首座MAX高空懸挑波浪立面造型施工技術(shù)

羅 佳, 胡厚安, 李熊飛, 梁曹波, 賈鵬坤

(成都市第四建筑工程公司, 四川成都 610021)

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首座MAX高空懸挑波浪立面造型施工技術(shù)

羅 佳, 胡厚安, 李熊飛, 梁曹波, 賈鵬坤

(成都市第四建筑工程公司, 四川成都 610021)

首座MAX工程位于成都市高新區(qū)，為大型城市綜合體工程。地上3棟塔樓均為27層，其中兩棟主體結(jié)構(gòu)外側(cè)于14層至屋頂層采用高空懸挑巨幅波浪動感立面造型，其造型的實(shí)現(xiàn)主要依靠懸挑型鋼組合桁架形成立面造型骨架，其外挑長度9 m。根據(jù)本工程特點(diǎn)，高空懸挑型鋼桁架采用創(chuàng)新施工工藝，結(jié)合施工前期的有限元分析預(yù)估施工吊裝方案的可行性，指導(dǎo)施工，從而有效地控制整個施工過程中鋼桁架變形，并將分段吊裝、高空散裝、分塊安裝為主的幾種方法綜合利用來實(shí)現(xiàn)高空懸挑型鋼桁架的施工，實(shí)現(xiàn)了快捷、安全、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。施工綜合技術(shù)的應(yīng)用，使工程質(zhì)量得到較大提高，施工進(jìn)度加快，整個懸挑型鋼桁架的施工過程井然有序，同時在變形預(yù)估這個重要環(huán)節(jié)中通過信息化技術(shù)手段的運(yùn)用使懸挑鋼結(jié)構(gòu)變形這個重點(diǎn)難點(diǎn)問題得到了有效合理的控制，滿足了設(shè)計(jì)和施工要求。

高空懸挑； 型鋼組合桁架； 施工綜合技術(shù)

1 工程概況

成都首座MAX工程采用高空巨幅波浪動感立面造型，高空突出的設(shè)計(jì)理念，為天府大道再建了一座城市地標(biāo)。本工程塔樓均為地上27層，高度109.70 m。為成就其立面造型，其中兩棟塔樓于14層至屋頂利用組合型鋼桁架從主體結(jié)構(gòu)一側(cè)向外懸挑9.0 m。由于懸挑鋼桁架部分施工難度較大，工期較長，為不影響主體結(jié)構(gòu)施工，主體結(jié)構(gòu)施工時，預(yù)先將懸挑部分的安裝牛腿設(shè)置并預(yù)埋好，牛腿由原鋼桁架弦桿及斜腹桿的其中一截組成。懸挑主結(jié)構(gòu)框架施工成形效果如圖1所示。

圖1 懸挑鋼桁架施工成形效果

2 關(guān)鍵技術(shù)問題分析

綜上所述，高空懸挑波浪立面造型的施工成形關(guān)鍵在于懸挑組合型鋼桁架的安裝，而高空懸挑組合型鋼桁架施工操作關(guān)鍵在于如何安裝以及施工中懸挑型鋼結(jié)構(gòu)變形的控制。根據(jù)工程實(shí)際情況將懸挑組合型鋼桁架施工遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題歸納有：

2.1 高空大懸臂組合型鋼桁架的變形控制

為了保證結(jié)構(gòu)變形的有效控制，懸挑結(jié)構(gòu)施工各階段的變形需要嚴(yán)格控制，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及使用要求。

2.2 高空大懸臂組合型鋼桁架的安裝

(1)單榀組合型鋼桁架超重：懸挑鋼桁架單榀9 m長，重約10 t，超過施工現(xiàn)場選用的塔吊起重能力，更換塔吊會造成較高成本增加。

(2)高空施工時鋼桁架安裝方法：由于懸挑鋼桁架的首層結(jié)構(gòu)單元位于整棟建筑的第14層，因此鋼桁架主體結(jié)構(gòu)從其首層開始就為高空作業(yè)，離地高度約為52 m，搭設(shè)何種形式的單元桁架施工平臺是一個重點(diǎn)問題。

