随着现代高层和超高层建筑的发展, 竖向钢结构部位和楼板部位混凝土浇筑已普遍采用布料机布料的施工工艺。而传统的布料机布料半径为12m, 无法适应超高层结构大跨度、大空间混凝土的连续浇筑。本文以滨江金融大厦工程为例, 介绍一种HGY28桁架式液压布料机的固定方式。

长沙滨江金融大厦位于潇湘大道与茶子山路交汇处的西北角, 由4层地下室、5层裙房及4栋34~64层的超高层塔楼组成, 总建筑面积63万m²。其中, T3塔楼地上34层, 结构标高158.350m, 结构形式为钢框架-核心筒组合体系。钢框架钢结构主要为箱形钢柱、H型钢梁、箱形钢梁;核心筒钢结构主要为箱形钢板墙、H型钢梁;楼板采用钢筋桁架楼承板-混凝土组合楼板。塔楼钢结构整体概况如图1所示。

T3塔楼的混凝土浇筑均采用HGY28桁架式布料机。布料机总重≤10.5t, 最大布料半径为28m, 布料机的倾覆力矩为560k N·m。

由于塔楼钢结构施工工艺的限制, 导致塔楼楼承板的混凝土浇筑普遍滞后于竖向钢结构的混凝土浇筑。而桁架式液压布料机作业时倾覆力矩为560k N·m, 无法固定在未浇筑混凝土的钢筋桁架楼承板上。

针对工程难点, 项目部设计并定制了1个钢支座。通过钢支座与布料机底座以及钢梁的连接, 使得HGY28桁架式液压布料机的倾覆力矩传递到钢支座上, 再由钢支座传递到钢梁上 (见图2) 。因此, 倾覆力矩由钢结构自身承受, 以适应T3塔楼55m×36m大跨度、大空间混凝土的连续浇筑。

1) 工艺流程熟悉图纸及布料机相关数据→布料机定位→统计布料机位置附近钢梁数据→设计并定制布料机钢支座→连接件定位→连接件安装→桁架式液压布料机安装完毕后吊装至定位处→钢支座与钢梁连接件定位及安装→焊接防滑钢片→增加钢结构临时支撑→浇筑混凝土。

2) 工艺特点 (1) 桁架式液压布料机与钢支座在地面安装连接件; (2) 桁架式液压布料机与钢支座连接形成一个整体后再进行吊装; (3) 钢支座与钢梁在钢梁上方使用连接件固定并形成一个整体。

桁架式液压布料机钢支座安装具有一定危险性, 必须采取可靠的施工措施以确保施工安全。

施工技术人员必须熟悉图纸及布料机相关参数, 确定布料机回转范围为400°, 最大布料半径为28m (见图3) 。考虑到布料机需尽量覆盖更多的竖向钢结构, 将布料机设置在图4所示位置。其中, 有5根竖向钢结构在布料机最大布料半径以外, 此5根竖向钢结构采用塔式起重机进行浇筑 (见图3) 。

根据布料机位置, 统计钢梁尺寸型号以及钢梁间距等数据。布料机三边靠近钢梁, 布料机位置东、西两侧钢梁为B06, 尺寸型号为HN446×150, 2根梁间距为3.8m。布料机位置南侧钢梁为BL13, 尺寸型号为HN606×201, 布料机位置北侧无钢梁 (见图4) 。

根据3.8m的梁间距定制1个尺寸为4m×4m钢支座, 材质为Q345B。钢支座分为2大块, 外围为环形梁, 截面为箱形钢梁250mm×200mm×20mm, 环形梁转角为135°。内圈为交叉支撑梁, 截面为箱形钢梁250mm×240mm×20mm, 具体尺寸如图5所示。交叉支撑梁与环形梁采用CO₂气体保护焊相连。

在平整场地上将布料机与钢支座固定为一个整体后再进行吊装。取8个连接件将布料机的4个牛腿与钢支座进行固定, 每个布料机牛腿使用2个连接件进行固定。连接件距牛腿边缘70mm, 2个连接件间距115mm, 具体位置如图6所示。为保证受力均匀, 每个牛腿上、下两侧均采用CO₂气体保护焊焊接1片钢垫片, 钢垫片尺寸为250mm×150mm×15mm, 材质为Q345B。

