地下室頂板上獨(dú)立柱支撐鋼屋架累計(jì)滑移施工技術(shù)

鄭文濤，阮志慧，馬良夫

(中國建筑第二工程局華東公司，湖南 長沙 410000)

1 項(xiàng)目概況

長沙未來城城市綜合體A區(qū)A25地塊一期項(xiàng)目1#、2#樓、裙房及地下室項(xiàng)目由1棟25層酒店、1棟38層公寓(含商業(yè)裙房4層)及2層地下室組成。占地面積2.4萬m2，總建筑面積約14.5萬m2，酒店建筑面積為99 540 m2，服務(wù)型公寓面積9 645 m2。

本酒店工程共享大堂結(jié)構(gòu)為鋼框架+鋼管桁架結(jié)構(gòu)，大堂屋面桁架長為92.3 m，寬45.3 m，桁架頂標(biāo)高19.95 m，共由11榀管桁架組成，次結(jié)構(gòu)以H型鋼梁為主，單榀桁架最重為145t，屋面結(jié)構(gòu)總重約為1 849t(見圖1)。

(a)共享大堂效果圖

(b)共享大堂鋼結(jié)構(gòu)施工完成圖

2 鋼結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)技術(shù)分析

1)難點(diǎn)一：共享大堂 45.3 m 跨屋面桁架采用雙軌累計(jì)滑移方法施工，混凝土結(jié)構(gòu)未考慮滑移梁的設(shè)置，支座為半剛性短柱，無抗震支座，滑移后桁架卸載行程大，并且混凝土獨(dú)立柱無依附無支撐結(jié)構(gòu)，在混凝土獨(dú)立柱上滑移難度大并有一定安全隱患。

解決方法：①對超高混凝土獨(dú)立柱采取臨時(shí)加固措施，首先在滑移梁下設(shè)置八字撐進(jìn)行柱體臨時(shí)加固，增加獨(dú)立柱穩(wěn)定性，滑移結(jié)束后拆除;②在邊跨柱的兩側(cè)增加?xùn)|西向鋼梁進(jìn)行臨時(shí)加固，待滑移結(jié)束之后與八字撐一起拆除，鋼梁尺寸型號為：熱軋H型鋼HN300×150×6.5×9(mm)，兩端與原滑移梁下?lián)螚U預(yù)埋件焊接；③將兩側(cè)柱體分別與酒店主體結(jié)構(gòu)和公寓主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，通過預(yù)埋鋼板措施將柱體與主體結(jié)構(gòu)相連，采用焊接的方式進(jìn)行連接，埋件鋼板的尺寸為：3 000 mm×3 000 mm×14 mm。

2)難點(diǎn)二：鋼結(jié)構(gòu)在滑移軌道上滑移，然后進(jìn)行荷載轉(zhuǎn)換，拆除軌道梁替換為支撐支座，此時(shí)需要頂起屋架塞入支座，這種荷載轉(zhuǎn)換需要在空中完成，操作不便，具有較大安全隱患，而且如果支座數(shù)量多的時(shí)候，需要的工期長，支座較重使施工更是難上加難。并且本工程的屋架位于兩棟主樓間，距離主樓只有20 cm，完全沒有進(jìn)行支座安裝荷載轉(zhuǎn)換的操作空間，需運(yùn)用優(yōu)化的施工工藝和方法，使鋼屋架能安全地落在支座上，保證鋼結(jié)構(gòu)滑移時(shí)的施工質(zhì)量和施工安全。

解決方法：在最后一榀桁架吊裝后，切割軌道梁，并安裝固定支座，直接在支座上滑移解決了高空荷載轉(zhuǎn)換的問題，且減少荷載轉(zhuǎn)換的施工時(shí)間，節(jié)約工期。

