大跨度箱形桁架高空局部滑移拼装及整体提升应用研究

作者:王鑫
单位:中国航空技术北京有限公司
摘要:结合具体工程,对传统施工工艺进行优化,通过桁架楼面局部滑移拼装及整体提升方法实现桁架顺利安装,并取得良好的经济效益和社会效益。
关键词:钢结构 吊装 安装 箱形桁架 整体提升
作者简介:王鑫,工程师,造价工程师,国家一级注册建造师,E-mail:da_xin5250@126.com;

0 引言

哈尔滨富力江湾新城公建工程位于哈尔滨市道里区友谊路、河鼓街、何家沟、河梁街合围地带,工程总面积47.2万m2。由4层地下室、8层裙房和3座塔楼构成,其中裙房4层为箱形桁架,采用桁架局部楼面滑移、塔式起重机楼面散拼及整体提升为8榀桁架,解决传统施工方法弊端,保证楼面施工安全快速开展。

1 滑移拼装特点和工艺原理

1.1 特点

1)局部桁架楼面滑移及塔式起重机楼面散装相结合完成桁架的楼面拼装,无需搭设支撑胎架及相应支撑措施,节约劳动力,降低施工成本并可取得良好的经济效益。

2)减少工人高空安装、校正、焊接及后续焊缝探伤工作量,提高安装、校正焊接及探伤工作效率和施工安全性。

3)利用现有塔式起重机将构件进行合理分段,并在楼层结构上滑移到对应桁架正下方。

基于以上特点,滑移拼装具有广泛的应用前景。

1.2 工艺原理

根据提升方案确定滑移轨道铺设位置,即在桁架正下方楼层位置铺设滑移轨道;通过滑移轨道位置,采用Midas软件对相应位置的混凝土结构进行建模计算分析,根据计算结果将荷载最不利工况加回顶支撑的位置从模型中转换到CAD软件中,确定回顶位置坐标并进行回顶;根据现有塔式起重机对整榀桁架合理分段,并将起重机覆盖范围外的钢桁架移至塔式起重机可覆盖的滑移轨道进行局部桁架拼装,拼装完成后通过倒链将局部桁架在滑移轨道进行滑移,然后将塔式起重机覆盖范围内其余桁架构件散装至滑移轨道上进行校正及焊接;根据提升吊点布置,使用SAP2000对钢桁架进行整体建模分析,了解结构本体在提升工况下内力及应变情况,并计算出各提升吊点提升反力值,根据上述提升反力值,设计合理的提升支架及吊具和合适的液压提升设备组合,对桁架进行整体提升,提升就位后进行桁架对接口校正及焊接,完成后卸载提升设备,验收合格后即完成桁架施工。

2 施工工艺流程与施工要点

2.1 施工工艺流程

确定滑移轨道方案→楼面受力验算,确定楼面回顶方案→确定桁架分段方案→局部桁架拼装滑移→局部桁架塔式起重机散拼→桁架校正、焊接→桁架整体提升。

2.2 施工要点

2.2.1 滑移轨道方案确定

根据桁架原位提升方法,滑移轨道需设置在桁架正下方,考虑到材料最大化利用,设计出滑移拼装双用轨道,轨道由3条滑轨组成,3条滑轨用H型钢连接为整体,H型钢竖向放置可作为滑轨轨道,在滑移时为减少摩擦,设计滑移小车,如图1所示;在桁架拼装时,中间滑轨作为拼装胎架,位于桁架正下方位置。轨道跨度为4.8m,长30.5m,滑轨型钢截面尺寸为H200×200×8×12,如图2所示。

图1 滑移小车

图1 滑移小车

 

图2 轨道设计

图2 轨道设计

 

由于H型钢为竖向摆放,翼缘板与楼面接触面积较小,需对楼面进行与翼缘板接触位置的受力分析,利用Midas软件计算,在桁架拼装完成后,此处楼面的受力情况满足要求,现场进行轨道拼装。

