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蘇州國際博覽中心鋼結構施工技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    唐兵傳 .
    （上海寶冶建設有限公司，上海，201900）
    [摘要] 本文著重從屋面管桁架組裝、吊裝、測量、卸載、計算等五個方面來闡述蘇州國際博覽中心施工工藝， 并通過圖文記載實際施工過程
    [關鍵詞] 鋼柱、樓面桁架、屋面管桁架、整體吊裝、高空散裝、碗扣式腳手架

    結構體系的穩定性；如何協調鋼砼與鋼結構施工，是本工程施工工藝的關鍵點之一；因此如果等核心筒鋼砼施工完再施工，從工期、費用上均不經濟；所以采用先中間后兩邊的安裝方法；
    2.2鋼柱及二層樓面梁、桁架的安裝影響屋面結構安裝的吊機站位，須進行部分預留；
    2.3屋面桁架單件最重為260t，跨度為90 m，中心斷面為9 m*1m*11m倒梯形，頂面標高在+39.500m，單榀桁架穩定性差；整體吊裝、定位難度大；如采用整體吊裝，則至少需兩臺500t以上履帶吊抬吊；所以采取中間高空散裝，兩側分段整體吊裝；
    2.4三個展廳屋面管桁架在空間交織，吊裝順序必須考慮空間結構的相互影響，確保吊裝的合理施工順序；而整體吊裝大型吊機無法占位，且4#展廳須在3#、5#展廳之后施工；采取同步交錯施工來解決協調空間及工期問題；
    3 施工方法
    先安裝鋼柱、二層樓面及核心筒，再利用二層樓面及核心筒作支撐面搭設胎架，進行屋面系統安裝；3#、4#展廳：中間三榀屋面桁架兩端的18m +懸挑整體吊裝，中間54m高空散裝；南北兩榀分三段整體吊裝，在高空對接；5#展廳懸挑、18m段分別整體吊裝，其余部分均進行高空散裝；各展廳偏跨部分在南北兩榀主桁架安裝到位后，利用平臺進行高空散裝；次桁架采用汽車上二層樓面進行高空散裝；
    鋼柱安裝選用6臺50t履帶吊，樓面桁架安裝選用3臺150t履帶吊；屋面系統安裝選用兩臺300t履帶吊對分段部分整體吊裝，一臺200t履帶吊和3臺150t履帶吊分別對高空散裝部分主弦管進行吊裝及部分地面組裝；12臺30t汽車吊上二層樓面平臺進行支管高空散裝；6臺50t履帶吊在地面進行組裝或倒料；
    3.1鋼柱及二層樓面桁架安裝
    3.1.1鋼柱安裝
    標準展廳在+14.475m以下柱網均為18×27m，在+14.475m以上只有支撐屋面桁架的6根BOX柱為27.5m高，形成90m（72m）跨，柱子為BOX柱、H型柱，最重為23t，每個展廳選用2臺50t履帶吊有兩邊向中間進行安裝，吊裝立面圖見圖3.1.1；
    3.1.2二層樓面結構
    標準展廳沿東西方向為長18m主桁架，南北方向長27m次桁架；27m跨桁架間距為9m；主桁架上下弦中心線高度為3.3m，上弦600*500*18*28，下弦600* 550*25*34；樓面27m桁架、18m桁架單件單重最重分別為38t、21t，每個展廳選用兩臺150t履帶吊由兩邊向中間安裝，吊裝示意圖見圖3.1.2a；卸貨區域樓面桁架規格較多，上下中心距較大，為6.84m～7.30m不等，單件單重最重約為105t；由于無法運輸，采取散件進場，在現場進行高空散裝法，先安裝下弦并進行兩端固定，再在中間用Ø325*10鋼管支撐，底部用千斤頂調節下弦起拱（千斤頂位置要加穩定保護裝置），再吊裝上弦并兩端固定，此時吊機不松鉤，利用50噸吊機副桿由兩邊向中間進行腹桿安裝，過程中通過千斤頂和吊機來保證上弦及整榀桁架的起拱度，完成后，用兩對纜風繩拉設，保證整榀桁架的平面外穩定，見圖3.1.2b；

