重型懸挑鋼結(jié)構(gòu)無支撐安裝技術(shù)研究與應(yīng)用

韓春文 任智 袁良 楊武 許明亮

隨著國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)越來越多地應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)中，越來越多造型新穎的結(jié)構(gòu)形式開始出現(xiàn)[1-2]。其所呈現(xiàn)的特點(diǎn)主要有結(jié)構(gòu)形式日益多樣化和復(fù)雜化、結(jié)構(gòu)跨度大、鋼材等級(jí)高、鋼板厚度厚，節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜多樣、構(gòu)件數(shù)量和截面類型多、構(gòu)件加工難度大，加工精度要求高、現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量大、施工技術(shù)難度高等[3-6]。

本文結(jié)合孟加拉國(guó)BRAC 大學(xué)新校區(qū)工程，通過分析主體鋼結(jié)構(gòu)安裝及施工過程中的特點(diǎn)與難點(diǎn)，使4 層懸挑鋼結(jié)構(gòu)在無支撐條件下，充分利用5 層永久結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，采用預(yù)先計(jì)算預(yù)起拱值、安裝臨時(shí)連接拉桿及永久連接桿的施工方案，實(shí)現(xiàn)了重型鋼結(jié)構(gòu)無支撐安裝，可為類似工程施工提供借鑒。

1.工程概況

BRAC 大學(xué)新校區(qū)建設(shè)工程位于孟加拉國(guó)首都達(dá)卡市區(qū)，占地面積22000m2，為一棟單體建筑，總建筑面積148600m2，分為地下3 層，地上13 層。主體結(jié)構(gòu)為輕型-混凝土組合結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)總重約17000t，鋼構(gòu)件截面主要為圓形、箱型、H 型、C 型，最大板厚達(dá)120mm。

4層、5層懸挑位置如圖1、圖2所示，在建筑物AE 軸線～AG 軸線的4 層鋼梁從AE 軸線出挑長(zhǎng)度9m。由于其在自重作用下構(gòu)件承載力及變形超過設(shè)計(jì)允許值，設(shè)計(jì)上將它通過拉桿和5 層X 形結(jié)構(gòu)在一起形成一個(gè)整體受力結(jié)構(gòu)，5 層X節(jié)點(diǎn)既承受4 層的倒掛重量，也承受上部混凝土荷載。5 層懸挑結(jié)構(gòu)焊接在下部圓管支撐柱上，X 節(jié)點(diǎn)外挑長(zhǎng)度為4m，安裝完成后如圖3 所示。

圖1 4 層懸挑結(jié)構(gòu)俯視圖

圖2 5 層懸挑結(jié)構(gòu)俯視圖

圖3 4 層、5 層懸挑鋼結(jié)構(gòu)圖

4 層模塊總重量約80t，5 層X 節(jié)點(diǎn)模塊總重量約120t，單根構(gòu)件最大重量約28t，各位置鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件總重量如表1所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量表

2.懸挑結(jié)構(gòu)安裝方案

2.1 原始方案

原始方案為在地面設(shè)置支撐架，先安裝4 層懸挑結(jié)構(gòu)，四層安裝完成以后，在四層結(jié)構(gòu)上設(shè)置支撐架，接著安裝5層柱頂X 節(jié)點(diǎn)懸挑梁，然后安裝四層和5 層之間的拉板，等4 層和5 層懸挑結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體以后，拆除所有支撐架，安裝流程如表2。

表2 臨時(shí)支撐安裝方案流程圖

2.2 優(yōu)化方案

由于現(xiàn)場(chǎng)土建地下結(jié)構(gòu)施工比較滯后，懸挑結(jié)構(gòu)具備施工條件時(shí)，土建還未施工到地面樓板層，地面層無法設(shè)置支撐架，如果繼續(xù)堅(jiān)持原方案將影響鋼結(jié)構(gòu)安裝工期和上部結(jié)構(gòu)施工。

經(jīng)多次論證此結(jié)構(gòu)體系得出，整體施工順序先安裝5 層X 節(jié)點(diǎn)及懸挑梁，然后倒掛安裝4 層主梁及次梁，最后安裝5 層次梁。5 層懸挑在整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝完成以后其懸挑結(jié)構(gòu)屬于懸臂受壓和受拉狀態(tài)，可以充分利用5 層X 節(jié)點(diǎn)懸挑梁。在5 層X 節(jié)點(diǎn)懸挑梁下提前焊接H 型鋼剛性連接桿件，4 層大梁和剛性連接臨時(shí)連接，等4 層懸挑結(jié)構(gòu)安裝完成以后，安裝5 層主梁，安裝永久拉板，最終拆除臨時(shí)剛性連接拉桿。該安裝方案不受場(chǎng)地限制，先于地下結(jié)構(gòu)施工。施工流程如表3。

表3 無支撐安裝方案流程圖

2.3 X 節(jié)點(diǎn)預(yù)起拱計(jì)算

5 層X 節(jié)點(diǎn)懸挑梁長(zhǎng)度4m，重量22.3t，通過計(jì)算，懸挑結(jié)構(gòu)在自重和上部荷載共同作用下會(huì)產(chǎn)生不同程度的下?lián)希聯(lián)献畲笾禐?0mm。如圖4 所示。

圖4 X 梁撓度值圖

同時(shí)利用SolidWorks 有限元軟件進(jìn)行X 節(jié)點(diǎn)懸挑梁安裝驗(yàn)算，在安裝焊接過程中，懸挑梁會(huì)下?lián)?mm，既需要安裝預(yù)起拱約為2mm，既現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)考慮安裝時(shí)碼板受力造成的2mm撓度，如圖5所示。

圖5 X 梁撓度驗(yàn)算圖

綜合自重，上部荷載，安裝過程碼板臨時(shí)連接時(shí)在焊接過程中的下?lián)希罱K確定了5 層X 節(jié)點(diǎn)每一根懸挑梁的預(yù)起拱值，即每個(gè)X 節(jié)點(diǎn)懸挑梁在原下?lián)现祷A(chǔ)上加上2mm 為最終預(yù)起拱值。

3.結(jié)論

通過分析主體鋼結(jié)構(gòu)安裝及施工過程中的特點(diǎn)與難點(diǎn)，使4 層重型懸挑鋼結(jié)構(gòu)在無支撐條件下，充分利用5 層永久結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，采用預(yù)先計(jì)算預(yù)起拱值、安裝臨時(shí)連接拉桿及永久連接桿的施工方案，實(shí)現(xiàn)了重型無支撐安裝。

此方案的實(shí)施不僅可以滿足多專業(yè)的共同施工，也減少了下部支撐架的制作、安裝，節(jié)約了工期及成本，可為類似工程提供借鑒。