淺析大跨度鋼連廊的提升與舒適度

陳明雪

(聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院，山東 聊城 252000)

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們對(duì)美好生活的向往越發(fā)強(qiáng)烈，現(xiàn)在建筑不僅要滿足人們對(duì)建筑功能的需求，更要成為審美對(duì)象。而我們的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)種類多種多樣，滿足了人們的審美需要，這也使得鋼結(jié)構(gòu)得到了大力發(fā)展，大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊正是其中的一種。在兩幢主塔樓之間大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊能夠起到交通樞紐的作用。鋼結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，韌性和塑性好。特別適用于跨度大的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，良好的韌性使結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)，良好的塑性使得結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)因超載而突然斷裂。因上述優(yōu)點(diǎn)大跨度鋼連廊得到了發(fā)展，而在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)大跨度鋼連廊的整體提升與舒適度進(jìn)行研究以保證工程優(yōu)質(zhì)。因現(xiàn)在鋼連廊結(jié)構(gòu)的跨度比較大，安裝高度比較高，常采用整體提升法，以保證施工安全和施工質(zhì)量，節(jié)省人力、物力及財(cái)力。鋼連廊不僅具有跨度大、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，還有剛度小、阻尼低、基頻低的特點(diǎn)，人在行走的過(guò)程中容易產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使鋼連廊的振動(dòng)進(jìn)一步變大，讓人們有不適感，影響鋼結(jié)構(gòu)的使用功能。

1 大跨度鋼連廊的提升與卸載

1.1 各工程實(shí)例的特點(diǎn)與提升方案

俞曉敏等[1]以某辦公樓多層鋼結(jié)構(gòu)連廊的施工為背景，對(duì)大跨度鋼連廊的施工整體方案、施工技術(shù)難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)、提升工作流程進(jìn)行了研究。本工程連廊為了減小拼裝高度采用倒裝法+順裝法+整體提升的方式。為了減小拼裝時(shí)對(duì)地下室頂板的影響，在頂板通道悶頭柱頂設(shè)置拼裝臺(tái)。將整個(gè)連廊分為三部分進(jìn)行拼裝，第一部分為連廊上層桁架及之間的鋼梁結(jié)構(gòu)，第二部分為底部桁架及上部桁架下部的三層框架，第三部分為剩余鋼結(jié)構(gòu)。整體提升是先將連廊第一部分在胎架上分段拼裝，在兩側(cè)主樓牛腿上安裝提升器及鋼絞線等提升裝置；再至設(shè)計(jì)標(biāo)高安裝臨時(shí)擱置牛腿結(jié)構(gòu)；第三步將第二部分拼裝完成后，將剛提升的第一部分落下與其對(duì)接，重復(fù)第二步將對(duì)接后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行提升；第四步拼裝剩余第三部分，將剛提升的結(jié)構(gòu)落下與其完成對(duì)接，最后重復(fù)第二步完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體提升。

黃俊富等[2]、孫婷等[3]、楊金華等[4]、肖建文等[5]分別以南京市明星國(guó)際商務(wù)中心、某金融中心建筑雙塔樓頂部大跨度鋼連廊、東陽(yáng)市總部中心一期G地塊工程的大跨度鋼連廊、廈門萬(wàn)科廣場(chǎng)工程的大跨度鋼連廊為背景，對(duì)大跨度鋼連廊的施工難點(diǎn)及施工方案等進(jìn)行了研究。工程均具有質(zhì)量大、安裝高度高等特點(diǎn)，因此，采用安全度高、施工快、費(fèi)用低的地面整體拼裝方案，連廊桁架與提升器用鋼絞線進(jìn)行連接，通過(guò)提升器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)將連廊整體提升就位后焊接，在全過(guò)程中進(jìn)行變形與應(yīng)力監(jiān)測(cè)。若在提升的過(guò)程中各吊點(diǎn)出現(xiàn)高差超出20mm時(shí)，將暫停提升工作，微調(diào)各吊點(diǎn)，確保各吊點(diǎn)在同一水平面上后，再繼續(xù)進(jìn)行提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高附近，通過(guò)微調(diào)使鋼結(jié)構(gòu)連廊與主體結(jié)構(gòu)精確對(duì)準(zhǔn)連接。

