大型鋼結(jié)構(gòu)連接體施工控制及結(jié)構(gòu)加固研究

關(guān)鍵詞：大型鋼結(jié)構(gòu),施工控制,結(jié)構(gòu)加固

　　目前，隨著我國大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，對施工技術(shù)提出了越來越高的要求，為達(dá)到設(shè)計效果和使用要求，人們對大跨度結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)及施工過程中表現(xiàn)出的諸多力學(xué)及技術(shù)問題愈來愈重視。越來越多的設(shè)計和施工人員已認(rèn)識到安裝方案及施工計算的重要性。對于現(xiàn)代大型和大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的成型過程一般要通過吊裝或滑移或頂(提)升或其他施工技術(shù)從一系列準(zhǔn)結(jié)構(gòu)逐漸集成形成最終結(jié)構(gòu)的過程，結(jié)構(gòu)可能在施工過程中結(jié)構(gòu)失去平衡而傾覆，或由于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失去穩(wěn)定而倒塌，或由于局部構(gòu)件或節(jié)點的強(qiáng)度不足而破壞。所以，根據(jù)工程實踐研究大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制和結(jié)構(gòu)成型效果顯得十分必要。本文通過大型連廊鋼結(jié)構(gòu)的安裝、提升控制及結(jié)構(gòu)加固實踐，研究大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)及力學(xué)分析、演算、加固等，為類似工程提供有價值的參考。

　　近年來，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工整體提升項目愈來愈多，如近年來完成的北京西客站巨型桁架、北京首都國際機(jī)場四機(jī)位庫、上海大劇院、深圳市民中心、廣州新白云國際機(jī)場10號機(jī)庫[1]、澳門多功能體育館主桁架[2]等。大型鋼結(jié)構(gòu)在安裝提升過程中，應(yīng)重點解決兩個問題：一是被提升的結(jié)構(gòu)和提升柱不應(yīng)該遭受損傷和破壞；二是提升系統(tǒng)的設(shè)計和計算。當(dāng)然在提升過程中可以人為地改變結(jié)構(gòu)提升過程的受力狀態(tài)。有兩種處理措施：一是根據(jù)提升柱剛度及穩(wěn)定性的強(qiáng)弱程度，可以調(diào)整提升柱之間提升力的大小分布，把弱柱的提升力轉(zhuǎn)嫁到強(qiáng)柱上以保證弱柱在提升過程中的安全，還要特別檢驗它的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。二是在一個提升柱中，可能由于兩個提升力偏心不等對柱產(chǎn)生極為不利的影響，可以通過調(diào)整兩個提升力的大小使柱達(dá)到或接近中心受壓以改善柱子的受力狀態(tài)。

　　第一階段是結(jié)構(gòu)脫離胎架；第二階段是結(jié)構(gòu)勻速提升；第三階段是結(jié)構(gòu)落位。首末兩個階段提升力的變化較大，它直接涉及到對提升柱與結(jié)構(gòu)安全的影響，因為在結(jié)構(gòu)脫離胎架和落位的過程中，提升點離開胎架和結(jié)構(gòu)落到設(shè)計標(biāo)高的先后順序會引起提升力的較大變化�？梢园堰@兩個階段比喻為飛機(jī)的起飛和降落,而第二階段可比喻為飛機(jī)的平穩(wěn)飛行。

　　為了防止在提升過程中由于提升點不同步對桁架強(qiáng)度和穩(wěn)定性的影響，需進(jìn)行不同步驗算。提升系統(tǒng)中設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)提升點，系統(tǒng)動態(tài)采樣其他提升點的位移值，并保證差值在±15mm以內(nèi)。千斤頂只能給結(jié)構(gòu)提供向上的力，即僅能提供豎向的單向約束，所以對計算結(jié)果的合理性應(yīng)加以檢驗，各提升點位移差的出現(xiàn)會使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生改變，因此需要計算在可能出現(xiàn)位移差時結(jié)構(gòu)的受力情況，以確保提升過程中桁架安全可靠。通過計算桁架體系在各種位移差工況下的桿件內(nèi)力,并進(jìn)行穩(wěn)定分析，可以保證在提升過程中，只要嚴(yán)格控制各提升點與標(biāo)準(zhǔn)點之間的位移差不超過±15mm,那么結(jié)構(gòu)是安全的。在實際提升過程中，由于提升點與標(biāo)準(zhǔn)點之間的位移差控制在允許范圍內(nèi)，桁架體系沒有桿件發(fā)生局部失穩(wěn)。