(3)鋼結(jié)構(gòu)次構(gòu)件的安裝及高空現(xiàn)場焊接：單元桁架主體安裝完成后，剩下的鋼結(jié)構(gòu)散件(如次梁等)的高空安裝也需要考慮施工操作空間等問題；鋼結(jié)構(gòu)高空現(xiàn)場焊接由于桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)眾多，且易受風(fēng)雨干擾，容易影響焊縫質(zhì)量。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)闡述

本工程立面波浪造型部分(即懸挑組合型鋼桁架)由于其型鋼桁架懸挑長度較大、單榀型鋼桁架重量超重且安裝位置位于高空的特殊性，施工方案階段綜合考慮各方因素，在鋼結(jié)構(gòu)安裝前利用信息化技術(shù)通過計(jì)算機(jī)程序預(yù)估鋼桁架變形，并結(jié)合設(shè)計(jì)院撓度計(jì)算結(jié)果來指導(dǎo)施工，合理控制懸挑結(jié)構(gòu)的撓度；在桁架施工過程中，將分段吊裝、高空散裝、分塊安裝等幾種方法巧妙結(jié)合，形成一套完善的綜合施工技術(shù)。

3.1 利用信息化技術(shù)控制懸挑鋼桁架撓度

鑒于懸挑鋼結(jié)構(gòu)的高空安裝存在一定難度，尤其是懸挑結(jié)構(gòu)的變形控制，為保證及時和精確施工，在鋼桁架施工前實(shí)驗(yàn)室采用有限元分析對桁架的施工過程進(jìn)行數(shù)值(變形)模擬分析，并結(jié)合設(shè)計(jì)院PKPM計(jì)算的撓度值，以便適時調(diào)整施工方案，合理有效地指導(dǎo)施工。因同一層樓的鋼桁架結(jié)構(gòu)形式完全一致，故本文只對鋼桁架中的一榀進(jìn)行分析。為建模方便，將工字鋼截面斜腹桿截面換算為矩形截面代替，其3D有限元模型圖如圖2所示。

圖2 鋼桁架3D模型

分析時針對實(shí)際工程情況，考慮了4個不同的施工階段，分別為：安裝階段、施工階段、施工后階段、使用階段。通過計(jì)算4個不同階段的變形和應(yīng)力，并與實(shí)際監(jiān)控時的應(yīng)力進(jìn)行比較，及時調(diào)整施工方案和施工技術(shù)措施。經(jīng)分析，各階段應(yīng)力分布趨勢合理、應(yīng)力值較小，未出現(xiàn)因安裝等原因?qū)е碌膽?yīng)力過大的現(xiàn)象。

3.2 超重組合型鋼桁架的吊裝(分段吊裝)

本工程懸挑鋼桁架單榀懸挑長度9 m，重約10 t，超過現(xiàn)場起重設(shè)備的起重量。綜合對設(shè)備、場地及施工高度分析后，在單榀鋼桁架重量無法滿足整體吊裝的情況下采用對單榀鋼桁架先合理分段(單元拆分)、后高空拼裝的方法吊裝鋼桁架，即在鋼桁架吊裝前，根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，將單榀鋼桁架單元拆分。拆分后的每段鋼結(jié)構(gòu)重量均應(yīng)滿足機(jī)械吊裝能力要求。現(xiàn)場起重設(shè)備吊距吊載及單榀鋼桁架單元拆分如圖3、圖4所示。

圖3 現(xiàn)場起重設(shè)備吊距吊載

圖4 單榀鋼桁架單元拆分

3.3 懸挑組合型鋼桁架高空拼裝

由于懸臂鋼桁架施工高度在52.35～109.70 m之間，無法采用傳統(tǒng)的地面搭設(shè)腳手架進(jìn)行高空拼裝。首層鋼桁架單元的施工是大懸挑鋼桁架施工的重點(diǎn)，本工程采用在首層鋼桁架所在樓層(52.35 m)之下一層結(jié)構(gòu)面層上搭設(shè)懸挑腳手架進(jìn)行首層鋼桁架的高空拼裝。

