關(guān)于超高層桁架轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)探析

馬齊鋒

（柳州市建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 廣西柳州市 545006）

引言

當(dāng)前，許多高層多是將小空間布置于頂層，將大空間布置于頂層，這違反了常規(guī)的結(jié)構(gòu)布置方式。為了確?？茖W(xué)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳力，需將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在結(jié)構(gòu)體系的變換樓層處。組合柱和板式轉(zhuǎn)換、箱形轉(zhuǎn)換和桁架式轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換拱和空腹桁架式轉(zhuǎn)換都屬常見(jiàn)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，但對(duì)超高層建筑來(lái)講，因轉(zhuǎn)換層的上部樓層偏多，需承受極大的荷載，所以這幾年廣泛地運(yùn)用了超高層桁架轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，本文對(duì)此作了相關(guān)的研究。

1 概述工程情況

商務(wù)辦公樓的建筑高達(dá)260m，地下有五層，地上有五十五層?？蚣?核心筒型鋼混凝土結(jié)構(gòu)即辦公樓的結(jié)構(gòu)形式，核心筒的地下2～5層均是鋼板混凝土組合的剪力墻結(jié)構(gòu)，桁架轉(zhuǎn)換層設(shè)置于四十二層、四十三層。

桁架轉(zhuǎn)換層有著極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)包括外框環(huán)桁架和暗桁架以及伸臂桁架，最大的桁架層構(gòu)件節(jié)點(diǎn)為32t，鋼板最大厚度是100mm。鋼結(jié)構(gòu)共重1400t，混凝土為C60的強(qiáng)度等級(jí)，核心筒的墻體厚度是800mm。

2 深化設(shè)計(jì)桁架層

該工程對(duì)Takla軟件進(jìn)行了采用，深化了桁架轉(zhuǎn)換層的鋼構(gòu)件，依照塔式起重機(jī)的安裝順序和吊裝能力，同時(shí)應(yīng)用到BIM技術(shù)對(duì)桁架轉(zhuǎn)換層構(gòu)件吊裝的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行模擬，尤其在鋼骨實(shí)際位置和規(guī)格、鋼筋排布和規(guī)格、繼電管線的預(yù)埋預(yù)留位置的三維建模需采用到BIM軟件。另外，需要剖析結(jié)構(gòu)當(dāng)中全部的大型節(jié)點(diǎn)，將模型內(nèi)對(duì)應(yīng)工序的節(jié)點(diǎn)碰撞位置確定下來(lái)。最后一步，需對(duì)超重構(gòu)件的鋼筋連接方式以及分節(jié)方式進(jìn)行優(yōu)化，保障順利的桁架轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)施工。

2.1 深化設(shè)計(jì)伸臂桁架

該工程的結(jié)構(gòu)部分的伸臂桁架有著較為復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)形式，較大的截面尺寸，鋼板厚度為100mm，節(jié)點(diǎn)的重量為28t，難以同墻體鋼筋連接，而且當(dāng)前的塔式起重?zé)o法承受住節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的超重。所以在使焊接質(zhì)量得以滿足的情況下，需科學(xué)地超重節(jié)點(diǎn)分段、分節(jié)。當(dāng)劃分為兩段超重節(jié)點(diǎn)之后，部分核心筒外重量是10t，部分核心筒內(nèi)的重量是18t。與此同時(shí)，優(yōu)化連接處鋼筋，這樣才可使施工要求以及設(shè)計(jì)要求得以滿足[1]。伸臂桁架的超重節(jié)點(diǎn)請(qǐng)看圖1。

圖1 伸臂桁架的超重節(jié)點(diǎn)

為了不增加焊接和安裝桁架超重節(jié)點(diǎn)的難度，需劃分核心筒外側(cè)墻體350mm處的節(jié)點(diǎn)段，將三道安裝的約束鋼板增設(shè)于分段的位置處，采用全熔透的一級(jí)焊縫進(jìn)行焊縫拼接，請(qǐng)看圖2。

