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高層建筑鋼框架結(jié)構(gòu)施工吊裝與連接技術(shù)研究

2010-10-08 13:50  來源于網(wǎng)絡(luò)  【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  1、工程概況

  某超高層辦公建筑由主樓和裙房組成。地上49層,地下3層,地面高度為183.75m,邊長(zhǎng)41.16m。外框?yàn)橄湫武撝蚣芰簽镠型鋼,結(jié)構(gòu)還采用了懸挑的巨大的對(duì)角斜支撐結(jié)構(gòu)體系,斜支撐采用寬翼緣H型鋼。結(jié)構(gòu)體系所受的水平力主要由鋼筋混凝土核心筒及斜撐承擔(dān)。核心筒各層樓板均為鋼筋混凝上現(xiàn)澆而成,核心筒與外框筒間梁為鋼梁,剪力釘將焊于鋼梁翼緣上,以形成組合樓板,樓層是由51mm深的壓型鋼板上澆筑74mm厚的混凝土而形成125mm厚的復(fù)合樓板。三層裙房承重體系為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),樓蓋為鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu),屋頂為鋼結(jié)構(gòu)支承的玻璃頂。

  2、工程難度特點(diǎn)

  結(jié)構(gòu)的大截面鋼斜撐是主要受力構(gòu)件,承受上部分9層結(jié)構(gòu)的豎向力及整個(gè)建筑的水平力。斜撐跨越9個(gè)結(jié)構(gòu)層,每根斜撐長(zhǎng)約58.1m,其高空吊裝、定位、測(cè)量校正是本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝的最大難題。鋼杜壁厚130mm,130mm厚鋼板全熔透現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊接在當(dāng)時(shí)國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中比較罕見,現(xiàn)場(chǎng)施焊困難,焊接質(zhì)量控制難度較大。這是本工程鋼結(jié)構(gòu)施工的又一個(gè)難題。C4鋼柱位于建筑邊角部位,且此構(gòu)件重量最大,給塔吊的選型、布置,結(jié)構(gòu)層分段施工及鋼柱、鋼斜撐的分節(jié)吊裝造成困難。

  3、鋼框架結(jié)構(gòu)吊裝施工

  3.1 塔吊的計(jì)算與平面布置

  本工程在塔樓的芯筒中央布設(shè)一臺(tái)M440D內(nèi)爬式塔吊,塔吊最大起重量32t,最大臂長(zhǎng)55m。主體結(jié)構(gòu)外側(cè)布置一臺(tái)500HC-S吊車,施工現(xiàn)場(chǎng)的臨建、構(gòu)件拼裝場(chǎng)地、堆場(chǎng)、輔助建筑、工具房和機(jī)房的布設(shè)均需根據(jù)這兩臺(tái)塔吊的起重量布設(shè)。

  兩臺(tái)塔吊間距L=410+5000+1217=4×5880+5000+1217=29.737m。式中:10為柱軸線間距。

  塔吊升出核心筒的最大高度H=H0-nH1=45.1-6×3.75=22.6m。H0為內(nèi)爬安裝凈高,n為標(biāo)準(zhǔn)層數(shù),H1為標(biāo)準(zhǔn)層高度。

  3.2 鋼結(jié)構(gòu)的吊裝

  地下室鋼結(jié)構(gòu)吊裝。地下室鋼結(jié)構(gòu)主要包括核心筒勁性鋼柱(4根)、外圍鋼柱(23根)及柱間鋼斜撐。由于受現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制,開設(shè)坡道至地下室的難度較大,而且如果汽車吊開至地下室進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝,與土建施工相互影響較大,施工進(jìn)度難以提高。因此,考慮在地下室底板施工初期就安裝一臺(tái)500HC-S外爬塔吊,既可以完成地下、地上所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝,又可以進(jìn)行M440D內(nèi)爬塔吊的安裝,有利于加快總體施工進(jìn)度。

