鋼結(jié)構(gòu)整體提升矯正微調(diào)施工工藝

王偉濤

(廣州機施建設(shè)集團有限公司,廣東廣州 510300)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展,我國建筑行業(yè)得到空前進(jìn)步。為滿足人們對建筑多樣化、個性化和建筑結(jié)構(gòu)特殊功能需求,許多新型的設(shè)計理念和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到建筑行業(yè)。高層大跨度空中連廊整體提升施工技術(shù)就是一項具有代表性的建筑新技術(shù),它將傳統(tǒng)的液壓吊裝技術(shù)應(yīng)用達(dá)到建筑行業(yè),滿足了現(xiàn)代化建筑的設(shè)計要求。

整體提升技術(shù)的總體思路是:在地面拼裝完成的鋼結(jié)構(gòu)特定部位設(shè)置吊點,相應(yīng)地在的主體結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置提升架,鋼絞線將提升架與吊點連接,采用液壓泵將鋼結(jié)構(gòu)整體拉升到預(yù)定安裝位置[1-4]。

盡管整體提升技術(shù)有助于建造更具創(chuàng)造性的現(xiàn)代化建筑,但提升實施的過程中,仍面臨很多難題[5-7]。尤其是在異形鋼結(jié)構(gòu)提升過程中,各吊點受力不均衡,鋼絞線滑索量不同,引起各吊點高程不同步,累積到一定程度,很可能引發(fā)安全事故;同時,對接位置梁與預(yù)留牛腿水平錯位則會影響焊接施工。針對這些問題,通過實踐分析研究,提出的多吊點協(xié)同微調(diào)修正施工工藝,不僅能提高提升技術(shù)的可靠性,還能提高對接拼裝精準(zhǔn)度和提升效率。

1 工程概況

廣州知識城大廈項目是廣州中新知識城區(qū)域的政務(wù)綜合服務(wù)中心,由廣州機施建設(shè)集團有限公司承建。該項目A棟塔樓中間頂部有一鋼結(jié)構(gòu)桁架空中連廊。由于該連廊安裝高度較高,且自重大,采用液壓整體提升技術(shù)對其進(jìn)行安裝施工。連廊跨度41 m,寬27.6 m,由2個樓面組成,共一層樓高,跨度方向為弧線,總重約800 t。連廊在3層樓面進(jìn)行地面拼裝,頂面標(biāo)高為15 m,提升就位后,設(shè)計標(biāo)高為67.3 m,總提升高度約52 m(圖1)。

圖1 弧形鋼連廊結(jié)構(gòu)

該鋼結(jié)構(gòu)連廊跨度方向為弧線,內(nèi)外弧重量差異大,提升過程中,鋼絞線處于不均衡受力狀態(tài)。不同的重量致使鋼絞線彈性變形、滑索位移量不等,造成吊點位移不同步,每提升約10 m,各吊點間最大標(biāo)高誤差累計可達(dá)30 cm。達(dá)到對接標(biāo)高位置,對接點梁與預(yù)留牛腿水平錯位可達(dá)10～20 mm(圖2)。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)連廊提升過程

2 多吊點不平衡修正提升施工工藝

鋼結(jié)構(gòu)連廊體型為弧扇形,重量分布不均衡。采用SAP2000有限元軟件建模,經(jīng)分析可知,外徑兩個吊點反力最大,內(nèi)徑吊點次之,中間吊點最小(圖3),反力分布形態(tài)基本與自重分布一致。

圖3 各吊點反力分布

吊點反力會直接傳遞給鋼絞線,鋼絞線拉力不同,鋼絞線滑索量與其所有拉力成正比,拉力越大,鋼絞線滑移量越大。鋼絞線滑索量均勻會導(dǎo)致連廊重心向較重一側(cè)偏移,給較重一側(cè)吊點鋼絞線提供二次應(yīng)力,二次應(yīng)力積累到一定程度,超過極限抗拉強度限值,鋼絞線被拉斷破壞,引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

2.1 工藝流程

為避免鋼結(jié)構(gòu)連廊重心偏移,應(yīng)在提升過程中對各吊點標(biāo)高調(diào)平,多吊點不平衡修正提升施工工藝是一種創(chuàng)新的調(diào)平工藝,其主要的施工流程見圖4。

