復(fù)雜環(huán)境下大型懸挑鋼結(jié)構(gòu)免支撐整體吊裝技術(shù)

張瀟，鄭柯仔，楊詩琦 （中建四局第六建設(shè)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510630）

0 前言

鋼結(jié)構(gòu)的制造與安裝機(jī)械化程度高，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有工廠預(yù)拼裝成品精度高、生產(chǎn)效率高、施工現(xiàn)場安裝速度快、工期短等特點(diǎn)。同時因其自重較輕、抗震能力強(qiáng)等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。

隨著建筑設(shè)計造型及工程結(jié)構(gòu)性能要求的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)因其在各種設(shè)計及環(huán)境條件下的優(yōu)良適用性，在建筑工程中備受青睞。在不同的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計條件及不同的施工環(huán)境、場地條件下，其現(xiàn)場安裝的施工方法也不盡相同，需對不同施工環(huán)境條件下的鋼結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)行針對性的探討分析。

1 工程概況

廣州寺右萬科中心項目位于天河區(qū)珠江新城臨江大道北側(cè)、華訊街西側(cè)緊鄰廣州大道?？偨ㄖ娣e為128295m2，地下27937m2，地上100358m2。地下 3層，地上含2棟超高層辦公樓，1#樓地上34層，建筑高度162.6m；2#樓地上26層，建筑高度133.2m。

該項目地下連續(xù)墻東側(cè)埋深約1.1m處存在一南北走向20m寬的市政分洪渠，分洪渠與主塔樓之間的位置關(guān)系見圖1。

受分洪渠影響，地下室范圍受到限制，分洪渠位置無法施工樁基礎(chǔ)。塔樓上部3-6層設(shè)計成大跨度懸挑鋼斜柱及鋼吊柱組合的大型懸挑鋼結(jié)構(gòu)以增加建筑的使用面積。鋼斜柱整體重量約70t。1#樓4根鋼斜柱、2#樓5根鋼斜柱，懸挑鋼斜柱安裝標(biāo)高為33m，總跨度為7.8m。懸挑鋼斜柱在15m標(biāo)高處懸挑出結(jié)構(gòu)，與直立柱形成25°夾角，并通過與吊柱結(jié)合的方式共同承載跨度7.8m范圍內(nèi)的樓面荷載。

斜柱節(jié)點(diǎn)信息統(tǒng)計見表1。

鋼柱節(jié)點(diǎn)信息統(tǒng)計表 表1

2 吊裝方案選擇

一般情況下，常采用在懸挑鋼斜柱下方搭設(shè)支撐胎架的方法施工。然而，在分洪渠上方搭設(shè)支撐胎架，其集中荷載過大，分洪渠承載力無法滿足要求。經(jīng)綜合考慮分析，采用免支撐鋼斜柱與鋼梁整體吊裝技術(shù)組織施工，支撐胎架搭設(shè)示意見圖2。

單根鋼斜柱整體重量約70t，鋼斜柱分三節(jié)吊裝，其中第一節(jié)重量最大約39t；第二節(jié)鋼斜柱跨度最大，擬采用220t汽車吊進(jìn)行安裝。

圖2 臨時支撐胎架示意圖

分洪渠于1996年完成施工，無法準(zhǔn)確確認(rèn)分洪渠的承載力。分洪渠在紅線范圍的渠段設(shè)計荷載為汽-20掛-100級，經(jīng)分析，預(yù)判分洪渠最大承載力約為240kN/m2，按最不利原則進(jìn)行方案工況模擬分析，得出分洪渠承載力無法滿足胎架自重及上部鋼斜柱荷載的要求。

針對場地地基承載力較低的不利條件，經(jīng)綜合考慮分析后，決定采用免支撐鋼斜柱與鋼梁整體吊裝技術(shù)組織施工，見圖3。

圖3 免支撐整體吊裝示意圖

3 工藝流程及施工技術(shù)

工藝流程：構(gòu)件預(yù)拼裝→吊裝設(shè)備選型→整體吊裝→構(gòu)件的測量校正及焊接。

3.1 構(gòu)件預(yù)拼裝

將塔樓6層結(jié)構(gòu)鋼梁與第二節(jié)鋼斜柱進(jìn)行整體吊裝。首先復(fù)核已完成結(jié)構(gòu)標(biāo)高及定位誤差，在地面構(gòu)件預(yù)拼裝階段進(jìn)行已完成結(jié)構(gòu)的誤差復(fù)核與調(diào)整。

地面拼裝鋼斜柱與結(jié)構(gòu)鋼梁并將增加臨時穩(wěn)固構(gòu)件將其焊接為整體，組成穩(wěn)定的三角形受力體系，保證整體吊裝剛度。吊點(diǎn)設(shè)置在鋼斜柱上口及鋼梁與穩(wěn)固構(gòu)件連接的部位。

6層鋼梁與鋼斜柱進(jìn)行現(xiàn)場焊接，焊接需控制鋼梁與鋼斜柱中線誤差小于5mm。焊接完畢后，進(jìn)行穩(wěn)固構(gòu)件連接。穩(wěn)固構(gòu)件采用寬翼緣H型鋼HW300×300×10×15分別使用連接板與鋼梁、鋼斜柱焊接固定，見圖4。

