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      巨型玉璧內圓上部懸掛結構安裝技術(shù)
      來(lái)源:建筑鋼結構網(wǎng)  作者:趙健呂 婁 峰 王建河 范曉偉  時(shí)間:2013-11-29   關(guān)鍵詞:巨型玉璧內圓上部懸掛結構  

      摘要:廣東興業(yè)國際倉儲科研主樓立面為外放的巨型玉璧,由鋼支撐框架+核心筒混合結構組成。本文以直徑47m的內圓上部結構安裝為例,介紹了大跨度懸掛結構的順做法安裝技術(shù),研究結果表明

        要:廣東興業(yè)國際倉儲科研主樓立面為外放的巨型玉璧,由鋼支撐框架+核心筒混合結構組成。本文以直徑47m的內圓上部結構安裝為例,介紹了大跨度懸掛結構的順做法安裝技術(shù),研究結果表明,將懸掛結構原框架體系變成桁架受力體系后,結構剛度加強,和鋼支撐框架形成穩定受力體系,最后與上部轉換桁架連接后整體卸載。順做法施工速度快,吊裝安全系數高,施工效果好,可為類(lèi)似工程參考。

      關(guān)鍵詞:玉璧; 圓環(huán); 懸掛; 預變形

       

      1. 工程概況

      廣東興業(yè)國際倉儲項目科研主樓主體建筑立面為立放的巨型玉璧,外徑146.6m,內徑47m,寬28.8m,總高度138m。地下2層,地上33層,總建筑面積約106491m2,總用鋼量約為1萬(wàn)噸。

      本工程結構形式為鋼支撐框架+鋼筋 混凝土核心筒混合結構。

      圖1 建筑效果立面圖(巨型玉璧內圓上部懸掛結構)

      2 結構概況分解圖

      由核心筒、外斜撐框架、轉換桁架和外伸剛臂、內鋼框架和鋼梁+混凝土組合樓蓋等組成,其中前三者構成了本工程主要受力結構。


       

      3 外斜撐框架豎向荷載作用下桿件軸力圖 (巨型玉璧內圓上部懸掛結構)

      外斜撐框架共兩榀,布置在結構南北兩側,立面投影大致成圓環(huán),左右對稱(chēng)。其由外環(huán)梁、內環(huán)梁、水平梁、框架柱和鋼斜撐組成:框架柱為方鋼管混凝土柱,間隔12.6m布置一根,每榀共12根,其截面尺寸為□1400×600×14~□1400×800×35;鋼斜撐同樣采用箱型截面,截面尺寸為□1400×500×50、500×500×8~□500×500×35,其中相鄰的兩個(gè)斜撐交點(diǎn)跨越3個(gè)樓層;內環(huán)梁和外環(huán)梁均采用箱型截面,截面尺寸均為□1000×500×12。

      玉璧內圓懸掛結構由22層開(kāi)始(結構標高89.12m),至25層(結構標高101.06m)結束。

       

      4 轉換桁架軸測圖

       

      整個(gè)上部結構由橫跨25~28層的7榀轉換桁架一承受。轉換桁架桿件截面為□600×600×16~□600×600×35。

      每榀轉換桁架懸掛2根方鋼管混凝土柱,轉換桁架擔當起了支撐、傳遞上部結構荷載給外斜撐框架,并吊掛下部結構的重任。

      架立面圖

      圖5 轉換桁架立面圖

       

      2. 施工重難點(diǎn)

      2.1節點(diǎn)對接口較多,安裝精度要求高。

      外斜撐框架的部分節點(diǎn),外形上呈“米”字形。一方面作為外斜撐框架的節點(diǎn)有八個(gè)對接口,對接口都是方管對接,采取焊接的連接方式;另一方面作為內鋼框架梁的節點(diǎn)有三個(gè)對接口,對接口都是H型鋼對接,采取高強螺栓連接的方式。

      節點(diǎn)不規則、焊接變形容易導致對接口的空間位置變化,如何在安裝過(guò)程中保證多個(gè)對接口同時(shí)滿(mǎn)足安裝精度的要求是本工程實(shí)施一個(gè)難點(diǎn)。

      圖6 節點(diǎn)軸測圖

      2.2內圓弧梁“無(wú)支撐接裝”安裝技術(shù)難度高

       

