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蘇州國際博覽中心鋼結構施工技術

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    唐兵傳 .
    （上海寶冶建設有限公司，上海，201900）
    [摘要] 本文著重從屋面管桁架組裝、吊裝、測量、卸載、計算等五個方面來闡述蘇州國際博覽中心施工工藝， 并通過圖文記載實際施工過程
    [關鍵詞] 鋼柱、樓面桁架、屋面管桁架、整體吊裝、高空散裝、碗扣式腳手架

    結構體系的穩(wěn)定性；如何協(xié)調鋼砼與鋼結構施工，是本工程施工工藝的關鍵點之一；因此如果等核心筒鋼砼施工完再施工，從工期、費用上均不經(jīng)濟；所以采用先中間后兩邊的安裝方法；
    2.2鋼柱及二層樓面梁、桁架的安裝影響屋面結構安裝的吊機站位，須進行部分預留；
    2.3屋面桁架單件最重為260t，跨度為90 m，中心斷面為9 m*1m*11m倒梯形，頂面標高在+39.500m，單榀桁架穩(wěn)定性差；整體吊裝、定位難度大；如采用整體吊裝，則至少需兩臺500t以上履帶吊抬吊；所以采取中間高空散裝，兩側分段整體吊裝；
    2.4三個展廳屋面管桁架在空間交織，吊裝順序必須考慮空間結構的相互影響，確保吊裝的合理施工順序；而整體吊裝大型吊機無法占位，且4#展廳須在3#、5#展廳之后施工；采取同步交錯施工來解決協(xié)調空間及工期問題；
    3 施工方法
    先安裝鋼柱、二層樓面及核心筒，再利用二層樓面及核心筒作支撐面搭設胎架，進行屋面系統(tǒng)安裝；3#、4#展廳：中間三榀屋面桁架兩端的18m +懸挑整體吊裝，中間54m高空散裝；南北兩榀分三段整體吊裝，在高空對接；5#展廳懸挑、18m段分別整體吊裝，其余部分均進行高空散裝；各展廳偏跨部分在南北兩榀主桁架安裝到位后，利用平臺進行高空散裝；次桁架采用汽車上二層樓面進行高空散裝；
    鋼柱安裝選用6臺50t履帶吊，樓面桁架安裝選用3臺150t履帶吊；屋面系統(tǒng)安裝選用兩臺300t履帶吊對分段部分整體吊裝，一臺200t履帶吊和3臺150t履帶吊分別對高空散裝部分主弦管進行吊裝及部分地面組裝；12臺30t汽車吊上二層樓面平臺進行支管高空散裝；6臺50t履帶吊在地面進行組裝或倒料；
    3.1鋼柱及二層樓面桁架安裝
    3.1.1鋼柱安裝
    標準展廳在+14.475m以下柱網(wǎng)均為18×27m，在+14.475m以上只有支撐屋面桁架的6根BOX柱為27.5m高，形成90m（72m）跨，柱子為BOX柱、H型柱，最重為23t，每個展廳選用2臺50t履帶吊有兩邊向中間進行安裝，吊裝立面圖見圖3.1.1；
    3.1.2二層樓面結構
    標準展廳沿東西方向為長18m主桁架，南北方向長27m次桁架；27m跨桁架間距為9m；主桁架上下弦中心線高度為3.3m，上弦600*500*18*28，下弦600* 550*25*34；樓面27m桁架、18m桁架單件單重最重分別為38t、21t，每個展廳選用兩臺150t履帶吊由兩邊向中間安裝，吊裝示意圖見圖3.1.2a；卸貨區(qū)域樓面桁架規(guī)格較多，上下中心距較大，為6.84m～7.30m不等，單件單重最重約為105t；由于無法運輸，采取散件進場，在現(xiàn)場進行高空散裝法，先安裝下弦并進行兩端固定，再在中間用Ø325*10鋼管支撐，底部用千斤頂調節(jié)下弦起拱（千斤頂位置要加穩(wěn)定保護裝置），再吊裝上弦并兩端固定，此時吊機不松鉤，利用50噸吊機副桿由兩邊向中間進行腹桿安裝，過程中通過千斤頂和吊機來保證上弦及整榀桁架的起拱度，完成后，用兩對纜風繩拉設，保證整榀桁架的平面外穩(wěn)定，見圖3.1.2b；

    考慮屋面系統(tǒng)安裝的吊機站位及結構體系穩(wěn)定，柱及二層樓面桁架安裝進行預留，見圖3.1.3；
    3.2屋面桁架安裝技術
    3.2.1屋面管桁架結構形式