桁架滑移轨道需作为拼装胎架使用,为满足桁架拼装精度,利用Midas软件对滑移轨道进行验算,确定其最大变形值为2.2mm,满足拼装精度要求。

轨道拼装过程中需对轨道拼装位置进行复核,采用全站仪、水准仪及铅垂线相结合的测量方法,保证滑移轨道处于桁架正下方,减少整体提升时桁架的摆幅,提高提升安全系数。

2.2.2 楼面受力验算确定楼面回顶方案

1)无支撑楼面受力验算通过Midas软件建模分析楼面在恒荷载作用下的变形值,楼面最大变形值为6.6mm。

2)加支撑后对桁架在楼面拼装完成受力验算通过Midas软件建模分析可知,楼面最大变形值为7.9mm,满足规范要求。

3)对加固支撑进行受力验算通过Midas软件对支撑的竖向变形及应力比进行分析,根据竖向变形图可看出最大竖向变形为2.8mm,根据应力比图可看出最大应力比为0.56,满足规范要求。

4)通过分析楼面及支撑变形值确定支撑加固的位置将Midas软件中支撑位置转换到CAD中确定回顶位置平面坐标值,通过全站仪坐标放线,进行现场楼面加固,如图3所示。

图3 现场楼面临时支撑加固

图3 现场楼面临时支撑加固

 

2.2.3 桁架分段方案确定

1)裙房钢桁架依据现场塔式起重机布置及吊装性能进行分析,以尽量减少吊次及拼接件数的原则进行分段。

2)考虑卸车及吊装因素。

3)对于塔式起重机盲区内构件,分段后可在塔式起重机非盲区内吊装,使盲区内构件在塔式起重机非盲区拼装,之后滑移至对应桁架楼面正下方。

通过上述3个因素确定桁架分段方案,确定桁架分段后构件质量如图4所示,桁架分段后构件编号如图5所示。

图4 桁架分段质量

图4 桁架分段质量

 

2.2.4 局部桁架拼装滑移

根据分段质量图可知,分段构件中5、6、11、12构件在塔式起重机盲区内,对其进行楼面拼装,由于桁架高3.7m,最大跨度为36.0m,宽0.7m,拼装时为防止构件倾倒需对构件进行侧向加固,两侧采用∟100×100×10进行侧向加固(见图6)。

桁架在地面拼装过程中采用φ48mm脚手管管搭建高空操作平台,脚手管管横向间距1 500mm,纵向间距900mm,两侧铺设脚手板并用铁丝固定。

将盲区内的5、6、11、12构件进行拼装,使用塔式起重机先进行11、12下弦构件拼装,然后进行上弦杆及腹杆拼装,拼装位置如图7所示,拼装时需对拼装完成的构件进行侧向加固,防止构件倾倒;之后进行5、6、11、12构件的整体滑移,滑移过程中采用2个5t倒链作为牵引力,倒链一端固定在混凝土柱处,用钢丝绳缠绕混凝土柱,为保护混凝土柱,在箱形混凝土柱四角位置包裹角钢,另外倒链挂钩挂于钢丝绳上,另一端连接桁架进行滑移,最终滑移位置为桁架对应楼面的正下方,如图8,9所示。

2.2.5 局部桁架塔式起重机散拼

盲区外其余部分桁架根据塔式起重机吊装性能,将构件分成塔式起重机能够直接吊装就位的重量,使用塔式起重机将构件进行散拼至对应桁架楼面正下方,先进行下弦杆拼装,再进行上弦杆拼装。

2.2.6 桁架校正、焊接

在桁架拼装及校正过程需考虑桁架起拱值,由于桁架在提升完成之后整体会有下扰,通过全站仪测量,考虑起拱值为2.5mm/m对桁架的起拱值、长度、高度、平整度及扭曲度进行校正。

图5 桁架分段编号

图5 桁架分段编号

 

图6 桁架侧向加固

图6 桁架侧向加固

 

图7 塔式起重机盲区构件拼装位置

图7 塔式起重机盲区构件拼装位置

 

图8 塔式起重机盲区构件滑移至相应位置

图8 塔式起重机盲区构件滑移至相应位置

 

