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超高层钢结构施工技术

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《钢结构杂志》2014年第六期

1桁架层下弦次柱施工技术原理

为了保证巨型框架结构体系中的桁架和次柱能够按照设想的分工协作方式进行传力,在桁架层施工过程中,需要在桁架下弦设置临时支撑系统(图4),将桁架的荷载通过临时支撑系统传递给下1层的次柱,使桁架与其相邻的次柱顶部断开,形成一个虚连接。临时支撑系统由H型钢组成的三角形支撑牛腿和一组千斤顶构成(图5)。三角形支撑牛腿固定在次柱两侧;然后,根据桁架构件对接安装的位置在牛腿的上方设置千斤顶,通过调节千斤顶对桁架下弦的标高进行校正。桁架与其相邻的次柱顶部采用特制的“腰子孔连接板”进行临时连接(图6),待桁架层安装焊接完成后,对临时支撑系统进行落架并拆除。支撑系统拆除后,整个桁架层与其下方的次柱仅靠“腰子孔连接板”进行虚连接,随着桁架上部结构继续施工,荷载逐渐加大,桁架中部会逐渐产生一定挠曲变形。因此,在桁架安装阶段需事先对桁架进行一定的预调(起拱),具体预调值需通过施工模拟计算确定。随着施工的进行,采用全站仪对桁架的变形进行实时监测,根据监测的变形值,对“腰子孔连接”节点的安装螺栓随时进行微调。直至上部结构封顶或者桁架层变形趋近于零为止,再将次柱与桁架下弦的节点进行最终焊接固定。

2桁架层下弦次柱施工流程

桁架层下弦次柱施工流程为:1)前期准备(施工模拟计算、临时支撑系统结构验算、三角形支撑牛腿制作、桁架地面拼装等);2)次柱及临时支撑系统安装;3)桁架下弦安装(图7);4)调节千斤顶对桁架下弦的标高进行校正(含安装预调);5)次柱与桁架下弦采用“腰子孔连接”连接;6)桁架层安装焊接完成;7)桁架下弦临时支撑系统卸载与拆除;8)次柱与桁架下弦关键节点的变形监测与微调;9)次柱与桁下弦节点的最终焊接固定。

3桁架层下弦次柱施工的技术保障措施

3.1临时支撑系统施工模拟验算为保证桁架层施工过程的结构安全,采用AN-SYS软件对设置临时支撑系统情况下和无支撑系统情况下的桁架层安装过程进行施工模拟验算,根据模拟计算结果确定桁架安装过程中的预调值,并进一步对临时支撑系统进行优化。以天津高银117大厦桁架安装为例,未设置支撑系统情况下桁架的最大挠度为20.693mm,设置支撑系统情况下桁架的最大挠度仅为2.727mm,具体见图8、图9.

3.2桁架分段及地面拼装桁架层构件截面尺寸一般较大,考虑运输要求,要对构件做好合理分段。分段原则为,尽可能地考虑竖向构件断开,而水平弦杆贯通。由于桁架层底部支承点有限,构件运输到现场后,需要在地面拼装成一体后再进行吊装(图10)。但拼装的最大质量和长度还需根据现场起重设备及场地的情况来定。

3.3临时支撑系统的落架与拆除待桁架层安装焊接完成后,落架并拆除临时支撑系统。临时支撑系统的落架顺序是从中间向两边依次落架,落架时松动三角支撑牛腿上方的千斤顶即可。所有千斤顶全部落架后,再依次拆除支撑架即可。

3.4次柱与桁架下弦关键节点的变形监测及最终固定随着结构继续向上施工,荷载逐渐加大,桁架中部产生一定挠曲变形,定期用全站仪对桁架的变形进行实时监测,根据监测的变形值,对“腰子孔”连接节点的安装螺栓进行微调,直至上部结构封顶或者桁架层变形趋近于零为止,再将次柱与桁架下弦的节点进行最终焊接固定。

4技术应用实例

天津高银117大厦地上117层,地下3层,结构总高度597m,总用钢量约14万t,拟为天津最高的建筑物,结构体系为巨型框架-核心筒-巨型斜撑多重结构抗侧力体系。117项目塔楼结构沿竖向共设置有9道桁架层、4根巨柱和16根次柱,巨柱上下贯通,桁架两端与巨柱相连,次柱位于巨柱中间,被桁架层沿竖向分隔为9段,桁架下弦与次柱之间用“幺字”孔连接板进行临时连接。由于塔楼次柱只承受少部分的竖向荷载,并不作为巨型结构体系的主要受力构件。因此,在施工桁架下连次柱的过程中,通过在桁架下弦设置临时支撑系统,合理解决了桁架层下方较大跨度范围内缺少有效支点的安装难题,同时确保了上部桁架结构在加载完成之前可自由变形。整个巨型结构体系能够按照设想的分工协作方式进行传力,顺利完成了转换层施工难点的安装,成功地保证了结构主体预期的安装精度。

5结语

本施工技术以上海环球金融中心、广州东塔、天津高银117等多个国内超高层钢结构工程的桁架层施工为基础,创新性地提出了超高层巨型框架结构桁架层下弦次柱施工技术。该技术理论概念清晰,施工方便合理,成功地解决了桁架层下方较大跨度范围内缺少有效支点的安装难题,实现了上部桁架结构在加载完成之前可自由变形的设计意图,使整个巨型结构体系能够按照设想的分工协作方式进行传力,为以后的同类工程提供了可靠的借鉴经验。

作者:汪晓阳张希博伊慧婷单位:中建钢构有限公司

钢结构杂志责任编辑:田老师    阅读:人次