　　近年來，國內(nèi)外出現(xiàn)了一些新型施工方法，如高空曲線滑移技術(shù)、預(yù)應(yīng)力拱架結(jié)構(gòu)施工成型技術(shù)[3、4]、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開施工技術(shù)[5]。而整套提升技術(shù)只需安裝少量的腳手架，提升過程只耗費一天時間，較滑移法施工節(jié)省工程量20～40%，節(jié)省支架30～60%，縮短工期30%。

　　4.1 工程概況

　　上海振華港機(jī)連廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計有兩個連接體鋼結(jié)構(gòu)，分上下布置，平面型式一樣。下部連體鋼結(jié)構(gòu)位于13F～16F之間，標(biāo)高從+41.67米至+51.57米；上部連體鋼結(jié)構(gòu)位于23F～26F之間，標(biāo)高從+74.67米至+84.7米；平面位置均位于A～H軸與8～12軸之間。單個連體鋼結(jié)構(gòu)體型尺寸約為38.5米（L）×30.8米（W）×9.9米（H），重量約為300噸。連接體主結(jié)構(gòu)為雙向正交的鋼桁架結(jié)構(gòu)。連廊結(jié)構(gòu)里面示意圖如圖1所示。

　　本工程采用在地面整體組裝，液壓同步提升，空中對接落位的工藝進(jìn)行安裝。該工藝避免了鋼連廊高空焊接對口，最大程度地保證了施工質(zhì)量。本工程起吊單片鋼桁架最重約20噸，H軸-N軸/8線-12線區(qū)域路基箱鋪設(shè)重約431噸。所以要求對三層樓面和H軸-N軸區(qū)域的地下室頂?shù)孛娴南聦咏Y(jié)構(gòu)需要進(jìn)行加固措施設(shè)計。

　　圖1 連廊結(jié)構(gòu)立面示意圖

　　4.2 連廊鋼結(jié)構(gòu)整體提升吊裝施工及控制方案

　　連廊鋼結(jié)構(gòu)吊裝的關(guān)鍵工序為鋼結(jié)構(gòu)桁架于裙樓三層樓面的整體拼裝。為保證拼裝的精度，我們采取工廠加工制作與預(yù)拼裝控制、起拱控制、溫度影響控制、焊接收縮影響控制、地面拼裝控制和高空對接控制（主桁架一側(cè)設(shè)置500mm的預(yù)留段）的綜合控制技術(shù)，在詳圖設(shè)計時就要充分考慮單片桁架的分段制作和運輸進(jìn)場。

　　在兩塔樓主體結(jié)構(gòu)施工過程中，我們安裝連接連廊的勁性鋼柱時，要求對該部位的垂直度、軸線位置、標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格控制，以保證鋼柱牛腿與連廊在空中準(zhǔn)確對接；

　　在連廊鋼桁架制作過程中，將現(xiàn)場實測的牛腿標(biāo)高和軸線偏差數(shù)據(jù)反饋到加工廠。加工廠嚴(yán)格要求將主桁架GHJ-1、2、4于車間整體拼裝制作，并嚴(yán)格控制單片桁架的平面度、對角線尺寸、起拱要求等，待焊接矯正完畢后再進(jìn)行切割分段出廠（分段切割處設(shè)置現(xiàn)場拼裝耳板以保證尺寸精確和現(xiàn)場拼裝速度）。同時要求與現(xiàn)場鋼柱牛腿連接的柱桁架GHJ-1、2的兩端頭各預(yù)留100mm余量于現(xiàn)場根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整；

　　在連廊于裙樓三層樓面整體拼裝的過程中，我們要求使用激光測距儀將主體結(jié)構(gòu)鋼柱牛腿的標(biāo)高、間距、軸線位置等復(fù)測的實際數(shù)據(jù)反饋到連廊的地面整體拼裝中，并反復(fù)復(fù)核對角線和標(biāo)高，再對車間預(yù)留余量進(jìn)行調(diào)整和現(xiàn)場磁力鉆孔處理；