圖4 整體拼裝示意圖

3.2 整體吊裝

3.2.1 臨時穩(wěn)固構(gòu)件的設(shè)計

鋼梁與鋼斜柱整體吊裝重量在25t左右，臨時穩(wěn)固構(gòu)件吊裝時受拉。臨時穩(wěn)固構(gòu)件采用寬翼緣H型鋼HW300×300×10×15，假定計算長度取8m，軸心拉力標(biāo)準(zhǔn)值按鋼斜柱重量（保守取23t），軸心拉力設(shè)計值N=1.3×230=299kN，臨時穩(wěn)固構(gòu)件信息統(tǒng)計，見表2。

穩(wěn)固構(gòu)件信息統(tǒng)計表 表2

臨時穩(wěn)固構(gòu)件與鋼梁、鋼斜柱鉸接，兩主軸平面內(nèi)約束信息詳見表3。

兩主軸平面內(nèi)約束信息統(tǒng)計表 表3

①強(qiáng)度驗算

構(gòu)件截面的最大厚度為15.00mm，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50017-2017)：

f=215.00N/mm2；

fu=370.00N/mm2；

fy=235.00N/mm2。

強(qiáng)度滿足。

②整體穩(wěn)定性驗算

雙軸對稱截面受拉長細(xì)比滿足。

3.2.2.吊耳設(shè)計

吊耳選擇厚度為35mm的吊耳，吊耳尺寸為135mm×250mm，材質(zhì)為Q345B。耳板焊縫為全熔透焊一級焊縫，角焊四周包邊。鋼斜柱吊耳大樣見圖5。

根據(jù)剪應(yīng)力公式：

Т剪應(yīng)力=Q/An＜fv

其中

Q=P/ψ=250000×9.8/（1.4×4）

=382812.5N

Ψ為吊裝過程中產(chǎn)生的動荷系統(tǒng)，取值1.3～1.5；

最不利截面處凈截面面積：

An= μ×A=μ×a×t=1.2×250×35

圖5 吊耳大樣圖

=10500mm2。

μ為截面損耗系數(shù)，取值1.2～1.25，a為切斷邊距，t為耳板厚度；

T剪應(yīng)力=Q/An＜fv=382812.5/10500

=36.46N/mm2＜ fv=170N/mm2。

fv為鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計值，耳板選用Q345B，取值 170N/mm2。

鋼柱吊裝耳板滿足設(shè)計要求。

3.3 測量校正

3.3.1 鋼柱就位

利用經(jīng)緯儀測量對鋼柱垂直度進(jìn)行調(diào)整；鋼柱垂直度滿足要求后用攬風(fēng)繩固定。

用兩臺激光經(jīng)緯儀置于柱基相互垂直的兩條軸線上，視線投射到預(yù)先固定在鋼柱的靶標(biāo)上，光束中心同靶標(biāo)中心垂直，且通過旋轉(zhuǎn)最少3次經(jīng)緯儀水平度盤，若投測點(diǎn)都重合，表明鋼柱垂直度無偏差。

3.3.2 吊裝精確度控制

鋼斜柱吊裝前，先對已吊裝完成部位進(jìn)行復(fù)測，構(gòu)件編號見圖6。

①使用全站儀測量出已吊裝完成鋼結(jié)構(gòu)坐標(biāo)點(diǎn)，并做好記錄。在地面定好9軸、B-F軸軸線位置，根據(jù)軸線位置及圖紙，將2號點(diǎn)水平投影位置標(biāo)注在地面上。

圖6 整體吊裝構(gòu)件編號圖

②在2號點(diǎn)南北方向連接板使用螺栓提前固定兩根鋼絲繩，用于微調(diào)鋼斜柱南北方向偏差。

③在3號點(diǎn)東西方向各設(shè)置一個5t千斤頂，用于微調(diào)鋼斜柱東西方向偏差。

④在1號點(diǎn)吊耳處固定20t葫蘆拉結(jié)，用于調(diào)整鋼柱吊裝過程中的垂直度。

4 結(jié)語

鋼斜柱與鋼梁整體吊裝時，為保證構(gòu)件的整體穩(wěn)定性，需采用臨時穩(wěn)固構(gòu)件，將樓層鋼梁與鋼斜柱連接成整體。鋼斜柱角度及定位可通過結(jié)構(gòu)鋼梁進(jìn)行調(diào)整。

在不利的場地條件下，通過鋼斜柱與鋼梁整體吊裝的施工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)免支撐施工，節(jié)約臨時支撐胎架的安拆工期，同時保證鋼結(jié)構(gòu)施工過程的安全。

鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不僅可以提供較佳的設(shè)計靈活性及最大的空間利用率，還是一個理想的懸臂施工體系。隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，建筑工程中的大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越多。

在地面對鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)加工拼裝時，可以更有效地控制施工精度，鋼結(jié)構(gòu)整體吊裝在實(shí)際工程上應(yīng)用，并取得顯著的質(zhì)量、工期、經(jīng)濟(jì)效益，適用性強(qiáng)，可在類似工程中推廣應(yīng)用。