大懸挑重型鋼結(jié)構(gòu)二次卸載自創(chuàng)新技術(shù)

大懸挑重型鋼結(jié)構(gòu)二次卸載自創(chuàng)新技術(shù)1前言1.1重型鋼結(jié)構(gòu)在超高層大跨度、大懸挑建筑結(jié)構(gòu)中是主要結(jié)構(gòu)骨架形式之一，超強(qiáng)的結(jié)構(gòu)能力使各種建筑形式得以實(shí)現(xiàn)，有很高的安全性和耐久性。在大跨度、大懸挑的結(jié)構(gòu)施工時(shí)，一般都需要支承架，由于結(jié)構(gòu)自重大，支承架及基礎(chǔ)需要專門設(shè)計(jì)。另一方面支承架拆除即卸載過(guò)程，結(jié)構(gòu)自重及相關(guān)荷載由支承架轉(zhuǎn)移給結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)形變完成。這個(gè)過(guò)程既要考慮結(jié)構(gòu)允許形變，又要考慮形變對(duì)建筑的影響，是結(jié)構(gòu)施工中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。懸挑17m12m四層屋面1.2我公司施工的XX市東部新城中心商務(wù)區(qū)B－4商務(wù)樓工程，在南樓的四層屋面上空12m處懸挑了二層結(jié)構(gòu)，懸挑跨度17m。如圖1.2所示。項(xiàng)目特殊的建筑結(jié)構(gòu)形式對(duì)施工方法要求創(chuàng)新，我企業(yè)根據(jù)工程特點(diǎn)，在采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)技術(shù)的重型鋼結(jié)構(gòu)施工中，形成獨(dú)特的大懸挑重型鋼結(jié)構(gòu)二次卸載工法。圖1.2XX市東部新城中心商務(wù)區(qū)B－4商務(wù)樓效果圖懸挑17m12m四層屋面2新技術(shù)特點(diǎn)2.1降低對(duì)支承架及基礎(chǔ)的承載力要求。2.2鋼結(jié)構(gòu)及與其上的鋼筋混凝土樓板、墻體等由支承架分步承擔(dān)。通過(guò)第一次卸載，鋼結(jié)構(gòu)自重由鋼結(jié)構(gòu)自身來(lái)承受。第二次卸載時(shí)變形減少：樓屋面板部分變形（撓度）僅由該部分自重引起并在第二次卸載中完成。樓屋面混凝土結(jié)構(gòu)因變形減小，由此產(chǎn)生的拉應(yīng)力也減小，降低屋面、樓面、墻面開(kāi)裂的可能性，讓使用者更有安全感。2.3二次卸載既達(dá)到了上述兩點(diǎn)目的，又避免了鋼結(jié)構(gòu)完成即完全卸載，鋼筋混凝土樓屋面結(jié)構(gòu)、墻體施工時(shí)由于施工荷載及材料自重產(chǎn)生的不均勻及不對(duì)稱而引起的鋼結(jié)構(gòu)扭曲及變形。3適用范圍本工法適用于采用重型鋼結(jié)構(gòu)為梁柱、鋼筋混凝土樓層面受力體系的大懸挑、大跨度鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土樓屋面、墻體自重占結(jié)構(gòu)總重比例大的結(jié)構(gòu)。運(yùn)輸?shù)缆?、施工?chǎng)地受限制，在支架基礎(chǔ)承載能力受限制的情況下，此工法的優(yōu)越性更為顯著。且能減小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓屋面、墻體等內(nèi)部拉應(yīng)力，避免開(kāi)裂。4工藝原理4.1支承架分步承擔(dān)鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓屋面重量，形變分二次完成，減小樓屋面結(jié)構(gòu)內(nèi)由此造成的內(nèi)拉應(yīng)力，提高抗裂能力及安全感,如圖。第一步：重鋼結(jié)構(gòu)骨架體系完成后，進(jìn)行第一次卸載，使鋼結(jié)構(gòu)自重骨架承擔(dān)，支架仍要與鋼結(jié)構(gòu)緊密接觸；第二步，鋼筋混凝土樓面、屋面及部分裝修墻體等所有相關(guān)工作完成后，進(jìn)行第二次卸載。這樣在第一次卸載后，支承架只承擔(dān)第二步施工內(nèi)容所有自重。這樣降低對(duì)支架及支架基礎(chǔ)的承載力要求。圖4.3.1二次卸載原理示意圖圖4.3.1二次卸載原理示意圖懸挑結(jié)構(gòu)的總撓度等于第一次卸載與第二次卸載時(shí)產(chǎn)生的撓度。撓度會(huì)引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及墻體產(chǎn)生內(nèi)拉應(yīng)力而導(dǎo)致開(kāi)裂。二次卸載中的第二次產(chǎn)生的撓度才會(huì)對(duì)鋼筋混凝土樓板、屋蓋、墻體產(chǎn)生內(nèi)拉應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力就要比一次卸載小得多，減少比例決定于鋼結(jié)構(gòu)與樓屋面墻體結(jié)構(gòu)的重量比例，一般會(huì)在1：1.2～1.5之間，應(yīng)力會(huì)減少40%左右。4.2結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)力應(yīng)變實(shí)際和理論比對(duì)。