王強(qiáng)強(qiáng) 楊 林 王 強(qiáng)
(浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司 浙江 紹興 312030)
紹興國(guó)際會(huì)展中心一期工程B 區(qū)工程包含1個(gè)單層超大展廳(1號(hào)展廳)、1個(gè)雙層展廳(2號(hào)多功能展廳)、1個(gè)會(huì)議中心和會(huì)展廊等。
圖1 效果圖
2號(hào)多功能展廳地下設(shè)有大范圍地下室,地上為全鋼結(jié)構(gòu)。鋼屋蓋平面尺寸74 m×216 m,橫向典型柱網(wǎng)柱距9.0 m,局部10 m,縱向典型柱網(wǎng)柱距9 m,局部抽柱位置柱距18 m,鋼屋蓋主要包括登錄大廳、會(huì)議廳、2層展廳等三個(gè)大空間屋蓋,結(jié)構(gòu)最大標(biāo)高為31.25 m。
展廳主要支承鋼柱均向地下延伸至地下室底板,地下部分均為鋼骨柱。地上登錄大廳鋼屋蓋采用實(shí)腹式主次梁結(jié)構(gòu),主梁跨度36m,主梁高度1.2~1.6 m。會(huì)議廳一、二層為鋼框架,鋼屋蓋為混凝土重載屋面,沿跨度方向布置主桁架,桁架跨度45 m,桁架高度中央3.5 m,根部4.0 m;同時(shí)沿垂直于主桁架方向布置次桁架,桁架高度2.8 m~3.5 m。雙層展廳屋面因裝修及吊掛荷載較大,也為重載屋面,其沿跨度方向布置主桁架,桁架跨度54 m,桁架高度4.0 m。同時(shí),因下部支撐柱局部抽柱,垂直于主桁架方向布置托桁架支撐主桁架,桁架高度4.0 m。桁架兩側(cè)區(qū)域?yàn)橹酁? m×9 m 或9 m×18 m 的規(guī)則框架結(jié)構(gòu)[1]。
圖2 結(jié)構(gòu)整體布置軸測(cè)圖
2號(hào)多功能展廳鋼結(jié)構(gòu)設(shè)有大范圍地下室,而樓蓋桁架每榀重量達(dá)105~136 t,屋蓋桁架每榀重量在45~71 t。如使用履帶吊等大型吊裝機(jī)械,則需要對(duì)地下室頂板進(jìn)行大量加固,行走路線固定不靈活,且臨時(shí)支撐措施量大;如使用塔吊,則塔吊型號(hào)選擇大,使用周期短不經(jīng)濟(jì)。方案選擇需要綜合考慮工期、經(jīng)濟(jì)、安全、效率、質(zhì)量控制等多方面因素。
2號(hào)多功能展廳鋼結(jié)構(gòu)工程量為1.1萬(wàn)t,地上施工工期只有2個(gè)月,工期極為緊張。
雙層展廳均為大跨度桁架結(jié)構(gòu),兩層桁架在平面投影上重疊;如何選擇方案,充分利用有限的拼裝場(chǎng)地以及保障兩層桁架之間的施工相互交叉影響小,是方案選擇的重點(diǎn)。
2號(hào)多功能展廳地下室鋼骨柱使用80 t汽車(chē)吊通過(guò)鋼棧橋坡道到地下室底板上吊裝。
地上鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí),使用汽車(chē)吊在地下室頂板上吊裝,鋼框架采用常規(guī)分段吊裝的方案。
通過(guò)對(duì)多種方案的對(duì)比分析,2號(hào)多功能展廳中的會(huì)議廳屋蓋桁架、雙層展廳的樓蓋桁架和屋蓋鋼桁架均在地下室頂板上整體拼裝,利用小型汽車(chē)吊做桁架拼裝機(jī)械,同時(shí)利用兩側(cè)框架結(jié)構(gòu)做提升支承,采用整體提升的施工方案。其中雙層展廳提升采用逆作法提升,即先提升屋蓋桁架,再利用屋蓋桁架提升樓蓋桁架。
本工程棧橋坡道主要用于80 t汽車(chē)吊和材料運(yùn)輸車(chē)輛下地下室底板吊裝地下鋼骨柱。棧橋坡道長(zhǎng)34 m、高5 m、寬5 m,與水平面夾角為10°,以滿足車(chē)輛行駛要求。立柱與地下室底板通過(guò)預(yù)埋件連接,頂部鋪設(shè)路基箱,兩側(cè)設(shè)有1 m 高欄桿。
鋼坡道立柱采用P300×14圓管,主梁采用H500×300×14×20的H 鋼,次梁采用H300×150×8×10的H 鋼,剪刀撐采用B80×8的方管,上鋪5 m×2 m×0.25 m 的路基箱共15塊。
根據(jù)結(jié)構(gòu)形式,共分為會(huì)議廳屋蓋桁架、展廳屋蓋桁架和展廳樓蓋桁架3個(gè)提升分區(qū)。展廳屋蓋桁架和會(huì)議廳屋蓋桁架各7榀;樓蓋桁架共11榀,其中西側(cè)邊廳部位4榀樓蓋桁架上方另設(shè)有鋼框架結(jié)構(gòu),為保證工期和方便安裝鋼框架,這4榀桁架采用分段安裝方式隨主結(jié)構(gòu)先行安裝。其余7榀樓蓋桁架作為一個(gè)提升分區(qū)。各提升區(qū)內(nèi)桁架連同桁架間次桁架、聯(lián)系桿件、鋼梁等一同拼裝、提升。