    考慮屋面系統安裝的吊機站位及結構體系穩定，柱及二層樓面桁架安裝進行預留，見圖3.1.3；
    3.2屋面桁架安裝技術
    3.2.1屋面管桁架結構形式


    3#、4#展廳各5榀主桁架，跨度均為90m，3#、4#西側懸挑由南向北依次為10m～28m不等，在東側均為2m，最長一榀為120m；單榀桁架重260t，南北兩榀各有一偏跨，重量分別為50t、100t，兩榀主桁架中心距為27m，設三組次桁架；5#-1展廳有5榀主桁架，跨度均為72m，在東側懸挑為9m，而在西側懸挑亦為變量，由南向北依次為31m～36.2m不等，最長一榀為117m。單榀重量為170t，北偏跨重80t，兩榀主桁架中心距為27m，設兩組次桁架；見圖3.2.1a
    屋面主桁架為倒梯形空間管桁架結構，四根主弦管均為Ø610，上弦兩主管中心距為9m，下弦兩主管中心距為1m。桁架高度在由西向東從11m漸變為2m，下弦除安裝預起拱外，為同一標高，上弦為大弧形；兩側面腹桿（Ø508*8）為K型布置；見圖3.2.1b
    3.2.2組裝
    由于工程空間的限制及主桁架體積龐大等特點，組裝方式及組裝平臺的選擇是解決本工程的施工難點之一，本工程通過18m+懸挑組裝、18m段組裝、懸挑組裝、中間54m高空散裝、地面整體組裝等5種組裝方式來解決。
    對于3#、4#廳東、西側及5#廳北側第一榀西側18m+懸挑部分在地面或二層樓面上進行組裝，見圖3.2.1a；5#廳南面4榀西側18m段及西懸挑在地面或二層樓面分別組裝；對3#、4#的中間三榀及5#南面4榀的54m段，利用標準展廳的二層樓面搭設碗扣式腳手架進行高空散裝，見圖2.2.2b ；4#、5#廳北側第一榀及3#、4#南北偏跨、5#廳北偏跨利用卸貨區二層樓面和核心筒搭設格構式胎架支撐進行高空散裝，但偏跨安裝應在主桁架安裝完成后進行，見圖3.2.2c；對3#、4#南面第一榀桁架在地面進行整體組裝，而后分三段吊裝，在高空對節。


    3.2.3吊裝
    3.2.2.1分段吊裝
    地面組裝的分段最重為85段，本工程選用兩臺CC2000型300t履帶吊分別在3#標準展廳東、西側以及3#、4#前廳、卸貨區分別對分段組裝構件進行整體吊裝，吊機接桿參數為：主桿38m，副桿18m，如圖3.2.2.1a，一臺300t和一臺50t對18m+懸挑組裝段進行翻身，再利用300t吊裝就位，見圖3.2.2.1b。

    3.2.2.2高空散裝
    碗扣式腳手架搭設→30噸吊機上二層樓面→吊裝下弦管→吊裝遠離吊機側的上弦管→吊裝近吊機側上弦管→吊裝腹桿→吊裝頂面弦桿→全面鋪開焊接→兩端及懸挑整體吊裝 ；流程圖見3.2.2.2所示；其中主弦桿采用150t履帶吊吊裝，而副桿用30t汽車吊在二層樓面進行吊裝。

    3.2.3腳手架搭設技術
    利用二層平臺搭設碗扣式腳手架，投影平面搭設范圍：54 m*10.8 m，腳手架排列：軸線位置及兩軸線中間位置（即每隔9m）步距為900?，步高為1200?。其余部位步高、步距均為1200?，見圖3.2.3a

    搭設前要用全站儀在二層樓面上放出縱橫軸線位置，而后根據設計要求進行細部放樣，基本劃出每根立桿位置，再進行具體搭設；先把所有的立桿同時搭成一個步高并用橫桿聯起來，檢查實際位置、模數是否符合要求，確認無誤或調整后，再整體往上搭，先搭至27.75m標高處（比設計28.19m低0.44m），在其兩側加設水平桿（間距≤300mm）鋪設1m寬左右的竹笆，形成安裝用的操作平臺。立桿由下往上配置規格：3m+3m+2.4m+2.4m+1.8m=12.6m與搭設高度（27.75m標高一14.701m標高=13.049m）相差0.449m，該相差數由保證立桿底端有效受力的“下托”及便于放置鋼板（槽鋼）用的“上托”調整（“上托”可調距離0～200mm，“下托”可調距離0～450mm）。見圖3.2.3b

