魚腹式鋼桁架安裝施工技術(shù)

魚腹式鋼桁架安裝施工技術(shù)

1空間鋼桁架組成上海新國際博覽中心擴(kuò)建項(xiàng)目第八號展廳位于浦東新國際博覽中心。它由展廳、連接室和走廊組成。展廳是一座大型空間建筑，平面尺寸為192m80m，建筑面積約18163m，有一個(gè)164米70米的大型非柱形展廳。展廳地板高17.4米，室內(nèi)凈高10米。屋頂結(jié)構(gòu)由1672m長的魚雷箱式鋼框架組成（圖1）。魚腹式空間鋼桁架橫斷面為菱形,每個(gè)空間桁架由4榀平面桁架組成,菱形斷面的上面2榀平面桁架為三角形網(wǎng)格桁架,而下面2榀平面桁架為四邊形網(wǎng)格的空腹桁架,每榀平面桁架在自身平面外根據(jù)桁架整體魚腹式形狀彎曲,使4榀平面桁架組成空間桁架且整體形成魚腹形狀。鋼桁架桿件為鋼管,節(jié)點(diǎn)為鑄鋼節(jié)點(diǎn)。每榀鋼桁架菱形斷面兩側(cè)邊弦桿上節(jié)點(diǎn)處設(shè)連接板,通過高強(qiáng)螺栓將相鄰鋼桁架連接,單榀鋼桁架重約145t。由于菱形截面結(jié)構(gòu)剛度較小,需要較強(qiáng)的周邊支承才能保證整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)的整體性和剛度。因而要保證這種菱形截面空間桁架在施工中的剛度、穩(wěn)定性以及安裝幾何精度,必須采用可靠的臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)以及合理、簡單、安全的施工方法和施工過程控制措施。本文根據(jù)該工程的特點(diǎn),參照已有的研究成果和工程應(yīng)用實(shí)例,提出了簡單可行的施工控制方法,對該施工過程的難點(diǎn)環(huán)節(jié)、支承拆除卸載進(jìn)行了深入地分析計(jì)算,為該工程施工操作提供了計(jì)算依據(jù)和安全保障,為類似工程的施工提供參考資料。2鋼框架施工方案2.1施工階段施工驗(yàn)證本空間鋼桁架的魚腹式曲線使得桁架節(jié)間高度連續(xù)變化,施工中桁架節(jié)點(diǎn)安裝定位難度很大。同時(shí),菱形截面形式使得桁架在施工過程中整體性和穩(wěn)定性均較低,因而需要設(shè)置可靠的臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)體系以保證該桁架結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全性和安裝精度。本工程空間鋼桁架采用高空原位拼裝法施工,施工中需分兩級搭設(shè)臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)。作為桁架拼裝施工過程中的臨時(shí)支承結(jié)構(gòu),需要承受整個(gè)屋蓋桁架的重量及施工荷載且應(yīng)具有足夠的剛度,以保證施工安全與安裝精度。在屋蓋桁架施工完成后,按計(jì)算要求的順序和速度,解除臨時(shí)支承約束并拆除臨時(shí)結(jié)構(gòu),使所有空間鋼桁架結(jié)構(gòu)由施工階段的多點(diǎn)支承轉(zhuǎn)化為僅兩端支承的實(shí)際大跨度狀態(tài)。根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際狀況和鋼桁架的安全與精度要求,本桁架施工過程中采用在下部混凝土地面上搭設(shè)一定高度的滿堂腳手架支承平臺(tái),然后在該平臺(tái)上安裝保證施工中桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及控制施工精度的桁架拼裝用二級臨時(shí)支承結(jié)構(gòu),二級支承結(jié)構(gòu)的支承點(diǎn)設(shè)置在每榀鋼桁架菱形截面兩側(cè)邊的鑄鋼節(jié)點(diǎn)對應(yīng)處。