余向輝[6]以研究了某工程項(xiàng)目的大跨度鋼連廊，本工程因原結(jié)構(gòu)的混凝土柱外伸牛腿與鋼連廊在提升過(guò)程中存在干涉問(wèn)題，故大跨度鋼連廊在地面拼裝時(shí)錯(cuò)開(kāi)。拼裝完成后進(jìn)行試提升，試提升確認(rèn)無(wú)誤后再進(jìn)行正式提升，提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高處，將提升器支座利用液壓爬行器縱向移回連接處，校正初始拼裝偏移，使結(jié)構(gòu)移動(dòng)至支座正上方，確認(rèn)鋼連廊結(jié)構(gòu)已水平推移至設(shè)計(jì)投影位置后進(jìn)行焊接。

綜上所述，雖然根據(jù)各工程實(shí)例的特點(diǎn)，大跨度鋼連廊的提升存在各自的獨(dú)特之處，但大跨度鋼連廊的提升多采用的是整體提升方案。首先對(duì)大跨度鋼連廊進(jìn)行地面拼裝(如圖1所示)，拼裝完成后再試提升，確認(rèn)無(wú)誤后正式提升(如圖2所示)，提升時(shí)要分級(jí)加載，提升至標(biāo)高處，檢查無(wú)誤進(jìn)行焊接(如圖3所示)。

圖1 地面拼裝圖

圖2 提升過(guò)程圖

圖3 焊接過(guò)程圖

1.2 各工程實(shí)例的卸載

俞曉敏等以某辦公樓多層鋼結(jié)構(gòu)連廊的施工為背景，對(duì)大跨度鋼連廊的卸載就位進(jìn)行了研究；黃俊富等以南京市明星國(guó)際商務(wù)中心為背景，對(duì)大跨度鋼連廊的卸載進(jìn)行了研究；楊金華以東陽(yáng)市總部中心一期G地塊工程的大跨度鋼連廊為背景，對(duì)大跨度鋼連廊的卸載就位進(jìn)行了研究。所有的吊點(diǎn)先卸載通過(guò)計(jì)算得出的提升荷載的10%；在此卸載過(guò)程中通過(guò)調(diào)整泵站頻率，放慢下降速度，密切監(jiān)控計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的壓力和位移值防止會(huì)出現(xiàn)載荷轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，導(dǎo)致個(gè)別點(diǎn)超載。出現(xiàn)某些吊點(diǎn)荷載超過(guò)卸載前荷載的10%，或者各吊點(diǎn)出現(xiàn)高差超過(guò)10mm情況時(shí)，則立刻停止其他點(diǎn)的卸載，而對(duì)這些異常點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)卸載，重復(fù)上述操作直至完全卸載，然后逐一拆除設(shè)備，完成提升安裝作業(yè)。

綜上所述，在卸載時(shí)要同步分級(jí)卸載并對(duì)卸載過(guò)程進(jìn)行密切監(jiān)控，注意各吊點(diǎn)的卸載速度，對(duì)卸載異常的吊點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)卸載，直至鋼絞線徹底松弛。

液壓千斤頂卸載過(guò)程如圖4所示。

圖4 液壓千斤頂卸載過(guò)程

2 大跨度鋼連廊的舒適度

呂佳[7]對(duì)大跨度鋼連廊舒適度的研究發(fā)現(xiàn)，大多是對(duì)人致激勵(lì)引起的大跨度鋼連廊舒適度問(wèn)題的研究。國(guó)內(nèi)規(guī)范主要采用頻率調(diào)整法以及限制加速度來(lái)評(píng)價(jià)樓板舒適度。JGJ 3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程3.7.7[8]規(guī)定了樓蓋結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)頻率不宜小于3Hz，并規(guī)定了豎向振動(dòng)加速度峰值的限值進(jìn)行。國(guó)外相關(guān)規(guī)定采用AISC 11標(biāo)準(zhǔn)，用表1所列的加速度限值對(duì)連廊舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 振動(dòng)舒適度加速度限值

