空間雙曲面鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)

曾樹佳，韓 靖，黃志超

（1.廣州建筑股份有限公司，廣東 廣州；2.廣州一建建設(shè)集團有限公司，廣東 廣州）

1 工程概況

廣州塔南廣場項目屬于大型地下空間項目，位于廣州塔南側(cè)，東臨廣州塔路，南臨藝洲路，西臨藝苑路。建設(shè)場地為不規(guī)則梯形，地塊南北長約322～353 m，東西長約182～280 m，總用地面積76 040 m2，建筑面積113 568.4 m2，地下3 層，采用半逆作蓋挖施工。為配合景觀營造，建筑設(shè)有懸挑波浪造型的鋼梁結(jié)構(gòu)，其分布位置與效果如圖1 所示。

圖1 懸挑鋼梁分布位置及效果示意

2 技術(shù)難點分析

頂板的東、西兩側(cè)以及北天眼處設(shè)有曲面波浪形懸挑鋼梁結(jié)構(gòu)，主要由埋件、懸挑變截面鋼梁、主鋼梁、次鋼梁組成。懸挑鋼梁固定端與結(jié)構(gòu)樓板中的預埋件進行鉸接，懸挑端的變截面鋼梁與主鋼梁之間采用高強螺栓進行連接。東面鋼梁懸挑長度約7.5 m，西面懸挑長度約為10 m，縱向通長跨度約66 m，總用鋼量約為154 t。

鋼梁懸挑長度大，雙曲線結(jié)構(gòu)造型復雜，以致于常規(guī)連接板預埋件的負荷能力無法滿足大跨度懸挑結(jié)構(gòu)的支承反力[1-5]，需在傳統(tǒng)預埋件的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，從而確保節(jié)點的受力安全。需考慮超長懸挑鋼梁末端撓度變形對最終造型定位的影響，提前對施工全過程進行模擬計算，并在施工過程中采取有效糾偏措施，保證安裝精度以及最終的成品質(zhì)量。主要難點如下。

2.1 安裝定位精度控制

主梁節(jié)點與預埋件相連接，埋件易受樓板澆筑混凝土的影響而產(chǎn)生偏移，再加上鋼梁懸挑長度大，在安裝各懸挑構(gòu)件時容易產(chǎn)生累計誤差[6-8]，且主次梁交接處為不規(guī)則的斜截面四邊形，因此，對各構(gòu)件安裝定位精度的把控有著較高的要求。

2.2 傾斜構(gòu)件吊裝定位

為精準呈現(xiàn)波浪狀造型，懸挑構(gòu)件以及次梁構(gòu)件采用變截面H 型梁及箱型梁。主次梁連接面為不規(guī)則四邊形，在吊裝時需要預先考慮安裝傾角，盡可能降低高空作業(yè)的定位難度。

2.3 監(jiān)控及糾偏措施

需對安裝全過程實施精度監(jiān)控，且當偏移量超出控制范圍時應(yīng)該及時采取有效的糾偏措施，避免出現(xiàn)偏移導致后續(xù)構(gòu)件無法安裝或完工后整體造型偏移等問題。

2.4 自由端撓度變形

鋼結(jié)構(gòu)懸挑長度大，自重作用導致的結(jié)構(gòu)變形將影響整個懸挑結(jié)構(gòu)的受力、拼裝精度以及結(jié)構(gòu)的安全性，如何充分考慮結(jié)構(gòu)變形問題、控制施工過程變形、穩(wěn)定性、撓度變化是施工的重點和難點。

2.5 預埋件荷載超限

常規(guī)連接板預埋件的負荷能力無法滿足大跨度懸挑結(jié)構(gòu)的支承反力，需在傳統(tǒng)預埋件的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，從而確保節(jié)點的受力安全。

2.6 高空作業(yè)

在大懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，要進行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝、高空安裝與焊接等工作，同時穿插頂板園林綠化鋪裝等工序，施工安全風險大。

3 關(guān)鍵工藝

3.1 施工全過程模擬分析

為驗證鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案的可行性以及考慮超長懸挑鋼梁末端撓度變形對最終造型定位的影響，需分析提取吊裝施工全過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化情況，采用有限元軟件建立大懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工模擬分析模型，如圖2、圖3 所示，計算施工過程中各構(gòu)件安裝就位后的不同工況，分析各工況加載下鋼構(gòu)件的受力、變形狀態(tài)。同時結(jié)合吊裝機械工作性能對鋼構(gòu)件進行合理的分段，保證分段后的重量都在吊裝機械的工作能力范圍內(nèi)。