    3#、4#展廳各5榀主桁架，跨度均為90m，3#、4#西側懸挑由南向北依次為10m～28m不等，在東側均為2m，最長一榀為120m；單榀桁架重260t，南北兩榀各有一偏跨，重量分別為50t、100t，兩榀主桁架中心距為27m，設三組次桁架；5#-1展廳有5榀主桁架，跨度均為72m，在東側懸挑為9m，而在西側懸挑亦為變量，由南向北依次為31m～36.2m不等，最長一榀為117m。單榀重量為170t，北偏跨重80t，兩榀主桁架中心距為27m，設兩組次桁架；見圖3.2.1a
    屋面主桁架為倒梯形空間管桁架結構，四根主弦管均為Ø610，上弦兩主管中心距為9m，下弦兩主管中心距為1m。桁架高度在由西向東從11m漸變?yōu)?m，下弦除安裝預起拱外，為同一標高，上弦為大弧形；兩側面腹桿（Ø508*8）為K型布置；見圖3.2.1b
    3.2.2組裝
    由于工程空間的限制及主桁架體積龐大等特點，組裝方式及組裝平臺的選擇是解決本工程的施工難點之一，本工程通過18m+懸挑組裝、18m段組裝、懸挑組裝、中間54m高空散裝、地面整體組裝等5種組裝方式來解決。
    對于3#、4#廳東、西側及5#廳北側第一榀西側18m+懸挑部分在地面或二層樓面上進行組裝，見圖3.2.1a；5#廳南面4榀西側18m段及西懸挑在地面或二層樓面分別組裝；對3#、4#的中間三榀及5#南面4榀的54m段，利用標準展廳的二層樓面搭設碗扣式腳手架進行高空散裝，見圖2.2.2b ；4#、5#廳北側第一榀及3#、4#南北偏跨、5#廳北偏跨利用卸貨區(qū)二層樓面和核心筒搭設格構式胎架支撐進行高空散裝，但偏跨安裝應在主桁架安裝完成后進行，見圖3.2.2c；對3#、4#南面第一榀桁架在地面進行整體組裝，而后分三段吊裝，在高空對節(jié)。


    3.2.3吊裝
    3.2.2.1分段吊裝
    地面組裝的分段最重為85段，本工程選用兩臺CC2000型300t履帶吊分別在3#標準展廳東、西側以及3#、4#前廳、卸貨區(qū)分別對分段組裝構件進行整體吊裝，吊機接桿參數(shù)為：主桿38m，副桿18m，如圖3.2.2.1a，一臺300t和一臺50t對18m+懸挑組裝段進行翻身，再利用300t吊裝就位，見圖3.2.2.1b。

    3.2.2.2高空散裝
    碗扣式腳手架搭設→30噸吊機上二層樓面→吊裝下弦管→吊裝遠離吊機側的上弦管→吊裝近吊機側上弦管→吊裝腹桿→吊裝頂面弦桿→全面鋪開焊接→兩端及懸挑整體吊裝 ；流程圖見3.2.2.2所示；其中主弦桿采用150t履帶吊吊裝，而副桿用30t汽車吊在二層樓面進行吊裝。

    3.2.3腳手架搭設技術
    利用二層平臺搭設碗扣式腳手架，投影平面搭設范圍：54 m*10.8 m，腳手架排列：軸線位置及兩軸線中間位置（即每隔9m）步距為900?，步高為1200?。其余部位步高、步距均為1200?，見圖3.2.3a

    搭設前要用全站儀在二層樓面上放出縱橫軸線位置，而后根據(jù)設計要求進行細部放樣，基本劃出每根立桿位置，再進行具體搭設；先把所有的立桿同時搭成一個步高并用橫桿聯(lián)起來，檢查實際位置、模數(shù)是否符合要求，確認無誤或調整后，再整體往上搭，先搭至27.75m標高處（比設計28.19m低0.44m），在其兩側加設水平桿（間距≤300mm）鋪設1m寬左右的竹笆，形成安裝用的操作平臺。立桿由下往上配置規(guī)格：3m+3m+2.4m+2.4m+1.8m=12.6m與搭設高度（27.75m標高一14.701m標高=13.049m）相差0.449m，該相差數(shù)由保證立桿底端有效受力的“下托”及便于放置鋼板（槽鋼）用的“上托”調整（“上托”可調距離0～200mm，“下托”可調距離0～450mm）。見圖3.2.3b

