通过对超长跨钢桁架屋盖滑移的设计分析及特点介绍,明确了施工技术的难点,结合工程实例总结出了符合现场实际的施工工艺。既保证设计的承载力,又能达到施工最优化的目地。使该项新技术具有良好的发展前景和广泛的推广意义。 <br/> It clears the requirements of the difficulty of construction technology and bring forward the actual construction process according to the design analysis and characteristic introduction of super-long span steel truss roof slip. That not only ensured the bearing capacity of the design, but also achieved the objective of the construction optimization. The new technology makes wide prospect and extensive popularized significance.
随着生活水平的提高和建筑业的快速发展,大跨度公共场馆的建设使用越来越广泛,为了使大跨度场馆拥有良好的采光性,目前普遍采用钢桁架屋盖体系。一般情况下采用“地面拼装、跨内高空吊装”以及“搭设拼装平台、高空散装”的方法便能完成大跨度钢桁架的安装工作,此类安装方法相对比较简单、实用、效率较高。但对于施工场地内受限制,常规此类方法就行不通了,须另辟他径。
广州市珠江新城F2-4地块是集商业、办公、高级公寓、五星级酒店于一身的多功能综合性大型公共建筑,最高楼层达49层280米。在位于项目南北塔楼之间的裙房大中庭之上设置采光钢桁架屋盖(见图1),屋盖平面尺寸约为41.4 m × 36.5 m,为沿短轴对称的结构(见图2)。结合现场实际情况,因受裙楼结构及外围绕场地的限制,中庭屋面钢结构不能在现场拼装后整体吊装到位。根据现场实际情况,在六层楼面搭设拼装胎架及脚手架操作平台,并进行相关受力计算及荷载复核。通过在操作平台上组装桁架后两榀一组向另一侧滑移到位。下面将对施工前胎架及脚手架操作平台进行受力模拟分析,并对具体的施工工艺进行详
图1. 超长跨钢桁架屋盖图
图2. 网架结构轴测图
细的叙述。在关键的细节部位进行优化处理,使得整个钢桁架屋盖滑移能顺利安全的进行,并对日后更多屋盖的滑移提供鉴见。如下对工程的超长跨钢桁架屋盖进行简单描述。
钢桁架屋盖组成为网架+玻璃幕墙,网架主受力体系为东西跨的三角形空间桁架,共10榀。
网架两边支撑在钢筋混凝土柱顶,网架支撑柱柱底标高为26.4 m,一端柱顶标高为30.45 m,另一端柱顶标高为34.25 m,高差为3.8 m(见图3)。
每榀桁架由3根拱形主钢管和11组三角形弦管组成(见图4)。拱形主钢管尺寸为351 × 14,其余弦管尺寸全部为180 × 12。桁架月牙形的设计既能有效的传递荷载,又能极大的节省钢材。相邻桁架上弦节点通过11根弦杆相互连接,桁架与连杆共同构成了空间受力体系。
拼装构件总重约为38.8吨,由六组胎架支撑,每
图3. 网架剖面图
图4. 单榀桁架结构图
个胎架有6个支撑点,中部胎架支撑点最大受力约为1.3吨。考虑吊装的冲击力,乘以1.1的动载系数[
支撑胎架下端支承在六层的砼梁面,由纵横两道工字钢梁做成井格形式。
屋面桁架两榀一组拼装,拼装桁架总重约38.8吨,下设六组支撑胎架,胎架HW150X150X7X10型钢制作,材质Q235。胎架受力计算仅考虑桁架自重即可,本处计算取1.1自重系数。采用MIDAS计算软件对胎架受力进行验算(见图6)。经过计算模拟得到支持胎架最大位移为2 mm(见图7),支撑胎架底部的支反力,竖向最大支反力差不多在跨中附近数值为53.4 KN。胎架杆件最大应力比小于0.2,满足要求[
支撑胎架下部支承在六层楼面的区域的砼梁上,
图5. 拼装胎架安装示意图
图6. 支撑胎架计算模型
图7. 最大位移为2 mm,满足要求
根据上述计算分析,支撑胎架最大的支座反力为53.4 KN,布置图如图9所示。
由于胎架底部是支撑在砼梁上的,因此只需根据各支点的反力复核砼梁的强度能否满足要求即可。
本工程楼面梁板砼强度为C35,梁主筋强度
图8. 胎架杆件应力比,最大应力比小于0.2,满足要求
图9. 支撑胎架对楼面的支座反力图
HRB400级,fy = fy’ = 360 N/mm,梁箍筋强度为HRB335级,fy = fy’ = 300 N/mm。
计算软件:采用MIDAS计算软件[
计算模型:采用空间三维实尺模型。
边界条件:胎架底部与砼梁铰接(实际施工时采用无联接的支承方式)。
荷载:楼面施工活载取2 KN/M2,节点活载取胎架底部的支反力。
