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巨型玉璧内圆上部悬挂结构安装技术
来源:建筑钢结构网  作者:赵健吕 娄 峰 王建河 范晓伟  时间:2013-11-29   关键词:巨型玉璧内圆上部悬挂结构
摘要:广东兴业国际仓储科研主楼立面为外放的巨型玉璧,由钢支撑框架+核心筒混合结构组成。本文以直径47m的内圆上部结构安装为例,介绍了大跨度悬挂结构的顺做法安装技术,研究结果表明

  要:广东兴业国际仓储科研主楼立面为外放的巨型玉璧,由钢支撑框架+核心筒混合结构组成。本文以直径47m的内圆上部结构安装为例,介绍了大跨度悬挂结构的顺做法安装技术,研究结果表明,将悬挂结构原框架体系变成桁架受力体系后,结构刚度加强,和钢支撑框架形成稳定受力体系,最后与上部转换桁架连接后整体卸载。顺做法施工速度快,吊装安全系数高,施工效果好,可为类似工程参考。

关键词:玉璧; 圆环; 悬挂; 预变形

 

1. 工程概况

广东兴业国际仓储项目科研主楼主体建筑立面为立放的巨型玉璧,外径146.6m,内径47m,宽28.8m,总高度138m。地下2层,地上33层,总建筑面积约106491m2,总用钢量约为1万吨。

本工程结构形式为钢支撑框架+钢筋 混凝土核心筒混合结构。

图1 建筑效果立面图(巨型玉璧内圆上部悬挂结构)

2 结构概况分解图

由核心筒、外斜撑框架、转换桁架和外伸刚臂、内钢框架和钢梁+混凝土组合楼盖等组成,其中前三者构成了本工程主要受力结构。


 

3 外斜撑框架竖向荷载作用下杆件轴力图 (巨型玉璧内圆上部悬挂结构)

外斜撑框架共两榀,布置在结构南北两侧,立面投影大致成圆环,左右对称。其由外环梁、内环梁、水平梁、框架柱和钢斜撑组成:框架柱为方钢管混凝土柱,间隔12.6m布置一根,每榀共12根,其截面尺寸为□1400×600×14~□1400×800×35;钢斜撑同样采用箱型截面,截面尺寸为□1400×500×50500×500×8~□500×500×35,其中相邻的两个斜撑交点跨越3个楼层;内环梁和外环梁均采用箱型截面,截面尺寸均为□1000×500×12

玉璧内圆悬挂结构由22层开始(结构标高89.12m),至25层(结构标高101.06m)结束。

 

4 转换桁架轴测图

 

整个上部结构由横跨25~28层的7榀转换桁架一承受。转换桁架杆件截面为□600×600×16~□600×600×35

每榀转换桁架悬挂2根方钢管混凝土柱,转换桁架担当起了支撑、传递上部结构荷载给外斜撑框架,并吊挂下部结构的重任。

架立面图

图5 转换桁架立面图

 

2. 施工重难点

2.1节点对接口较多,安装精度要求高。

外斜撑框架的部分节点,外形上呈“米”字形。一方面作为外斜撑框架的节点有八个对接口,对接口都是方管对接,采取焊接的连接方式;另一方面作为内钢框架梁的节点有三个对接口,对接口都是H型钢对接,采取高强螺栓连接的方式。

节点不规则、焊接变形容易导致对接口的空间位置变化,如何在安装过程中保证多个对接口同时满足安装精度的要求是本工程实施一个难点。

图6 节点轴测图

2.2内圆弧梁“无支撑接装”安装技术难度高

 

图7 圆弧梁合拢拢示意图

内圆环直径为47m,由于洞口上端的外斜框架及内框架的受力均通过洞口圆弧梁传至两侧的钢框架,安装高度达到89m,无法搭设外部竖向支撑进行安装,采用“无支撑接装”的施工方法,已装构件作为后续构件的支撑,需要保证施工过程结构自身的受力要求和施工操作的安全,以及倾斜结构施工完成后位形与设计一致。如何在安装时保证结构形成稳定的结构体系是本工程安装实施的一个重点。

2.3内圆上部悬挂结构的安装是难点

内圆上部悬挂框架,安装高度达到89m,横向跨度28.8m,横向框架梁截面为H400×300,吊柱截面为口600×600。以内框架吊挂钢柱为主传力结构,通25~28层的转换桁架,将下部荷载传至外斜钢框架。

由于安装高度超高,无法搭设外部竖向支撑进行安装。如根据结构特点逆做法施工,这样将导致钢结构吊装困难,安装功效低,施工作业危险系数大等一系列问题。

如何安装内圆上部悬挂结构,并将结构的安装变形控制在安装精度范围以内是本工程安装实施的一个难点。

3. 施工方案的确定

3.1施工总体思路

8 塔吊布置示意

综合考虑本工程的结构状况,施工现场的实际情况以及总工期的要求,确定本主楼钢结构的施工安装总体方案为:在主楼区域布置两台TC7052型塔吊,按照两台塔吊的布置位置及工作半径划分为两个施工区域,采取以各台塔吊所对应的核心筒为中心,按照节点安装法和分件安装法相结合的方法,立面上‘逐层分段、从下向上’延伸进行,同时进行施工作业。

