[分享]多层大跨度钢桁架安装技术的研究

发表于2021-10-09     66人浏览     1人跟帖     总热度:144  

1 工程概况

深圳市公安局第三代指挥中心是一栋结构形式为钢-混组合形式的单体建筑,地上主体平面尺寸为38.3 m×46 m,建筑高度为56 m,4层地下室,深度20 m,地上6层,层高6.5~12 m不等,为连续大跨度钢桁架结构形式,每层由6榀大跨度钢桁架+钢次梁组成,2~5层每榀桁架质量为23 t,桁架高度为2.1 m,屋面层桁架每榀质量为36 t,桁架高度为2.8 m,桁架跨度达34 m。在建筑工程中,属于罕见的连续多层大跨度钢桁架结构体系,如图1所示。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_1
图1 钢桁架结构体系 m

因项目场地狭小且处于建筑密集城区,经分析论证,从可操作性、经济性、施工周期等方面考虑排除了整体提升、滑移、跨外吊等常规大跨度桁架的安装方式,从而考虑每层设置桁架支撑体系,利用主体结构北侧现有的一台M600D动臂塔吊进行桁架的原位吊装。根据项目整体场地情况、塔吊性能、运输条件及工期要求等,每榀钢桁架均分为三段,钢柱分为7节,每10 m左右为一节,如图2~图4所示。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_2
图2 钢桁架布置

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_3
图3 钢桁架分段

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_4
图4 钢柱分段

2 安装方法比选
大跨度钢桁架常规安装方法有整体提升、滑移安装、跨外吊、胎架支撑原位安装等,考虑本项目所处建筑密集城区、场地狭小等特点,现实可行的有以下2种安装备选方案。
2.1
整体提升安装
整体安装思路为:首先安装桁架两侧钢柱、钢梁及斜撑至屋面层高度,钢桁架在地面完成整层的拼接,采用液压顶升设备,优先顶升安装屋面层桁架,再依次向下安装,如图5所示。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_5
图5 整体提升 m

此安装方法有如下风险。

1)安全风险:桁架两侧钢柱一次安装过高,且无中间桁架连接形成框架体系,安全风险较大;

2)技术风险:钢桁架的加工制作、进场安装采用由顶层依次至底层的顺序,对深化设计整体要求较高,变更容错率较低;

3)工期风险:上部桁架层的施工作业(楼承板铺设、钢筋穿筋、楼板浇筑等作业),对下层钢桁架提升安装影响较大,势必造成需等到钢桁架整体提升完毕后,方能进行后续作业的插入,无法形成流水施工,工期影响较大;

4)商务风险:桁架的拼装,除现场塔吊外,还需另外租用汽车吊等机械设备,进行场内的整体拼装,支出较大。

2.2
胎架支撑原位安装
采用装配格构式胎架支撑、原位安装钢桁架,如图6所示。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_6
图6 装配格构式胎架支撑

此安装方法缺点:

1)装配格构式胎架底座较大(约2 m×2 m),难以与下层钢梁固定,且自重较大,对结构承载力要求较高;

2)装配格构式胎架,因散件较多,吊装、拼装、拆卸转运等所需场地面积、施工工期及劳动力较多,施工较为麻烦;

3)因装配式标准化胎架具有一定的模数尺寸(底层高度为4 m),不适用于连续多层桁架支撑且层高较低的建筑,安装不便利。

综合考虑备选方案的特点,认为标准化胎架支撑原位安装钢桁架较为切实可行,但需对其支撑体系进行优化。

3 支撑体系优化
考虑到标准化胎架支撑的局限性(冗重),将此支撑优化为安装拆除快捷的型钢点式支撑体系。此快装拆式支撑体系主要组成部分有:支撑钢桁架的型钢立柱、立柱间的横向联系梁、增强侧向稳定性的八字斜撑、利于受力的柱底钢板以及便于卸荷用的可调节无损耗式支撑钢板,通过简易的梁柱框架体系,对钢桁架进行点式支撑,加上自身的可拆卸式节点设计,达到快装快拆的效果。

该快装拆式支撑体系原理:

1)利用钢柱、钢梁、斜撑组成稳固的点式支撑体系,立柱顶部设置可调节无损耗式支撑钢板,用于安装卸载时调整标高;

2)所有构件经承载力计算后,均采用热轧H型钢,便于采购加工制作,保障了施工工期;

3)作为点式支撑的型钢立柱,其自身通过设置横向联系梁、八字斜撑的形式,增强平面内外的稳定性,同时底部设置一块钢板,以增大受力面积,减小荷载受力;

