某商业广场空间网格钢雨篷施工方案比选及优化
发布时间:2022年2月24日 点击数:1709
随着城市的发展,生活在城市的市民对城市美的要求越来越高。钢雨篷在商场中广泛涉及和应用,结合项目钢雨篷设计造型,对空间网格钢雨篷的安装方法进行比选,选择片状桁架吊装法,并对钢雨篷现场吊装、拼装措施进行优化,确保施工质量和施工安全,提高了施工效率。
1 工程概况
1.1 建筑概况
某商业G1号购物中心项目位于海南省;本项目共计1栋大商业及人防地下室,总建筑面积为114 000 m2,是集超市、餐饮、购物、影城、儿童游乐功能为一体的综合体。
1.2 结构概况
空间网格结构钢雨篷,由4根混凝土柱及2根钢管混凝土柱(规格1 200×25,材质Q355B)支承,钢雨篷屋盖桁架共5根主梁(规格D700×300×25×25,材质Q355B),每根主梁跨度约32 m,其余都为次梁(规格D350×150×12×12,材质Q355B),投影面积约1 308 m2,钢结构用量约450 t。钢雨篷屋盖桁架为三维立体造型,由多个四边形、三角形平面根据不同的角度(45°~135°)组合焊接而成,空间形态复杂,且为保证平面钢化玻璃的安装,要求平面度在±5 mm以内,结构形态如图1所示。
2 施工重点、难点
2.1 空间网格结构钢雨篷的节点复杂、高空焊接量大
空间网格钢雨篷具有屋盖桁架竖向空间高、构件相接节点复杂、高空焊接量大等特点。屋盖桁架距地面24 m,由1 100多根矩形管相互焊接而成,构件相接节点复杂(相接构件多达6个),相同节点、不同构件需相互咬合,焊接角度涵盖“立、平、仰”方式,且为高空焊接,危险性大;施工方法也直接影响了施工进度、作业安全性及施工成本。
2.2 空间网格结构钢雨篷的安装精度、平面度要求高
空间网格结构钢雨篷的安装精度、平面度主要从吊装方法和焊接变形2个方面控制,钢雨篷屋盖桁架顶面需装饰成品钢化玻璃,若屋盖桁架的角度、平整度不能达到图纸的精度要求(±5 mm以内),将影响玻璃的成形效果及稳固性,且严重影响钢雨篷的整体造型。
3 吊装方案的选择
结合空间网格结构钢雨篷的结构形式,钢雨篷荷载通过5根主梁传递荷载至周边的4根混凝土柱及2根钢管混凝土柱,整个结构的传力路径清晰;由于钢雨篷区域无交叉作业,屋盖桁架的施工方案可考虑高空原位拼装法、整体吊装法及片状桁架吊装法。
3.1 高空原位拼装法
屋盖桁架投影范围内地下室顶板搭设24 m高满堂脚手架,顶部满铺脚手板作为操作面,汽车式起重机吊装单根构件,施工人员在顶面进行屋盖桁架安装及焊接作业。
(1)优点:操作简单,安全性高。
(2)缺点:整个钢结构工期延长,脚手架搭设及租赁费用高,项目成本大幅增加;且占用汽车式起重机时间长,机械费用投入多。
3.2 整体吊装法
屋盖桁架划分为6榀大桁架,制作专用拼装胎架进行地面拼装,用150 t大吨位起重机整体吊装至设计标高,人员高空焊接。
(1)优点:工期快,人力成本低。
(2)缺点:需制作专用拼装胎架且根据屋盖桁架形状进行拼装,拼装周期长及胎架费用高,且对焊作业在高空,危险性大。
3.3 片状桁架吊装法
屋盖桁架根据空间几何形状划分为26片片状桁架,制作几组简易拼装胎架,进行地面平面拼装,50 t起重机整体吊装至设计标高,焊接固定。
(1)优点:施工工期快,流水施工,安装精度及平整度有保证。
(2)缺点:有一部分需高空作业。
从方案的技术特点、经济性、工期进行分析,侧重考虑施工工期和施工成本以及屋盖桁架的安装精度及平整度,最终选定了第3种方案。
4 总体安装方法
(1)空间网格屋盖桁架使用三维制图软件绘制,用软件计算出空间网格屋盖桁架相邻面之间的角度,保证现场安装精度。
同时,利用三维制图软件对复杂相交节点进行优化,减少交点处焊缝量,避免因前、后焊缝相互影响,导致焊缝区变形或力学性能弱化。
(2)先安装2根钢柱及5根主梁,精确校正后,焊接固定牢固,保证钢雨篷的结构刚度,避免片状桁架安装过程中出现受力结构变形。
