高層鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架施工技術(shù)應(yīng)用

高榮華+楊凱

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層或超高層建筑在全國(guó)各地不斷涌現(xiàn)，并向多功能化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化發(fā)展，因而高層或超高層建筑的轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)也趨向多樣化、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜化和構(gòu)件大型化，轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)施工成為高層建筑結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)及難點(diǎn)。論述轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件分段、構(gòu)件制作、節(jié)點(diǎn)處理及測(cè)量定位等技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：高層鋼結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)換層；桁架施工

隨著城市的發(fā)展，對(duì)高層建筑要求有多用途，往往底層用作商場(chǎng)、餐館等，中間層用作寫字間，上層用作住宅或者旅館。這種布局要求在底層布置大空間，頂層布置小空間，這恰恰與結(jié)構(gòu)布置的常規(guī)方式相反，為了保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳力的合理，要在結(jié)構(gòu)體系變換的樓層處設(shè)置轉(zhuǎn)換層。常見的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式有梁式轉(zhuǎn)換，桁架式轉(zhuǎn)換，空腹桁架式轉(zhuǎn)換，箱形轉(zhuǎn)換，板式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換拱，組合柱等。對(duì)于高層建筑尤其是超高層建筑，由于轉(zhuǎn)換層上部樓層較多，荷載較大，近年來，高層鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架施工技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

1 高層鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架施工流程

轉(zhuǎn)換層施工前，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土建施工工序、加工工藝、構(gòu)件運(yùn)輸、安裝方法等要求，對(duì)桁架層進(jìn)行合理的分段，出具詳細(xì)的深化圖紙、加工工藝方案、現(xiàn)場(chǎng)安裝方法。針對(duì)桁架層牛腿的復(fù)雜性，對(duì)其制作部分進(jìn)行實(shí)體預(yù)拼裝和計(jì)算機(jī)模擬雙項(xiàng)對(duì)比驗(yàn)收，檢驗(yàn)構(gòu)件加工精度，滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。同時(shí)，對(duì)比驗(yàn)證計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)收的可操作性?，F(xiàn)場(chǎng)安裝采用先核心筒后外筒的施工方法。根據(jù)土建施工進(jìn)度和設(shè)計(jì)要求，對(duì)構(gòu)件合理的分步驟、分區(qū)域、分工序的安裝，保證施工質(zhì)量。

1、預(yù)拼驗(yàn)收檢驗(yàn)

本工程伸臂桁架由筒外圓管柱及筒內(nèi)方管柱相連接，構(gòu)件連接牛腿較多，且安裝精度要求高，為控制伸臂桁架的工廠制作誤差、工藝檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等誤差，保證構(gòu)件的安裝空間位置、減小現(xiàn)場(chǎng)安裝產(chǎn)生的積累誤差，應(yīng)對(duì)首制作進(jìn)行必要的工廠預(yù)拼裝。以通過實(shí)樣檢驗(yàn)預(yù)拼裝各部件的制作精度，修整構(gòu)件部位的界面，定出構(gòu)件的實(shí)際尺寸，復(fù)核構(gòu)件各類標(biāo)記。

伸臂桁架首制件的實(shí)體預(yù)拼裝和電腦模擬預(yù)拼裝同時(shí)進(jìn)行，如若實(shí)體拼裝和電腦模擬預(yù)拼裝的效果相同，后續(xù)伸臂桁架可不進(jìn)行實(shí)體預(yù)拼裝，僅進(jìn)行電腦模擬預(yù)拼裝，其所有構(gòu)件均嚴(yán)格按照首制件的制作工藝及精度要求進(jìn)行加工制作，以滿足設(shè)計(jì)、相關(guān)規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)安裝要求。同時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)按時(shí)吊裝節(jié)省了寶貴的工期。

（1）實(shí)體臥拼裝。實(shí)體臥拼裝步驟：拼裝胎架面確定→地面基準(zhǔn)線劃定→預(yù)拼裝胎架設(shè)置→鋼柱組裝定位→上下弦桿定位→腹板定位。實(shí)體臥拼裝完成后，檢驗(yàn)定對(duì)各中心線、坡口間隙、板邊差等，與公差進(jìn)行對(duì)比。

（2）計(jì)算機(jī)模擬預(yù)拼。電腦模擬坐標(biāo)系以P1點(diǎn)為整體的坐標(biāo)原點(diǎn)；各單根構(gòu)件，建立各自的分坐標(biāo)系，然后將各自端口控制點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)測(cè)值輸入電腦，最后再將坐標(biāo)原點(diǎn)重新放回P1點(diǎn)，把單個(gè)構(gòu)件的控制點(diǎn)實(shí)測(cè)值換算成在整體坐標(biāo)系實(shí)測(cè)坐標(biāo)值并與整體坐標(biāo)下的理論值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)比較，所得的公差值滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)則合格，否則進(jìn)行調(diào)整。將所得到的實(shí)際測(cè)量公差值帶入整體坐標(biāo)系中，用得到的整體坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬預(yù)拼裝。經(jīng)實(shí)體預(yù)拼裝和計(jì)算機(jī)模擬預(yù)拼裝對(duì)比分析后，制作精度滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝要求，且計(jì)算機(jī)模擬預(yù)拼可對(duì)本工程復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效控制。