计算模型如图10。
根据计算复核,砼梁实配钢筋满足承载要求。
屋面桁架两榀一组在操作区拼装,拼装完成后由北向南方向滑移就位,在前一组滑移出操作区后,在
图10. MIDAS计算模型
操作区安装胎架进行下一组桁架的组装,形成流水施工,无缝衔接。桁架共分五组。各组桁架滑移到位后,使用千斤顶微调桁架,精确校正无误后安装支座连接板。最后拆除滑靴装置,补装桁架之间的纵向细杆,完成安装作业。
流程一:第一组桁架滑移单元滑移到位(图11)。
流程二:第二桁架滑移单元滑移到位(图12)。
流程三:第三个桁架滑移单元滑移到位。
流程四:第四个桁架滑移单元滑移到位。
流程五:第五个桁架滑移单元滑移到位(图13)。
流程六:用千斤顶微调桁架支座标高,精度校正无误后安装支座连接板,拆除滑靴装置(见图14)。
流程七:补装桁架之间的纵向系杆(见图15)。
1) 拼装区满堂脚手架的搭设
先在已清理出的裙楼屋面搭设满堂脚手架作为桁架拼装区,满堂脚手架采用扣件式脚手管搭设,水平方向的纵、横步距1.4 m,步高1.4 m。脚手架上铺木脚手板,四周设挡脚板(见图16)。
2) 拼装胎架的布置
拼装构件总重约为38.8吨,由六组胎架支撑,每个胎架有6个支撑点,考虑中部胎架支撑点最大受力及吊装的冲击力,乘以动载系数,计算出每个支撑点受力。选取合适的构件材质组成拼装胎架(见图17)。考虑到胎架上端支撑部分桁架滑移的阻碍,将胎架上端做成螺栓连接,在桁架滑移前将上部拆除,滑移过
图11. 第一组桁架滑移单元滑移到位图
图12. 第二组桁架滑移单元滑移到位图
图13. 第五组桁架滑移单元滑移到位图
后再安装。
注意:支撑胎架下端支承在屋面的砼梁面,由纵横两道工字钢梁做成井格形式;
图14. 调整桁架支座图
图15. 补装桁架之间的纵向系杆
图16. 脚手架立面布置图
支撑胎架完成后屋面桁架两榀一组拼装,吊装设备利用塔吊吊装主弦杆,其他腹杆由卷扬机辅助人工搬运就位。中庭屋面桁架分五次滑移,每两榀一组,由北向南方向滑移,各组桁架滑移到位并将轴线调整无误后固定支座,补装纵向拉杆。
3) 滑靴和滑移轨道设计
屋面桁架采取两榀一组进行滑移,滑移轨道利用柱顶的方管梁,每个滑移点设一个滑靴(见图18)。桁架滑移采用电动卷扬机拉动滑移。计算摩擦系数及卷
图17. 支撑胎架立面布置图
图18. 滑靴安装示意图
扬机拉力,选用合理吨位卷扬机满足施工要求。滑靴之间拉设两道拉杆,以利于两榀桁架滑移的同步性。钢丝绳选用:计算出机动滑车的钢丝绳安全系数及钢丝绳拉力,选取合适的钢丝绳,满足施工要求。滑靴由型钢制作,一端与桁架支座连接板临时焊接,另一端通过滑移垫板支承在滑移轨道上,由于桁架两端支座有高低差,在桁架滑移过程中存在横向的水平位移,为保证结构滑移的安全,在两端的支座上均设位移的限位器,桁架低端支座的限位设在内侧,桁架高端支座的限位设在外侧。
4) 高空补装区的安全防护
桁架滑移到位后补装纵向连系杆及后续的幕墙支座安装等均存在高空作业现象,为保证高空作业的施工安全,桁架在地面拼装时将水平安全网及沿上弦的走道、安全绳安装完成后再提升,提升单元的安全防护布置如图19所示。
5) 拼装区的滑移轨道布置
桁架拼装区位于屋面结构外侧,需将在拼装胎架和滑移轨道之间制作“过渡轨道(B500 × 300 × 6型钢)”进行连接,保证钢桁架拼装完成后能顺利滑移到指定轨道上。拟在“过渡轨道”下设两根钢柱支撑,钢柱下端固定在楼面的砼梁上。两根钢支撑为宽翼缘H型钢,规格为HW300 × 300 × 10 × 5。
6) 防止桁架横向位移措施
图19. 安全防护布置示意图
桁架两支座之间存在较大高差,桁架滑移过程中会存在横向位移,为了确保滑移后桁架的安装精度,在滑移过程中于两支座处设横向位移的限位器。限位装置由圆钢及厚钢板制作。限位装置由D20圆钢及20厚钢板制作,如图18滑靴安装示意图所示。
超长跨钢桁架屋盖滑移质量控制要点[
1) 桁架滑移到位轴线安装偏差不大于15 mm,跨中垂直度允许为h/250,且不大于15.0 mm;
2) 桁架安装到位侧向弯曲矢高不大于10 mm;
3) 桁架安装到位支座标高允许偏差±5 mm;
4) 桁架安装跨中垂直度、侧向弯曲矢高、标高、轴线偏差等,应符合《钢结构工程施工质量验收规范》[
5) 施工过程中必须严格按照安全管理条例进行施工[
随着生活水平的提高和建筑业的快速发展,人们对大跨度场馆的建设的运用越来越多。本文对此种大跨度钢结构桁架的滑移施工进行了简单的受力分析并对相应的施工工艺做了简要的总结。在施工中无需采用吊车,不占用道路。采用地面拼装、跨内高空吊装的方式往往吊车长时间占用临时道路,阻碍其它工序的有序进行。现场搭设拼装胎架及脚手架操作平台,屋面桁架两榀一组原位拼装后进行滑移到位[
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