大跨度双向曲面钢结构不利环境下的安装技术

发表于2008-07-11     1016人浏览     0人跟帖     总热度:10  

大跨度双向曲面钢结构不利环境下的安装技术
1、工程概况 图1 南通体育会展馆  南通体育会展馆(以下简称本工程)长350m,宽120m,最高点约为38m。主体为四层钢筋混凝土框架结构,四层楼面以上部分根据不同位置分别采用钢管混凝土柱或钢管柱。从使用功能上可分为展览馆(1000个标准展位)、体育馆(6600座)、网球馆(四片球场)三部分。本工程的屋面采用钢结构桁架结构,展览馆屋面为独立一块,体育馆与网球馆屋面为一块。屋面外形特殊,为双向曲面状,酷似两片轻盈飘逸的叶片(图1)。  屋盖钢结构由主弧形桁架、次弧形桁架、边缘弧形桁架、斜桁架组成空间结构。采用钢管相贯焊接而成。主弧形桁架为平面式桁架,桁架为变截面,高度约为2200-4300mm,两端为悬臂端,支承柱间最大跨度76.5m。次弧形桁架与主弧形桁架垂直布置,将各榀主弧形桁架连成一体,连接处截面与主弧形桁架同高,主辅桁架相交形成一双向曲面屋顶(图2)。  本工程屋盖钢结构为四周边支承的双向结构体系,受力复杂。     2、安装施工难点   1)钢结构外形特殊,受力复杂  整个钢结构为双向曲面,外形形似叶片,四角还向下向外伸出,在平面、高度方向均为曲线形。结构设计上,作为四周边支承的双向结构体系来考虑,而非按单向受力,因此结构受力复杂。  2)结构跨度大  会展馆结构跨度为54m,体育馆则达到76.5m。     3)现场环境条件差  由于钢结构进场时下部四层钢筋混凝土框架结构均已施工完成,在进行框架结构施工时完全未考虑屋面钢结构安装方案。使现场钢结构安装条件十分不利。主要表现在:  会展馆区,除南侧有条件跨外安装外,西侧有一层5.5m高15m宽的平台,北侧有一层5.5m高36m宽的平台,东侧则完全封闭,均无法进行跨外作业,而内部亦全部封闭,为标高11.0m的二层大展厅(图3)。  体育馆(包括网球馆)区,南侧、东侧有条件跨外安装,西侧、北侧无法跨外安装,而且体育馆内由于四周看台均已施工,未留设预留口,因此虽然内部有空地,但吊机却无法进入。  3、安装方案的选择   针对现场不利条件,我们进行大量的现场调研,查阅土建结构施工图纸,对原有结构梁板进行复核验算,几经优化,将整个钢结构合理划分成块,根据不同的条件,采用不同的钢结构安装方案。具体为:     会展馆:划分为四个安装区域。  一区为A-C轴间,此段钢桁架长15-20m不等,在B、C轴设有钢管混凝土柱支承钢桁架。由于靠近外侧,因此采用50T履带吊跨外吊装。  二区为C-J轴间,跨度达54m,此范围内无支承柱,在标高11.0m处为钢筋混凝土楼板层。该部分钢桁架共有10榀,长54m,单榀桁架重约15T。采用分块提升法施工。将两榀桁架为一组,划分为六个提升单元,在11.0m层楼板上预拼装成形后采用四台独脚拔杆吊提升就位。  三区为J-L轴间,此段类似一区,就是无法采用吊机安装,因此采用独脚拔杆吊安装。  四区为L-Q轴间,此段桁架采用跨外吊装与独脚拔杆吊安装相结合的方法。  体育馆(含网球馆):划分为三个安装区域。  一区25-35轴,该区为室内正式比赛场地及看台,钢桁架支承柱位于B、L轴,桁架总长度-106m,跨度76.5m,重量T。采用单元滑移法施工,将钢桁架在35-37轴16.5m楼面上搭设胎架进行组装,组装完成后滑移至设计位置。共分四个单元。  二区35-37轴,该区为滑移单元组装区,在滑移完成后,自身钢结构采用散件拼装。  三区37-44轴,该区为网球馆所在位置,在进行一、二区施工时,沿37轴设置一台行走塔吊,作为组接装构件垂直运输的主要机械。三区构件采用该塔吊按单榀钢桁架进行安装。  所有钢结构四周边不规则曲线桁架以及连接主桁架的次桁架均采用散件安装方法。  总体安装顺序:  会展馆:一区(跨外分段安装)à三区(拔杆安装)à二区(分块提升)à四区(跨外分段安装)à边桁架散拼散装。  体育馆:一区(单元滑移)à二区(散拼散装)à三区(塔吊分段安装)à边桁架散拼散装。  使用的主要吊装机械有:150T、50T履带式吊机各一台;C7022行走式塔吊一台;以及独脚拔杆起重设备若干套。  4、主要安装施工技术 4.1分块提升法施工   会展馆二区采用分块提升法施工。  4.1.1分块方案  该区域平面尺寸为81×54m,设有10榀主桁架。1轴以西、10轴以东还有各一片曲线斜边桁架,因此共为12榀桁架。每两榀组成一个提升单元,共六个单元。  4.1.2独脚拔杆吊的设置与计算  独脚拔杆吊是提升用主要设备,由钢独脚拔杆与卷扬机系统组成。钢独脚拔杆截面形式为φ299×16,独脚拔杆长度约18.5m。独脚拔杆设于南北侧16.5m层上,独脚拔杆顶端设缆风绳。  1)独脚拔杆荷载计算  作用于拔杆上的荷载除了吊重外还有索具、起重滑车组引出索的拉力、拔杆自重、缆风绳的初拉力对拔杆的压力等。为简化计算,按吊重乘以1.2系数考虑。  提升单元重量约为500KN,由四根拔杆提升,考虑不均衡系数1.1,则每点荷载为  P=500/4*1.2*1.1*1.4=231KN  2)截面验算  独脚拔杆截面为Φ299×16mm,L=18.5m;I=142.8*106mm4;W=9.55*105;An=14218mm2;i=100.21mm;  长细比 ;查表得:
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