西安生態(tài)園林酒店圓桌會議中心鋼結構大板梁安裝技術

黃文華，黃 偉，白 海，焦建東

(中冶(上海)鋼結構科技有限公司，上海 200941)

1 工程概況

西安生態(tài)園林酒店圓桌會議中心為BRB鋼框架-支撐結構體系，結構安全等級為一級。工程抗震設防類別為乙類，框架梁、柱的抗震等級為一級。該中心南北向長135m，南側建筑長144m，北側長102m；建筑高45m，中間區(qū)域地下1層，地上1層；其余位置地下2層，地上2層，局部3層。總鋼結構用量約2萬t，主要為箱形鋼柱、H形鋼梁，柱間支撐主要為BRB防屈曲支撐。圓桌會議中心區(qū)域鋼梁主要為48，39m跨的焊接H形大板梁，同時在大板梁區(qū)域布置TMD阻尼器，圓桌會議中心三維模型如圖1所示。

圖1 圓桌會議中心三維模型

2 大板梁概況

2.1 大板梁結構布置及截面形式

該工程大板梁分39，48m跨，主要分布于整體結構中間區(qū)域，垂直方向主要分3層，分別為±0.000 標高、12.000m標高、屋面最高標高處，梁頂標高為39.900m，如表1所示。

表1 大板梁信息統(tǒng)計

大板梁均為焊接型H形鋼梁，梁高、梁寬沿跨度方向均為跨中大兩端小，如圖2所示。大板梁間距為3 000mm，相鄰2根大板梁間設4道連系梁，大板梁區(qū)域采用鋼筋桁架樓承板式混凝土樓板，厚260mm，與大板梁通過栓釘連接。

圖2 大板梁構件

2.2 大板梁節(jié)點形式

1)大板梁與箱形柱連接節(jié)點 為鉸接節(jié)點(見圖3)，通過大板梁腹板高強螺栓群節(jié)點與鋼柱連接，采用雙夾板形式，一端與大板梁通過高強螺栓連接，另一端與鋼柱焊接，同時在梁底設置托梁連接在鋼柱上，托梁與大板梁只是接觸連接，大板梁腹板共布置30顆10.9級M24高強螺栓，雙夾板規(guī)格為200mm×1 380mm×30mm。

圖3 梁-柱節(jié)點

2)大板梁與箱形斜托梁連接節(jié)點 為鉸接節(jié)點(見圖4)，通過大板梁腹板的高強螺栓群節(jié)點與箱形斜托梁連接，采用雙夾板形式，雙夾板一端與大板梁通過高強螺栓連接，另一端與箱形斜托梁焊接，在箱型托梁內對應大板梁腹板位置設置內部加勁板，大板梁腹板共布置30顆10.9級M24高強螺栓，雙夾板規(guī)格為200mm×1 380mm×30mm。

圖4 梁-梁節(jié)點

3)大板梁與H型鋼托梁連接節(jié)點(見圖5) 為鉸接節(jié)點，通過大板梁腹板的高強螺栓群節(jié)點與H形鋼托梁連接，采用雙夾板形式，大板梁腹板共布置60顆10.9級M24高強螺栓，雙夾板規(guī)格為390mm×1 380mm×30mm。

圖5 大板梁與H型鋼托梁連接節(jié)點

3 大板梁安裝工藝

3.1 分段加工進場

由于大板梁跨度較大，公路運輸超限，故在工廠加工階段分3段進行加工，分段點設置在橋跨1/3處，運抵施工現場后進行整拼，拼接接口采用Z形等強焊接節(jié)點(見圖6)。

圖6 大板梁分段

3.2 地面整體拼裝

大板梁梁段分3段加工運抵施工現場，在現場采取立拼方式進行整拼，根據設計圖紙起拱L/500，跨度48m的起拱值為96mm，跨度39m的起拱值為78mm，由于起拱值比梁的跨度小，工廠加工階段對中間段采取不起拱加工，成型后進行火焰校正達到起拱值，兩端的分段梁在加工時按直段加工，不考慮起拱變形，3個分段在現場整拼時，通過拼縫調節(jié)實現整根大板梁的起拱變形。

3.3 整體吊裝

大板梁3個分段整拼后進行吊裝，采用4點起吊的方式，吊點設置在大板梁1/4跨與側向勁板上，通過局部板厚加強，設置為局部勁板外伸形式，如圖7所示。

圖7 大板梁吊裝示意

4 大板梁安裝問題分析

4.1 拼裝精度

由于大板梁采取工廠分段加工、現場整拼方式，拼裝過程中既要保證整個梁體的起拱值，又要保證端部螺栓群節(jié)點與柱托梁節(jié)點相匹配，難度較大，特別是大板梁的端部螺栓群節(jié)點螺栓數量較多，很難保證安裝穿孔率，根據實踐總結，大板梁在詳圖深化和工廠加工階段需考慮整個梁體起拱變形對端部螺栓群的精度影響，建議在工廠加工階段進行預拼裝，端部螺栓群節(jié)點在預拼裝驗收合格后進行螺栓群鉆孔。

4.2 安裝精度

在保證工廠加工和拼裝精度的前提下，吊裝過程中，由于吊點位置不同，會導致大板梁不同程度的豎向變形，對安裝精度影響較大。通過計算分析48m跨大板梁，吊點設置在梁跨1/4處的變形量最小，對大板梁端部螺栓群的影響最小，根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》[1]，直徑為24mm的高強螺栓對應螺栓孔徑為26mm，即螺栓群錯位的允許最大變形量為1mm((26-24)/2),當螺栓群錯口量>1mm時，高強螺栓無法穿入，1/4跨度處的吊點設置基本滿足安裝要求。大板梁吊裝端部變形值對比如表2所示。

