現(xiàn)場安裝要求，設(shè)置一個(gè)起重量30 t的通用吊耳，采用有限元分析軟件ANSYS對其進(jìn)行彈性分析。吊耳的有限元模型如圖6所示。通過對吊耳的受力性能分析，得到吊耳應(yīng)力分布云圖(見圖7)。從圖7可以看出，吊耳的應(yīng)力為80 MPa以下，吊孔邊局部應(yīng)力較大，是計(jì)算時(shí)在孔邊施加集中荷載所致，而實(shí)際吊裝時(shí)是面的接觸，不會產(chǎn)生上述局部應(yīng)力較大的現(xiàn)象。

圖6　吊耳計(jì)算模型

5　鋼柱的找正

　　　　圖7　吊耳應(yīng)力分布云圖　　　　　圖8　鋼柱定位軸線圖

鋼柱的找正包括平面位置、垂直位置和標(biāo)高的找正，即標(biāo)高、雙向垂直高度和雙向柱距，鋼柱的安裝精度決定整體建筑物的安裝質(zhì)量。需要先進(jìn)行以下工作：在柱中畫出定位軸線(見圖8)；在每條軸線上架設(shè)經(jīng)緯儀控制柱的偏移；在每條軸線上架設(shè)經(jīng)緯儀控制拱的偏移。標(biāo)高的找正是根據(jù)鋼柱頂板的設(shè)計(jì)標(biāo)高在鋼柱底板下配設(shè)墊板進(jìn)行調(diào)整；平面位置的找正是在鋼柱吊裝就位后，用千斤頂調(diào)整；垂直度的找正是在鋼柱臨時(shí)固定后進(jìn)行，采用倒鏈和千斤頂共同校正。

6　鋼絲繩和卡環(huán)的設(shè)計(jì)

6.1鋼絲繩的設(shè)計(jì)

穹頂鋼結(jié)構(gòu)是由支撐柱、環(huán)形桁架及弧形梁組成的軸心對稱體，支撐柱重約16 t，桁架梁重約11 t，弧形梁散件出廠后現(xiàn)場對接整體吊裝，最重16 t。根據(jù)鋼絲繩容許拉力計(jì)算公式[Fg]=aFg/K選擇鋼絲繩，其中，F(xiàn)g為鋼絲繩破壞拉力，可按近似公式Fg=0.5d2進(jìn)行計(jì)算；d為鋼絲繩直徑；K為安全系數(shù)；a為不均勻系數(shù)，取0.85。根據(jù)構(gòu)件的重量，吊裝時(shí)用單根直徑在31以上或雙根φ24.5的鋼絲繩吊裝可達(dá)安全系數(shù)3.0以上，單根允許起重量如表1所示。

表1　鋼絲繩單根允許起重量

6.2卡環(huán)計(jì)算

施工現(xiàn)場吊裝作業(yè)中，卡環(huán)的容許荷載，可根據(jù)卡環(huán)的銷子直徑按近似公式[FK]=(35～40)d2計(jì)算，[FK]為卡環(huán)的容許荷載,N；d為卡環(huán)的銷子直徑,mm。根據(jù)近似計(jì)算公式，銷子直徑為71的卡環(huán)容許荷載為201 000 N，即銷子直徑為71的卡環(huán)容許載荷為20 t，銷子直徑為51的卡環(huán)容許荷載為104 000 N，即10 t。吊裝各構(gòu)件時(shí)，用一個(gè)銷子直徑為71或兩個(gè)銷子直徑為51的卡環(huán)即可。

7　結(jié)語

本文提出不規(guī)則大型鋼柱的吊裝方法，利用ANSYS軟件，建立了吊耳有限元模型，分析結(jié)果表明吊耳受力性能滿足要求；同時(shí)進(jìn)行了鋼絲繩和卡環(huán)的計(jì)算與設(shè)計(jì)，為吊裝提供可靠保證；所提出的鋼柱找正方案，可以保證安裝精度。

[1]劉志佳.大跨度鋼結(jié)構(gòu)重型鋼柱吊裝技術(shù)可行性研究[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,11(3)：7-14.

[2]汪青山.高層建筑勁性施工之鋼柱吊裝[J].建筑施工，2009,31(6):457-459.

[3]楊俊才.某大型廠房鋼柱吊裝施工技術(shù)[J].山西建筑,2015,41(16):99-101.

[4]申屠輝宏，王曉明，于吉圣，等.重型傾斜鋼柱吊裝工藝在超高層建筑中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2014,10(29)：58-60.

Steel column hoisting and quality control of the museum with steel dome structure

Zhu Jingfeng1An Zhe2

(1.QingdaoBuildingEngineeringQualitySupervisionStation，Qingdao266000,China;2.ShandongUniversityofBuilding,Jinan250101,China)

Taking the steel dome structure engineering project as an example, the paper introduces hoisting methods of irregular large-scale steel column, analyzes the stress performance of lifting lugs by applying ANSYS finite element software, carries out computation and design of steel wire rope and clasp, and finally puts forward steel column alignment scheme, with a view to guarantee the installation accuracy of steel column.

steel column, hoisting method, lifting lugs, steel wire rope

1009-6825(2016)21-0102-02

2016-05-13

朱敬鋒(1982- )，男，工程師

TU756.41

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