    在立桿到達27.75m標高后，繼續(xù)往上搭設兩側支撐上弦的承重胎架（3*4排立桿），搭至桁架上弦桿底部標高下400mm處，同時做好操作平臺面。外側立桿要與標高27.75m處的腳手架斜拉，且對縱橫方向的胎架在頂部用兩排腳手架對拉固定，從而控制上部胎架變形，為控制腳手架整體變形及結構安全，在承重支撐及外側面上設置45º剪刀撐。
    腳手架搭設完成后，用全站儀將軸線放至腳手架上，并將各支撐點位置、標高用紅油漆標在支撐胎架上，注意此時的胎架標高由三部分之和，即設計標高+預起拱值+胎架變形量。標高調整可利用千斤頂將主弦管頂起，調節(jié)立筋板高度來控制。而對分段整體吊裝段與高空散裝位置對接口，就位時有四個主管口同時確保對接，因此在組裝時應對支撐位置胎架標高及軸線位置進行控制，并及時與高空對接口位置進行比照，施工操作過程中，由于對接口位置兩側腹桿未安裝，就存在一定調節(jié)余地，通過倒鏈調節(jié)，但誤差一定要控制20mm以內。
    3.2.4卸載
    在各展廳5榀主桁架及相關次桁架安裝并焊接完成后，以展廳為單元，進行整體卸載，按照先中間后兩邊的方法逐步循環(huán)卸載；卸載步驟：先按18m間距在每節(jié)點處放置4只32t千斤，擰緊使其處于受力狀態(tài)，而后將原7個支撐點（9m設一組）分離，再利用千斤頂進行逐步循環(huán)卸載。
    3.2.5測量控制記錄
    3.2.5.1組裝胎架標高控制并做好記錄，通常在標高放線時，對格構式胎架要抬高20mm～30mm，對碗扣式承重腳手架一般要抬高40mm～50mm；
    3.2.5.2在組裝過程中要對胎架標高進行監(jiān)控必要時要進行調整，特別是分段整體吊裝的4個主對接口要在高空同時對接，其相關尺寸必須控制20mm之內；
    3.2.5.3組裝過程中要對胎架標高、垂直度等進行監(jiān)控；
    3.2.5.4安裝次桁架之前一定要對主桁架垂直度、兩主桁架之間的間距進行檢查，以確保次桁架安裝尺寸，必要時通過次桁架進行調整，但調整量很限；
    3.2.5.5安裝前，盆式支座標高的檢查、支座定位記錄等；
    3.2.5.6主桁架各節(jié)點位置用全站儀定位放線，確保安裝精度；
    3.2.5.7卸載過程對柱、主桁架、制作滑移量進行的監(jiān)控；
    3.2.5.8卸載完成后對柱、主桁架定期監(jiān)控，穩(wěn)定前周期為3d，穩(wěn)定后20d～30d；
    3.2.5.9以上過程均要有相應的測量記錄，施工技術人員要跟蹤、及時調整。
    4 碗扣式腳手架承載計算
    4.1每榀屋架中間54m，重160t，下設7組承重腳手架，假定中間5組承重支架受力，則每組承重160/5=32噸，每組有13*4=52根立桿，32/52=0.615t,即每根立管平均受豎向載荷為615kg；而在步高0.9m，步距1.2m時，單根碗扣式腳手架設計可承重3t,滿足要求；
    4.2對承重部位下弦，5*4=20根立桿，下弦支撐位置管線荷載為：0.74t/m *18m+1.3*4=18.52t;18.52 t /20根 =0.926 t /根；
    4.3如按面荷載：160t/(54m*10.8m)=0.274t/m2,腳手架自重荷載為0.35t/m2,合計為0.624 t/m2,而樓面靜荷載為1.5t/m2，因此能夠滿足。
    4.4寬高比：10.8/12.5=0.864;
    4.5有限元分析結果
    通過有限元計算軟件StaadPro3.1 進行計算（見圖3.5），分析了碗扣式腳手架的桿件

    內力、整體穩(wěn)定性、側向位移、變形及對二層樓面結構影響；頂部最大位移為32.097mm，為高度的1/635，最大側移點為47.094mm，為高度的1/433，滿足承載與變形要求；整體結構的最大應力比為0.69，因此各桿件的強度滿足承載要求；所有支座反力總和為 3021(kN)，折合為對二層桁架(約555m2)荷載是6.53(kN/m2) （安全系數(shù)1.2），而樓面靜荷載為1.5t/m2，滿足要求。
    5 結束語
    本工程在鋼結構施工技術上充分利用了二層樓面和核心筒結構，這樣既保證鋼砼結構的施工又為鋼結構安裝提供大量作業(yè)面，同時也大大減少施工過程支撐數(shù)量及結構體系的不穩(wěn)定性因素，確保了工期及經(jīng)濟效益.

    作者：唐兵傳 男 1975年9月出生 工程師
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