  地上部分鋼結(jié)構(gòu)吊裝。鋼柱和鋼斜撐均采取分節(jié)吊裝時(shí)主要考慮的因素是:以滿足M440D塔吊的起重能力和構(gòu)件的運(yùn)輸能力為前提;盡可能地減少節(jié)點(diǎn)數(shù);盡可能地保證鋼柱節(jié)點(diǎn)數(shù)。鋼柱的節(jié)點(diǎn)設(shè)置在樓層以上1.2m位置,以便于安裝施工。

  鋼柱和鋼梁的吊裝吊裝的原則:先裝主梁后裝次梁,為加快施工進(jìn)度,對(duì)于較輕的鋼梁宜采取一機(jī)多吊的方法,對(duì)于多樓層單元,先吊裝頂層梁,后吊裝下層梁,這樣有利于框架的穩(wěn)定性。

  型鋼斜撐的吊裝是該工程中型鋼斜撐的吊裝是難點(diǎn),由于型鋼斜撐的長(zhǎng)度達(dá)38m,整根吊裝的難度較大,所以采取分節(jié)吊裝,為了保證型鋼斜撐的整體剛度和安裝的穩(wěn)定性,將型鋼斜撐與樓層梁在地面拼裝后整體吊裝,鋼梁起到臨時(shí)支撐作用。

  每根懸挑鋼斜撐分為三節(jié)吊裝,每節(jié)分別與鋼梁在地面組裝后整體吊裝。鏈4、5用來調(diào)整鋼斜撐的傾斜度,由于鋼梁的剛度小,加上鋼梁與鋼斜撐只是臨時(shí)連接,不宜承受重載,所以采用鏈1、2、3來加強(qiáng)該組裝件。在起吊前,鏈1、2、3一定要拉緊,以防止鋼梁在吊裝過程中變形。柱間型鋼斜撐與懸挑鋼斜撐相比尺寸重量較小,可以直接吊裝。

  4、鋼板柱的連接施工技術(shù)

  4.1 測(cè)量校正

  根據(jù)地面控制點(diǎn),在建筑物外圍作平面軸線、標(biāo)高控制網(wǎng)。將地面控制點(diǎn)投測(cè)到地下3層混凝土墊層,埋設(shè)地腳螺栓,每組地腳螺栓由標(biāo)準(zhǔn)樣板固定相對(duì)尺寸。在地下3層混凝土底板面投測(cè)軸線、標(biāo)高。

  第一節(jié)鋼柱就位時(shí)底板中心應(yīng)對(duì)準(zhǔn)定位線,用墊鐵調(diào)整鋼柱標(biāo)高。用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在兩個(gè)正交方向校正鋼柱垂直度?紤]上部樓層平面幾何形狀,在地下3層地面確定4個(gè)激光點(diǎn),并在以上各層樓板相應(yīng)位置預(yù)留150mm×150mm孔洞作平面軸線控制的激光投遞。高程用鋼尺垂直向上量距傳遞。第二節(jié)鋼柱、梁安裝校正垂直度后,在投遞的激光控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀分片或整體觀測(cè)柱頂軸線偏差,偏差值決定鋼柱焊接順序與方向。整個(gè)吊裝結(jié)構(gòu)層柱梁全部焊接完成后作軸線偏差復(fù)測(cè),檢驗(yàn)焊接時(shí)垂直度的影響。焊接后的柱頂軸線偏差又作為上節(jié)鋼柱垂直度校正的依據(jù),依次循環(huán)直到最后節(jié)。

  對(duì)于斜立柱部分的安裝校正,首先是將整個(gè)大樓設(shè)一平面獨(dú)立坐標(biāo)系,用全站儀觀測(cè)柱頂邊角坐標(biāo),與設(shè)計(jì)理論坐標(biāo)比較,兩者的差數(shù)即為軸線偏差值。通過校正來調(diào)整偏差值的大小。

