| 标题 | 大跨度下挂式钢结构连廊胎架支撑高空原位拼装施工技术研究 |
| 范文 | 常海东++++苏铠++++徐晨曦++++李丽梅++++陈天成++++陈光 【摘要】本文通过对艺展天地展示中心大跨度下挂式钢结构连廊的几种施工方案进行比选，考虑工程结构特点、施工条件、施工技术特点、经济合理性、工期要求、各专业交叉配合等因素，详细地说明了该工程施工方案的提出、分析、优化的过程，充分保证了工程施工的质量与安全，为后续相似类型的建筑施工提供了参考。 【关键词】大跨度下挂式钢结构连廊；方案比选；优化 1.工程概况 1.1 建筑概况 艺展天地展示中心项目位于深圳市宝安区107国道与送福大道的交界处，是一栋12层商业楼房，建筑总高度为63.6m，建成之后将成为该片区的地标建筑。艺展天地展示中心建筑面积21.01万m2，占地面积3.01万m2，整栋建筑造型新颖，凹凸有致，如图1所示。 1.2 结构概况 工程结构类型为型钢混凝土框架结构，包括西、中、东3道大跨度下挂式钢结构连廊，2片钢结构网架。西区连廊是3道连廊中体量和跨度均最大的连廊，分布楼层为5-12层，连廊底部标高为22.1m，顶部标高为63.6m，纵向跨度为41.5m，横向跨度为35.4m，包括7榀钢桁架，西、中、东区连廊用钢量为3248t、2163t、1306t。如图2、图3所示。 图3 项目钢结构连廊及桁架分布图 西区连廊包含的7榀桁架有三种形式，其中桁架5最为典型，跨度横向跨度为35.4m，纵向跨两个楼层，跨度为9.1m，但下部下挂部分钢柱钢梁跨越6层，跨度为32.4m。单榀桁架最大重量为216.9t，斜撑最大重量为12.6t，节点最大重量为13.5t。 2.施工重点、难点 2.1 钢连廊的现场安装 钢结构连廊横向跨度大，下部净空达22.4m，构件形式多样，单重大，现场各专业间交叉作业多，钢结构连廊下部分布有电梯井洞、现浇楼梯、悬挑混凝土楼板等，施工环境复杂，且连廊下部地面为混凝土错层结构，错层高差达到9.8 m，如何完成连廊拼装是亟待解决的施工难题。 同时，3道连廊分布于本工程的核心区域，连廊施工的开始时间、结束时间、场地占用、塔吊使用率等对整个工程的施工产生重要影响，施工方法的合理性直接影響工程质量、施工进度、作业安全性及施工成本。 2.2 连廊安装精度控制 钢结构连廊的现场拼装精度保障困难，钢结构连廊施工精度主要连廊安装精度和卸载后变形两个方面控制。连廊跨度大，竖直贯穿7层，钢柱分段多，构件类型多样，在桁架层多异型节点，因此，钢柱、钢梁的拼装、焊接精度控制和卸载之后由于自重导致跨中下沉导致的变形是本项目钢结构施工过程的重难点。 2.3 连廊安装过程中安全性的计算和监测 连廊在拼装、焊接、卸载等情况下的受力状况均有较大差别，要求对各过程中各阶段进行结构的内力、稳定性、位移量做理论计算以确保整个安装过程的结构安全性及安装的准确性。同时需同步进行现场监测工作，设置数据报警，以确保结构安全，监测过程中管桁架的的反力及变形情况至关重要，也是施工中的重点。 3.吊装方案的选择 钢结构连廊跨度大、体量大，两侧为混凝土结构，下部悬空大，错层多，根据综合分析、计算结合以往的施工经验，钢结构连廊施工方法可以考虑整体提升法、倒挂提升法及胎架支撑原位拼装法。 3.1方案一：整体提升法 在钢结构连廊底部楼面上从下自上依次（从5层～屋面层）进行连廊的拼装，同时在钢结构连廊顶部设置8个吊点，在主体结构屋面层设置8个提升点，在提升吊放置液压提升装置，进行钢结构连廊的整体提升。