劉祥 周云平 顏佳星
臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中,在上部結(jié)構(gòu)未形成整體結(jié)構(gòu)時(shí),給予上部結(jié)構(gòu)支撐的臨時(shí)結(jié)構(gòu)[1]。目前在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中,應(yīng)用最為廣泛的是高承載力鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系,高承載力鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系可以廣泛應(yīng)用于各種大型公共建筑領(lǐng)域,適用項(xiàng)目類型豐富,對(duì)于復(fù)雜建筑形態(tài)及復(fù)雜場(chǎng)地情況的應(yīng)用具有優(yōu)勢(shì)。
高承載力臨時(shí)支撐體系表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能,但是高承載力臨時(shí)支撐普遍難以高周轉(zhuǎn)使用。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種高承載力、可周轉(zhuǎn)使用的鋼結(jié)構(gòu)施工臨時(shí)支撐。在實(shí)際工程應(yīng)用過程中,針對(duì)質(zhì)量較重構(gòu)件,它不但承載力高,而且所有構(gòu)件均可拆卸循環(huán)使用,使用方便,滿足高承載力高周轉(zhuǎn)要求(圖1、圖2)。
圖1 支撐平面效果圖
圖2 支撐立面效果圖
下面以高承載力高周轉(zhuǎn)鋼構(gòu)施工臨時(shí)支撐體系在桂林兩江國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2 航站樓施工項(xiàng)目中的應(yīng)用為例來進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
桂林兩江國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2 航站樓及站坪配套設(shè)施擴(kuò)建工程航站樓主體工程地上3層,局部地下1 層,建筑高度39.80m。航站樓采用“兩層式”旅客流程,出發(fā)、到達(dá)旅客上下分層,出發(fā)層在上,到達(dá)層在下。T2 航站樓呈“U”字構(gòu)型,主樓中間港灣南北向?qū)挾葹?94m,東西向深度為198m,建筑總面積約100000m2(圖3)。
圖3 項(xiàng)目效果圖
本工程主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。屋頂均采用鋼結(jié)構(gòu),主樓中心區(qū)屋頂為雙向雙曲拱殼結(jié)構(gòu)體系,鋼結(jié)構(gòu)是由中心區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)、指廊區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)、支撐拱鋼結(jié)構(gòu)、登機(jī)橋鋼結(jié)構(gòu)、鋼連橋鋼結(jié)構(gòu)和鋼浮島鋼結(jié)構(gòu)六部分組成(圖4)??傆娩摿考s11000t[2]。
圖4 鋼結(jié)構(gòu)分布圖
中心區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用由橫梁與環(huán)梁圍成的矩形網(wǎng)格,環(huán)梁為矩形鋼管,截面高度自中部的900mm 向兩端的500mm 依次變化。橫梁為圓形鋼管,鋼管最大直徑351mm。單層殼體通過自拱身斜向伸出的與殼體環(huán)梁曲線近似相切的撐桿與支撐拱連接。中心區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)總重約4600t。屋蓋殼體桿件之間的節(jié)點(diǎn)均為剛接。
本工程中,中心區(qū)支撐拱為空間曲線實(shí)腹鋼結(jié)構(gòu)拱,整個(gè)中心區(qū)由7 對(duì)相對(duì)朝向的弧形拱及端部?jī)蓚€(gè)平面拱組成,跨度分別為118m、75m、45m、39m。支撐拱橫截面為梯形截面,截面高度自支座向跨中逐漸變小(圖5)。