4.2.1 提升點(diǎn)布置
本工程兩榀主桁架結(jié)構(gòu)之間的連接剛度較弱,為保證桁架提升到位后與兩側(cè)框架結(jié)構(gòu)的對(duì)接精度,桁架結(jié)構(gòu)提升時(shí),在每榀桁架兩端均設(shè)置一個(gè)提升吊點(diǎn)。如圖4所示,三個(gè)提升分區(qū)分別設(shè)置14 個(gè)提升吊點(diǎn)。
圖4 屋蓋桁架提升分區(qū)和提升吊點(diǎn)布置
4.2.2 提升上下吊點(diǎn)設(shè)計(jì)
本工程桁架提升的上吊點(diǎn)均設(shè)置在屋蓋桁架端部鋼柱柱頂處的上弦桿牛腿上。常規(guī)需在柱頂單獨(dú)設(shè)置提升架用以放置提升器,為減小提升架的用量,本工程利用柱頂側(cè)面的桁架牛腿,通過(guò)在桁架牛腿側(cè)面上設(shè)置提升器放置平臺(tái),提升器放置平臺(tái)僅需三塊鋼板焊接而成。由于提升器放置在鋼牛腿的一側(cè),在提升荷載作用下,會(huì)對(duì)鋼牛腿產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)荷載;為減小牛腿在提升荷載下的扭轉(zhuǎn),本工程將H 型鋼牛腿靠近吊點(diǎn)處一側(cè)上下翼緣用鋼板焊接成箱型,增大牛腿的抗扭剛度,同時(shí)通過(guò)節(jié)點(diǎn)有限元計(jì)算保證提升牛腿的安全性。
提升下吊點(diǎn)設(shè)置在桁架下弦處的托梁上。托梁位于桁架下部,采用兩根并排的H 型鋼組成,為保證兩根H 型鋼托梁受力的均勻和穩(wěn)定性,每隔2m 左右采用鋼板將兩根鋼梁上下翼緣焊接固定。采用兩根并排H 型鋼梁作為托梁的原因主要是在滿足提升承載力的前提下,需控制托梁高度不應(yīng)過(guò)高,避免桁架拼裝時(shí)需要的支撐胎架過(guò)高。托梁間隔一跨設(shè)置一道,每道托梁兩端連接兩榀桁架。其中雙層展廳的7榀屋蓋桁架提升完成后,提升千斤頂在原位繼續(xù)進(jìn)行7榀樓蓋桁架的提升。
4.2.3 提升設(shè)備的選擇
本工程桁架結(jié)構(gòu)提升,提升反力在450~850 k N;對(duì)于小于700 k N 的提升吊點(diǎn)采用額定提升能力為100 t提升器,對(duì)于大于700 k N 的提升吊點(diǎn)采用180 t提升器;滿足規(guī)范對(duì)單點(diǎn)提升器提升能力不小于對(duì)應(yīng)吊點(diǎn)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍和總體提升能力不小于總提升荷載標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍且不大于2.5倍的要求。
鋼絞線作為柔性承重索具,采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,抗拉強(qiáng)度為1 860 MPa,單根直徑為15.24 mm,破斷拉力約26 t。鋼絞線數(shù)量的選擇首先保證其安全系數(shù)不低于2.0倍,同時(shí)數(shù)量不得少于3根,以保證提升過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全性,避免因某根鋼絞線失效而引起連鎖破壞反應(yīng)。
4.2.4 提升過(guò)程
提升前,要求各提升區(qū)周邊鋼框架安裝施工完成,保證桁架支承柱的側(cè)向穩(wěn)定。提升流程包括:分級(jí)加載→結(jié)構(gòu)離地檢查→姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整→同步提升→提升過(guò)程的微調(diào)→提升就位→焊接補(bǔ)桿→卸載幾個(gè)步驟。完成后,拆除提升器和托梁。
在雙層桁架提升時(shí),由于樓蓋桁架弦桿牛腿尺寸較大,其對(duì)屋蓋桁架提升會(huì)產(chǎn)生干涉,為避免對(duì)提升過(guò)程造成影響,對(duì)樓層桁架鋼柱牛腿采取后裝方式進(jìn)行施工;牛腿可設(shè)置于樓層對(duì)應(yīng)桁架上,隨樓層桁架一起提升到設(shè)計(jì)位置后補(bǔ)裝。
4.2.5 提升過(guò)程模擬計(jì)算分析
