鋼結構整體提升矯正微調施工工藝

王偉濤

(廣州機施建設集團有限公司,廣東廣州 510300)

0 引言

隨著社會經濟的迅速發展,我國建筑行業得到空前進步。為滿足人們對建筑多樣化、個性化和建筑結構特殊功能需求,許多新型的設計理念和科學技術應用到建筑行業。高層大跨度空中連廊整體提升施工技術就是一項具有代表性的建筑新技術,它將傳統的液壓吊裝技術應用達到建筑行業,滿足了現代化建筑的設計要求。

整體提升技術的總體思路是:在地面拼裝完成的鋼結構特定部位設置吊點,相應地在的主體結構頂部設置提升架,鋼絞線將提升架與吊點連接,采用液壓泵將鋼結構整體拉升到預定安裝位置[1-4]。

盡管整體提升技術有助于建造更具創造性的現代化建筑,但提升實施的過程中,仍面臨很多難題[5-7]。尤其是在異形鋼結構提升過程中,各吊點受力不均衡,鋼絞線滑索量不同,引起各吊點高程不同步,累積到一定程度,很可能引發安全事故;同時,對接位置梁與預留牛腿水平錯位則會影響焊接施工。針對這些問題,通過實踐分析研究,提出的多吊點協同微調修正施工工藝,不僅能提高提升技術的可靠性,還能提高對接拼裝精準度和提升效率。

1 工程概況

廣州知識城大廈項目是廣州中新知識城區域的政務綜合服務中心,由廣州機施建設集團有限公司承建。該項目A棟塔樓中間頂部有一鋼結構桁架空中連廊。由于該連廊安裝高度較高,且自重大,采用液壓整體提升技術對其進行安裝施工。連廊跨度41 m,寬27.6 m,由2個樓面組成,共一層樓高,跨度方向為弧線,總重約800 t。連廊在3層樓面進行地面拼裝,頂面標高為15 m,提升就位后,設計標高為67.3 m,總提升高度約52 m(圖1)。

圖1 弧形鋼連廊結構

該鋼結構連廊跨度方向為弧線,內外弧重量差異大,提升過程中,鋼絞線處于不均衡受力狀態。不同的重量致使鋼絞線彈性變形、滑索位移量不等,造成吊點位移不同步,每提升約10 m,各吊點間最大標高誤差累計可達30 cm。達到對接標高位置,對接點梁與預留牛腿水平錯位可達10～20 mm(圖2)。

圖2 鋼結構連廊提升過程

2 多吊點不平衡修正提升施工工藝

鋼結構連廊體型為弧扇形,重量分布不均衡。采用SAP2000有限元軟件建模,經分析可知,外徑兩個吊點反力最大,內徑吊點次之,中間吊點最小(圖3),反力分布形態基本與自重分布一致。

圖3 各吊點反力分布

吊點反力會直接傳遞給鋼絞線,鋼絞線拉力不同,鋼絞線滑索量與其所有拉力成正比,拉力越大,鋼絞線滑移量越大。鋼絞線滑索量均勻會導致連廊重心向較重一側偏移,給較重一側吊點鋼絞線提供二次應力,二次應力積累到一定程度,超過極限抗拉強度限值,鋼絞線被拉斷破壞,引發嚴重的安全事故。

2.1 工藝流程

為避免鋼結構連廊重心偏移,應在提升過程中對各吊點標高調平,多吊點不平衡修正提升施工工藝是一種創新的調平工藝,其主要的施工流程見圖4。

圖4 提升過程調平工藝流程

2.2 吊點不平衡梯度形態

每提升10 m左右,監控系統顯示部分吊點鋼絞線內力接近控制值,此時應暫停提升工作,并對8個吊點水平標高逐一復測(圖5)。測量工具應選用精度較高的全站儀,不應采用精度受信號強弱影響較大GPS測量儀器。復測完成后,對高程數據分析歸類,歸納出各吊點高程不平衡分布形態,以便制定調平策略。

圖5 復測基準點及測量點位

經分析可知,各吊點標高不平衡形態呈規律性變化,如圖6所示,虛線為一側4個吊點高程分布。1、2、3、4吊點標高分布與5、6、7、8基本對稱,吊點4、3、2、1同一時刻標高線性遞增。因此可以判斷,鋼結構連廊發生了整體傾斜,并未發生平面外彎曲變形。

圖6 吊點不平衡形態及提升步驟

2.3 多吊點不平衡修正施工步驟

1、2、3、4吊點標高分布與5、6、7、8基本對稱,以吊點1、2、3、4闡述多吊點不平衡修正的具體施工步驟。

將一側4個吊點從低到高依次編號。從最低吊點4號開始拉升,當4號吊點同3號吊點平衡后停止拉升,隨后對各吊點進行復測,確定下一行程拉升量。第二段的拉升是對3、4號吊點同時進行,拉升量為上一步重新校核后確定值。該拉升調平工藝可以通過后一階段的拉升消除前一階段拉升引起的吊點標高浮動變化。以同樣的方法和步驟對其他吊點進行拉升,直至拉升調平到預定各點平衡標高。