  4.2 特厚鋼板柱連接

  本工程采用焊接和高強(qiáng)度螺栓連接,外圍結(jié)構(gòu)由18根鋼柱、跨9個(gè)結(jié)構(gòu)層斜撐及鋼框架梁構(gòu)成,鋼柱均為厚板與超厚板,箱形截面,其中C2、C4柱鋼板厚達(dá)105-130mm,連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),有抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)之分,本工程按抗震設(shè)計(jì),須進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接的承載力驗(yàn)算,采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算,翼緣和腹板采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接。

  4.3 特厚鋼板箱形柱施焊

  該工程特厚板箱形柱的焊接,采用自根部深熔、縫中填充、面層焊縫全斷面CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊接方式:由兩名工作習(xí)慣、運(yùn)焊技法、焊接速度基本相同的熟練技工做對(duì)稱施焊,首尾相合,全部作業(yè)要求除收弧段采用收弧電流作右向回焊外基本采用左向焊法。

  根部施焊時(shí),一名技工自柱偏移方向的反方向先行作根部深熔,根部的深熔采用一層幾道的方法,層厚約等于6.5mm,道寬約等于6mm;施焊首道時(shí),至少將始焊點(diǎn)移往面向直線段右方向柱角一直邊的100mm處,禁止在角部始焊;收弧處,也必須繞過左方向柱角向前延長(zhǎng)至少100mm,禁止在角部熄弧。全部焊段盡可能保持連續(xù)施焊,避免多次熄弧起弧。穿越安裝連接板處時(shí)必須盡?赡軐⒔宇^送過連接板中心至少30mm。作業(yè)要點(diǎn)如下:

  同一層道焊縫出現(xiàn)一次或數(shù)次停頓需續(xù)焊時(shí),始焊接頭須在原熄弧處后至少15mm處燃弧,禁止在原熄弧處直接燃弧。

  熄弧時(shí),應(yīng)待保護(hù)氣體完全停止供給,焊縫完全冷凝后方能移走焊槍。禁止電弧剛停止燃燒即移走焊槍,使紅熱熔池暴露在大氣中失去CO2氣體保護(hù)。

  第一層第一道,焊絲均勻保持20-25°的向下傾角,運(yùn)焊采用劃斜圓圈手法,斜圓指向襯板時(shí)稍加停頓,注意充分熔合直邊母材和襯板的夾角部分。

  第一層第二道是根部焊接相當(dāng)重要的焊接部位。施焊時(shí),焊絲與坡口直邊側(cè)僅能保持平行。電弧直接作用在首層首道的上部1/3處襯板未熔化部分和坡邊角部,運(yùn)焊仍采用劃斜圓圈手法。

  幾層與除面層的各層首道。隨坡口深度的減少,焊絲與直邊的夾角逐漸從約等于20-25°改變成約等于40°,運(yùn)焊手法仍采用劃斜圓圈的方法

  二層與除面層的各層堆壘道、焊絲與焊肉層面相對(duì)方向保持約90°±5°,與運(yùn)焊方向保持約等于65°夾角。運(yùn)焊時(shí),電弧熔焊至少要將上道焊縫的凸點(diǎn)處熔融,使冷凝后的焊道下沿均勻迭壓在上道焊縫的凸點(diǎn)部,電弧在熔池后斜上部作向后推動(dòng)動(dòng)作。

  二層與以后各填充層的最末一道,隨坡口深度的減少焊絲與前層焊縫的夾角逐漸從約等于90°-100°加大向下傾角,但焊絲與運(yùn)焊方向須始終保持約90°。電弧始終保持劃斜長(zhǎng)圓的方法使熔池形成長(zhǎng)圓形。電弧始終兼顧上方坡邊的熔化和下方前道焊縫的拱部熔融,并保持均勻向前巨不脫環(huán)鏈。

  參考文獻(xiàn):

  [1]李東.超高層鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋螺栓施工技術(shù)[J].建筑技術(shù),2005.8.

  [2]李和華.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.

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