控制卸載過(guò)程，掌握結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)在卸載過(guò)程中建立應(yīng)力、應(yīng)變、位移測(cè)試系統(tǒng)，檢測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以監(jiān)測(cè)卸載過(guò)程中內(nèi)力變化是否有異常情況，是否與設(shè)計(jì)相符，以控制卸載過(guò)程。通過(guò)卸載過(guò)程數(shù)據(jù)，估算結(jié)構(gòu)實(shí)際總剛度，調(diào)整總撓度的數(shù)值。結(jié)構(gòu)撓度與卸載時(shí)千斤頂?shù)牧，存在關(guān)系，通過(guò)預(yù)設(shè)數(shù)值關(guān)系，利用過(guò)程數(shù)據(jù)，估算出實(shí)際總剛度、實(shí)際總撓度，了解結(jié)構(gòu)總剛度（樓面結(jié)構(gòu)完成后提高）的變化。5施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程：臨時(shí)承重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工→鋼結(jié)構(gòu)施工完成→檢測(cè)系統(tǒng)安裝完成→第一次卸載（結(jié)構(gòu)同步檢測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等）→檢測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求校核→樓面、屋面、墻體部分施工完成→第二次卸載（結(jié)構(gòu)同步檢測(cè)應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等）→檢測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求校核→拆除臨時(shí)承重系統(tǒng)5.2二次卸載操作要點(diǎn)5.2.1臨時(shí)承重架的設(shè)計(jì)大型的懸挑結(jié)構(gòu)一般自重很大，施工支架是重要的施工技術(shù)措施，在地面上空懸挑則需驗(yàn)算基礎(chǔ)承載力。圖轉(zhuǎn)換平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)及示意圖在結(jié)構(gòu)上空懸挑基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)在結(jié)構(gòu)柱上，如果支柱數(shù)量少，懸挑結(jié)構(gòu)重量大，可能會(huì)超過(guò)（柱）或基礎(chǔ)的承載力，二次卸載則可以把懸挑結(jié)構(gòu)重量分開(kāi)，分別由鋼結(jié)構(gòu)、支架基礎(chǔ)承擔(dān)。以使重鋼結(jié)構(gòu)重量直接傳遞到基礎(chǔ)。圖轉(zhuǎn)換平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)及示意圖轉(zhuǎn)換平臺(tái)設(shè)計(jì)：柱位與鋼結(jié)構(gòu)重心不在同一位置，需根據(jù)力學(xué)特征設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)換平臺(tái)。對(duì)特別復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可委托設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)。如圖5.2.1。5.2.2卸載工具支座——卸載箱設(shè)計(jì)懸挑結(jié)構(gòu)與承重支架之間需要設(shè)計(jì)卸載工具式支座。支座高度能調(diào)節(jié)，卸載時(shí)間需要用液壓千斤頂，千斤頂能放置其中，故簡(jiǎn)稱“卸載箱”。卸載高度能調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)單的可直接用多塊楔形鋼板疊合，同時(shí)有固定措施。楔形厚度組成滿足各種撓度值的調(diào)節(jié)。如圖。5.2.3同步卸載液壓千斤頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖5.2.2卸載箱示意圖圖5.2.2卸載箱示意圖5.2.4鋼結(jié)構(gòu)施工完成后第一次卸載前技術(shù)準(zhǔn)備1全部焊縫的（超聲波、X光）檢測(cè)2卸載的力學(xué)計(jì)算設(shè)計(jì)和專業(yè)檢測(cè)單位是主要技術(shù)支持單位，卸載前需設(shè)計(jì)提供第一次卸載后鋼結(jié)構(gòu)受檢測(cè)主要的內(nèi)部應(yīng)力，以便卸載后與檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)。3卸載方式的力學(xué)計(jì)算（卸載力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖）卸載時(shí)需將外端略頂起，以使能抽出楔形板。需設(shè)計(jì)提供上抬1mm需要的力值，以及第一次卸載時(shí)理論總撓度。