圖4 提升過程調(diào)平工藝流程

2.2 吊點不平衡梯度形態(tài)

每提升10 m左右,監(jiān)控系統(tǒng)顯示部分吊點鋼絞線內(nèi)力接近控制值,此時應(yīng)暫停提升工作,并對8個吊點水平標(biāo)高逐一復(fù)測(圖5)。測量工具應(yīng)選用精度較高的全站儀,不應(yīng)采用精度受信號強弱影響較大GPS測量儀器。復(fù)測完成后,對高程數(shù)據(jù)分析歸類,歸納出各吊點高程不平衡分布形態(tài),以便制定調(diào)平策略。

圖5 復(fù)測基準(zhǔn)點及測量點位

經(jīng)分析可知,各吊點標(biāo)高不平衡形態(tài)呈規(guī)律性變化,如圖6所示,虛線為一側(cè)4個吊點高程分布。1、2、3、4吊點標(biāo)高分布與5、6、7、8基本對稱,吊點4、3、2、1同一時刻標(biāo)高線性遞增。因此可以判斷,鋼結(jié)構(gòu)連廊發(fā)生了整體傾斜,并未發(fā)生平面外彎曲變形。

圖6 吊點不平衡形態(tài)及提升步驟

2.3 多吊點不平衡修正施工步驟

1、2、3、4吊點標(biāo)高分布與5、6、7、8基本對稱,以吊點1、2、3、4闡述多吊點不平衡修正的具體施工步驟。

將一側(cè)4個吊點從低到高依次編號。從最低吊點4號開始拉升,當(dāng)4號吊點同3號吊點平衡后停止拉升,隨后對各吊點進(jìn)行復(fù)測,確定下一行程拉升量。第二段的拉升是對3、4號吊點同時進(jìn)行,拉升量為上一步重新校核后確定值。該拉升調(diào)平工藝可以通過后一階段的拉升消除前一階段拉升引起的吊點標(biāo)高浮動變化。以同樣的方法和步驟對其他吊點進(jìn)行拉升,直至拉升調(diào)平到預(yù)定各點平衡標(biāo)高。

3 多點協(xié)同水平錯位微調(diào)工藝

3.1 發(fā)生水平錯動原理分析

將鋼結(jié)構(gòu)連廊簡化為一個扇形剛體,剛體兩側(cè)各4個可以水平移動,不能豎向位移的支座(吊點)。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)連廊提升到安裝高度時,施工誤差等因素會造成對接點梁與牛腿接縫發(fā)生水平錯位。因鋼結(jié)構(gòu)連廊為剛體,連廊上8個吊點只能發(fā)生線性相關(guān)協(xié)調(diào)位移,不能獨立移動,換句話說,任意一個吊點發(fā)生水平位移,其他幾各吊點均會隨剛體一起產(chǎn)生協(xié)調(diào)位移,圖7中實線為鋼結(jié)構(gòu)連廊扭轉(zhuǎn)前形態(tài),虛線為扭轉(zhuǎn)后形態(tài)。根據(jù)力學(xué)平衡原理,整個剛體的發(fā)生的水平位移是由于鋼結(jié)構(gòu)連廊發(fā)生整體平面內(nèi)扭轉(zhuǎn)引起。鋼結(jié)構(gòu)平面內(nèi)整體扭轉(zhuǎn)又導(dǎo)致對接點梁與預(yù)留牛腿之間產(chǎn)生水平錯位。

圖7 構(gòu)變形形態(tài)示意

3.2 多點協(xié)同水平微調(diào)方法

上文分析可知,水平錯位由鋼結(jié)構(gòu)連廊平面內(nèi)整體扭轉(zhuǎn)引起。因此,水平復(fù)位矯正也應(yīng)該通過使連廊發(fā)生反向平面內(nèi)整體轉(zhuǎn)動實現(xiàn),不應(yīng)強行對單點頂推,以免引起鋼梁發(fā)生彎曲變形,產(chǎn)生內(nèi)部附加應(yīng)力。