除首層外其余各層懸臂鋼桁架的高空拼裝待首層鋼桁架安裝成形后，利用已安裝懸挑鋼桁架的上弦桿搭設(shè)移動腳手架實(shí)現(xiàn)其上一層的鋼桁架高空拼裝。

這樣除首層鋼桁架拼裝時需要搭設(shè)懸挑腳手架，其它各層的鋼桁架高空拼裝均利用其下一層已有鋼桁架的上弦搭設(shè)移動腳手架進(jìn)行操作。其首層腳手架以及上弦桿上的操作平臺搭設(shè)如圖5、圖6所示。

圖5 首層鋼桁架施工外挑腳手架剖面

圖6 桁架上弦桿頂部移動腳手架搭設(shè)示意

3.4 鋼桁架次構(gòu)件的高空散裝

每層懸挑型鋼桁架安裝完成后，應(yīng)立即進(jìn)行該層桁架側(cè)向相應(yīng)次構(gòu)件的連接，以形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)框架體系。鋼結(jié)構(gòu)散件安裝時，為方便工人在懸挑梁上進(jìn)行施工操作，特設(shè)置了U形箍支架操作平臺。其具體做法：在主桁架吊裝前用直徑為12 mm的鋼筋焊接成U形箍，U形箍倒置將桁架上下弦桿鋼梁緊緊抱住，U形箍開口處左右兩端利用L50×5的角鋼焊接成支架，支架間距為0.5 m；待桁架鋼梁吊裝就位后在支架上面鋪設(shè)腳手板，上下弦桿通長鋪設(shè)。待本層鋼桁架施工完成后，將本支架卸下，完好的支架重復(fù)利用到后續(xù)桁架施工中，且工人應(yīng)在桁架吊裝單元就位并固定好后方可到弦桿上進(jìn)行操作。

操作平臺剖面詳見圖7。

圖7 散件安裝操作平臺剖面

3.5 懸挑鋼結(jié)構(gòu)高空現(xiàn)場焊接

為保證高空現(xiàn)場焊接的質(zhì)量，抵抗高空強(qiáng)風(fēng)的影響，應(yīng)根據(jù)氣候搭設(shè)防風(fēng)棚，而由于鋼構(gòu)件吊裝重量過重，不宜在地面將防風(fēng)棚一步搭設(shè)到位。根據(jù)本工程實(shí)際情況，防風(fēng)棚利用已經(jīng)搭建好的鋼結(jié)構(gòu)散件操作平臺來設(shè)置，即鋼構(gòu)件吊裝就位后，通過增加局部立桿高度的辦法將支架外側(cè)立桿高度從0.3 m增加到1.2 m來搭設(shè)防風(fēng)棚，防風(fēng)棚不用通長搭設(shè)，只設(shè)置在上、下弦桿對接位置處。防風(fēng)棚正立面、側(cè)立面

示意見圖8、圖9。

圖8 防風(fēng)棚正立面

圖9 防風(fēng)棚側(cè)立面

4 結(jié)束語

本施工技術(shù)適用于(超)高層大懸挑鋼結(jié)構(gòu)高空施工，能有效地解決超重鋼結(jié)構(gòu)高空拼裝、懸挑端變形控制，能夠在施工前利用有限元分析并結(jié)合設(shè)計(jì)變形結(jié)果對施工過程各階段鋼結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行預(yù)估，可即時調(diào)整施工方案，從而指導(dǎo)施工，有效避免了返工現(xiàn)象。本綜合施工技術(shù)目前已獲得國家發(fā)明專利1項(xiàng)：一種大懸臂鋼桁架結(jié)構(gòu)高空綜合施工方法 (專利號：ZL201410341716.8)，實(shí)用新型專利1項(xiàng):一種大懸臂鋼桁架結(jié)構(gòu)高空施工首層鋼桁架安裝裝置(專利號：ZL201420395233.1)。經(jīng)過首座MAX工程的有效應(yīng)用，懸挑結(jié)構(gòu)成形效果良好，該技術(shù)具備推廣和應(yīng)用價值。

羅佳(1981～)，女，本科，工程師，從事建筑施工技術(shù)工作。

TU755.2+2

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[定稿日期]2016-06-18