某大跨鋼結(jié)構(gòu)管桁架工程施工技術(shù)研究

黃 偉 白 海 王 虎

(中冶(上海)鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司，上海 200941)

1 工程概況

重慶融創(chuàng)茂項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)由水樂(lè)園、海洋樂(lè)園、娛雪樂(lè)園、商業(yè)街四部分組成，其中水樂(lè)園、海洋樂(lè)園、娛雪樂(lè)園周邊支撐為混凝土柱，屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式均為三角形鋼管立體桁架結(jié)構(gòu)，其中娛雪樂(lè)園由19榀主桁架及連系桁架組成，平面尺寸為139.8 m×188.3 m,其中主桁架最大跨度80.3 m，桁架最大矢高9 m，桁架最大寬度為7.2 m，管桁架最大管徑規(guī)格為1 067 mm×50 mm，材質(zhì)均為Q345B，娛雪樂(lè)園建筑最高點(diǎn)約40 m，最低點(diǎn)約28 m，單向找坡。主桁架最重一榀重量為240 t，單鉤最大起吊重量為90 t(見(jiàn)圖1～圖3)。

2 工程技術(shù)特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)形式

娛雪樂(lè)園屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由懸臂柱、主桁架、次桁架、邊桁架及檁條組成。主桁架結(jié)構(gòu)為三角形鋼管立體桁架結(jié)構(gòu)，由兩根上弦桿、一根下弦桿及腹桿組成，主桁架兩端與混凝土支撐柱通過(guò)鉸接支座連接，次桁架、邊桁架與主桁架為相貫剛接連接，屋面檁條與主次桁架通過(guò)高強(qiáng)螺栓與設(shè)置在桁架上弦桿上的檁托支座鉸接連接。

2.2 節(jié)點(diǎn)形式

娛雪樂(lè)園屋蓋鋼結(jié)構(gòu)主要節(jié)點(diǎn)包括管桁架的相貫節(jié)點(diǎn)、管桁架支座節(jié)點(diǎn)、屋面維護(hù)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、吊掛系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)等，其中管桁架相貫節(jié)點(diǎn)分為鑄鋼節(jié)點(diǎn)、KK型相貫節(jié)點(diǎn)、多管相貫節(jié)點(diǎn)等；管桁架支座節(jié)點(diǎn)包括鑄鋼鉸接支座、鑄鋼節(jié)點(diǎn)、多管交匯節(jié)點(diǎn)等；屋面維護(hù)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)主要為高強(qiáng)螺栓鉸接節(jié)點(diǎn)；吊掛系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)主要為高強(qiáng)螺栓法蘭連接節(jié)點(diǎn)(見(jiàn)圖4)。

3 施工工藝

3.1 整體施工部署

娛雪樂(lè)園根據(jù)場(chǎng)地條件和結(jié)構(gòu)布置，劃分為兩個(gè)施工區(qū)域，XY-1區(qū)域和XY-2區(qū)域，按照南北向和東西向的順序進(jìn)行安裝，采用500 t履帶吊塔式工況進(jìn)行吊裝作業(yè)。共分為地面分段拼裝、臨時(shí)支撐胎架設(shè)置、高空分段吊裝、整體卸載四個(gè)步驟(見(jiàn)圖5)。

3.2 地面拼裝工藝

本工程的主要結(jié)構(gòu)類型為空間管桁架，桁架尺寸較大(最高9 m,寬6 m)，不具備工廠拼裝再運(yùn)輸?shù)臈l件，根據(jù)以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)，考慮散件(腹桿不分段、上下弦桿分段)進(jìn)場(chǎng)，再在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝的施工方案，拼裝采取正拼的方式(見(jiàn)圖6，圖7)。

3.3 臨時(shí)支撐胎架布置

根據(jù)吊裝單元的分段，以及主次桁架的關(guān)系，共設(shè)置27個(gè)支撐胎架，支撐胎架支撐于桁架的兩個(gè)上弦桿件上(見(jiàn)圖8，圖9)。

3.4 分段吊裝工藝

娛雪樂(lè)園的桁架根據(jù)桁架的跨度重量以及結(jié)構(gòu)形式，共分為34榀吊裝單元，共分為三種吊裝結(jié)構(gòu)形式，分別為邊桁架與主桁架組合單元、主桁架單元和次桁架單元。采用500 t履帶吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，履帶吊工況為42 m主臂+24 m副臂的塔式工況，典型構(gòu)件吊裝工況分析表參見(jiàn)表1，吊裝圖見(jiàn)圖10～圖12。

表1 娛雪樂(lè)園典型吊裝單位吊裝工況分析表

娛雪樂(lè)園的桁架吊裝單元吊裝均采用四點(diǎn)吊裝的方式，吊點(diǎn)設(shè)置在桁架上弦桿節(jié)點(diǎn)位置，采用鋼絲繩捆綁的方式，驗(yàn)收吊裝過(guò)程中的桿件應(yīng)力和結(jié)構(gòu)變形，吊裝分析參見(jiàn)圖13,圖14。

3.5 整體卸載工藝

娛雪樂(lè)園的桁架全部吊裝就位后，在完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安裝后，進(jìn)行整體卸載，卸載點(diǎn)共為27個(gè)點(diǎn)，采用分級(jí)卸載的方式，在標(biāo)準(zhǔn)組合作用下結(jié)構(gòu)最大變形為41.73 mm<60 893/400=152 mm，滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的要求(見(jiàn)圖15，圖16)。在基本組合作用下卸載前桿件最大應(yīng)力均小于99.91 MPa<310 MPa，卸載后桿件最大應(yīng)力均小于134.92 MPa<310 MPa，均滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的要求(見(jiàn)圖17，圖18)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)隨著建筑業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，大跨大空間型結(jié)構(gòu)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，在工程上也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)本次大跨空間管桁架的吊裝施工實(shí)踐，空間管桁架的吊裝質(zhì)量滿足《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[2]的要求，但是也遇到了一些在管桁架設(shè)計(jì)和施工中一直存在的問(wèn)題需要我們不斷的探索解決，主要為以下幾方面：

1)管桁架節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，比如相貫節(jié)點(diǎn)隱蔽焊縫問(wèn)題，變管徑邊壁厚對(duì)接節(jié)點(diǎn)問(wèn)題；

2)復(fù)雜空間鑄鋼節(jié)點(diǎn)的空間定位安裝精度問(wèn)題；

3)設(shè)計(jì)與施工可操作性的匹配問(wèn)題[3,4]；

4)火焰校正的殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響問(wèn)題等。