圖2 全熔透一級(jí)焊縫拼接

外框部分伸臂桁架多是箱形截面構(gòu)件，有較多的超重構(gòu)件，難以吊裝。而且由于外框結(jié)構(gòu)以及核心筒間的變形沉降有一定差異存在，因此不可完全地焊接連接構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，這樣才可將大型超厚鋼構(gòu)件焊接的殘余應(yīng)力充分地釋放出來(lái)，使主體結(jié)構(gòu)的耐久性以及穩(wěn)定性得以保障。

此外，由于難以控制住桁架層的安裝誤差以及變形誤差，所以應(yīng)力釋放的部位應(yīng)選兩端伸臂桁架斜撐較大受力的位置，并對(duì)其展開(kāi)分節(jié)處理，斜撐拼裝節(jié)點(diǎn)保證50mm的寬度。當(dāng)基本完成荷載之后，便可對(duì)分節(jié)處實(shí)行補(bǔ)焊。因這一節(jié)點(diǎn)有超重的構(gòu)件，因此需分節(jié)伸臂桁架的下弦桿件以及上弦桿件，這樣才可使施工要求以及設(shè)計(jì)要求得以滿足。

2.2 深化設(shè)計(jì)環(huán)形桁架

箱形構(gòu)件是主要的環(huán)形桁架的桿件，由于其有較多的超重構(gòu)件、較大的截面尺寸，尤其是框架柱筋會(huì)在一定程度影響到環(huán)形桁架的節(jié)點(diǎn)以及伸臂桁架的節(jié)點(diǎn)，增加了施工以及深化的難度。在這一情況下，需對(duì)Takla軟件和BIM技術(shù)進(jìn)行利用，科學(xué)地對(duì)超重節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分節(jié)。此外，由于節(jié)點(diǎn)偏重，還需對(duì)伸臂桁架和外框鋼柱的下弦、斜撐進(jìn)行拆分，拆分為12t以及 20t兩部分[2]。

為了使連接伸臂桁架托座的強(qiáng)度得以保障，需從四面圍焊框架柱以及伸臂桁架下弦的箱形托座須。然而，伸臂桁架斜撐托座擋住了箱形托座的上翼緣焊口，所以不能在現(xiàn)場(chǎng)焊接。因此，需二次深化和分節(jié)下翼緣座以及伸臂桁架的斜撐托座，應(yīng)用到單面坡口的方式焊接拼裝接口，這樣才可使設(shè)計(jì)要求以及施工要求得以滿足[3]。

2.3 深化設(shè)計(jì)暗桁架的結(jié)構(gòu)

核心筒內(nèi)墻體鋼筋有較多的暗桁架碰撞節(jié)點(diǎn)，難以深化，為了使鋼骨同鋼筋的現(xiàn)場(chǎng)連接量減少，同設(shè)計(jì)方商討后就需調(diào)整安裝暗桁架鋼骨的方向，連接墻體鋼筋以及H型鋼骨腹板。然而，在有較多墻體鋼筋排數(shù)且較大直徑情形下，難免出現(xiàn)鋼骨同鋼筋的碰撞情況。所以，需優(yōu)化原結(jié)構(gòu)的內(nèi)部鋼筋，在驗(yàn)算和設(shè)計(jì)之后，可用四排的墻體豎向鋼筋來(lái)替代原來(lái)的六排[4]。

由于桁架鋼骨有較大的截面尺寸，剩余的墻體兩排豎筋依舊需要連接桁架鋼骨，為了使連接強(qiáng)度得以保障，需搭接焊鋼骨以及桁架鋼筋。此外，核心筒內(nèi)僅有狹小的操作空間，而且鋼筋極其密集，因此需要預(yù)留鋼骨腹板的鋼筋空間，確保墻體鋼筋的下部從上部鋼筋以及鋼骨全部穿過(guò)實(shí)行直螺紋連接。還有，因墻體鋼筋有200mm的間距，工廠只對(duì)200mm直徑的圓孔進(jìn)預(yù)留，增加了施工難度，所以，可對(duì)綴板連接的方法進(jìn)行采用展開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)使綴板厚度加大，可保障有效的暗桁架鋼筋的連接，使整體的桁架層施工難度有效降低。