郭宏超等[9]對(duì)大跨度鋼連廊人致激勵(lì)的舒適度研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人行走的頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率形成共振或結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)超過(guò)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行控制。單頻率的TMD減振頻率帶寬度較窄，具有良好的減振效果，去諧效應(yīng)明顯，維持減振性能的實(shí)際應(yīng)用較差。而MTMD系統(tǒng)與之相反，既達(dá)到舒適度標(biāo)準(zhǔn)的要求，又在減振頻帶寬度內(nèi)穩(wěn)定性較好，當(dāng)實(shí)際結(jié)構(gòu)頻率存在偏差時(shí)，維持減振性能的實(shí)際應(yīng)用較強(qiáng)。

郭宏超等[10]針對(duì)45m的大跨度鋼連廊的振動(dòng)舒適度問(wèn)題，建立了結(jié)構(gòu)的有限元模型，選用美國(guó)AISC-11中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為代表對(duì)大跨度鋼連廊的舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：樓板厚度與邊界條件影響了結(jié)構(gòu)剛度，樓板厚度對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)的使用舒適度影響較大，樓板邊界條件的影響較??；人的阻尼特性可以吸收結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量降低結(jié)構(gòu)的振動(dòng)加速度，在不考慮人作用時(shí)得出的結(jié)果偏于保守。單人通過(guò)工況的舒適度分析結(jié)果是單人對(duì)結(jié)構(gòu)的激勵(lì)不均勻，沒(méi)有出現(xiàn)典型的共振現(xiàn)象，滿足舒適度要求；連續(xù)人群通過(guò)工況的舒適度分析結(jié)果是連續(xù)人群慢速通過(guò)時(shí)，單雙層連廊均存在明顯的共振現(xiàn)象；隨機(jī)人群通過(guò)工況的舒適度分析結(jié)果是每個(gè)人的步頻相位均不相同，沒(méi)有共振現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)的人致振動(dòng)加速度和舒適性能可以通過(guò)被動(dòng)的減振裝置TMD來(lái)有效降低；MTMD可以獲得更大減振的頻帶寬度，在激勵(lì)頻率偏離時(shí)維持減振性能的實(shí)際應(yīng)用更強(qiáng)。

綜上所述，大部分文獻(xiàn)都是對(duì)大跨度鋼連廊人致激勵(lì)下的舒適度問(wèn)題進(jìn)行研究分析。采用美國(guó)AISC-11中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為代表對(duì)大跨度鋼連廊的舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)。選用TMD或MTMD系統(tǒng)對(duì)人致激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行減振控制。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述得出以下主要結(jié)論：

(1)根據(jù)各工程實(shí)例的特點(diǎn)，大跨度鋼連廊的提升存在各自的獨(dú)特之處，但大跨度鋼連廊的提升多采用整體提升的方案。首先對(duì)大跨度鋼連廊進(jìn)行地面拼裝，拼裝完成后再試提升，確認(rèn)無(wú)誤后正式提升，提升時(shí)要分級(jí)加載，提升至標(biāo)高處，檢查無(wú)誤進(jìn)行焊接。

(2)在卸載時(shí)要同步分級(jí)卸載并對(duì)卸載過(guò)程進(jìn)行密切監(jiān)控，注意各吊點(diǎn)的卸載速度，對(duì)卸載異常的吊點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)卸載，直至鋼絞線徹底松弛。

(3)采用美國(guó)AISC-11中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為代表對(duì)大跨度鋼連廊的舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)。選用TMD或MTMD系統(tǒng)對(duì)人致激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行減振控制。

隨著土木工程的發(fā)展，大跨度鋼連廊的建筑將會(huì)越來(lái)越多，對(duì)于大跨度鋼連廊的提升與舒適度的研究將進(jìn)一步加強(qiáng)。對(duì)于高層建筑與超高層建筑風(fēng)荷載、交通荷載對(duì)大跨度鋼連廊也有很大的影響，也需要我們作進(jìn)一步的研究。