表2 大板梁吊裝端部變形值對比 mm

為保證螺栓群節(jié)點的安裝周期，吊裝時同時設置安裝卡板，即在大板梁的兩段翼緣上方焊接2塊卡板，如圖8所示。吊裝就位后，適當減少吊機的起重量，使大板梁兩段的卡板受力，可有效減小大板梁兩段上下翼緣的水平方向錯位值，有利于安裝螺栓群節(jié)點，縮短安裝周期。

圖8 大板梁安裝卡板

4.3 環(huán)境因素的影響

環(huán)境因素是影響大板梁拼裝和安裝精度的重要因素，施工時夏季晝夜溫差達13℃，根據現場實測數據，大板梁在溫度變化10℃時的長度變化值為1mm/m(見表3)。大板梁的地面拼裝時間和吊裝時間不一致，導致地面拼裝完成后的尺寸滿足要求，但吊裝時的尺寸不滿足要求，以致無法安裝。故需提前做好計劃量，嚴格規(guī)范整拼和安裝的時間點，實時統(tǒng)計溫度變化，根據拼裝和安裝時間點對應的溫度差，提前在拼裝和安裝階段考慮溫度變形值。

表3 不同溫度下大板梁變形值統(tǒng)計 mm

4.4 節(jié)點

節(jié)點設計的合理性決定能否實現設計意圖[2]。在計算模型中，將大板梁節(jié)點按理想的螺栓群鉸接節(jié)點進行設計，大板梁的內力全部由腹板螺栓群高強螺栓承擔，而螺栓群數量較大，施工難度較大。腹板螺栓群的連接節(jié)點并不是嚴格意義上的鉸接節(jié)點，根據相關文獻[3-4]，實際為半剛性節(jié)點，可承受一定彎矩，這在目前國內計算模型中一般沒有考慮。

結合國內加工制作水平及施工水平，對較大截面的H型鋼桿件端頭螺栓群節(jié)點進行如下優(yōu)化。

1)梁-柱剛接節(jié)點應盡量減少腹板翼緣都采用高強螺栓的全螺栓節(jié)點，多采用翼緣焊接腹板高強螺栓連接節(jié)點，如圖9a所示，雖會增加節(jié)點施工難度，但更易保證施工質量。

圖9 H型鋼連接節(jié)點

2)高強螺栓孔多采用大圓孔或槽孔，減少標準孔的使用，根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》，大圓孔的折減系數為0.85，槽孔的折減系數為0.7(內力垂直于槽孔方向)，雖會增加螺栓數量，但施工便捷(見圖9b)。

3)設計大截面型鋼端頭螺栓群節(jié)點時，可增加加固措施，以便施工狀態(tài)達不到設計要求時，可立即采取加固處理。在實施階段，經與設計單位溝通，對大板梁的高強螺栓群節(jié)點進行加強處理，即高強螺栓群可按照規(guī)范要求進行20%的擴孔，擴孔尺寸控制在孔徑的1.2倍范圍內，當超過規(guī)定時，先對接焊接節(jié)點腹板，然后磨平焊縫再安裝高強螺栓群，如圖9c所示。根據文獻[5]，該鉸接節(jié)點的螺栓群主要受力為豎向剪力，此時豎向焊縫與高強螺栓群的協同受力性較好，通過這種方式可提高較多螺栓的螺栓群節(jié)點安全儲備。同時根據JGJ 82—2011《鋼結構高強螺栓連接技術規(guī)程》[6]，采用栓焊并用的節(jié)點加強方法，如圖10所示。

圖10 栓焊并用連接節(jié)點

4)安裝時使用安裝卡板 由于大板梁上方是260mm厚鋼筋混凝土層，安裝卡板厚250mm，安裝就位后，該安裝卡板均予以保留，相當于增加1層安全儲備。

5)摩擦型高強螺栓節(jié)點設計抗滑移摩擦系數取值不準確[7]。目前國內較常使用摩擦型高強螺栓節(jié)點，承壓型高強螺栓節(jié)點使用較少，根據《鋼結構高強螺栓連接技術規(guī)程》，摩擦系數一般取噴砂后0.45(Q235)，0.5(Q345),該取值被很多設計院采用，而目前國內鋼結構加工水平達不到該要求，普遍的摩擦系數為0.39～0.43(Q235)和0.44～0.47(Q345)，抗滑移復檢試驗往往單獨處理試件，不能真實反映構件摩擦面的抗滑移水平，故建議設計鋼結構節(jié)點時的摩擦系數在規(guī)范基礎上降低0.05。

6)高強螺栓節(jié)點設計偏保守 目前國內較多梁柱高強螺栓節(jié)點設計的內力選取如下：①對計算模型提取的實際內力進行適當放大；②按照等強設計原則。這兩種方法導致節(jié)點設計的高強螺栓數量增多。根據部分研究成果[8]，國內現行設計方法偏保守，如由偏心所產生的附加彎矩選取偏大。

5 結語

大截面構件的高強螺栓節(jié)點由于螺栓數量較多，構件安裝受施工方法、環(huán)境因素等影響，需綜合考慮設計、加工、安裝各環(huán)節(jié)，才能保證施工效果達到最初的設計意圖，確保結構質量和安全。