1)控制速率小于1mm/2分鐘，（由每個(gè)卸載千分表和計(jì)時(shí)器的讀數(shù)計(jì)算得出）2)上抬1mm后，抽板厚度（由鋼墊板厚度組成）3)總撓度修正，總剛度計(jì)算（以XX東部新城B－4商務(wù)樓為例，即一榀上兩點(diǎn)卸載）上抬1mm，兩點(diǎn)讀數(shù)下降，時(shí)，兩點(diǎn)讀數(shù)圖5.2.4卸載力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖讀數(shù)時(shí)機(jī)圖5.2.4卸載力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖注：表示：第2點(diǎn)在上抬1mm時(shí)讀數(shù)。點(diǎn)位置對(duì)理論總撓度進(jìn)行修正即通過(guò)卸載過(guò)程推算出實(shí)際總剛度。4)再抽當(dāng)即卸載值預(yù)留5mm的撓度，以確保支架與鋼結(jié)構(gòu)處于頂緊狀態(tài)，繼續(xù)卸載，讀數(shù)。與5mm比較，差距小于5%。說(shuō)明卸載過(guò)程實(shí)際與理論符合性好，如果差異大，則由桿件應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較，如果符合作為卸載完成指標(biāo)，兩方面數(shù)據(jù)均為控制依據(jù)，有任何符合性差的情況，卸載完成后均應(yīng)分析原因。5.2.4鋼結(jié)構(gòu)的整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移（撓度）的檢測(cè)系統(tǒng)的建立、調(diào)試結(jié)束，并將所有的初始值記錄完成。按計(jì)劃進(jìn)行卸載，警戒，無(wú)關(guān)人員不得在卸載影響范圍作業(yè)，以免影響和干擾工作，或引起其他相關(guān)問(wèn)題，人員就位，讀數(shù)歸零。由總指揮下達(dá)各類操作命令，技術(shù)人員把數(shù)據(jù)及時(shí)輸入計(jì)算機(jī)，快速反饋。由總指揮下達(dá)命令根據(jù)數(shù)據(jù)作出卸載完成的命令。5.2.6整理數(shù)據(jù)5.2.7第二次卸載1）鋼筋混凝土樓屋面結(jié)構(gòu)、墻體以及主要的基層裝修完成并達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后進(jìn)行卸載。2）卸載技術(shù)準(zhǔn)備與第一次一樣。由設(shè)計(jì)提供上抬1mm需要的力值（受檢測(cè)構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變值），第二次卸載產(chǎn)生的理論總撓度，控制卸載速率小于1mm/2分鐘。抽除理論總撓度的1/2。上抬1mm時(shí)，卸載點(diǎn)力下降到時(shí)，卸載點(diǎn)力同第一次，計(jì)算抽除+5mm，下降到K]2時(shí)，則卸載成功，同時(shí)對(duì)構(gòu)件實(shí)測(cè)的應(yīng)力應(yīng)變與理論值比較。雙重控制比較。卸載組織與程序同第一次。3)卸載平臺(tái)的拆除4)在設(shè)計(jì)卸載平臺(tái)時(shí)必須設(shè)計(jì)拆除平臺(tái)的固定措施和設(shè)備放置措施。以及結(jié)構(gòu)底部裝修輔助措施。6材料與設(shè)備6.1主要材料見(jiàn)下表6.1表6.1主要材料一覽表序號(hào)材料名稱用途使用階段1卸載箱（8只）置放千斤頂及受力力轉(zhuǎn)換裝置安裝及卸載階段2頂平板使卸載箱與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)緊密接觸安裝及卸載階段3楔形板控制卸載高度安裝及卸載階段4限位板防止楔形板擠壓滑滑移安裝及卸載階段5潤(rùn)滑油潤(rùn)滑楔形板，減少少摩擦力安裝及卸載階段6.2主要設(shè)備見(jiàn)下表6.2表6.2主要設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備名稱用途使用階段1UT超聲波探傷儀儀焊縫缺陷檢測(cè)卸載前準(zhǔn)備階段2液壓千斤頂（8只只）卸載起重設(shè)備卸載階段3液壓系統(tǒng)（1套）卸載起重設(shè)備卸載階段4百分表（8只）豎向位移測(cè)量卸載階段5秒表計(jì)時(shí)卸載階段6應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)卸載及正常使用階階段7質(zhì)量控制7.1卸載前鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后第一次卸載前，須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量進(jìn)行預(yù)驗(yàn)收，為鋼結(jié)構(gòu)卸載提供必須的安全、技術(shù)前提。采用經(jīng)緯儀復(fù)核軸線；采用水平儀復(fù)核標(biāo)高及結(jié)構(gòu)整體水平度；采用UT探傷儀對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損探傷并取得合格報(bào)告。組織工程參建各方進(jìn)行預(yù)驗(yàn)收，并取得經(jīng)各方確認(rèn)的預(yù)驗(yàn)收合格證書(shū)。