如图5所示，该方法： 3.1.1优点 大部分拼装作业在地面进行，工人施工安全系数高；可以使用汽车吊配合吊装，对现场塔吊的占用率降低；可以提前开始地面拼装，施工速度快，节省工期。 3.1.2缺点 连廊顶部为钢结构桁架，桁架为连廊主受力部位，桁架重量大于下部结构，下部结构易变形，难以修复；连廊两侧的钢梁与塔楼混凝土结构为预埋件连接，提升拼装钢梁需做成两段，一段作为后补杆件，约160根；拼装阶段底部荷载约1200吨，底部拼装胎架需设计为大截面钢梁，地下室局部区域需进行回顶加固。 3.2方案二：倒挂提升法 考虑项目钢结构连廊结构的特殊性：钢桁架作为主受力结构分布在连廊上部，下挂框架结构。若整体提升，拼装区域的地下室顶板受力大，且下挂框架结构受上部桁架重力的挤压作用，有变形的隐患。所以，首先拼装提升顶部桁架层至一定高度之后，再倒挂拼装下挂部分钢连廊，即倒挂提升法。如图6所示，该方法： 3.2.1优点 原位拼装胎架使用量少；地面拼装较高空拼装安全性较高；地下室不需要进行大面积回顶，此部分施工成本降低。 3.2.2缺点 施工组织及技术要求较高；钢结构连廊需等主体结构施工完毕且达到一定强度后，方能设置提升吊点准备提升，安装方法对工期的制约较大；桁架提升至高空后下部结构进行拼装，逆作法安装立柱、钢梁，构件吊装困难，工作效率较低。 3.3方案三：胎架支撑原位拼装法 在钢结构连廊钢柱下方设置支撑胎架，在高空中进行钢结构连廊的原位拼装，胎架底部的地下室顶板也需要使用脚手架管进行回顶，该方法： 3.3.1优点 安装工艺较简单，无需采用复杂施工技术；直接在高空拼装，对杆件的定位和变形控制有利；钢结构施工插入时间提前，节省工期。 3.3.2缺点 支撑胎架高度接近20m，使用量大，措施费用较高；由于高空作业，安全风险较大；连廊桁架卸载后，支撑胎架拆除困难。 我们从方案的技术特点、经济性、工期进行分析，侧重考虑主题乐园施工工期和施工成本，最终选定了第三种方案。 4.支撑胎架原位拼装技术优化 4.1 胎架设置 4.1.1胎架标准节设置 通过使用midas gen有限元分析软件，本项目施工时选用175×175×7.5×11的型钢作为立杆、90×10的角钢作为横杆、70×6的角钢作为斜杆来制作，材质均为Q235B，以1m×1m×4m为最小的制作单元即一个标准节，每个标准节之间使用8颗普通4.6级M20螺栓相连接。在支撑胎架制作之前，进行详细的设计，建立了设计模型、绘制了设计图纸，并按照最大顶部受力情况140kN进行了模拟受力。 4.1.2胎架端部设计 支撑胎架顶部与连廊钢柱连接，底部与混凝土楼板连接，起到承上启下的重要作用，但是顶部和底部的作用又有不同，即顶部需要将连廊的作用力有效的集中到胎架这一个点上能起到很好的支撑作用，而底部需要设法将作用力有效地分散、传递到混凝土楼板及下部的回顶脚手架上。因此，我们设计了两种不同的端部来解决此问题。 4.1.3胎架之间的连接 为了保证支撑胎架的稳定，在支撑之间采用L90×10的角钢进行连接形成水平构造，使悬臂胎架形成一个稳定的框架结构，保障整体稳定性。 4.2 钢拉杆的设置 通过使用midas gen有限元分析软件分析，连廊钢柱垂直度在焊接前后的偏差会比较大，因此采取设置钢拉杆的形式对钢柱进行固定，计算每榀桁架间钢拉杆抗压应力，选定材料为Q235的H200x200x8x12的H型钢作为桁架间的钢拉杆使悬挑桁架成“三角稳定框架结构”，“三角稳定框架结构”将悬挑桁架焊接残余应力由焊缝传递给钢拉杆，由“三角稳定空间结构”承担施工焊接荷载，减小钢连廊立柱由焊接变形引起的垂直度的变化。