      圖7 圓弧梁合攏攏示意圖

      內圓環(huán)直徑為47m,由于洞口上端的外斜框架及內框架的受力均通過(guò)洞口圓弧梁傳至兩側的鋼框架,安裝高度達到89m,無(wú)法搭設外部豎向支撐進(jìn)行安裝,采用“無(wú)支撐接裝”的施工方法,已裝構件作為后續構件的支撐,需要保證施工過(guò)程結構自身的受力要求和施工操作的安全,以及傾斜結構施工完成后位形與設計一致。如何在安裝時(shí)保證結構形成穩定的結構體系是本工程安裝實(shí)施的一個(gè)重點(diǎn)。

      2.3內圓上部懸掛結構的安裝是難點(diǎn)

      內圓上部懸掛框架,安裝高度達到89m,橫向跨度28.8m,橫向框架梁截面為H400×300,吊柱截面為口600×600。以?xún)瓤蚣艿鯍熹撝鶠橹鱾髁Y構,通25~28層的轉換桁架,將下部荷載傳至外斜鋼框架。

      由于安裝高度超高,無(wú)法搭設外部豎向支撐進(jìn)行安裝。如根據結構特點(diǎn)逆做法施工,這樣將導致鋼結構吊裝困難,安裝功效低,施工作業(yè)危險系數大等一系列問(wèn)題。

      如何安裝內圓上部懸掛結構,并將結構的安裝變形控制在安裝精度范圍以?xún)仁潜竟こ贪惭b實(shí)施的一個(gè)難點(diǎn)。

      3. 施工方案的確定

      3.1施工總體思路

      8 塔吊布置示意

      綜合考慮本工程的結構狀況,施工現場(chǎng)的實(shí)際情況以及總工期的要求,確定本主樓鋼結構的施工安裝總體方案為:在主樓區域布置兩臺TC7052型塔吊,按照兩臺塔吊的布置位置及工作半徑劃分為兩個(gè)施工區域,采取以各臺塔吊所對應的核心筒為中心,按照節點(diǎn)安裝法和分件安裝法相結合的方法,立面上‘逐層分段、從下向上’延伸進(jìn)行,同時(shí)進(jìn)行施工作業(yè)。

      3.2安裝方法

      由于塔樓斜撐鋼框架外圓和內圓均存在懸挑結構,安裝時(shí),需在無(wú)懸挑區域鋼結構安裝完2層的時(shí)候開(kāi)始安裝,以符合結構受力體系的要求。安裝順序如下圖示:

      地上部分核心筒5天一層施工,鋼結構3天一層施工,核心筒施工比鋼結構快5層,樓層板施工比鋼結構慢4層進(jìn)行。

      地上部分外斜撐框架、內框架(內框架外挑部分除外)鋼結構的安裝同時(shí)進(jìn)行。外斜撐框架吊裝按“柱、節點(diǎn)、梁、斜撐”的順序進(jìn)行,25層以下鋼柱每層一吊、25層以上鋼柱每?jì)蓪右坏?,斜撐為節點(diǎn)間一吊,局內框架鋼柱按2層一吊,吊裝按“柱、梁”的順序進(jìn)行。

      圖9 立面安裝順序圖

      3.3解決措施

      1.節點(diǎn)吊裝及安裝

      本工程節點(diǎn)復雜,接口多,通過(guò)模型分析節點(diǎn)的重心位置,選擇最有利的吊點(diǎn)位置,設置吊裝耳板;安裝就位時(shí),以豎向方管為主導,先安裝支撐框架,然后安裝框架梁;焊接時(shí)候采取雙人對稱(chēng)焊接的方式,即以節點(diǎn)豎向中心線(xiàn),兩側同時(shí)焊接相對方向焊接。

      2.內圓弧梁“無(wú)支撐接裝”安裝技術(shù)

      內圓弧梁采用“無(wú)支撐接裝”的安裝技術(shù),按二元體塊體擴大原則向外延伸安裝,已裝構件作為后續構件的支撐,安裝時(shí)為便于構件的臨時(shí)固定,用吊裝耳板和雙夾板的組合結構代替攬風(fēng)繩施工。

      1)無(wú)支撐接裝耳板的設計

      直接用連接耳板作為吊點(diǎn),為穿卡環(huán)方便,在深化設計時(shí)就將連接板最上面的一個(gè)螺栓孔的孔徑加大,作為吊裝孔。構件安裝固定利用雙夾板,由兩邊穿過(guò)吊耳采用直徑為24mm的安裝螺栓固定,使圓弧梁吊裝對接初步固定無(wú)需使用攬風(fēng)繩,并且?jiàn)A板可以循環(huán)使用,施工又快又好安全經(jīng)濟。