3 共享大堂鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 鋼結(jié)構(gòu)模擬安裝

根據(jù)共享大堂鋼結(jié)構(gòu)的概念圖，利用Midas軟件進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，形成鋼結(jié)構(gòu)框架效果圖，并進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的拼裝模擬(見圖2)，合理劃分鋼構(gòu)件數(shù)量、尺寸、節(jié)點(diǎn)形式等，記錄各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接，通過與CAD圖紙相結(jié)合，可以更加直觀地進(jìn)行分析，也能用于指導(dǎo)現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)，并使用Midas軟件對不同工況進(jìn)行計(jì)算分析，具體分析如下：①對共享大堂拼裝與拆撐進(jìn)行計(jì)算分析，通過計(jì)算得出單榀桁架安裝過程中，最大應(yīng)力為119 MPa，撓度為3 mm,拆撐過程中，最大應(yīng)力為176 MPa，水平位移為1 mm，撓度為15 mm，滿足受力要求;②共享大堂滑移過程位移分析，滑移過程中滑靴橫向位移最大為2 mm，跨中豎向位移最大為17 mm，滿足結(jié)構(gòu)要求;③共享大堂滑移過程受力分析，滑移過程中最大應(yīng)力為103 MPa，滿足結(jié)構(gòu)受力要求，滑移到位后進(jìn)行桿件驗(yàn)算，應(yīng)力比最大值為0.17，滿足構(gòu)件要求;④共享大堂滑移過程中不同步桿件受力分析，通過不同步50 mm時(shí)的計(jì)算分析，當(dāng)出現(xiàn)不同步情況50 mm時(shí)，最大應(yīng)力為213 MPa，滿足結(jié)構(gòu)受力要求;⑤共享大堂屋面頂升安裝過程受力分析，計(jì)算之后可得頂升滑移過程中應(yīng)力最大128 MPa，滿足結(jié)構(gòu)受力安全要求;⑥桁架抗傾覆受力分析及滑移安全性驗(yàn)算分析，支座反力均為正值，即桁架結(jié)構(gòu)滑移時(shí)不會(huì)出現(xiàn)傾覆。通過對不同工況的分析計(jì)算，保證施工安全。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)拼裝分解圖

3.2 安裝前期準(zhǔn)備

1)共享大堂鋼結(jié)構(gòu)施工前需進(jìn)行施工準(zhǔn)備，通過對人、機(jī)、料、法、環(huán)的合理化準(zhǔn)備來確保施工的順利進(jìn)行。

2)根據(jù)工程特點(diǎn)和施工現(xiàn)場實(shí)際情況制定出合理的施工方案，按照現(xiàn)場周邊環(huán)境的特征，充分利用現(xiàn)有施工現(xiàn)場的場地和布置，做好總平面布置規(guī)劃。

3)為保證施工工期要求，將施工構(gòu)件提前進(jìn)場存儲，設(shè)置充足的構(gòu)件堆場，保證構(gòu)件供應(yīng)及時(shí)。

3.3 獨(dú)立柱臨時(shí)加固

3.3.1 在滑移梁處設(shè)置八字撐

在南北兩排混凝土獨(dú)立柱均設(shè)置八字撐進(jìn)行支撐加固，八字撐采用245 mm×12 mm的圓形鋼管，先在柱側(cè)壁和滑移梁下預(yù)埋300 mm×300 mm×14 mm的鋼板，以此種方式將所有獨(dú)立柱進(jìn)行八字撐臨時(shí)加固，待滑移結(jié)束之后拆除臨時(shí)加固。

3.3.2 在邊跨柱兩側(cè)設(shè)置東西向鋼梁

增加?xùn)|西向鋼梁加固柱體，在最東邊兩根獨(dú)立柱之間和最西邊兩根獨(dú)立柱之間設(shè)置鋼梁，鋼梁型號尺寸為：熱軋H型鋼HN300×150×6.5×9(mm)，由于柱體跨度不同，故西邊鋼梁長度為8 600 mm，東邊鋼梁長度為7 400 mm，通過預(yù)埋鋼板和八字撐滿焊在一起。待滑移結(jié)束之后與八字撐一起拆除。

3.3.3 將柱體與結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行連接加固

將大堂南側(cè)11根柱在3層頂增加與酒店主體結(jié)構(gòu)連接，大堂北側(cè)11根柱在1層頂增加與公寓主體結(jié)構(gòu)連接。每根柱兩側(cè)各采用槽鋼，一端與柱頂原支座預(yù)埋件側(cè)面連接，另一端在酒店(公寓)主體柱側(cè)植筋做埋件，連接方式為焊接，單個(gè)埋件4根C16鋼筋(長度250)，埋件鋼板尺寸為250 mm×250 mm×14 mm。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)施工方法

大堂鋼結(jié)構(gòu)桁架安裝屬于施工難點(diǎn)，大堂屋蓋的主桁架具有跨度大、質(zhì)量重等特點(diǎn)，根據(jù)桁架桿件的結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)，確定施工思路。通過項(xiàng)目部、設(shè)計(jì)單位及安裝單位等多方研究與探討得出具體施工措施：散件運(yùn)輸+場外分段拼裝+脫胎倒運(yùn)+分段吊裝累積滑移。

3.4.1 桁架拼裝

桁架具體拼裝流程：搭設(shè)拼裝胎架→桁架下弦桿安裝→安裝桁架上弦桿→安裝桁架定位腹桿→安裝桁架腹桿→桁架腹桿安裝完成焊接。

桁架單元以散件形式發(fā)往現(xiàn)場，在現(xiàn)場對主桁架整體拼裝；地面拼裝需根據(jù)主桁架尺寸在地面設(shè)置拼裝胎架，上、下弦桿碼板點(diǎn)焊連接，形成整體桁架，完成地面預(yù)拼裝。

