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行业研究
伞状连体钢结构无支撑系统施工技术

天津市滨海新区文化中心项目文化场馆工程由28把伞形结构组成,贯穿整个项目。伞形结构钢构件的制作加工、防腐全部在工厂进行,完成预拼装后拆解成运输和吊装单元运至现场组焊和安装,确保构件加工精度满足安装要求的同时也解决了超大异形构件运输的难题。伞形结构在伞座往上分为3节,通过分层分节的安装方式,逐层逐节悬挑安装,利用原结构水平向构件辅以缆风绳+倒链等方式,最终达到在不使用支撑系统的基础上完成伞形对称大悬挑结构构件的安装,最大限度避免结构安装过程中资源的投入,施工完毕后无需卸载,安装方法简单、结构合理、技术先进、安全可靠、实用性和可操作性强。为今后类似工程的施工提供了宝贵的经验,具有一定的参考价值和指导作用。

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1.工程概况

本工程位于天津市滨海新区,东至中央大道,南至紫云公园,西至旭升路,北至大连东道,总建筑面积309478平方米。包括滨海图书馆、滨海东方演艺中心、滨海市民活动中心、滨海现代城市与工业探索馆和滨海现代美术馆五个单体,五个单体由文化长廊联系起来,形成文化中心整体建筑。本工程28把伞形支撑总用钢量约7400吨,安装高度-5.200米~35.700米。主材均采用Q345B材质,最大板厚20毫米,构件截面有:组合箱型柱、箱型柱梁、圆管支撑等。

2.施工难点

本工程钢结构施工工期132天,施工工期短,钢结构体量大,结构形式复杂,且需要同其他专业协同,工作量大。伞形结构节点构造复杂,处理难度大,节点深化要充分考虑加工制作、运输及现场安装条件。施工工期短,钢结构体量大,完成加工制作难度大。构件结构与节点构造复杂,且有异形构件,制作难度大。构件尺寸大,运输困难。地下室面积大,构件分布广,且局部有高差,造成吊装运输困难。伞形结构安装于整个工程的走廊部位,顶部结构封闭,造成吊装只能采取分单元立体退位吊装的施工顺序,吊装工效低。受结构影响,吊装设备的起重量受限,造成构件分段数量多,吊次多,吊装工效低。大量的吊装工作需要在5.7米楼面完成,造成构件二次倒运量大,降低工效。伞形结构与其他5个结构单体施工交叉多,工期短,施工组织与协调困难。

3.施工总体部署

根据结构形式及安装时间阶段将伞形结构的施工分为3个施工阶段,地下结构施工阶段、地上伞柱施工阶段及伞形支撑施工阶段。其中地下结构施工阶段主要包括地脚锚栓、首节预埋劲性伞柱施工;地上伞柱施工阶段主要包括二、三节伞柱、伞座等施工;伞形支撑施工阶段主要包括弧形钢梁、组合钢梁和支撑等。

地下结构施工阶段构件主要采用塔吊吊装,地上伞柱施工阶段及伞形支撑施工阶段现场构件安装主要在5.7米楼面上进行,构件拆分后单重在12吨以内,采用50吨汽车吊上楼面进行吊装行走作业,通过对吊装行走道路下钢筋混凝土结构承载力进行验算,对局部钢筋混凝土结构进行加固后满足50吨汽车吊上楼面作业的要求。

根据现场情况对构件进行分段,工厂设拼装平台,本工程构件全部在工厂完成预拼装后拆解成运输和吊装单元,运至现场组焊和吊装,构件拆分接口设置安装临时固定连接板。

现场设置构件堆场,用作构件临时堆放、拼装、构件配套等。伞形支撑的安装顺序从中间往两侧开始安装。

4.施工工艺流程及操作要点

施工工艺流程

构件工厂加工制作→构件工厂预拼装→连接接口焊接定位板后拆解发货→现场构件清点复核→施工准备→放线测量→预埋锚栓安装→首节伞柱安装和校正→第二节伞柱安装、校正和焊接→第三节伞柱安装、校正和焊接→伞座构件安装、校正和焊接→伞形结构安装和焊接→弹簧阻尼器安装。

构件工厂预拼装

为保证现场安装质量,需对伞座及伞座以上伞形结构进行预拼装。预拼装构件包含:伞座、中心圆管柱、第一节弧形梁支撑、第二节弧形梁支撑、第三节弧形梁支撑及伞面组合箱型构件。

拼装胎架分为两部分,包括拼装平台和格构柱。拼装平台采用20毫米钢板铺设,格构柱分为内圈格构柱和外圈格构柱,皆设置在弧形梁对接处,对应角梁和边梁。格构柱截面1000毫米×1000毫米,主肢截面为φ140x8,缀条截面φ70x5。为保证格构柱的侧向稳定性,在格构柱之间设置两道平面桁架连接。

拼装胎架设置及预拼装技术措施:一是地面抄平,在其上铺设20mm厚钢板作为拼装平台,平台四周设置楔子,防止平台移动。二是将拼装平台的中心设定为伞座节点的中心点,在中心点四周焊接四个拉环,利用全站仪在拼装平台上定位特征点。三是吊装伞座节点到拼装平台设定位置,调整其空间位置。在其与平台接触位置焊接限位钢板防止其移动,并利用缆风绳将其角部曲梁与平台上的拉环连接固定,防止位移。四是吊装内圈格构柱,安装中心圆管柱、第一节弧形梁支撑及其连接构件,将其与伞座节点临时连接固定。五是吊装外圈格构柱,安装第二节弧形梁支撑及其连接构件,将其与第一节构件临时连接固定。六是安装第三节弧形梁支撑及伞面构件,将其与第二节构件临时连接固定。七是利用全站仪复核预拼装单元的外形尺寸及特征点坐标,符合要求后,在构件接口位置焊接现场安装连接定位板,编号后拆除本预拼装单元内构件发货至现场安装,保证现场安装能还原预拼装状态。

