高層建筑工程鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架施工技術(shù)研究

摘要：簡(jiǎn)要介紹了某裝配式高層建筑工程概況及其轉(zhuǎn)換層桁架結(jié)構(gòu)，闡述了搭設(shè)臨時(shí)支撐托架、安裝鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架、鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架焊接施工等方面的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架安裝技術(shù)。通過(guò)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果得知，轉(zhuǎn)換層桁架在施工過(guò)程中整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)良好，滿足了設(shè)計(jì)要求，證實(shí)了本文研究的裝配式高層建筑鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架施工技術(shù)是可行和有效的。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)換層桁架；臨時(shí)支撐；變形監(jiān)測(cè)

0" "引言

裙房位于高層建筑的底部，是高層建筑的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的優(yōu)劣直接關(guān)系到上層建筑的安全和穩(wěn)定。鋼結(jié)構(gòu)因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等特性，而在高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)高層建筑底部的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為上層鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，轉(zhuǎn)換層就成為高層建筑的關(guān)鍵部位，其承載著連接不同結(jié)構(gòu)體系、傳遞荷載的重要使命，其施工質(zhì)量直接影響其上層鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

轉(zhuǎn)換層桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度較高，對(duì)施工人員的技能和施工設(shè)備的性能要求嚴(yán)苛。目前鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架，主要采用整體提升法和高空懸拼法這2種安裝方法。整體提升法就是先將整個(gè)轉(zhuǎn)換層桁架拼裝和焊接成一個(gè)整體，再吊至設(shè)計(jì)位置進(jìn)行安裝。整體提升法雖然可以避免高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，但是其費(fèi)用投入過(guò)高、施工工期較長(zhǎng)。高空懸拼法就是將轉(zhuǎn)換層桁架的各個(gè)鋼結(jié)構(gòu)件，按一定順序吊至高空安裝處進(jìn)行拼裝和焊接。高空懸拼法雖然施工成本較低，但是由于吊裝作業(yè)頻繁，難以保障施工安全和桁架拼裝質(zhì)量。

為提升高層建筑鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架的施工質(zhì)量，本文對(duì)其施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行深入剖析，以期優(yōu)化裝配式高層建筑鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架的施工技術(shù)，提升裝配式高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工水平，為類(lèi)似鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層工程施工提供參考。

1" "工程概況

某裝配式高層建筑工程的裙房為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，裙房上層建筑轉(zhuǎn)換為鋼結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層桁架是該高層建筑工程的關(guān)鍵部位，具有承上啟下的重要作用，為此應(yīng)確保其在承載和傳遞荷載時(shí)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

該轉(zhuǎn)換層桁架的長(zhǎng)度和寬度均為32m，高度為6m。其鋼柱采用冷彎矩形型鋼，其長(zhǎng)邊長(zhǎng)×短邊長(zhǎng)為600mm×400mm。主梁采用熱軋H型鋼，其高度×寬度為800mm×300mm。次梁則采用矩形型鋼，其長(zhǎng)邊長(zhǎng)×短邊長(zhǎng)為400mm×300mm。鋼柱、主梁和次梁是轉(zhuǎn)換層桁架的主要受力構(gòu)件，均采用Q345高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，其屈服強(qiáng)度不低于345MPa，其抗拉強(qiáng)度不低于490MPa。所有強(qiáng)度數(shù)據(jù)均通過(guò)嚴(yán)格的試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保其發(fā)揮良好的力學(xué)性能。

2" "鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架安裝技術(shù)

根據(jù)該鋼結(jié)構(gòu)工程特點(diǎn)，本文主要研究搭設(shè)支撐托架與結(jié)構(gòu)拼裝相結(jié)合的新型轉(zhuǎn)換層桁架安裝技術(shù)。其主要安裝方法如下：在裙房鋼結(jié)構(gòu)位置先設(shè)置一個(gè)臨時(shí)支撐托架，再依托該支撐托架采取局部結(jié)構(gòu)拼裝方法，安裝轉(zhuǎn)換層桁架的結(jié)構(gòu)件，具體安裝方法如下所述。

2.1" "搭設(shè)臨時(shí)支撐托架

2.1.1" "臨時(shí)支撐托架的結(jié)構(gòu)

為確保安全優(yōu)質(zhì)完成轉(zhuǎn)換層桁架高空安裝作業(yè)，通過(guò)搭設(shè)臨時(shí)支撐托架為轉(zhuǎn)換層桁架提供可靠的支撐系統(tǒng)[1]。臨時(shí)支撐托架主要由鋼管柱、加勁板和貝雷架等組成。臨時(shí)支撐托架結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