4)支撑立柱与钢梁斜撑连接节点均采用连接板+螺栓的铰接节点形式,便于快速安装及拆除。
支撑体系结构如图7所示。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_7
a—立面图1(立柱、横梁);b—立面图2(立柱、八字撑);c—顶部可调节无损耗式支撑钢板立面;d—顶部可调节无损耗式支撑钢板三视图;e—底部端头钢板(采用膨胀螺丝固定在混凝土楼板上)。
图7 支撑体系节点大样

4 桁架安装
桁架平面安装顺序如图8所示,即:

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_8
图8 桁架安装顺序平面

1)优先安装桁架两侧的钢柱、钢梁及竖向桁架支撑体系,调整并定位其顶端标高;

2)按照由南向北方向,安装第一榀桁架的两端桁架;

3)安装第二榀桁架的两端桁架;

4)安装桁架段之间的次梁,使其两榀桁架连成框架;

5)安装两榀桁架的中间桁架段,安装中间次梁;

6)按此顺序依次向北安装,直至完成桁架安装。

桁架立面安装顺序:

1)优先安装首层东西两侧结构;

2)安装首层中间区域桁架支撑体系及第一层桁架;

3)安装二层东西侧结构;

4)安装二层中间区域桁架支撑体系及第二层桁架;

5)卸载转运首层支撑体系;

6)浇筑二层楼板混凝土;

7)安装三层中间区域桁架支撑体系及第三层桁架;

8)卸载转运二层支撑体系;

9)浇筑三层楼板混凝土,按此顺序依次向上。

立面安装整体原则:优先安装东西两侧结构,中间大跨区域安装两层钢桁架,与两侧结构形成双层框架体系后再进行下层桁架支撑卸载转运、楼板浇筑,在完成本层楼板浇筑后,再向上安装第三层桁架结构,按此顺序依次向上安装。

起拱设置:大跨度桁架中间起拱60 mm,钢框梁起拱L/700,次梁起拱L/600(L为跨度)。

5 施工模拟验算
步骤1:安装首层东西两侧结构及中间桁架支撑(图9)。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_9
a—最大组合应力 MPa;b—合位移 mm;c—单榀桁架受力情况 kN·m。
图9 步骤1模拟

步骤2:由南向北安装两侧桁架段(图10)。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_10
a—最大组合应力 MPa;b—合位移 mm;c—单榀桁架受力情况 kN·m。
图10 步骤2模拟

步骤3:安装中间桁架段及次梁(图11)。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_11
a—最大组合应力 MPa;b—合位移 mm;c—单榀桁架受力情况 kN·m。
图11 步骤3模拟

步骤4:按此顺序依次由南向北安装(图12)。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_12
a—最大组合应力 MPa;b—合位移 mm;c—单榀桁架受力情况 kN·m。
图12 步骤4模拟

步骤5:第一层桁架安装完成后,安装第二层桁架(图13)。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_13
a—最大组合应力 MPa;b—合位移 mm;c—单榀桁架受力情况 kN·m。
图13 步骤5模拟

步骤6:卸载首层桁架支撑(图14)。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_14
a—最大组合应力 MPa;b—合位移 mm;c—单榀桁架受力情况 kN·m。
图14 步骤6模拟

步骤7:浇筑第一层混凝土楼板(图15)。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_15
a—最大组合应力 MPa;b—合位移 mm;c—单榀桁架受力情况 kN·m;d—左右结构水平变形量 mm。
图15 步骤7模拟

6 实际与模拟对比分析
每榀桁架上设置3个位移测量点(图16),支撑体系的卸载转运由中间向两端顺序进行。卸载前后,采用全站仪监测变形,典型楼层卸载前后模拟与实际变形值如表1所示。结果表明:卸载前后桁架变形下挠模拟值与实测数值基本吻合,实测值略大于模拟值,在可控范围内。

多层大跨度钢桁架安装技术的研究_16
图16 桁架位移测点

表1 典型楼层模拟与实际变形值
多层大跨度钢桁架安装技术的研究_17
注:“-”代表降低。

7 结 论
1)连续多层大跨度钢桁架安装过程中,立面上采用以两层钢桁架安装为一个单元,与两侧结构形成双层框架体系后再进行下层桁架支撑卸载转运、楼板浇筑,完成本层楼板浇筑后再向上安装第三层桁架结构,按此顺序层层向上周转支撑体系进行桁架安装。结果表明,此类安装方法可有效控制结构偏移。

2)深圳市第三代指挥中心项目地上多层钢桁架主体的快速建造,充分发挥了此快装拆式单点支撑体系的安全稳固、装拆快速、实用经济的特点,并成功地将其应用到连续多层大跨度钢桁架安装中。
来源:中建科工
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