(3)钢雨篷主要受力构件安装完成后,使用带刻度的折尺,实测三角形或四边形的边长及角度,记录数据。在地面制作简易胎架,绘画出三角形或四边形的边长及角度实测值,进行精准拼装。
(4)地面拼装完成的片状桁架,使用50 t汽车式起重机吊装,并焊接固定。
5 主要施工技术
5.1 屋盖片状桁架精准实测、实量
空间网格屋盖桁架为空间几何体,形态复杂,因屋盖桁架构件安装过程中自重会引起下挠,以及相交节点焊接力集中产生的热能量,极易造成结构变形,且变形方向不可预知,严重影响空间网格屋盖桁架的造型。
本工程先对钢柱、钢梁相连的横梁、5根主梁进行吊装,通过使用全站仪进行点位校正后,焊接固定,保证主体框架的刚度。主体框架固定牢靠后,采用六折测量尺进行空间网格屋盖桁架的精准测量,记录三角形或四边形每条边的边长以及各边之间的角度,如图2所示。
5.2 片状桁架拼装
空间网格屋盖桁架为空间三维结构,若采用原位拼装,需根据片状桁架的三维坐标,进行专用胎架的制作,胎架制作难度大。
为加快施工进度,降低片状桁架的拼装难度,项目把空间网格屋盖桁架的空间三维结构变为二维平面结构。在二维平面结构,只需使用12号工字钢调平1个10 m×10 m的水平面,利用之前折尺精准测量的平面边长长度以及角度,在平台面上绘制等同的平面尺寸,各构件根据平面尺寸进行片状桁架拼装。因拼装构件数多,不可一拼一焊,必须一拼一临时固定(使用10 mm厚卡板进行临时固定),最后整体调节,整体对位焊接。
5.3 片状桁架吊装
片状桁架吊装过程在自重的影响下,吊点位置为集中受力点,若吊点位置承受力过大,将会造成桁架的局部变形,严重影响片状桁架的成型效果。所以,安装角度的实际放样、吊点位置的选择及稳定性计算、吊装吊耳及钢丝绳的选择至关重要。
5.3.1 安装角度的实际放样
使用三维制图软件进行绘制,同时对相邻平面间的角度进行计算,得出相邻平面间的相对角度关系,准确定位片状桁架安装位置,如图3所示。
5.3.2 吊点位置的选择及稳定性计算
(1)吊点位置的选择。
吊点位置的确定主要根据片状桁架的结构形式和重心位置决定,钢构件通常设置2个或3个吊装点,并在起吊过程中保证结构在自重作用下保持平衡,考虑吊装过程中的稳定性,一般吊绳与被吊构件角度为30°~60°,本片状桁架吊装夹角为45°左右,如图4所示。
(2)吊点位置稳定性计算。
通过使用Tekla软件计算出片状桁架的重量、重心位置,以此确定吊装点的位置。利用Midas Gen建模模拟片状桁架吊装过程,通过吊装过程模拟验算可知,片状桁架结构本身在3个吊点下起吊时均无杆件超应力及失稳,结构安全。
5.3.3 钢丝绳的选择
钢丝绳最小破断拉力计算公式:
反算直径公式为:
式中:F0为钢丝绳最小破断拉力(k N);D为钢丝绳公称直径(mm);R为钢丝绳公称抗拉强度(MPa);K′为最小破断拉力系数。
本工程主要采用6 mm×37 mm型号钢丝绳,最小破断拉力系数为0.356,抗拉强度均取1 570 MPa。
本项目片状桁架吊装最重为15 t,采用三点式吊装,吊装角度为45°。钢丝绳取2根,塔式起重机起重系数取1.1。F=15 000 kg×10 N/kg=150 kN,F1=(150 kN/3)×1.1=55 kN。[Fg]=55 kN/cos45°=77.78 kN。参
根据公式
其中,[Fg]为钢丝绳的允许拉力;a为换算系数,本工程使用适合于制作吊索、起重绑绳的钢丝绳,故a取0.8;K为钢丝绳安全系数,K取8;Fg为钢丝绳的钢丝破断拉力总和。
经计算,得出Fg=778 k N。
查表可得,选用36的钢丝绳(6 mm×37 mm),吊装15 t以内的钢梁。
6 结束语
详细介绍了某商业广场空间网格结构钢雨篷施工3个方案对比的具体情况,综合对比后,选择了片状桁架吊装法,并对钢雨篷现场吊装、拼装措施进行优化,确保施工质量和施工安全,且提高了施工效率。
项目经过对类似工程的反复研究和现场条件的全面分析,总结出了对于空间结构要求高的钢雨篷安装方法,希望本工程钢结构施工技术的应用,能为相似的钢雨篷安装施工提供参考和借鉴。