钢拉杆及钢丝绳的刚柔配合，既能消除误差，又方便安全。 4.3 连廊安装过程中的受力计算 使用midas gen有限元分析软件分析，对连廊安装全过程進行模拟分析，模拟到安装每一个阶段，在施工过程中全程使用全站仪进行跟踪检测，保证施工过程的安全。 通过全程监控，测量每一个施工阶段的变形数据，发现其均在控制范围内。 本工程通过有限元分析，主要解决了以下问题： 4.3.1对不同的施工方案进行分析，根据分析结构变形，确定安装顺序。 4.3.2分析每一个施工阶段，结构是否为稳定状态，杆件应力比是否满足要求，确保施工过程的安全。 4.3.3分析施工过程中结构的变形，保证结构的整体变形满足规范要求，同时确保相邻安装单元之间的相对变形不可过大，以满足安装精度要求。 4.3.4分析施工过程对结构杆件附加应力大小，即结构施工完成后杆件应力与设计一次成型杆件应力的差值，确保附加应力比与设计应力比之和在合理范围之内，保证结构施工完成后承受荷载的能力不被削弱。 4.3.5分析施工过程中各关键节点的变形和重要杆件的应力，与施工过程监测值进行对比，为施工过程提供理论依据，确保施工过程的可控性。 施工前，进行施工全过程结构性能仿真计算，深入分析结构成型状态内力和变形的影响因素，以制定科学可行的施工方案。施工过程中，对结构内力和变形进行监测，确保结构内力和变形始终处于受控状态，同时考察结构实际的变形和内力变化规律，为今后的施工活动总结经验。 本项目采用无线振弦应变采集系统对被安装构件关键受力构件进行应力监测，采用徕卡TS30测量机器人对应变进行全天候的自动化监测。确保结构内力和变形在施工过程中始终处于受控状态。 4.4 支撑胎架拆除 支撑胎架拆除主要使用卷扬机和倒链进行拆除，卷扬机安装在桁架杆件上，与倒链或者溜绳配合，把支撑措施放于楼面上，使用塔吊吊装至措施堆场，在支撑措施拆除过程中须注意空间问题，卷扬机组须经过科学合理布置，以免在调运过程中拉索、构件等物体与其他构件发生刮擦、碰撞等现象发生。卷扬机调运、塔吊装时要缓慢进行，避免产生大幅度的摆动与震荡，构件落地时不得与看台等物体进行猛烈撞击，须缓慢进行，胎架拆除按照一节一节拆除，支撑胎架拆除施工见图17。 图17 支撑胎架拆除施工图 5.结语 本文详细介绍了艺展天地展示中心项目钢结构连廊施工过程中三个方案选择的具体过程，综合对比后，选择了支撑胎架原位拼装法，并对支撑胎架原位拼装法进行优化，确保施工质量和施工安全，提高了施工效率。 同时钢结构连廊支撑胎架原位拼装是一个动态的过程，施工过程复杂，施工周期长，本文通过有限元软件分析，对安装全过程进行了模拟分析，并在现场实施过程中进行了全程监测，最终成功完成了钢结构连廊的安装。 项目以本工程钢结构高质量的完成安装为契机找出一条解决类似工程施工难题的安装方法，为类似工程钢结构安装提供施工经验，培养锻炼一批有技术与管理能力的人才，为今后市场开拓和企业发展储备资源。 （作者单位：中国建筑第二工程局有限公司深圳分公司） 【中图分类号】TU973.13 【文献标识码】A 【文章编号】1671-3362（2017）08-0050-05 |
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