7.2卸載過(guò)程鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制第一次卸載完成后，以設(shè)計(jì)理論數(shù)值及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，并輔助第一次卸載后位移，分析結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及空載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備，并提交設(shè)計(jì)單位審核。第二次卸載前，樓屋面混凝土、裝飾基層及其他附加荷載完成即滿載狀態(tài)下，采用經(jīng)緯儀復(fù)核軸線及平面扭曲度；采用水平儀復(fù)核標(biāo)高及結(jié)構(gòu)整體水平度。第二次卸載前，重新分析應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并分析應(yīng)力應(yīng)變變化趨勢(shì)及幅度，并提交設(shè)計(jì)單位審核。第二次卸載完成后，以設(shè)計(jì)理論數(shù)值及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，并輔助第二次卸載后位移，分析結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及空載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備，并提交設(shè)計(jì)單位審核。疊加二次卸載總撓度+，并與設(shè)計(jì)提供的總撓度值進(jìn)行對(duì)比，并提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位復(fù)核、驗(yàn)算。7.3正常使用階段鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制二次卸載完成且所有內(nèi)部、外部裝飾完成后，分析應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，并分析應(yīng)力應(yīng)變變化趨勢(shì)及幅度，并提交設(shè)計(jì)單位審核?？⒐を?yàn)收后，結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常使用階段，定期不定期對(duì)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行分析，并分析應(yīng)力應(yīng)變變化趨勢(shì)及幅度，如出現(xiàn)不正常變化，立即通知設(shè)計(jì)單位分析原因并及時(shí)解決。8安全措施8.1建立項(xiàng)目部安全生產(chǎn)管理體系及組織流程、信息反饋系統(tǒng)等程序，并設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)卸載總指揮，保證信息、指揮系統(tǒng)通暢。8.2進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，一律佩帶安全帽。同時(shí)遵守各項(xiàng)安全制度，做到“三不傷害”:不傷害別人、不傷害自己、不被他人傷害。8.3高空作業(yè)人員要進(jìn)行體格檢查，患有心臟病及高血硬化者不得攀高作業(yè)。高空作業(yè)必須佩備好安全帶，并鋪設(shè)安全網(wǎng)，作業(yè)人員應(yīng)在操作平臺(tái)上操作。8.4二次卸載前后，必須進(jìn)行施工方案的驗(yàn)算，確保卸載過(guò)程安全。8.5二次卸載過(guò)程中，必須密切監(jiān)視各個(gè)液壓千斤頂?shù)耐瑫r(shí)同步性能，確保結(jié)構(gòu)自身安全和液壓千斤頂系統(tǒng)的安全。8.6各種用電裝置必須設(shè)置漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，特殊設(shè)備應(yīng)有可靠的接地裝置，嚴(yán)禁無(wú)證人員操作電器設(shè)備。8.7卸載過(guò)程中，在卸載區(qū)域一定范圍內(nèi)設(shè)置警戒區(qū)，禁止與卸載無(wú)關(guān)人員在危險(xiǎn)區(qū)逗留。9環(huán)保措施“大懸挑重型鋼結(jié)構(gòu)二次卸載”施工技術(shù)既降低了臨時(shí)承重架含鋼量和地基基礎(chǔ)加固成本，又減少了屋面、樓面、墻面開(kāi)裂的可能性。施工時(shí)液壓千斤頂噪音很小，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響。10效益分析10.1本工程二次卸載工法的應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。10.2本懸挑17m段鋼結(jié)構(gòu)工程采用二次卸載施工工法，不但大大降低了臨時(shí)承重架含鋼量和地基基礎(chǔ)的加固成本，而且有效的減少了樓面、屋面及室內(nèi)砌體結(jié)構(gòu)的內(nèi)拉應(yīng)力，消除了因樓面、屋面及室內(nèi)砌體結(jié)構(gòu)開(kāi)裂而造成的額外成本開(kāi)支。為業(yè)主單位節(jié)約了約150萬(wàn)投資。提高了結(jié)構(gòu)的安全感及耐久性。11應(yīng)用實(shí)例