2.1.2" "臨時(shí)支撐托架搭設(shè)方法

臨時(shí)支撐托架的搭設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的工程，需要嚴(yán)格按照施工方案和安裝說(shuō)明進(jìn)行制備和安裝。本工程支撐托架采用321型貝雷架，其整體尺寸為1.8m×1.5m×21.5m。采用?160mm鋼管作為支腿，其高度參照鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架底部高度制作。

在搭設(shè)臨時(shí)支撐托架之前，需要清理施工現(xiàn)場(chǎng)，確保施工環(huán)境的安全與整潔。同時(shí)要對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)和安全技術(shù)交底，確保其熟悉安裝流程和操作規(guī)范。在搭設(shè)過(guò)程中，需按照施工圖紙進(jìn)行部件連接。先拼接出貝雷架，再設(shè)置支腿，最后在支腿上方安裝貝雷架，形成完整的臨時(shí)支撐托架。

在臨時(shí)支撐托架搭設(shè)完成后，對(duì)其整個(gè)結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，以保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、連接部位的牢固性、材料的完整性。確保臨時(shí)支撐托架無(wú)任何問(wèn)題后，方可投入使用。

2.2" "安裝鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架

2.2.1" "吊裝鋼柱

首先，復(fù)測(cè)裙房頂部鋼筋混凝土基礎(chǔ)標(biāo)高[2]。使用全站儀復(fù)測(cè)鋼柱基礎(chǔ)標(biāo)高及其定位軸線，使用墨線標(biāo)記鋼柱基礎(chǔ)的定位軸線，并確定鋼柱吊裝高程。

其次，吊裝轉(zhuǎn)換層桁架的第1根鋼柱。采用邊吊裝邊校核的方式進(jìn)行鋼柱吊裝，即使用起重設(shè)備將鋼柱吊起，并緩慢地將其移至鋼柱基礎(chǔ)的測(cè)定位置。在此過(guò)程中，測(cè)量人員要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼柱的垂直度和位置精度，確保與設(shè)計(jì)位置保持一致。

再次，精確調(diào)整鋼柱位置。當(dāng)鋼柱吊至安裝位置后，需要對(duì)其進(jìn)行微調(diào)，如果鋼柱頂部標(biāo)高正偏差超過(guò)6mm，則需截除超高部分；如果其負(fù)偏差超過(guò)6mm，可通過(guò)填塞鋼板的方式調(diào)整該偏差；如果鋼柱頂部標(biāo)高偏差未超過(guò)6mm，則無(wú)需進(jìn)行調(diào)整，僅記錄即可。

然后，將鋼柱臨時(shí)固定。在確認(rèn)鋼柱吊裝位置無(wú)誤后，使用臨時(shí)固定裝置（例如支撐桿）將鋼柱臨時(shí)固定在基礎(chǔ)底座上，防止在后續(xù)安裝工程中發(fā)生位移或傾斜。

最后，將鋼柱正式固定。在鋼柱臨時(shí)固定后進(jìn)行正式安裝，即將鋼柱與其基礎(chǔ)底座或其他構(gòu)件連接在一起，此過(guò)程需要確保其連接牢固、無(wú)松動(dòng)，至此完成第1根鋼柱的安裝[3]。

不斷重復(fù)上述步驟，將轉(zhuǎn)換層桁架的鋼柱全部安裝就位，并對(duì)所有鋼柱進(jìn)行位置、垂直度、水平度以及連接質(zhì)量的全面檢查，確保所有指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.2" "吊裝鋼桁架

首先，復(fù)查鋼梁等桁架構(gòu)件質(zhì)量。在地面檢查鋼梁等桁架構(gòu)件的長(zhǎng)度、截面尺寸、安裝位置以及高強(qiáng)螺栓尺寸等項(xiàng)指標(biāo)是否符合圖紙要求，并保持鋼梁等桁架構(gòu)件表面平整干凈，確保后續(xù)工序順利進(jìn)行。

其次，吊裝主梁。使用起重機(jī)將主梁平行吊至臨時(shí)支撐托架和鋼柱的上方，待主梁移動(dòng)至設(shè)定位置后，使用高強(qiáng)螺栓將鋼梁與鋼柱連接在一起。

再次，采用局部結(jié)構(gòu)拼裝法進(jìn)行次梁和小梁吊裝[4]。將次梁和小梁拼接為小單元，使用起重機(jī)吊起，并緩慢地將其移至主梁的上方。待該小單元移動(dòng)至設(shè)定位置后，使用高強(qiáng)螺栓將其與主梁等連接在一起。