整個(gè)屋蓋空間桁架支承結(jié)構(gòu)的布置如圖2所示。滿堂腳手架的搭設(shè)范圍為屋蓋結(jié)構(gòu)平面投影范圍,整體平臺(tái)高度距桁架菱形截面底部桿件0.5～1.0m左右。根據(jù)魚腹式桁架在不同位置的不同標(biāo)高,在滿堂腳手架頂面至鋼桁架菱形截面兩側(cè)邊鑄鋼節(jié)點(diǎn)之間,設(shè)置體系穩(wěn)定、剛度大且高度不同的桁架拼裝用二級臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)。每兩榀相鄰鋼桁架間設(shè)置的拼裝用二級臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)為寬1m、長84m、高約1.05m的矮排架,排架頂面根據(jù)魚腹式桁架曲線變化相應(yīng)成階梯狀,以方便放置可調(diào)整的千斤頂,臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)如圖2所示。桁架菱形截面兩側(cè)支點(diǎn)形式如圖3所示。2.2空間桁架施工順序整個(gè)屋蓋由16榀魚腹式鋼桁架組成,每榀鋼桁架可分解為17個(gè)菱形橫截面框架和這些框架間的弦桿與腹桿。每榀鋼桁架安裝順序?yàn)橛芍虚g向兩端,先安裝中部三片菱形截面框架及其間弦管,由此組成一個(gè)穩(wěn)定的安裝單元,再由該單元向兩端延伸安裝施工,直到整榀桁架安裝完成,單榀魚腹式空間桁架施工順序如圖4所示。整個(gè)8#展館屋蓋桁架施工順序同樣為由屋蓋的中間向兩邊延伸,由中部⑧和⑨軸線同步向兩邊①和軸線對稱延伸安裝,⑧和⑨軸線上的鋼桁架按單榀魚腹式空間桁架施工順序同步安裝施工,⑧→①軸線和⑨→軸線兩個(gè)作業(yè)區(qū)桁架同步安裝施工方案如圖5所示。3在繼承廢物責(zé)任分析中3.1整體裝卸過程由于鋼桁架的跨度較大,施工階段鋼桁架的支承狀態(tài)的不斷變化,必然給鋼桁架帶來復(fù)雜的內(nèi)力和位移變化,這就使得鋼桁架的施工控制和模擬尤為重要。本次施工過程中采用整體卸載法,通過調(diào)整控制千斤頂?shù)男谐?實(shí)現(xiàn)支承點(diǎn)位置的逐步下降,并按照“逐漸逼近屋架在無支承情況下的撓度曲線”的原則來控制支承點(diǎn)的下降值。每榀鋼桁架菱形截面兩側(cè)邊的1、3、5、7、9、11、13、15、17號節(jié)點(diǎn)下支承點(diǎn)上設(shè)置螺旋千斤頂(圖1),臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)及千斤頂示意圖如圖2b所示。整體卸載過程分18步進(jìn)行,每步各點(diǎn)卸載量如表1所示。屋蓋整體卸載具體步驟如下:第1步,16榀桁架的9號支點(diǎn)同步卸載,即將32部千斤頂同步下降3mm。第2步,16榀桁架的7號、11號支點(diǎn)同步卸載,即將64部千斤頂同步下降3mm。第3步分3次完成,即:(1)16榀桁架的5號、13號支點(diǎn)同步卸載,即將64部千斤頂同步下降3mm;(2)16榀桁架的3號、15號支點(diǎn)同步卸載,即將64部千斤頂同步下降3mm;(3)16榀桁架的1號、17號支點(diǎn)同步卸載,即將64部千斤頂同時(shí)下降1mm。第4步分為5次完成,即:(1)16榀桁架的9號支點(diǎn)同步卸載,即將32部千斤頂同步下降3mm;(2)16榀桁架的7號、11號支點(diǎn)同步卸載,即將64部千斤頂同步下降3mm;(3)16榀桁架的5號、13號支點(diǎn)同步卸載,即將64部千斤頂同時(shí)下降3mm;(4)16榀桁架的3號、15號支點(diǎn)同步卸載,即將64部千斤頂同步下降3mm;(5)16榀桁架的1號、17號支點(diǎn)同步卸載,即將64部千斤頂同步下降1mm。第5步到第18步卸載過程與第4步相同,每步分5次進(jìn)行。