3.4.2 脫胎倒運(yùn)

主桁架分段拼裝后利用160 t汽車吊進(jìn)行脫胎，然后使用平板車分段倒運(yùn)至吊裝區(qū)域。運(yùn)至吊裝區(qū)域之后在桁架分段位置設(shè)置支撐塔架，塔架平面尺寸為 3.45 m×3 m;主要為H250×250×9×14(mm)立桿，HW150×150×7×10(mm)橫桿和斜撐組成。

3.4.3 分段吊裝

單榀桁架最大重量達(dá)到145 t，故采用150 t履帶吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況安排，將一榀桁架分為三段進(jìn)行吊裝。

為方便桁架對接部位施工，給施工人員提供簡便安全的施工通道，在桁架適當(dāng)?shù)奈恢锰幣渲米灾频氖┕て脚_和施工用爬梯，平臺采用與支撐塔架同規(guī)格材料在塔架頂部位四周外挑500 mm，爬梯頂部配備防墜器。爬梯主支采用L63×5角鋼，踏步采用Φ50 mm 圓鋼，踏步與主支之間采用搭接焊，踏步間距300 mm，爬梯上、下部與主結(jié)構(gòu)搭接焊接牢固。

3.4.4 累積滑移

采用整體液壓累積滑移的方法：將桁架在場外進(jìn)行整體拼裝，然后在桁架下方搭設(shè)支撐塔架利用150 t履帶吊對桁架分三段吊裝，隨后在高空進(jìn)行桁架焊接，焊接完成后滑移。

液壓累積滑移技術(shù)采用液壓爬行器作為滑移驅(qū)動(dòng)設(shè)備。液壓爬行器為組合式結(jié)構(gòu)，一端以楔型夾塊與滑移軌道連接，另一端以鉸接點(diǎn)形式與滑移胎架或構(gòu)件連接，中間利用液壓油缸驅(qū)動(dòng)爬行。爬行器工作示意圖見圖3。

圖3 爬行器工作示意圖

滑移構(gòu)件結(jié)構(gòu)自重較大、滑移水平推力較大，宜在滑移支柱下方設(shè)置滑靴的滑移方式?；タ芍苯硬捎迷Y(jié)構(gòu)支柱底板。在滑靴底部設(shè)計(jì)限位擋板，用來限制滑移過程中桁架沿軌道左右方向偏移，限位擋板距軌道邊沿距離為5 mm，尺寸100 mm×50 mm×20 mm。滑靴底板前端倒角使其光滑避免出現(xiàn)“卡軌”現(xiàn)象。

在最后一榀桁架吊裝后將支撐柱頂?shù)幕栖壍狼袛嗵鎿Q為支座，支座間連接仍為原軌道，這樣屋架可直接滑移到支座上無需后續(xù)荷載轉(zhuǎn)換工作，用支座面板上的滑移替代原軌道滑移。為保證屋架能實(shí)現(xiàn)從軌道滑移過渡到支座面板滑移，切斷后的軌道應(yīng)在與支座連接過渡的位置比支座面板高10 mm，防止屋架在上支座面板時(shí)被支座擋住，為保證屋架能在支座面板上滑移，需要采取措施減少板面摩擦力，嚴(yán)格控制支座加工板面平整度，不允許板面中部有凸起，且滑移前應(yīng)在支座板面上抹潤滑油，油的厚度要適中且均勻。啟動(dòng)液壓滑行器將屋架推向支座上，在支座上繼續(xù)滑移?；剖┕ね瓿山?jīng)過確認(rèn)之后進(jìn)行卸載措施，通過牛腿轉(zhuǎn)換，將支座位置作為非滑移支點(diǎn)，使用千斤頂進(jìn)行卸載，保證卸載安全。

4 結(jié) 語

共享大堂鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)量多，安裝繁瑣，并且安裝施工難度較大，在超高混凝土上進(jìn)行滑移安裝也會(huì)有一定的安全隱患，本文通過介紹對此類項(xiàng)目超高混凝土柱進(jìn)行臨時(shí)加固措施，增加混凝土獨(dú)立柱穩(wěn)定性，有效解決獨(dú)立柱承載力不足的問題，大大提高了滑移的效率和安全。充分保證鋼結(jié)構(gòu)滑移施工安全和質(zhì)量，并且直接在支座上滑移解決了高空荷載轉(zhuǎn)換的問題，且減少荷載轉(zhuǎn)換的施工時(shí)間，節(jié)約工期?？蔀榻窈笸愴?xiàng)目的施工提供幫助，從而促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展。

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