某單體工程大跨度超高超大鋼結構吊裝技術

李小萍 牙馬忠

隨著建筑理念的不斷更新,火車站無站臺柱雨棚逐漸采用大跨度、復雜空間鋼結構作為主體結構系統。建筑的功能多樣化和美觀要求引發了鋼結構施工技術變革,這些變革不僅僅是施工技術上的簡單更新,更多是創新出多樣化的施工工藝,比如整體吊裝、整體滑移、計算機輔助模擬技術等等,推動傳統的施工技術向跨行業、高科技領域邁進。針對不同的施工要求和特點,采用因地制宜的吊裝方法,有利于順利施工。

1 吊裝方案的選擇

1.1 吊裝施工技術比對

滑移工藝是利用能夠控制同步的牽引設備,將分成若干個穩定的結構沿著設定的軌道,從拼裝位置水平移動到設計位置的施工工藝。該工藝要求結構平面外剛度大,需要鋪設軌道,多點牽拉時同步控制難度大。

整體提升技術是根據各作業點提升力的要求,將若干液壓千斤頂與液壓閥組、泵站等組合液壓千斤頂群,采用計算機同步控制的液壓千斤頂作為動力設備,保證提升或移位過程中大型結構的姿態平穩。

高空無支托拼裝施工技術是將結構合理分段、選擇吊裝順序,使施工過程無需搭設支撐平臺,利用結構自身剛度形成穩定單元,通過不斷擴大單元接裝,最后形成整體結構。

高空散裝施工技術的施工原理是根據結構特點,選擇合理的吊裝順序,分段搭設承重腳手架,單根桿件吊裝至設計位置高空對位焊接。缺點是由于高空焊接難度大影響施工進度,優點是適用于超大、超寬的鋼結構以及交叉施工中。

1.2 方案選定

此單體工程為某車站無站臺柱雨棚工程,設計縱向?,?,?,?四個軸線,軸線間距分別為 81.2 m,22 m,70.9 m,橫向12個軸線,軸線間距36 m,共492 m,總建筑面積為 69 666 m2。該工程主體結構采用空間鋼管桁架結構。?,?軸鋼立柱均為鋼管混凝土直柱,?,?軸鋼立柱為φ 600 mm的V形柱,兩頭采用鉸接結構。主桁架梁采用空間正“Δ”管桁架結構,兩下弦桿間距12 m,高6 m;橫向采用寬11 m、高4 m的折板桁架連接保證結構穩定。此單體工程主體鋼構件屬超大、超寬結構,如采用滑移、整體吊裝方案,選用合適的吊裝機械進行吊裝時就位和操控都比較困難,占用場地大,而且在機械費用方面也不經濟。現結合施工現場實際施工條件和環境,同時考慮多家施工單位交叉施工,盡量減小對合作單位的影響,因此對主桁架梁采用更為經濟、方便施工的高空散裝方案。施工中嚴格控制主桁架梁的焊接質量和尺寸精度,根據場地情況和結構受力進行承重點設置,保證結構不變形,不發生大的撓度。

2 吊裝施工的技術設計

2.1 桁架梁高空散裝的測量控制

1)測量標識和永久性觀測點的設置。主桁架梁高空散裝前搭設承重支架和相應的操作平臺。吊裝時在承重支架上設置承重頭,在弦桿上設置測量標識,精確控制軸線和標高尺寸。支架拆除前,在主桁架梁跨間車站軌道正線上方的兩側下弦底部焊接三角鋼板作為永久性觀測點。

2)測量控制。初步控制:吊裝前將弦桿在承重頭上的軸線位置和標高尺寸(含起拱高度:大跨度鋼結構在拼裝時提前預留的高度)控制點引至胎具上。精確控制:主桁架梁弦桿吊裝放置承重頭上后,測量人員利用全站儀控制弦桿的直線度和標高,通過承重頭支撐游托調整標高,利用焊接定位塊控制軸線尺寸。

在主桁架梁腹桿拼裝完成后,復測軸線的偏差及承重頭位置下沉情況,及時跟蹤測量和調整。承重支架拆除后,全面復測主桁架梁標高及下撓情況,為次桁架梁及檁條安裝提供數據。

2.2 承重支架及操作平臺搭設

根據施工組織設計,按照主桁架梁承重頭設置位置搭設承重支架。因考慮運輸方便、搭設便捷,承重支架采用扣件式φ 48×3.5普通腳手架鋼管搭設(見圖1)。搭設高度為桁架梁下弦以下500 mm～600 mm至實際地面高度,承重支架承重立桿采用雙立桿,雙立桿上部插入游托,游托上放置16號工字鋼對桁架下弦桿進行支撐。在吊裝前預先調整好游托的標高,且考慮下沉因素,游托標高要比實際需要的標高高2 cm。承重支架所有立桿下部安放底座,且底座下墊有枕木,承重支架基礎承載力必須滿足受力要求,并比自然地面高5 cm。承重支架之間設操作平臺連接,操作平臺鋪滿厚度不小于50 mm的木跳板,板寬200 mm～300 mm,并將木跳板綁扎牢固。操作平臺周圍搭設1.2 m的護欄,護欄中部搭設一道水平桿,底部設置高20 cm的踢腳板。護欄上設置安全網。

2.3 桁架梁吊裝計算與校核

以上弦桿吊裝為例進行計算與校核。

1)起重機的選擇。已知上弦桿構件長約20 m,重量加上吊鉤等不超過8 t,按8 t計算。查100 t吊車特性曲線可得回轉半徑為15 m時起重機的起重量為9.7 t,吊臂長度可達44 m,就位高度不超過26 m,完全滿足吊裝要求。

2)鋼絲繩的校核。Qj=K動×K不動×Q=1.1×1.2×8=10.56 t。

其中,Qj為鋼絲繩所受的拉力;K動為動荷載系數;K不動為不動荷載系數;Q為靜荷載(構件及吊鉤的重力)。

所選鋼絲繩為6×37+1φ 24 mm-170 MPa,其破斷拉力約為35 800 kg。每根鋼絲繩實際所承受的拉力 F=0.5Qj/sin60°=6 097 kg,安全系數 K=P破/F=35 800/6 097=5.87,所選鋼絲繩滿足要求。其中,P破為鋼絲繩破斷拉力。

同理可得,下弦桿吊裝計算與校核根據長約20 m,重量加上吊鉤等不超過6 t,選用50 t吊車,當回轉半徑為10 m時起重機的起重量為10.06 t,吊臂長度可達32.85 m,就位高度不超過20 m,完全滿足吊裝要求,選用鋼絲繩為 6×37+1φ 24 mm-170 MPa滿足要求。

經過計算校核,再通過繪圖模擬施工現場吊車就位位置及可伸出臂長(見圖2),進一步驗證所選吊車能滿足使用要求。

3 結語

此單體工程無站臺柱雨棚的超大、超寬鋼結構吊裝工作是一項技術性強、涉及面廣、各相關環節相互制約性強、現場不確定因素多、安全隱患多的工作,需要精心設計和嚴密組織。

1)優化設計吊裝方案是提高吊裝工作效率、產生經濟效益的最重要環節,吊裝設計人員需對吊裝方案作多方案比較,從中篩選最優設計方案。2)吊裝施工設計人員必須全面了解所選吊車的特性。3)吊裝施工設計中采用了計算機輔助設計和模擬技術,快速精確,行之有效。4)吊裝中采用精確的測量控制方法。

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