预埋锚栓施工

轴线位置的确定:在预埋锚栓区域测量放出锚栓组十字中心线,确定定位板的水平位置。安装定位板,使定位板十字线与测量放出的十字线对应重合,初步固定,复核无误后,将定位板点焊固定牢固。安装锚栓并进行成品保护:每根锚栓上先拧入限位螺母,螺母位置根据定位板的标高确定,将锚栓插入定位板孔内,利用水准仪确定地脚锚栓标高后,用螺母进行初步固定,校核单组锚栓的相互尺寸,校验合格后再焊接固定,在锚栓上涂上黄油,包油纸保护。混凝土浇筑过程中进行观测,锚栓尺寸发生偏移,在混凝土凝结硬化前及时调整,混凝土浇筑完毕后进行复测。

首节伞柱安装

首节伞柱安装前对地脚螺栓进行复测,安装调节螺母与垫块。

首节伞柱就位:采用塔吊或汽车吊将伞柱吊装至安装位置,柱脚底板放置在调节好的垫块上,并安装固定螺母,暂不拧紧固定。

校正:使用全站仪对伞柱标高、轴线和垂直度进行测量并调整至规范要求。首节伞柱具有重量大、结构重心高、安装校正难度大的特点,为保证安装精度,在伞柱的四个方向设置缆风绳+手拉葫芦,以调节伞柱的垂直度。同时伞柱安装前调平安装螺母,伞柱就位后进行标高的微调。

固定:校正完成后,及时拧紧固定螺母并完成微膨胀混凝土的灌浆。

第二、三节伞柱安装

楼面混凝土浇筑完成后开始吊装第二、三节伞柱,施工前对伞柱连接部位端铣面进行清理,清除灰尘、浮锈和油污等,伞柱构件拆分为4片L形构件分别进行吊装。将伞柱吊装至安装位置,利用连接板进行临时固定连接。校正和焊接:伞柱构件的安装尺寸偏差包括垂直度偏差、标高偏差和扭转位移等,使用全站仪对伞柱标高、轴线和垂直度进行测量,调整至规范要求后开始焊接。

伞座构件安装

伞座构件拆分为两片分别进行吊装,伞座顶部设置缆风绳+倒链对伞座进行垂直度调节,同时利用调节工具在对接口位置对构件扭转、错边、标高和平面位置进行调节。初步校正后临时固定,另一片伞座构件吊装就位校正完毕后进行焊接,全部焊接完成后进行伞支撑构件安装。

伞支撑构件安装

伞支撑构件安装前,伞座及以下构件全部焊接完成,先安装中心圆管柱,校正完毕后焊接固定。第一节伞支撑构件先对称安装斜角弧形梁支撑,再对称安装中间弧形梁支撑。第一节伞支撑构件焊接完成后开始安装第二节伞支撑构件,先对称安装第二节斜角弧形梁支撑,再对称安装第二节中间弧形梁支撑构件。第二节伞支撑构件焊接完成后开始安装第三节伞支撑构件,先对称安装第三节中间弧形梁支撑构件,焊接完成后安装伞面十字形组合箱型构件并焊接完成。通过设置缆风绳拉结的方式,进行第三节斜角弧形梁支撑安装,焊接完毕后安装伞面组合箱型构件。伞面组合箱型构件安装焊接完毕后安装两把伞之间的连接构件和弹簧阻尼器。

构件安装安全技术措施

伞座安装时,使用带护笼钢爬梯作为操作人员上下通道,使用标准可拆卸式操作平台作为临时操作平台。伞支撑构件安装时,在安装接口位置挂设工具式施工挂篮用于对接操作和焊接作业。水平向构件上焊接钢立杆,拉钢丝绳,用于系扣安全带。32.44米结构安装时,在水平向构件上铺设钢跳板,外围一圈拉防护栏杆,用于施工人员操作和行走。伞面35.700米面设置安装十字形施工通道,下铺设钢跳板,两侧设防护栏杆。同时在人员通行位置设钢立杆,拉钢丝绳,用于系扣安全带。

构件安装尺寸调节

标高调整。构件吊装就位后,合上连接板,穿入临时高强螺栓,但不夹紧,通过吊钩起落与撬棍拨动调节上下柱之间间隙。量取上柱柱根标高线与下柱柱头标高线之间的距离,符合要求后在上下耳板间隙打入钢楔,用以限制构件向下位移。正常情况下,标高偏差调整至零。若构件制造误差超过5毫米,则应分次调整,不宜一次调整到位。

扭转调整。构件的扭转偏差是在制造与安装过程中产生的,在上柱和下柱的耳板不同侧面夹入一定厚度的垫板,微微夹紧构件临时接头的接连板。构件扭转每次只能调整3毫米,若偏差过大只能分次调整。调整过程中可微松钩但不解钩。

垂直度调整。在构件偏斜方向的同侧锤击钢楔或微微顶升千斤顶,在保证竖向构件垂直度不超标的前提下,将构件偏轴线位移校正至零。然后拧紧上下构件临时接头的高强螺栓至额定扭矩,吊车解钩。

5.结论

天津市滨海新区文化中心项目文化场馆工程通过实践创新多项技术,解决复杂结构加工制作、预拼装、运输和安装的难题,采用无支撑系统技术安装对称大悬挑构件,降低施工成本,既确保了施工阶段安全,又能保证工程质量,为今后类似工程的施工提供了宝贵的经验,具有一定的参考价值和指导作用。


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