3 施工難點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的解決策略

3.1 鋼桁架的預(yù)拼裝

鋼筋構(gòu)件有較厚的鋼板厚度、較大的截面尺寸以及較多的超重構(gòu)件，所以難以控制桿件加工尺寸。一旦現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)送的桿件無(wú)法使相關(guān)規(guī)范和要求得以滿足，必然會(huì)對(duì)桁架層的施工質(zhì)量以及施工進(jìn)度產(chǎn)生一定影響，為了確保桁架層鋼構(gòu)件整體的加工尺寸準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)適當(dāng)位置，需在預(yù)拼的線型圖上對(duì)定位基準(zhǔn)線進(jìn)行劃設(shè)，而后依照胎架的定位線設(shè)置胎架支撐。此外，在胎架上需分段定位桁架弦桿以及鋼柱，并對(duì)板邊差和中心線以及坡口間隙機(jī)進(jìn)行核對(duì)。當(dāng)拼裝了桁架胎架和桿件，并固定好后，對(duì)采用到全站儀，且需對(duì)理論值和控制點(diǎn)坐標(biāo)的一致性進(jìn)行測(cè)量。在進(jìn)行預(yù)拼裝時(shí)，作為監(jiān)理人員和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需實(shí)時(shí)地展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收和檢查工作。若拼裝中有不合格的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)，應(yīng)讓工廠第一時(shí)間整改，合格驗(yàn)收之后才可發(fā)貨，這樣才可保障加工桁架層鋼構(gòu)件的整體質(zhì)量。

3.2 安裝復(fù)雜的超重節(jié)點(diǎn)

桁架層復(fù)雜的超重節(jié)點(diǎn)有較大的截面尺寸，無(wú)法連接桁架層鋼骨柱以及標(biāo)準(zhǔn)層，難以固定住桁架節(jié)點(diǎn)，難以對(duì)超重節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊接和安裝施工，分析后，無(wú)法保障超重節(jié)點(diǎn)的安裝可靠性。所以在研究中，需提前在超重節(jié)點(diǎn)的位置上預(yù)埋鋼骨，這一方法除了可確保合理性，還可使安裝超重構(gòu)件的可靠性要求得以滿足。

3.3 吊裝超重構(gòu)件

在反復(fù)地優(yōu)化桁架轉(zhuǎn)換層的鋼構(gòu)件之后，仍然有極多的超重構(gòu)件，構(gòu)件最大的重量是22t，按照當(dāng)前的STL720動(dòng)臂塔式起重機(jī)來(lái)看，20m臂桿半徑四繩配置吊裝是26t，25m半徑吊裝20t。當(dāng)構(gòu)件向塔式起重機(jī)的吊裝區(qū)域中運(yùn)送才可實(shí)行吊裝，以下即塔機(jī)的具體參數(shù)，請(qǐng)看表1。

表1 塔機(jī)具體參數(shù)

主體塔樓的結(jié)構(gòu)外側(cè)是裙房，樓板周邊道路樓板標(biāo)高有3.45m的最大高差，受到一些因素影響，無(wú)法第一時(shí)間回填土方。而且無(wú)法向超重構(gòu)件吊裝區(qū)域運(yùn)動(dòng)運(yùn)輸構(gòu)件的車輛。對(duì)比方案后，對(duì)鋼淺橋的滑移平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，借助滑移平臺(tái)，可直接向結(jié)構(gòu)周邊運(yùn)送鋼構(gòu)件，而且可使吊裝桁架層鋼構(gòu)件的相關(guān)要求得以滿足。