最后，對(duì)安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查。繼續(xù)采用局部結(jié)構(gòu)拼裝法，完成次梁小梁以及其他桿件的安裝，對(duì)鋼梁的安裝位置、水平度、連接質(zhì)量進(jìn)行全面檢查。如果存在問(wèn)題及時(shí)微調(diào)，確保安裝質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

2.3" "鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架焊接施工

由于轉(zhuǎn)換層桁架構(gòu)件的分段數(shù)量較多，在完成各構(gòu)件安裝后，需通過(guò)焊接方式將構(gòu)件固定在一起[5]。

2.3.1" "焊接前的準(zhǔn)備工作

焊接前，清除焊接部位的油污、銹跡等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)不僅會(huì)影響焊接材料的附著性，還可能導(dǎo)致焊接過(guò)程中出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，從而影響焊縫強(qiáng)度和韌性。焊接前還要對(duì)低氫型焊條進(jìn)行高溫烘干，烘干后需等待焊條自然冷卻。待焊條冷卻后，將其放置在需要焊接的焊縫處待用。

2.3.2" "焊接方法

施焊時(shí)，先對(duì)焊接位置進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱。當(dāng)焊接位置的溫度達(dá)到45℃以上時(shí)，即可開(kāi)始進(jìn)行焊接操作。采用手工電弧焊的方式進(jìn)行焊接，焊條與焊縫融化后形成一層堅(jiān)固的焊接層，從而實(shí)現(xiàn)焊縫的牢固連接。

本工程采用分層施工的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換層桁架安裝，所以在焊接桁架時(shí)，需要從內(nèi)向外進(jìn)行焊接[6]，轉(zhuǎn)換層桁架焊接順序如圖2所示。

由圖2可知，將鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架的各個(gè)構(gòu)件焊接在一起，待焊縫完全冷卻后，檢查焊縫質(zhì)量，如果存在裂紋、咬邊、氣泡等質(zhì)量缺陷，需要進(jìn)行補(bǔ)焊。待焊縫無(wú)任何缺陷后，即完成轉(zhuǎn)換層桁架施工。

3" "施工效果

3.1" "變形監(jiān)測(cè)

已經(jīng)完成施工的桁架部位會(huì)不斷發(fā)生微小變形。為保障施工后的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架形狀和性能滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)桁架進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。結(jié)合該裝配式高層建筑鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在容易發(fā)生變形的鋼桁架端部設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。

由圖3可知，在鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架的端部設(shè)置了12個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀分別監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)位的橫向和豎向位移數(shù)據(jù)，以此判斷桁架結(jié)構(gòu)的整體形變情況。

3.2" "監(jiān)測(cè)結(jié)果

本工程鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架變形監(jiān)測(cè)分為15個(gè)階段，變形最大值出現(xiàn)在支撐托架卸載后。統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換層桁架結(jié)構(gòu)12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整理出12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的最大形變值，即可得出監(jiān)測(cè)結(jié)果。轉(zhuǎn)換層桁架結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1中的數(shù)據(jù)可知，該鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架端部豎向、橫向最大位移均處于較小的范圍內(nèi)。具體而言，豎向最大位移的平均值為1.61mm，橫向最大位移的平均值為1.07mm。監(jiān)測(cè)表明，轉(zhuǎn)換層桁架在施工過(guò)程中整體結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象。

此外，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的形變數(shù)據(jù)相對(duì)均勻，沒(méi)有出現(xiàn)異常值或突變點(diǎn)，這說(shuō)明轉(zhuǎn)換層桁架在受力過(guò)程中變形分布較為均勻，未出現(xiàn)局部集中變形，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)良好，滿足設(shè)計(jì)要求，證實(shí)了本文研究的裝配式高層建筑鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架施工技術(shù)是可行且有效的。

4" "結(jié)束語(yǔ)

本文深入研究了裝配式高層建筑鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架施工技術(shù)，從搭設(shè)臨時(shí)支撐托架、吊裝鋼柱、吊裝鋼梁、轉(zhuǎn)換層桁架焊接到變形監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和探討，揭示了轉(zhuǎn)換層桁架施工技術(shù)的內(nèi)在規(guī)律，提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制方法。這些研究成果不僅豐富了高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，為鋼結(jié)構(gòu)工程提供了技術(shù)支撐。但隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，轉(zhuǎn)換層桁架施工技術(shù)仍面臨諸多挑戰(zhàn)和新的課題。未來(lái)將繼續(xù)關(guān)注新技術(shù)、新工藝在轉(zhuǎn)換層桁架施工中的應(yīng)用，探索更加高效、可行的施工方法。

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