2、桁架層安裝

桁架層安裝分為核心筒和外筒桁架兩部分。當(dāng)核心筒混凝土澆筑至36層時(shí)，開始插入暗埋桁架施工，在36層標(biāo)高處預(yù)埋箱型柱腳埋件，同時(shí)預(yù)埋臨時(shí)加固措施用鋼埋件，核心筒36～37層暗柱安裝、測(cè)量校正完成后，立即對(duì)桁架層暗柱進(jìn)行臨時(shí)加固固定，然后安裝下弦桿。下弦桿安裝完成后，爬模架爬升1層，澆筑36層混凝土，最后安裝37～38層暗柱、上弦桿和斜腹桿。53～54層桁架層的安裝類似。外框桁架層安裝施工步驟：鋼結(jié)構(gòu)施工至36層時(shí)，安裝腰桁架和外伸臂桁架，先安裝角部鋼管柱，再安裝下弦桿、水平弦桿和斜腹桿，形成局部穩(wěn)定單元，然后對(duì)稱地向中間擴(kuò)展安裝，最后安裝樓層鋼梁。

（1）核心筒桁架施工

因核心筒鋼柱超重，牛腿最多達(dá)到10處，校正非常困難。鋼柱安裝前，對(duì)暗埋定位預(yù)埋件進(jìn)行精確定位，以保證鋼柱吊裝時(shí)精確定位，后期僅進(jìn)行微調(diào)處理。

（2）外筒桁架安裝順序

外筒桁架共分8個(gè)單元（單元形式共2個(gè)），安裝順序：鋼柱→腰桁架下弦桿→伸臂桁架下弦桿→上弦桿件和腹桿。安裝時(shí)按照分單元進(jìn)行吊裝、校正、焊接，最后施工各單元間的連接件，保證焊縫收縮量符合施工規(guī)定。

2 高層鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層桁架施工質(zhì)量控制

1、在施工過程中，為確保質(zhì)量，鋼筋連接采用閃光對(duì)焊現(xiàn)場(chǎng)幫條焊連接，對(duì)于ф28Ⅲ級(jí)鋼筋閃光對(duì)焊，選定專人施焊，焊前利用短鋼筋頭進(jìn)行多次工藝試驗(yàn)，焊接質(zhì)量穩(wěn)定后進(jìn)行正式施工。電弧焊選E5003型焊條。鋼筋撐腳按設(shè)計(jì)要求采用ф25“Z”字形Ⅲ鋼筋撐腳，@500×500mm墊塊采用30mm厚花崗巖塊@500×500mm.綁扎要求同一方向同一層的梁、板鋼筋要在同一空間高度位置，以保證梁板有效高度。

2、高空安全防護(hù)。第一，高空安全網(wǎng)掛設(shè)高空散件安裝時(shí)，施工下方必須采用軟性安全防護(hù)。桁架安裝前，在懸挑桁架正下方處拉設(shè)安全兜網(wǎng)，通過塔樓4根結(jié)構(gòu)柱綁扎10mm的鋼絲繩作為安全兜網(wǎng)主筋繩，將安全網(wǎng)鋪設(shè)在主筋繩上，再通過倒鏈進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到安全防護(hù)的要求；在首層處設(shè)置警戒區(qū)，施工期間派專人看護(hù)，嚴(yán)禁人員進(jìn)入。第二，大斜撐模塊式腳手架吊裝初期，首先安裝的部分為大斜撐，操作空間極其有限，且風(fēng)險(xiǎn)較大，為此設(shè)計(jì)模塊式腳手架，在地面組裝成門字形后可直接吊裝至高空已焊接完成的大斜撐上，并箍緊鋼構(gòu)件。第三，桁架懸掛腳手架為保證安裝及涂裝過程有安全的操作空間，需隨桁架安裝進(jìn)度，搭設(shè)懸掛于鋼構(gòu)件之上的懸掛腳手架，實(shí)現(xiàn)封閉安全防護(hù)。

3、同步補(bǔ)償系統(tǒng)。同步補(bǔ)償系統(tǒng)由測(cè)量、控制、動(dòng)力和可伸縮柱腳等組成。測(cè)量系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)換桁架和上部結(jié)構(gòu)標(biāo)高變化信息，為控制系統(tǒng)運(yùn)行提供依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)在比較控制目標(biāo)與監(jiān)測(cè)信息的基礎(chǔ)上，做出控制決策，并發(fā)布控制指令。動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)控制指令動(dòng)作，補(bǔ)償轉(zhuǎn)換桁架下?lián)弦鸬纳喜拷Y(jié)構(gòu)標(biāo)高變化。可伸縮柱腳需具備伸縮功能，滿足標(biāo)高補(bǔ)償需要。同步補(bǔ)償系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)。施工前利用有限元模型預(yù)測(cè)每層框架荷載引起的轉(zhuǎn)換桁架撓度；施工中利用液壓千斤頂于每層框架吊裝完畢后實(shí)施補(bǔ)償，并將調(diào)整情況及結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力反饋至計(jì)算模型；根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整模型，確定下一層施工完畢后各組千斤項(xiàng)的頂升數(shù)據(jù)。采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)群組千斤頂實(shí)施同步或單獨(dú)頂升，靈活控制樓層標(biāo)高及內(nèi)力。

3 結(jié)束語

綜上所述，高層住宅的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層是一個(gè)住宅建筑物中不同結(jié)構(gòu)形式相連結(jié)的關(guān)節(jié)點(diǎn)，它既是下部結(jié)構(gòu)的封頂，又是上部結(jié)構(gòu)的“空中基礎(chǔ)”，在整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)體系中起著至關(guān)重要的連結(jié)紐帶作用。在具體的施工中，為了保證超高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要根據(jù)豎向結(jié)構(gòu)以及具體的軸線形式來提升整體功能的需求。另外，從轉(zhuǎn)換桁架的結(jié)構(gòu)形式上看，主要是以大跨度的轉(zhuǎn)換桁架的形式來提升空間感。這種施工形式不僅工藝比較簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，其可控性還比較強(qiáng)，因此，在目前我國(guó)的多數(shù)建筑工程中都得到了高效應(yīng)用。

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