超高層結(jié)構(gòu)懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架施工研究

閆 捷 恒

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030012)

超高層結(jié)構(gòu)懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架施工研究

閆 捷 恒

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030012)

基于實際案例，闡述了超高層結(jié)構(gòu)懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架的施工技術(shù)，提出了整體抬升、胎架安裝、空中懸拼三種吊裝方案，通過綜合分析三種方法的優(yōu)缺點，選取了空中懸拼的方法，并模擬計算了空中懸拼方法的可行性，提出了超高層結(jié)構(gòu)懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架的施工順序及安全防護措施。

超高層建筑，鋼桁架，吊裝方案，焊接施工

0 引言

現(xiàn)代大型超高層建筑較多存在懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架的施工，本文基于具體工程闡述懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架相關(guān)施工工藝措施。該工程位于成都，總高度194 m，結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，上面兩棟住宅塔樓，該建筑效果圖如圖1所示。該結(jié)構(gòu)兩座塔樓在38 層～40層分別設(shè)置懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架形成凱旋門造型，懸挑的桁架為鋼管混凝土，轉(zhuǎn)換桁架總長度約26.1 m，懸挑端長度14 m。懸挑桁架支撐上部13層混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，施工難度較大。

1 安裝方案

實際施工過程中，懸挑桁架安裝時，其相應(yīng)支座的混凝土強度應(yīng)達到設(shè)計強度；懸挑部分支撐的上部結(jié)構(gòu)，其板類構(gòu)件留設(shè)后澆帶，以確保桁架在受上部荷載逐漸施工時產(chǎn)生變形進而導(dǎo)致樓板也產(chǎn)生附加應(yīng)力。結(jié)合工程狀況，在與相關(guān)設(shè)計部門溝通后，先施工塔樓結(jié)構(gòu)，隨后再中間懸挑及以上部分施工，施工步驟如圖2所示。

在施工前，共提出了三種轉(zhuǎn)換桁架吊裝方案。

1.1 整體抬升

在裙樓的屋面對待安裝的轉(zhuǎn)換桁架，雙塔懸挑的轉(zhuǎn)換鋼桁架焊成整體，采用液壓同步提升器整體提升，到達指定位置后與預(yù)留節(jié)點焊接，隨后再將兩榀懸挑桁架臨時連接部分分開[1]。

該方法優(yōu)點：

1)可以在裙樓的屋面組裝，不需要進行防止高空墜落等；

2)該法施工方便，工期短。

該方法缺點：

1)裙樓屋面設(shè)計承載力不足以承擔(dān)結(jié)構(gòu)拼裝及布置提升器，裙樓屋面需要進行加固；

2)兩個懸挑桁架需要臨時連接，然后再分開，如此增加工程整體造價；

3)若兩懸挑桁架未及時分開，一旦臨時遭遇地震等不可抗力，臨時連接部分會傳遞塔樓兩端應(yīng)力，進而對兩塔樓造成破壞。

1.2 胎架安裝

在37層及轉(zhuǎn)換桁架下面的樓層設(shè)置胎架，懸挑桁架在胎架上焊接安裝，安裝完成后整體卸載，拆卸胎架。

該方法優(yōu)點：

1)懸挑桁架安裝相對方便，整體卸載，安裝時荷載的傳遞較為合理[2]；

2)安裝過程中安全防護措施較為簡便。

該方法缺點：

1)胎架安裝成本高；

2)懸挑桁架安裝完成后，胎架拆卸不方便；

3)安裝的胎架臨時將兩塔樓連接，一旦臨時產(chǎn)生地震等不可抗力，可能對塔樓產(chǎn)生破壞。

1.3 空中懸拼

空中懸拼即利用桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)點，制定合理的安裝步驟，按照計劃逐步安裝，懸挑桁架自成體系，先安裝的桁架可以承擔(dān)后續(xù)安裝的構(gòu)件及施工荷載，安裝時采用連接板和鋼絲繩雙重加固，確保桁架穩(wěn)定[3]。

該方法施工造價低、對結(jié)構(gòu)影響小，此外施工時也不需要特殊的機械及輔助設(shè)備。

經(jīng)過對三種方案的比選，同時考慮避免偶然地震等不可抗力，最終確定了第三種安裝方案。在桁架安裝期間，四川某市卻突發(fā)地震，但經(jīng)各方共同檢查，該吊裝方案并未對兩塔樓產(chǎn)生影響。