　　液壓整體提升過程中，嚴(yán)格控制8、12線/A、C、F、H軸8個液壓提升器的提升速度和整體均衡性，使整體連廊在一個平面內(nèi)穩(wěn)步上升并準(zhǔn)確對接；

　　在主桁架（GHJ1和GHJ2）同鋼柱的連接端的一側(cè)上下弦桿和腹桿設(shè)置500mm預(yù)留段，待帶連梁提升就位一側(cè)進(jìn)行臨時固定后復(fù)測實際尺寸，對預(yù)留段進(jìn)行修整后，進(jìn)行連接，確保連廊提升的順利和快速。

　　4.3 結(jié)構(gòu)加固方案設(shè)計

　　本工程鋼結(jié)構(gòu)連廊施工由于施工條件限制，連廊吊裝采用液壓整體提升技術(shù)進(jìn)行吊裝，所以連廊整體預(yù)拼裝需要在裙樓三樓樓面的預(yù)拼裝胎架上進(jìn)行。經(jīng)設(shè)計部門復(fù)核，位于砼柱頂上的21根胎架柱，受力不存在問題，但位于混凝土梁上的19根胎架柱，混凝土梁受力超出設(shè)計荷載，需要采取加固措施。由于南面01A軸/8、12軸有高壓電線和建筑紅線邊上的其他單位小廠房障礙而無法行走吊車，所以吊車吊裝區(qū)域安排在H~N軸/8~12線地下室頂?shù)孛妫?0.05米標(biāo)高）上進(jìn)行，所以需要對H~N軸/8~12線吊車行走區(qū)域進(jìn)行加固處理。

　　由于地下室頂板為反梁，不方便行車，同時也考慮到維護(hù)頂板不被損壞，要求在行走吊車時先在反梁上鋪設(shè)路基箱，路基箱下面鋪滿黃沙，以保證在吊車行走時形成均布荷載，但由于路基箱支點在兩反梁上連接，所以反梁將要承受絕大部分的豎向荷載，所以首先需要對砼反梁進(jìn)行特別的單獨的加固處理。

　　加固體系直接采用keyimg248×3.5鋼管及可調(diào)支托加固，計算體系中，結(jié)構(gòu)樓板為受彎結(jié)構(gòu),需要驗算其抗彎強(qiáng)度和剛度。樓板板的按照三跨連續(xù)梁計算。取500mm寬樓板為計算單元，依次進(jìn)行了框架梁計算、支撐鋼柱計算和裙房大堂處加固計算等，通過設(shè)計驗算，地下室需要采用φ219X10的鋼管支撐頂撐加固,加固設(shè)施的設(shè)置布置圖及節(jié)點如圖2所示。

　　裙房大堂處加固采用扣件式鋼管支撐加固地上部分架體搭設(shè)高度為8.65米，通過與設(shè)計方溝通樓板設(shè)計承載為15KN/㎡，最大拼裝重量為65噸。為保證結(jié)構(gòu)安全性，驗算過程中不考慮大廳頂板設(shè)計承載。因原大廳模板未拆除（立桿的縱距 b=0.50米，立桿的橫距 l=0.50米，立桿的步距 h=1.20米剪力撐沿縱、橫向設(shè)置每六排設(shè)置）僅需加固地下部分，如圖3所示。同樣采取同位搭設(shè)，并采用可調(diào)支托。

　　圖2 鋼柱支撐立面示意圖

　　圖3 加固設(shè)施的設(shè)置布置圖

　　5 結(jié)論

　　(1)施工過程控制是保證大型鋼結(jié)構(gòu)施工過程安全可控的重要手段。本文采用的方法可以借鑒到其它類似的高層鋼結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)中。

　　(2)本文提出的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工控制方案進(jìn)行分析與計算，也可以使用模擬軟件上使之更為形象直觀。

　　(3)施工過程結(jié)構(gòu)加固方法，對大型鋼結(jié)構(gòu)施工安全和效果提供了保證，有助于確立更為有效、經(jīng)濟(jì)的施工方案。

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