1) 取2个M20螺杆卡在钢支座交叉支撑梁与布料机牛腿的两侧。

2) 取2片带2孔的钢托板 (尺寸为450mm×80mm×50mm) 固定在布料机牛腿上侧和钢支座交叉支撑梁下侧。

3) 布料机每个牛腿共使用8个M20螺母 (每个螺杆上、下各2个) , 将钢托板以及M20螺杆利用专用扳手固定在布料机牛腿和钢支座交叉支撑梁的四周。

根据4.1节所布置的布料机位置, 采用连接件将布料机钢支座与钢梁进行连接, 钢支座3个边每边均使用6个连接件进行连接。每个连接件间距500mm, 连接方式同4.5节。

沿钢支座环形梁4个角采用CO₂气体保护焊焊接4个防滑钢片, 加强桁架布料机稳定性能。

2根B06下均采用钢结构作临时支撑, 箱形钢结构尺寸为140mm×140mm×8mm, 钢材均为Q345B。钢结构临时支撑与上、下方钢梁接口处采用焊接施工。

浇筑混凝土时, 将布料机软管埋入竖向钢结构。由2名工人在操作平台上用手固定布料机软管, 同时专门配备1人使用操作器控制桁架式布料机的大臂移动。施工完毕后再将布料机用塔式起重机吊离操作面。

结构所承受的荷载主要来自结构自重、布料机作业荷载及施工活荷载, 由于混凝土布料机作业时, 楼板混凝土未浇筑, 不考虑楼板自重荷载。受力计算应分别计算臂架依次与4个牛腿重叠时的受力^[1], 本文仅计算臂架与A点牛腿重合时的受力。

独立底座支腿荷载计算不考虑下方临时支撑情况, 布料机支腿受力分析如图9所示 (箭头方向为臂架方向) , 因为底座4个支撑点呈正方形, 所以4个支撑力可由下列公式求出:

式中:F_v为垂直力 (即重力) (k N) ;M₀为总倾翻力矩 (560k N·m) ;d为支腿跨距 (m) ;φ为布料臂架轴线与底架水平线夹角 (°) 。

4个支撑点出现的最大支撑力相等。当A支点出现最大支撑力时, 令d N_A/dφ=0, 求得tanφ=1, 则φ=45°。将各数值代入式 (1) 即可求出F_A, F_B, F_C, F_D。其中, 可能出现某一支撑力为负值, 说明该支点受到的是拉力, 该拉力也是正确设计钢支座与钢梁连接的重要依据。基础底座4个支撑点受到的压力与对应布料机底座4个支撑点的支撑力大小相等、方向相反。底座牛腿受力如图10所示。

计算混凝土布料机平台架体的承重构件时, 应根据使用过程中可能出现的荷载, 取其最不利组合进行计算, 荷载效应组合宜按表1采用。

1) 主要结构钢材采用Q345, 材料力学性能应符合相关规范要求。

2) 钢材物理性能指标如表2所示。

3) 钢材强度设计值如表3所示。

该钢结构采用SAP2000V15.1.0软件进行设计分析。

验算布料机作业时主体钢梁的安全性, 支腿反力值需考虑振动影响, 在5.1节荷载取值上乘以1.3倍的动力系数, 如图11所示。

结构计算结果如图12所示, 杆件最大应力比为0.5 (<1) , 各构件强度及稳定性符合规范要求。结构钢梁B06最大位移为-11.6mm (<37.76mm) , 钢梁挠度满足要求。

桁架式液压布料机钢支座工法使用连接件将布料机、钢支座以及钢梁形成一个整体, 解决了28m桁架式液压布料机由于倾覆力矩无法在钢结构上固定的问题。同时, 工法针对工艺特点采用设置钢垫片、防滑垫片和钢结构临时支撑等实用有效的安全保障措施。该工法对于超高层钢结构的布料机固定施工作业有一定的可复制性, 且已应用于长沙滨江金融大厦项目, 效果良好。