3 多點協同水平錯位微調工藝

3.1 發生水平錯動原理分析

將鋼結構連廊簡化為一個扇形剛體,剛體兩側各4個可以水平移動,不能豎向位移的支座(吊點)。當鋼結構連廊提升到安裝高度時,施工誤差等因素會造成對接點梁與牛腿接縫發生水平錯位。因鋼結構連廊為剛體,連廊上8個吊點只能發生線性相關協調位移,不能獨立移動,換句話說,任意一個吊點發生水平位移,其他幾各吊點均會隨剛體一起產生協調位移,圖7中實線為鋼結構連廊扭轉前形態,虛線為扭轉后形態。根據力學平衡原理,整個剛體的發生的水平位移是由于鋼結構連廊發生整體平面內扭轉引起。鋼結構平面內整體扭轉又導致對接點梁與預留牛腿之間產生水平錯位。

圖7 構變形形態示意

3.2 多點協同水平微調方法

上文分析可知,水平錯位由鋼結構連廊平面內整體扭轉引起。因此,水平復位矯正也應該通過使連廊發生反向平面內整體轉動實現,不應強行對單點頂推,以免引起鋼梁發生彎曲變形,產生內部附加應力。

3.2.1 多點協同水平微調頂推

多點協同水平微調工藝主要采取的施工設備為千斤頂。將8個千斤頂分成2組,分別反向設置在鋼結構連廊兩端的各4個吊點上(圖8)。千斤頂安裝就位后,對8個頂推點同步分級頂推,1～4號千斤頂頂推方向與5～8號相反,兩組作用力產生力偶扭矩,該力偶與已發生扭轉相反。

圖8 千斤頂布置示意

3.2.2 千斤頂固定

用現場制作的L形鋼卡板作為千斤頂頂推支座,其一端與鋼牛腿采用雙面角焊縫焊接固定,另一端固定千斤頂(圖9)。

圖9 千斤頂固定示意

3.3 技術要點

(1)頂推微調施工前,應準確測量各對接拼縫水平錯位值,預先明確頂推位移量。

(2)支座鋼卡板與預留牛腿采用雙面角焊縫連接,支座卡板厚度不小于10 mm,以確?？梢猿惺芮Ы镯數姆醋饔昧?。

(3)千斤頂固定在卡板內后,8個千斤頂作業步調應一致,千斤頂不能隨意伸縮。

(4)頂推水平微調完成后,用側向卡板與拼縫兩側鋼梁焊接固定鋼梁(圖10),確保鋼梁不發生錯位。隨后拆卸千斤頂和支座卡板。

圖10 側向卡板固定措施

(5)側向固定卡板取代傳統的上下設置卡板,可以有效限制鋼結構連體復位移動的趨勢。傳統的設置上下固定卡板,因平面外剛度很小,難以起到限制鋼結構連廊復位移動趨勢。

4 工藝創新點

針對不規則鋼結構整體施工過程中的技術難點,以多吊點不平衡修正和多點協同水平微調主要內容的多吊點協同微調修正施工工藝取得了良好的實踐效果,其創新點主要體現在幾個方面:

(1)多吊點不平衡修正施工工藝分批分階段拉升調平,后階段的提升行程在前一階段提升完成后經校核重新確定,可以通過緊后的調平工序消化上一過程的工藝誤差,有效解決了傳統方法中吊點二次牽動問題,不需反復無序提升。

(2)多點協同微調施工工藝從水平錯位原理著手,在理論分析與實踐研究的基礎上提出。這種頂推水平微調技術,既可以達到良好的預期效果,又可以避免傳統的單點頂推對鋼梁內部應力產生影響,確保了鋼梁的施工質量。

(3)采用側向卡板與拼縫兩側鋼梁焊接固定鋼梁,相對傳統的上下設置卡板,因平面內剛度與力矩方向一致,可以有效限制鋼結構連廊復位移動趨勢。

(4)多吊點協同微調修正施工工藝是對鋼結構整體提升施工技術的完善和創新。為鋼結構整體提升技術安全可靠性提供了理論和實踐基礎。

5 結束語

多吊點協同微調修正施工工藝是針對整體提升技術中存在的問題和短板而提出的矯正施工新技術。該施工工藝有效解決了鋼結構提升過程中吊點高程不同步、拼接構件水平錯位等問題,提高了鋼結構的拼裝焊接精度,確保了提升安全和質量,為鋼結構安裝錯位的修正提供了解決方案。

相比國內外同類技術,該施工工藝針對的問題具有普遍性和代表性,既適用于采用整體提升方法安裝的鋼結構,也可以部分適用于普通鋼結構的安裝施工,是對鋼結構提升技術的完善與深化,具有顯著的社會和經濟效益。