紹興會(huì)展中心2號(hào)館鋼結(jié)構(gòu)采用分段吊裝+桁架整體提升施工。在安裝過(guò)程中,結(jié)構(gòu)受力及變形是一步步累加成型,其結(jié)構(gòu)受力情形和原設(shè)計(jì)一次成形狀態(tài)受力有所不同,因此,需要對(duì)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程進(jìn)行有限元模擬分析,保證施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全性以及施工完成后結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中的安全性。
經(jīng)過(guò)分析,本工程施工完成后結(jié)構(gòu)最大豎向變形為29.13 mm,與原設(shè)計(jì)一次成型豎向變形25.22 mm相比,相差較小,在規(guī)范允許范圍之內(nèi),可不進(jìn)行預(yù)偏調(diào)整。施工過(guò)程中各個(gè)施工步驟桿件最大應(yīng)力比為0.35<1.0,且有較大富裕,能夠保證施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全性。
施工過(guò)程是結(jié)構(gòu)逐步成形過(guò)程,與原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一次成形過(guò)程有較大的差別;這種差別會(huì)在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力,使得部分構(gòu)件應(yīng)力比原設(shè)計(jì)狀態(tài)下要大,部分構(gòu)件應(yīng)力比原設(shè)計(jì)狀態(tài)小;對(duì)于應(yīng)力增大的構(gòu)件會(huì)降低后期結(jié)構(gòu)正常使用條件下的安全余量,因而需對(duì)施工過(guò)程在結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)產(chǎn)生的附加應(yīng)力大小進(jìn)行分析。由圖5可見(jiàn),絕大部分桿件附加應(yīng)力小于15 MPa,附加應(yīng)力較小,對(duì)桿件影響小,施工方式較為合理;考慮原設(shè)計(jì)桿件應(yīng)力富余,能夠保證結(jié)構(gòu)正常使用過(guò)程中的安全性。[2]
圖5 施工過(guò)程桿件附加應(yīng)力柱狀圖
本工程存在較多的大跨度桁架和鋼梁,為保證大跨度桁架和鋼梁的施工精度,需進(jìn)行預(yù)起拱。預(yù)起拱分為兩種形式:設(shè)計(jì)預(yù)起拱和施工預(yù)起拱。設(shè)計(jì)預(yù)起拱是為保證結(jié)構(gòu)在恒荷載和部分活荷載作用下變形后的形態(tài)能夠與設(shè)計(jì)圖紙一致。施工預(yù)起拱是考慮結(jié)構(gòu)施工過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響,保證施工完成后結(jié)構(gòu)位形能夠與設(shè)計(jì)位形一致。結(jié)構(gòu)最終的預(yù)起拱值為設(shè)計(jì)預(yù)起拱和施工預(yù)起拱的疊加。預(yù)起拱一般在模型深化設(shè)計(jì)階段進(jìn)行考慮,以便于預(yù)起拱的準(zhǔn)確實(shí)施。對(duì)于施工預(yù)起拱,由于工程經(jīng)常為圖紙深化先行,不確定施工方案,施工預(yù)起拱也可以在項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝階段進(jìn)行實(shí)施。本工程最大跨鋼梁跨度為36 m,按跨度的1/900進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)起拱,大跨度桁架,由于剛度較大,按跨度1/2 000進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)起拱。根據(jù)施工方案,本工程鋼梁為整榀吊裝,無(wú)需進(jìn)行施工預(yù)起拱,大跨度桁架采用提升施工,根據(jù)施工模擬分析結(jié)果,桁架最大施工預(yù)起拱值為28.6 mm。
筆者通過(guò)紹興國(guó)際會(huì)展中心一期B 區(qū)2號(hào)展廳鋼結(jié)構(gòu)工程,系統(tǒng)介紹了雙層展廳施工的重難點(diǎn),同時(shí)也較全面地闡述了各個(gè)部位的施工方案,尤其是較詳細(xì)地說(shuō)明了在極短工期的施工條件下,結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取合適的施工方案。筆者涉及的施工技術(shù)和方法可為今后類(lèi)似工程提供借鑒和參考。