圖5 中心區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)
本工程空間支撐拱截面尺寸大,且是主要受力構(gòu)件,支撐拱的安裝方法、安裝工藝及分段是本工程施工的重點(diǎn)。單層殼體屋蓋投影面積大,受溫度影響變形大,對(duì)接點(diǎn)多,對(duì)結(jié)構(gòu)分段及安裝精度要求高。
(1)綜合考慮本工程的結(jié)構(gòu)曲面不規(guī)則、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜等各方面因素,經(jīng)過多種施工方案模擬對(duì)比,決定采用高承載力高周轉(zhuǎn)鋼構(gòu)施工臨時(shí)支撐體系,大型履帶吊分塊吊裝的方法進(jìn)行安裝。
(2)確定恰當(dāng)?shù)姆謮K方式,根據(jù)吊柱能力及下部結(jié)構(gòu)布置對(duì)各個(gè)分塊位置進(jìn)行確定,確保安裝的精度。選擇合理的安裝順序,確保分塊間嵌補(bǔ)安裝應(yīng)力小于限定值,減少累積誤差。
(3)根據(jù)分塊方式,在各個(gè)分塊位置設(shè)置施工臨時(shí)支撐,對(duì)各個(gè)分塊及支撐進(jìn)行核算,確保安裝的安全可靠。
(4)根據(jù)各個(gè)施工臨時(shí)支撐的位置,確定施工臨時(shí)支撐柱底是否落于主體混凝土框架柱或框架梁上,將結(jié)構(gòu)計(jì)算的施工臨時(shí)支撐柱底反力施加于主體結(jié)構(gòu)模型上進(jìn)行計(jì)算分析,對(duì)于受力結(jié)構(gòu)不滿足結(jié)構(gòu)配筋要求處設(shè)置施工臨時(shí)支撐底部轉(zhuǎn)換胎架,通過底部轉(zhuǎn)換胎架將施工臨時(shí)支撐的豎向力穿至附近能夠滿足計(jì)算要求的主體混凝土框架柱或框架梁處。
最終確定本項(xiàng)目中心區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工臨時(shí)支撐布置如圖6 所示。
圖6 中心區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工臨時(shí)支撐布置示意
本工程中心區(qū)空間支撐拱結(jié)構(gòu)依據(jù)中軸線鏡像分布,每側(cè)拱結(jié)構(gòu)從中間向兩邊依次編號(hào)為G1-G8。安裝順序如下:(1)利用2 臺(tái)150t 汽車吊和2 臺(tái)100t汽車吊分塊安裝拱腳;(2)進(jìn)行拱臨時(shí)胎架位置的放線定位,完成臨時(shí)胎架的搭設(shè)并復(fù)測(cè)各臨時(shí)胎架上定位板的位置和標(biāo)高;(3)進(jìn)行空側(cè)端和陸側(cè)端用履帶吊同時(shí)安裝G1-G4 第一段拱;(4)安裝G1-G4 剩余拱;(5)安裝G5-G8 第一段拱;(6)安裝G5-G8 剩余拱,拱安裝完成如圖7 所示。
圖7 中心區(qū)空間支撐拱結(jié)構(gòu)安裝示意圖
中心區(qū)屋蓋為單層殼體,采用由橫梁和環(huán)梁圍成的矩形網(wǎng)格,大廳通過天窗桁架進(jìn)行采光,環(huán)梁為矩形鋼管,橫梁為圓形鋼管,環(huán)梁高度自中部的900mm 高向兩端的500mm 高依次變化,橫梁鋼管直徑分別為351mm、325mm、273mm 和245mm。屋蓋中心區(qū)空側(cè)和陸側(cè)端最大距離為154.98m,南北兩側(cè)寬為375.05m。單層殼體通過拱斜撐與殼體環(huán)梁曲線近似相切的撐桿與支撐拱連接。屋蓋殼體桿件均為剛接節(jié)點(diǎn),與支撐拱連接的桿件均為剛接,拱拉桿兩端為鉸接。
根據(jù)屋蓋網(wǎng)殼形式,在屋蓋對(duì)稱軸處設(shè)置合攏段,根據(jù)合攏段對(duì)屋面進(jìn)行分區(qū)(圖8)。屋蓋的安裝順序采用從空陸兩側(cè)同時(shí)推進(jìn),在跨中進(jìn)行小區(qū)域的合攏。為了保證履帶吊安裝時(shí)不與結(jié)構(gòu)碰撞以及根據(jù)設(shè)計(jì)意圖和滿足結(jié)構(gòu)受力變形要求,先安裝兩拱之間的屋蓋,即A、C 區(qū)域,再安裝B 區(qū)域屋蓋,使其形成一個(gè)整體,增大屋蓋整體剛度,緊接著安裝E 區(qū)域,再安裝D 區(qū)域,按照該順序依次安裝完成整個(gè)中心區(qū)屋蓋。在施工過程中不相連的屋蓋可以同步施工,如施工A、C 區(qū)域的同時(shí)可以施工E 區(qū)域[3-4]。