    在立桿到達27.75m標高后，繼續往上搭設兩側支撐上弦的承重胎架（3*4排立桿），搭至桁架上弦桿底部標高下400mm處，同時做好操作平臺面。外側立桿要與標高27.75m處的腳手架斜拉，且對縱橫方向的胎架在頂部用兩排腳手架對拉固定，從而控制上部胎架變形，為控制腳手架整體變形及結構安全，在承重支撐及外側面上設置45º剪刀撐。
    腳手架搭設完成后，用全站儀將軸線放至腳手架上，并將各支撐點位置、標高用紅油漆標在支撐胎架上，注意此時的胎架標高由三部分之和，即設計標高+預起拱值+胎架變形量。標高調整可利用千斤頂將主弦管頂起，調節立筋板高度來控制。而對分段整體吊裝段與高空散裝位置對接口，就位時有四個主管口同時確保對接，因此在組裝時應對支撐位置胎架標高及軸線位置進行控制，并及時與高空對接口位置進行比照，施工操作過程中，由于對接口位置兩側腹桿未安裝，就存在一定調節余地，通過倒鏈調節，但誤差一定要控制20mm以內。
    3.2.4卸載
    在各展廳5榀主桁架及相關次桁架安裝并焊接完成后，以展廳為單元，進行整體卸載，按照先中間后兩邊的方法逐步循環卸載；卸載步驟：先按18m間距在每節點處放置4只32t千斤，擰緊使其處于受力狀態，而后將原7個支撐點（9m設一組）分離，再利用千斤頂進行逐步循環卸載。
    3.2.5測量控制記錄
    3.2.5.1組裝胎架標高控制并做好記錄，通常在標高放線時，對格構式胎架要抬高20mm～30mm，對碗扣式承重腳手架一般要抬高40mm～50mm；
    3.2.5.2在組裝過程中要對胎架標高進行監控必要時要進行調整，特別是分段整體吊裝的4個主對接口要在高空同時對接，其相關尺寸必須控制20mm之內；
    3.2.5.3組裝過程中要對胎架標高、垂直度等進行監控；
    3.2.5.4安裝次桁架之前一定要對主桁架垂直度、兩主桁架之間的間距進行檢查，以確保次桁架安裝尺寸，必要時通過次桁架進行調整，但調整量很限；
    3.2.5.5安裝前，盆式支座標高的檢查、支座定位記錄等；
    3.2.5.6主桁架各節點位置用全站儀定位放線，確保安裝精度；
    3.2.5.7卸載過程對柱、主桁架、制作滑移量進行的監控；
    3.2.5.8卸載完成后對柱、主桁架定期監控，穩定前周期為3d，穩定后20d～30d；
    3.2.5.9以上過程均要有相應的測量記錄，施工技術人員要跟蹤、及時調整。
    4 碗扣式腳手架承載計算
    4.1每榀屋架中間54m，重160t，下設7組承重腳手架，假定中間5組承重支架受力，則每組承重160/5=32噸，每組有13*4=52根立桿，32/52=0.615t,即每根立管平均受豎向載荷為615kg；而在步高0.9m，步距1.2m時，單根碗扣式腳手架設計可承重3t,滿足要求；
    4.2對承重部位下弦，5*4=20根立桿，下弦支撐位置管線荷載為：0.74t/m *18m+1.3*4=18.52t;18.52 t /20根 =0.926 t /根；
    4.3如按面荷載：160t/(54m*10.8m)=0.274t/m2,腳手架自重荷載為0.35t/m2,合計為0.624 t/m2,而樓面靜荷載為1.5t/m2，因此能夠滿足。
    4.4寬高比：10.8/12.5=0.864;
    4.5有限元分析結果
    通過有限元計算軟件StaadPro3.1 進行計算（見圖3.5），分析了碗扣式腳手架的桿件

    內力、整體穩定性、側向位移、變形及對二層樓面結構影響；頂部最大位移為32.097mm，為高度的1/635，最大側移點為47.094mm，為高度的1/433，滿足承載與變形要求；整體結構的最大應力比為0.69，因此各桿件的強度滿足承載要求；所有支座反力總和為 3021(kN)，折合為對二層桁架(約555m2)荷載是6.53(kN/m2) （安全系數1.2），而樓面靜荷載為1.5t/m2，滿足要求。
    5 結束語
    本工程在鋼結構施工技術上充分利用了二層樓面和核心筒結構，這樣既保證鋼砼結構的施工又為鋼結構安裝提供大量作業面，同時也大大減少施工過程支撐數量及結構體系的不穩定性因素，確保了工期及經濟效益.

    作者：唐兵傳 男 1975年9月出生 工程師
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