3.4 監(jiān)測(cè)變形

100mm時(shí)最大的桁架層構(gòu)件厚度，大的焊接變形量會(huì)對(duì)桁架層整體施工質(zhì)量和后續(xù)工作產(chǎn)生直接的影響，通過(guò)將應(yīng)力貼片安裝于焊接位置，利用全站儀展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可即刻終止較大焊接變形的焊接作業(yè)。而且可參考監(jiān)測(cè)變形的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)焊接工藝的順序以及參數(shù)進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，使鋼構(gòu)件出現(xiàn)焊接變形的情況減少。由于外框結(jié)構(gòu)同核心筒有不同的沉降，在完成連接桁架構(gòu)件部位的安裝之后，需要監(jiān)測(cè)后焊口的變形。在施工荷載逐步增加的情況下，每7d需要進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，且監(jiān)測(cè)之后要制作監(jiān)測(cè)變形的相關(guān)報(bào)告，當(dāng)結(jié)構(gòu)變形情況趨于穩(wěn)定之后便可調(diào)整監(jiān)測(cè)周期。

3.5 質(zhì)量控制措施

加強(qiáng)施工工藝管理，保證工藝過(guò)程的先進(jìn)、合理和相對(duì)穩(wěn)定性，以預(yù)防質(zhì)量事故、次品的發(fā)生。堅(jiān)持質(zhì)量檢查與驗(yàn)收制度，嚴(yán)格執(zhí)行“三檢制”，上道工序不合格堅(jiān)決不能進(jìn)入下道工序施工。對(duì)于容易產(chǎn)生質(zhì)量通病或?qū)こ藤|(zhì)量影響比較大的部位和環(huán)節(jié)，加強(qiáng)預(yù)檢、中間檢和技術(shù)復(fù)核工作，以保證工程質(zhì)量。做好各工序或成品保護(hù)，下道工序的操作者即為上道工序的成品保護(hù)者，后續(xù)工序不得以任何借口損壞前一道工序的產(chǎn)品。及時(shí)準(zhǔn)確地收集質(zhì)量保證原始資源，并做好資料歸檔工作，為整個(gè)工程積累原始準(zhǔn)確的質(zhì)量檔案，各類資料的整理與施工進(jìn)度同步。安裝前，應(yīng)按構(gòu)件明細(xì)表核對(duì)進(jìn)場(chǎng)的構(gòu)件，查驗(yàn)產(chǎn)品合格證和設(shè)計(jì)文件；預(yù)拼裝過(guò)的構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)預(yù)拼裝記錄進(jìn)行。管桁架構(gòu)件進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，以確認(rèn)在運(yùn)輸過(guò)程中有無(wú)變形、損壞和缺損，并會(huì)同有關(guān)名部門及時(shí)處理。拼裝前施工小組應(yīng)檢查構(gòu)件幾何尺寸、焊縫坡口、起拱度、油漆等是否符合設(shè)計(jì)圖規(guī)定，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)報(bào)請(qǐng)有關(guān)部門，原則上必須在吊裝前處理完畢。

4 結(jié)束語(yǔ)

該工程結(jié)合了與TeKla軟件和BIM技術(shù)，深化設(shè)計(jì)了桁架的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，對(duì)吊裝桁架轉(zhuǎn)換層的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了模擬，使桁架層的復(fù)雜超重節(jié)點(diǎn)的相關(guān)問(wèn)題得以妥善解決。與此同時(shí)，通過(guò)采用預(yù)拼裝可使鋼構(gòu)件加工質(zhì)量得以保障，現(xiàn)場(chǎng)桁架轉(zhuǎn)換層的施工質(zhì)量得以保障。此外，實(shí)時(shí)地對(duì)主體結(jié)構(gòu)的變形以及沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可使結(jié)構(gòu)耐久性得以保障，構(gòu)件焊接的殘余應(yīng)力得以減少，在采取一系列措施之后，不僅保障按照計(jì)劃，完成了桁架轉(zhuǎn)換層的工程，而且還使施工質(zhì)量得以保障。

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