2 方案實施

2.1 施工步驟

轉(zhuǎn)換桁架下料加工→確定吊裝步驟→吊裝次序模擬計算→確定具體施工次序→構(gòu)件的吊裝及焊接→吊裝監(jiān)測→上部結(jié)構(gòu)施工→懸挑轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)力監(jiān)測。

2.2 施工模擬計算

轉(zhuǎn)換桁架選擇方案三，并制定詳細的施工步驟，為了進一步驗證施工步驟的科學(xué)性，確保施工安全，相關(guān)單位進行了模擬施工計算，采用有限元軟件建立模型，按施工次序模擬，加載步驟為先逐步安裝懸挑桁架，然后再添加桁架上部結(jié)構(gòu)。

模擬時分別考慮施工步驟及一次性加載，分別計算兩種工況下桁架的應(yīng)力及變形。實際有限元計算結(jié)果表明，各桁架桿件應(yīng)力比較小，應(yīng)力比最大值小于0.5，懸挑桁架的根部與端部高差為9.64 mm，高差與長度比值為1/1 517，滿足要求。

施工模擬表明懸挑桁架安裝方案三滿足施工要求，同時根據(jù)計算結(jié)果，對安裝的懸挑桁架預(yù)先起拱，如此可保證施工階段構(gòu)件懸挑端水平。

2.3 桁架安裝

在設(shè)計的深化階段應(yīng)當(dāng)注意計算構(gòu)件的吊裝及吊裝設(shè)備的荷載，對桁架安裝合理分段。在施工過程中桁架的吊裝設(shè)備為內(nèi)爬塔式起重機。桁架吊裝的步驟中采用可調(diào)導(dǎo)鏈、千斤頂、鋼絲繩、臨時連接板對桁架構(gòu)件固定，并且多次調(diào)整位置，確保位置準(zhǔn)確。桁架構(gòu)件焊接完成后，應(yīng)當(dāng)及時組織第三方進行超聲波探傷監(jiān)測，經(jīng)檢查焊縫合格后，才可以拆除固定的構(gòu)件。實際安裝桁架時，隨著桁架安裝進度搭設(shè)腳手架，以保證施工作業(yè)有可靠的作業(yè)平臺。

2.4 應(yīng)力監(jiān)測

在施工中根據(jù)上部懸挑裝換鋼桁架部分結(jié)構(gòu)特點，為了對鋼桁架部分吊裝過程及安裝完畢后的工作狀態(tài)和受力性能有所把握，施工中在重點部位如懸挑鋼桁架的弦桿、腹桿的端部等受力較大的部位布設(shè)互相驗證的測試元件，通過采集的數(shù)據(jù)來反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布及最大應(yīng)力，及時指導(dǎo)和發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題。

2.5 厚鋼板焊接

在桁架焊接過程中，桁架節(jié)點處常因多向桿件集中焊接在節(jié)點處形成較為復(fù)雜的收縮應(yīng)力，施工中將桁架節(jié)點采用工廠制作的鑄鋼來替代。兩端桁架總共含有鑄鋼節(jié)點56個，鑄鋼節(jié)點以對接的形式與箱形桿件連接，施工中最大的焊接尺寸為1 000 mm×800 mm×120 mm×120 mm，鑄鋼為ZG20Mn5QT，箱形桿件為Q345B，桿件與鑄鋼節(jié)點采用全熔變坡度焊縫，質(zhì)量等級一級。

2.5.1 焊接準(zhǔn)備

焊接前應(yīng)當(dāng)嚴格選擇箱形桿件的母材，選擇斷面收縮率大于25%的Z向Q345B級鋼板，選取時同時要控制鋼材的含硫量。焊絲采用1.2 mm的CHT711低氫型。

施工中應(yīng)及時對材料質(zhì)量進行見證取樣檢驗，焊接前應(yīng)當(dāng)有完備的焊接專項方案以及焊接工藝的評定方案，對于不同的焊接節(jié)點都應(yīng)當(dāng)有各自的焊接工藝指標(biāo)[4]，確定焊接施工過程中完整、詳細的措施及流程。焊接完成后應(yīng)當(dāng)參照相關(guān)規(guī)范對焊縫進行超聲波焊縫檢測，檢測完成后及時出具相應(yīng)的評定報告。