3.2安装方法

由于塔楼斜撑钢框架外圆和内圆均存在悬挑结构,安装时,需在无悬挑区域钢结构安装完2层的时候开始安装,以符合结构受力体系的要求。安装顺序如下图示:

地上部分核心筒5天一层施工,钢结构3天一层施工,核心筒施工比钢结构快5层,楼层板施工比钢结构慢4层进行。

地上部分外斜撑框架、内框架(内框架外挑部分除外)钢结构的安装同时进行。外斜撑框架吊装按“柱、节点、梁、斜撑”的顺序进行,25层以下钢柱每层一吊、25层以上钢柱每两层一吊,斜撑为节点间一吊,局内框架钢柱按2层一吊,吊装按“柱、梁”的顺序进行。

图9 立面安装顺序图

3.3解决措施

1.节点吊装及安装

本工程节点复杂,接口多,通过模型分析节点的重心位置,选择最有利的吊点位置,设置吊装耳板;安装就位时,以竖向方管为主导,先安装支撑框架,然后安装框架梁;焊接时候采取双人对称焊接的方式,即以节点竖向中心线,两侧同时焊接相对方向焊接。

2.内圆弧梁“无支撑接装”安装技术

内圆弧梁采用“无支撑接装”的安装技术,按二元体块体扩大原则向外延伸安装,已装构件作为后续构件的支撑,安装时为便于构件的临时固定,用吊装耳板和双夹板的组合结构代替揽风绳施工。

1)无支撑接装耳板的设计

直接用连接耳板作为吊点,为穿卡环方便,在深化设计时就将连接板最上面的一个螺栓孔的孔径加大,作为吊装孔。构件安装固定利用双夹板,由两边穿过吊耳采用直径为24mm的安装螺栓固定,使圆弧梁吊装对接初步固定无需使用揽风绳,并且夹板可以循环使用,施工又快又好安全经济。

 

 

10 夹板组合结构示意图

2)圆弧梁安装思路

考虑到内圆上部结构通过转换桁架将力传给外钢斜撑框架,因此,采用顺做法施工首先需将内圆合拢,承受悬挂结构的竖向荷载。圆弧梁安装时分三步合拢。核心筒砼结构已施工到28层,与核心筒相连的内框架及外斜框架已经施工到24层。

  

11 圆弧梁合拢流程图

对于本工程的带合拢的悬挑倾斜结构而言,构件在施工过程中的产生较大的变形、影响后续构件的安装,并引起结构内力的重分布,使得某些构件可能偏于不安全。为此,对施工过程中结构自重荷载作用下的变形进行分析预测,并在施工中采用相应的纠偏和测量技术控制结构的安装精度是内弧梁安装的重要内容。在本结构计算按1.2倍的自重系数考虑。

 

图12 圆弧梁合拢模拟流程图

对施工阶段进行仿真分析,内圆环顶部节点ABC在安装过程中的最大竖向位移为-27mm,最大水平位移为11mm;楼板施工完成后节点位移如下表示:

1 节点位移图

                           

                    

为减小结构安装时自身的变形量,在安装时对节点ABC进行预起拱,按规范当跨度大于15m时,应根据制作分段采用多点起拱。

3.内圆上部悬挂结构的顺做法施工技术

内圆上部悬挂框架,横向跨度28.8m,横向框架梁截面为H400*300,吊柱截面为口600*600。采取顺做法施工,需改变原有框架结构传力路径,使22层构件吊装时自身具有足够的刚度,能克服挠度过大和面外失稳、承受上部结构在未与转换桁架有效连接前的自重荷载,并便于结构在转换桁架安装完成后整体卸载施工。

 

13 悬挂结构加固示意图

考虑到平面矩形桁架为轴向受力杆件,横向刚度大,施工简便,为此拟将22层和24层与两边外斜钢柱相连的七根钢梁进行临时加固,制作成桁架梁,以承担由下而上顺作法安装时结构荷载,并将结构的安装变形控制在安装精度范围以内。

在进行22层桁架安装时,外斜撑钢框架按照块体扩大原则已经安装完成25层。

 

14 框架合拢流程图

桁架梁安装顺序从两端向中间同时进行,安装前按规范要求拉设安全网,保证吊装安全。

根据施工阶段模拟计算分析,桁架梁卸载时的最大竖向变形为32.8mm,砼浇注完成后的最大竖向变形为65mm,为减小此处内框架的下挠值,加工时将222324三层内框架梁跨中预起拱60mm

4.

本文以直径47m的内圆上部结构安装为例,介绍了大跨度悬挂结构的顺做法安装技术,研究结果表明,将框架梁按平面矩形桁架加固后,构件刚度加强,易于顺做法安装,安装完成后整体卸载施工简便,克服了逆做法施工的困难,为类似工程提供了参考。

参考文献

[1] 北京钢铁设计研究总院GB50017-2003钢结构设计规范[s]。北京:中央计划出版社,2003

[2] 冶金工业部建筑研究总院,GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[s]。北京:中国计划出版社,2002

[3] 中冶集团建筑研究总院。JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程[S]。北京:建筑工业出版社,2003

[4] 郭彦林-巨型落地圆环钢结构安装方案研究与分析[J]。施工技术,201008007

(浙江精工钢结构有限公司,浙江绍兴  312030

 

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