3.2.1 多點協(xié)同水平微調(diào)頂推

多點協(xié)同水平微調(diào)工藝主要采取的施工設(shè)備為千斤頂。將8個千斤頂分成2組,分別反向設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)連廊兩端的各4個吊點上(圖8)。千斤頂安裝就位后,對8個頂推點同步分級頂推,1～4號千斤頂頂推方向與5～8號相反,兩組作用力產(chǎn)生力偶扭矩,該力偶與已發(fā)生扭轉(zhuǎn)相反。

圖8 千斤頂布置示意

3.2.2 千斤頂固定

用現(xiàn)場制作的L形鋼卡板作為千斤頂頂推支座,其一端與鋼牛腿采用雙面角焊縫焊接固定,另一端固定千斤頂(圖9)。

圖9 千斤頂固定示意

3.3 技術(shù)要點

(1)頂推微調(diào)施工前,應(yīng)準(zhǔn)確測量各對接拼縫水平錯位值,預(yù)先明確頂推位移量。

(2)支座鋼卡板與預(yù)留牛腿采用雙面角焊縫連接,支座卡板厚度不小于10 mm,以確?？梢猿惺芮Ы镯?shù)姆醋饔昧Α?/p>

(3)千斤頂固定在卡板內(nèi)后,8個千斤頂作業(yè)步調(diào)應(yīng)一致,千斤頂不能隨意伸縮。

(4)頂推水平微調(diào)完成后,用側(cè)向卡板與拼縫兩側(cè)鋼梁焊接固定鋼梁(圖10),確保鋼梁不發(fā)生錯位。隨后拆卸千斤頂和支座卡板。

圖10 側(cè)向卡板固定措施

(5)側(cè)向固定卡板取代傳統(tǒng)的上下設(shè)置卡板,可以有效限制鋼結(jié)構(gòu)連體復(fù)位移動的趨勢。傳統(tǒng)的設(shè)置上下固定卡板,因平面外剛度很小,難以起到限制鋼結(jié)構(gòu)連廊復(fù)位移動趨勢。

4 工藝創(chuàng)新點

針對不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)整體施工過程中的技術(shù)難點,以多吊點不平衡修正和多點協(xié)同水平微調(diào)主要內(nèi)容的多吊點協(xié)同微調(diào)修正施工工藝取得了良好的實踐效果,其創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在幾個方面:

(1)多吊點不平衡修正施工工藝分批分階段拉升調(diào)平,后階段的提升行程在前一階段提升完成后經(jīng)校核重新確定,可以通過緊后的調(diào)平工序消化上一過程的工藝誤差,有效解決了傳統(tǒng)方法中吊點二次牽動問題,不需反復(fù)無序提升。

(2)多點協(xié)同微調(diào)施工工藝從水平錯位原理著手,在理論分析與實踐研究的基礎(chǔ)上提出。這種頂推水平微調(diào)技術(shù),既可以達(dá)到良好的預(yù)期效果,又可以避免傳統(tǒng)的單點頂推對鋼梁內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生影響,確保了鋼梁的施工質(zhì)量。

(3)采用側(cè)向卡板與拼縫兩側(cè)鋼梁焊接固定鋼梁,相對傳統(tǒng)的上下設(shè)置卡板,因平面內(nèi)剛度與力矩方向一致,可以有效限制鋼結(jié)構(gòu)連廊復(fù)位移動趨勢。

(4)多吊點協(xié)同微調(diào)修正施工工藝是對鋼結(jié)構(gòu)整體提升施工技術(shù)的完善和創(chuàng)新。為鋼結(jié)構(gòu)整體提升技術(shù)安全可靠性提供了理論和實踐基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

多吊點協(xié)同微調(diào)修正施工工藝是針對整體提升技術(shù)中存在的問題和短板而提出的矯正施工新技術(shù)。該施工工藝有效解決了鋼結(jié)構(gòu)提升過程中吊點高程不同步、拼接構(gòu)件水平錯位等問題,提高了鋼結(jié)構(gòu)的拼裝焊接精度,確保了提升安全和質(zhì)量,為鋼結(jié)構(gòu)安裝錯位的修正提供了解決方案。

相比國內(nèi)外同類技術(shù),該施工工藝針對的問題具有普遍性和代表性,既適用于采用整體提升方法安裝的鋼結(jié)構(gòu),也可以部分適用于普通鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工,是對鋼結(jié)構(gòu)提升技術(shù)的完善與深化,具有顯著的社會和經(jīng)濟效益。