每次卸載下降后結(jié)構(gòu)靜置5min,以觀察結(jié)構(gòu)變形狀態(tài),并確定下一步操作方案。3.2專業(yè)拆卸和卸載控制方法3.2.1啟動(dòng)速度控制規(guī)定轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋千斤頂半圈為卸載行程的控制單元,每個(gè)控制單元在15s內(nèi)完成,待結(jié)構(gòu)整體監(jiān)測完成后方可進(jìn)行下一控制單元作業(yè)。3.2.2不同支承點(diǎn)的具體位置本次選用的160kN千斤頂每轉(zhuǎn)一圈升/降4.5mm,根據(jù)不同支承點(diǎn)的具體位置,各次卸載位移量分別按各自千斤頂?shù)母叨扔枰钥刂?。每次卸載后,測量卸載點(diǎn)的標(biāo)高,作為下一次卸載位移調(diào)整的參考值。卸載位移誤差不超過1mm。3.2.3運(yùn)營排名報(bào)告卸載過程中,對支承排架應(yīng)進(jìn)行全過程監(jiān)測,支承排架的變形應(yīng)反饋給總控制,以便及時(shí)控制卸載位移量和保證卸載過程的安全。3.2.4屋頂結(jié)構(gòu)監(jiān)測卸載中需實(shí)時(shí)監(jiān)測桁架結(jié)構(gòu)的變形和空間位形,并和理論計(jì)算數(shù)據(jù)比較,及時(shí)調(diào)整卸載方案,保證結(jié)構(gòu)變形在設(shè)計(jì)及施工控制的范圍內(nèi)。3.3支柱約束反力因?yàn)閿M對整個(gè)展廳結(jié)構(gòu)進(jìn)行同步整體卸載,故取整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析,采用ANSYS軟件建立結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型,本計(jì)算模型中沒有包含臨時(shí)支承結(jié)構(gòu),在每榀菱形框架的兩側(cè)1、3、5、7、9、11、13、15、17號節(jié)點(diǎn)設(shè)置豎向支座約束,通過控制支座位移來模擬結(jié)構(gòu)卸載過程,理論計(jì)算支承點(diǎn)處的位移按照預(yù)定的位移下降量控制,下部支承結(jié)構(gòu)的彈性變形通過千斤頂?shù)纳炜s量調(diào)節(jié)。本文僅取結(jié)構(gòu)中間部位標(biāo)準(zhǔn)桁架第④軸桁架的支承點(diǎn)約束反力作為代表,與現(xiàn)場測量結(jié)果進(jìn)行比較,比較結(jié)果如圖6所示。從圖6的比較可以看出,理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果吻合較好,最大誤差為21.0%,理論結(jié)果略小于測量結(jié)果,其主要原因是計(jì)算模型中未考慮鑄鋼節(jié)點(diǎn)和燈具重量等附加恒載,同時(shí)理論支座剛度總是大于支座實(shí)際剛度,另一方面,理論分析不能模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)中各種影響因素。4施工方案驗(yàn)證本文根據(jù)上海新國際博覽中心8#館屋蓋魚腹式空間鋼桁架結(jié)構(gòu)的施工方法,建立施工過程數(shù)值分析模型并對施工過程及臨時(shí)支承拆除過程進(jìn)行模擬計(jì)算,為該鋼桁架施工及臨時(shí)支承拆除控制提供了可靠的計(jì)算依據(jù)?，F(xiàn)場實(shí)測得到的卸載過程中支承點(diǎn)的反力與計(jì)算結(jié)果比較表明,兩組數(shù)據(jù)最大誤差為21%,說明本文的理論模型與結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)吻合良好且計(jì)算策略正確可靠;結(jié)果比較同時(shí)說明,該施工方法和臨