圖2 東西側(cè)懸挑鋼梁模型

圖3 北天眼處懸挑鋼梁模型

3.2 精度控制及糾偏技術(shù)

在鋼梁安裝過程中，采用紅外線水平儀對鋼梁的軸線坐標進行跟蹤觀測，保證鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中各項控制指標在可控范圍內(nèi)。若在鋼梁安裝過程中垂直度產(chǎn)生偏差，可采用手拉葫蘆和千斤頂進行調(diào)整。

3.3 預埋構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計

鋼梁懸挑長度大，以致于常規(guī)連接板預埋件的負荷能力無法滿足大跨度懸挑結(jié)構(gòu)的支承反力，需在傳統(tǒng)預埋件的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，連接方式如圖4 所示，安裝時先做螺栓連接固定，再將預埋鋼骨與鋼梁的上下翼板做全融透一級焊縫焊接，從而確保節(jié)點的受力安全。

圖4 懸挑主梁及預埋構(gòu)件

4 工藝流程

東、西側(cè)以及北天眼處的懸挑鋼梁均為曲面凹凸造型。東、西側(cè)根據(jù)現(xiàn)場施工進度及場地條件，大雨棚可縱向安裝，安裝順序見圖5、圖6，由南向北或者由北向南，安裝思路如下：

圖5 變截面懸挑主鋼梁安裝示意

圖6 懸挑主梁次梁安裝工序

第一步：預埋件安裝完成后，再安裝焊接鋼梁短接頭；

第二步：安裝變截面懸挑主鋼梁；

第三步：安裝次鋼梁；

第四步：安裝懸挑次鋼梁；

第五步：安裝最外層的次鋼梁；

第六步：次鋼梁安裝完成，焊縫探傷檢測、驗收。北天眼懸挑鋼梁結(jié)構(gòu)施工工序如下：

第一步：混凝土梁鋼筋綁扎后，安裝鋼柱、鋼梁埋件。

第二步：安裝立柱；

第三步：從高處開始順序吊裝、安裝Y 形鋼柱，如圖7 所示；

圖7 安裝Y 形鋼柱

第四步：從高處開始順序吊裝主梁、檁條，如圖8所示；

圖8 安裝主梁、檁條

第五步：安裝其他懸臂梁；

第六步：焊縫探傷檢測、防腐防銹涂裝、驗收。

5 質(zhì)量控制要點

（1） 鋼結(jié)構(gòu)安裝前，應(yīng)根據(jù)定位軸線和標高基準點復核和驗收土建施工單位設(shè)置的制作預埋件或預埋螺栓的平面位置和標高。

（2） 結(jié)構(gòu)安裝時，應(yīng)注意日照、焊接等溫度變化引起的熱影響對構(gòu)件的伸縮和彎曲引起的變化，并采取相應(yīng)的措施。

（3） 對關(guān)鍵構(gòu)件在施工過程的沉降、位移和變形情況進行連續(xù)不間斷監(jiān)測，以便及時對支撐系統(tǒng)和重要桿件的位移、變形量及其對設(shè)計參數(shù)的符合程度進行評估。

（4） 厚板焊接時，應(yīng)注意嚴格控制焊接順序，防止產(chǎn)生厚度方向上的層狀撕裂。

（5） 焊接完成后認真對焊縫外觀進行檢查，焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。一級、二級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等缺陷。且一級焊縫不得有咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷。

6 結(jié)論

圍繞廣州塔南廣場項目，深入分析雙曲線懸挑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工需解決的各項難點技術(shù)問題，進行技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化預埋件，解決傳統(tǒng)預埋連接板在連接大跨度鋼梁時的受力安全問題。運用有限元軟件對施工全過程的受力變形進行模擬計算，考慮懸挑梁的下?lián)铣潭?，并在施工過程中實施位移監(jiān)測，偏差超出控制范圍時及時采取糾偏措施，提高現(xiàn)場施工質(zhì)量，最大程度呈現(xiàn)設(shè)計意向效果，為類似工程提供參考。