图9 塔式起重机盲区构件滑移至最终位置

图9 塔式起重机盲区构件滑移至最终位置

 

桁架校正时,按照GB 50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》安装允许偏差进行控制,如表1所示。

为减少焊接过程焊接变形及应力集中,整体焊接顺序为:中间→两边,下弦→上弦→斜撑;箱形焊口位置焊接顺序为:对称焊接立焊→箱形下口横焊→盖板焊接。

表1 桁架安装允许偏差   

表1 桁架安装允许偏差

2.2.7桁架整体提升就位

采用液压同步提升方法对拼装完成的整榀桁架进行提升,根据最重桁架总量确定使用TJJ-1400进行提升(提升能力为140t),提升支架直接安装在原有结构上,操作方便。

1)通过SAP2000模拟提升过程,对提升支架体系进行验算分析,提升支架吊点处最大下挠5.8mm,最大水平位移11.9mm,最大应力比0.595,满足提升要求。

2)通过Midas软件对提升桁架验算,提升支架吊点处最大下挠2.9mm,最大应力比0.377,满足规范要求。

3)提升之前对桁架拼装位置进行复核,通过铅垂线校核桁架楼面拼装位置为其对应的正下方,尽量减小提升过程的摆幅。

4)提升前在桁架对接口位置提前搭设操作架,操作架共计2层,下层脚手管间距为2.0m,上层间距为1.8m,宽0.6m,两侧铺设脚手板并用铁丝进行固定,架子两侧设置2个爬梯,方面操作人员通行,同桁架一起提升至桁架设计位置,用于桁架对接口处的焊接与校正,操作平台搭设如图10所示。

图1 0 高空操作平台

图1 0 高空操作平台

 

5)将提升支架安装在原结构上进行桁架提升,如图11所示,将桁架整体提升离开拼装台约100mm后,利用液压提升系统设备锁定,空中停留12h,全面检查吊点结构、承重体系、提升设备、桁架及焊缝的变形和受力情况等;各项检查合格后进行桁架提升,配合水准仪、经纬仪严密监控2个吊点的位移、标高及受力情况,发现水平偏移或2个提升点不同步时,通过计算机控制系统进行调整。桁架每提升5m需进行1次超平,如误差超过10mm,立刻进行单机调试,使桁架在提升过程中保持在同一平面上。

图1 1 提升支架安装位置

图1 1 提升支架安装位置

 

6)钢桁架提升至设计位置后暂停,调整2个吊点使主桁架各层弦杆精准到达设计位置;锁紧静止,液压提升设备暂停工作,进行对接口焊接,焊接完成后进行焊缝探伤,探伤合格后进行下道工序施工。

7)液压提升设备同步拆除,至钢绞线完全松弛,拆除液压提升系统设备及相关临时措施,完成桁架安装,桁架施工完成后效果如图12所示。

3结语

1)本工艺很好地解决了大跨度大重量桁架受限于现场吊装设备覆盖范围、吊装能力及环境的制约问题,采用盲区构件楼面滑移方法,降低项目再进大型机械设备拼装桁架的费用,有利于成本控制。

2)通过楼面拼装整体提升减少高空焊接及拼装作业量,可提高工作效率,降低施工安全风险;与传统高空散拼方法相比,本工法避免了桁架高空散拼临时支撑、工人安装及焊接操作脚手架的搭设,节省大量人力、物力及资金投入;通过整体提升方法减少塔式起重机使用时间,缓解塔式起重机使用压力。

图1 2 桁架施工完成

图1 2 桁架施工完成

 

哈尔滨富力江湾新城公建工程为在建哈尔滨第一高楼,其所采用的施工工艺在整个哈尔滨地区有较强的示范作用,社会效益显著。

 

 

参考文献[1]周忠明.大跨度钢桁架胎架整体曲线滑移施工技术[D].重庆:重庆大学,2002.

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[4]罗中来.大跨度管桁架与钢柱同步滑移技术及质量控制要点[J].施工技术,2011,40(S2):143-146.

[5]刘伟亮.大跨度钢桁架结构的滑移法施工[D].重庆:重庆大学,2001.
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