圖8 屋蓋分區(qū)示意
該計(jì)算采用Midas 軟件建模分析。荷載:施工安裝時(shí)結(jié)構(gòu)自身及安裝操作人員重量。荷載組合:dead(變形、反力),1.35dead(應(yīng)力)。約束:鋼拱的柱腳均為剛接柱腳,臨時(shí)支撐柱腳采用鉸接柱腳,在Midas 中建立模型如圖9 所示。結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為7.81MPa(圖10),結(jié)構(gòu)變形(圖11)如下,結(jié)構(gòu)最大變形為1.09mm。中心區(qū)空間支撐拱結(jié)構(gòu)整體施工滿足強(qiáng)度和剛度要求[5-6]。
圖9 中心區(qū)空間支撐拱結(jié)構(gòu)安裝約束示意圖
圖10 中心區(qū)空間支撐拱結(jié)構(gòu)安裝應(yīng)力圖
圖11 中心區(qū)空間支撐拱結(jié)構(gòu)安裝變形圖
該計(jì)算采用Midas 軟件建模分析。荷載:施工安裝時(shí)結(jié)構(gòu)自身及安裝操作人員重量。荷載組合:dead(變形、反力),1.35dead(應(yīng)力)。在Midas 中建立模型如圖12 所示,結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為81.91MPa(圖13),結(jié)構(gòu)變形(圖14)如下,結(jié)構(gòu)最大變形為61.21mm。中心區(qū)屋蓋單層殼體整體施工滿足強(qiáng)度和剛度要求,實(shí)際施工圖片如圖15。
圖12 中心區(qū)屋蓋單層殼體安裝約束示意圖
圖13 中心區(qū)屋蓋單層殼體安裝應(yīng)力圖
圖14 中心區(qū)屋蓋單層殼體安裝變形圖
圖15 實(shí)際施工圖
計(jì)算同樣采用Midas 軟件建模分析。風(fēng)荷載按0.2kN/m2考慮。荷載組合:dead(變形、反力),1.4wind(應(yīng)力)。約束:鋼拱的柱腳均為剛接柱腳,臨時(shí)支撐柱腳采用鉸接柱腳,在Midas中建立模型如圖16 所示。結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為267.43MPa(圖17),結(jié)構(gòu)變形(圖18)如下,結(jié)構(gòu)最大變形為11.56mm。中間支撐承擔(dān)風(fēng)荷載整體施工驗(yàn)算滿足強(qiáng)度和剛度要求[7]。
圖16 中間支撐承擔(dān)風(fēng)荷載整體施工驗(yàn)算示意圖
圖17 中間支撐承擔(dān)風(fēng)荷載整體施工驗(yàn)算應(yīng)力圖
圖18 中間支撐承擔(dān)風(fēng)荷載整體施工驗(yàn)算變形圖
(1)本文結(jié)合桂林兩江國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2航站樓工程,詳細(xì)闡述了高承載力高周轉(zhuǎn)鋼構(gòu)施工臨時(shí)支撐體系的施工工藝和施工技術(shù);通過應(yīng)用多方面施工分析方法,對(duì)該工程進(jìn)行施工模擬計(jì)算,得出了施工可行的理論依據(jù),取得了較好的實(shí)施效果。桂林兩江國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2 航站樓的順利施工,標(biāo)志著在攻克不規(guī)則、大跨度、高難度結(jié)構(gòu)的道路上又踏出了堅(jiān)實(shí)的一步,為類似工程提供參考。
(2)本工程的實(shí)踐表明,高承載力高周轉(zhuǎn)鋼構(gòu)施工臨時(shí)支撐體系技術(shù)的推廣解決了臨時(shí)支撐的使用難題,臨時(shí)支撐可回收循環(huán)使用,極大提高了施工效率,節(jié)省了資源,提高了施工安全保障,具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。