2.5.2 現(xiàn)場焊接

現(xiàn)場采用CO2氣體保護焊，根據(jù)鋼材的厚度、焊接熱輸入等，控制好焊接時的預(yù)熱溫度及后熱溫度等，預(yù)熱區(qū)為焊件待焊部位厚度的1.5倍以上，同時不小于10 cm；待焊部位后熱時間按每25 mm板厚不小于30 min，并且總時間不小于1 h；要堅持多層多道對稱焊、薄焊層的方法，確保構(gòu)件焊縫處應(yīng)力分布均勻，以防焊接部位應(yīng)力集中；在施工中應(yīng)當(dāng)注意CO2氣體保護焊采取避風(fēng)措施，尤其是在高空中焊接時，需要有防風(fēng)棚等措施。

2.6 高空防護

懸挑桁架安裝時，由于作業(yè)為高空作業(yè)，施工時下方應(yīng)當(dāng)采用一定的安全防護措施。在桁架安裝之前，應(yīng)當(dāng)在桁架下方的38層設(shè)置安全網(wǎng)，在塔樓兩端柱子綁扎鋼絲繩用來系安全網(wǎng)，將安全網(wǎng)鋪于主筋繩，然后再使用倒鏈調(diào)節(jié)，以確保安全網(wǎng)防護周全；施工過程中應(yīng)當(dāng)在中間凱旋門下面設(shè)置警戒區(qū)，嚴禁人員走入禁區(qū)，嚴防高空墜落[5]。

在吊裝安裝的開始階段，先安裝大斜撐部分，此部分安裝困難，作業(yè)空間小，風(fēng)險較大。因此在施工過程中采用了模塊腳手架，在地面進行組裝后直接起吊到高空已焊接完成的大斜撐上，并且箍緊鋼構(gòu)。模塊式腳手架如圖3所示。

為了確保后續(xù)的桁架安裝及涂裝有足夠安全的作業(yè)空間，在施工中需要隨著桁架作業(yè)的進度，搭設(shè)懸掛在鋼構(gòu)件上的懸掛腳手架，如此可實現(xiàn)施工安全防護。

3 結(jié)語

本文通過實際工程，詳述了超高層懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架的施工技術(shù)。結(jié)合實際工程，提出整體抬升、胎架安裝、空中懸拼三種方法，經(jīng)過綜合考慮，空中懸拼施工相對簡便，對兩側(cè)塔樓影響相對較小，同時有利于節(jié)省工程造價，進而選取了空中懸拼的吊裝方案。在施工中制定了較好的拼裝順序，力求拼裝對結(jié)構(gòu)的影響降到最低，通過模擬計算對空中懸拼安裝方案進行計算，并且得出相應(yīng)的起拱值應(yīng)用于施工。本文綜合了超高層結(jié)構(gòu)懸挑轉(zhuǎn)換鋼桁架的方案比選、施工順序、施工模擬、鋼結(jié)構(gòu)的安裝、施工安全防護等，全面確保鋼桁架的安裝質(zhì)量，為類似工程的施工提供了參考。

[1] 羅葵葵,蔣滄如.抬升裙樓巨型懸挑鋼桁架支撐卸載分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2010(3):20-23.

[2] 唐 剛,張文遠.單榀弧形變截面鋼管桁架胎架法現(xiàn)場拼裝技術(shù)[J].中外公路,2013,33(3)：19-20.

[3] 趙戰(zhàn)生.連續(xù)鋼桁梁雙向全懸拼工法[J].科技導(dǎo)報,1995(4):29-32.

[4] 周文瑛,蘇 平,劉景鳳.《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)》(JGJ 81)程修訂簡介[J].鋼結(jié)構(gòu),2003,18(2):53-54.

[5] 王 磊,張曉明,魏曉祥,等.超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工安全網(wǎng)下掛技術(shù)研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù),2015,44(8):34-36.

Construction of steel truss for the super high rise structure

Yan Jieheng

(ShanxiSijianGroupCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

Based on actual cases, the paper introduces construction technologies of super-high-rise structure cantilever converting steel truss, puts forwards three kinds of hoisting schemes including integral lifting, scaffold installation and air cantilever, comprehensively analyzes their merits and defects, selects air cantilever method, simulates and calculates the feasibility of air cantilever method, and finally puts forward construction procedures and safety protecting measures of super-high-rise building structure cantilever converting steel truss.

super-high-rise building, steel truss, hoisting scheme, wielding construction

1009-6825(2017)01-0125-02

2016-10-23

閆捷恒(1980- )，男，工程師

TU974

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