鋼結構技術(shù)論文
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
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建筑鋼結構分會(huì )主辦
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，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）
圖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。
圖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。
圖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
圖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。
圖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。
圖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：
表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。
圖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。
圖14 外框架合攏流程圖
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. 總 結
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
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（浙江精工鋼結構有限公司，浙江紹興 312030）
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