       

       

      10 夾板組合結構示意圖

      2)圓弧梁安裝思路

      考慮到內圓上部結構通過(guò)轉換桁架將力傳給外鋼斜撐框架,因此,采用順做法施工首先需將內圓合攏,承受懸掛結構的豎向荷載。圓弧梁安裝時(shí)分三步合攏。核心筒砼結構已施工到28層,與核心筒相連的內框架及外斜框架已經(jīng)施工到24層。

        

      11 圓弧梁合攏流程圖

      對于本工程的帶合攏的懸挑傾斜結構而言,構件在施工過(guò)程中的產(chǎn)生較大的變形、影響后續構件的安裝,并引起結構內力的重分布,使得某些構件可能偏于不安全。為此,對施工過(guò)程中結構自重荷載作用下的變形進(jìn)行分析預測,并在施工中采用相應的糾偏和測量技術(shù)控制結構的安裝精度是內弧梁安裝的重要內容。在本結構計算按1.2倍的自重系數考慮。

       

      圖12 圓弧梁合攏模擬流程圖

      對施工階段進(jìn)行仿真分析,內圓環(huán)頂部節點(diǎn)A、B、C在安裝過(guò)程中的最大豎向位移為-27mm,最大水平位移為11mm;樓板施工完成后節點(diǎn)位移如下表示:

      1 節點(diǎn)位移圖

                                 

                          

      為減小結構安裝時(shí)自身的變形量,在安裝時(shí)對節點(diǎn)A、B、C進(jìn)行預起拱,按規范當跨度大于15m時(shí),應根據制作分段采用多點(diǎn)起拱。

      3.內圓上部懸掛結構的順做法施工技術(shù)

      內圓上部懸掛框架,橫向跨度28.8m,橫向框架梁截面為H400*300,吊柱截面為口600*600。采取順做法施工,需改變原有框架結構傳力路徑,使22層構件吊裝時(shí)自身具有足夠的剛度,能克服撓度過(guò)大和面外失穩、承受上部結構在未與轉換桁架有效連接前的自重荷載,并便于結構在轉換桁架安裝完成后整體卸載施工。

       

      13 懸掛結構加固示意圖

      考慮到平面矩形桁架為軸向受力桿件,橫向剛度大,施工簡(jiǎn)便,為此擬將22層和24層與兩邊外斜鋼柱相連的七根鋼梁進(jìn)行臨時(shí)加固,制作成桁架梁,以承擔由下而上順作法安裝時(shí)結構荷載,并將結構的安裝變形控制在安裝精度范圍以?xún)取?/span>

      在進(jìn)行22層桁架安裝時(shí),外斜撐鋼框架按照塊體擴大原則已經(jīng)安裝完成25層。

       

      14 框架合攏流程圖

      桁架梁安裝順序從兩端向中間同時(shí)進(jìn)行,安裝前按規范要求拉設安全網(wǎng),保證吊裝安全。

      根據施工階段模擬計算分析,桁架梁卸載時(shí)的最大豎向變形為32.8mm,砼澆注完成后的最大豎向變形為65mm,為減小此處內框架的下?lián)现?,加工時(shí)將22、23、24三層內框架梁跨中預起拱60mm。

      4.

      本文以直徑47m的內圓上部結構安裝為例,介紹了大跨度懸掛結構的順做法安裝技術(shù),研究結果表明,將框架梁按平面矩形桁架加固后,構件剛度加強,易于順做法安裝,安裝完成后整體卸載施工簡(jiǎn)便,克服了逆做法施工的困難,為類(lèi)似工程提供了參考。

      參考文獻

      [1] 北京鋼鐵設計研究總院GB50017-2003鋼結構設計規范[s]。北京:中央計劃出版社,2003。

      [2] 冶金工業(yè)部建筑研究總院,GB50205-2001鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范[s]。北京:中國計劃出版社,2002。

      [3] 中冶集團建筑研究總院。JGJ81-2002建筑鋼結構焊接技術(shù)規程[S]。北京:建筑工業(yè)出版社,2003。

      [4] 郭彥林-巨型落地圓環(huán)鋼結構安裝方案研究與分析[J]。施工技術(shù),2010,08007

      (浙江精工鋼結構有限公司,浙江紹興  312030

       

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