大型钢结构人字形框架柱施工技术的研究与应用.pdf

大型钢结构人字形框架柱施工技术的研究与应用 裘园 陆优民 王振坤 袁震 徐锡平 浙江省建工集团有限责任公司 杭州 3 1 0 0 1 2 摘要由于建筑的功能及外观要求，巨型外框内筒钢结构体系需要使用大量斜柱及斜向支撑构件以形成大空间和大净 空，故需采用大量临时支撑方能完成安装工作。介绍了大型钢结构人字形框架柱临时支撑的施工过程，对方案确定、 MI D A S 软件 的应用等方面进行 了阐述。在 实际施工过程中 ，安全、高效地完成 了各项工作 ，取得了非常良好的成效 。 关键词大型人字形框架柱 临时支撑 施工技术 MI D A S 有限元分析 中图分类号T U 7 5 8 ． 1 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 4 0 5 0 5 3 2 0 2 Re s e a r c h a n d Ap p l ic a t i o n o f Co n s t r u c t i o n T e c h n olo g y f o r L a r g e St e e l St r u c t u r e He r r i n g b o n e F r a me Co l u mn s Qi u Yu a n L u Y o u mi n Wa n g Z h e n k u n Y u a n Zh e n Xu Xi p i n g Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p C o ． ， L t d ．H a n g z h o u 3 1 0 0 1 2 1 工程概 况 杭政储 出【 2 0 0 7 ] 5 5 地块办公、商业金融用房钢结构工 程坐落于杭州市钱江新城 ，地上2 O层 ，地下3层。地上部 分为外筒内框 巨型支撑钢结构体 系，地 下部分为钢结构框 架 ，局部钢筋混凝土结构 图1 。上部结构按建筑平面划 分为后厅、中斤及前斤。 图1 钢 结构轴测示意 上部结构7层 以下采用斜向柱及大型人字形框架柱组 成前厅 ，跨度7 2 m，跨中高度3 O m，框架柱截面尺寸口 1 2 0 0 mm1 6 0 0 mm X 8 0 mm，顶部采用铸钢件节点连接 铸钢件 Z G 一 1 2 2 6 ． 7 4 t。人字形框架结构跨度大、质量 大，无法进行整体 吊装，因此需要搭设临时支撑体 系进行 稳定 图2。 一 作者简介裘园 1 9 8 5 一，男，本科 ，工程师。 通讯地址浙江省杭州市文三路2 0 号建工大厦9 楼 3 1 0 0 1 2 。 收稿 日期 2 01 4 0 2 2 8 5 3 2I 建 筑 旋 工第 3 6 卷第 5 期 图2 人宇形框架柱安装轴测示意 2 施工重点难点分析 a由于人字形框架柱为结构内倾斜钢柱 ，倾斜角度 大，结构 自重大，因此吊装过程 中维持结构稳定性困难 ， 需要采用外部临时支撑体系加以稳定。 b人字形框架柱同时结合 了梁与柱的受力形式 ， 因此吊装施工过程 中整个结构体 系的变形处于一个动态变 化的过程 ，需要不断进行变形观测及计算 以确保 吊装施工 的精确及安全。 C人字形框架柱结构跨度大 ，自重较重 ，无法进 行整体 吊装 ，只能进行分段 吊装 ，因此 吊装设备的选型及 分段 吊装时的焊接质量要求较高。 3 临时支撑体系的计算及设计 3 ． 1有限元模拟分析施工工况 采用MI D A S ／ G e n V 7 9 5 对人字形框架柱在施工过程中的 刚度和荷载进行三维有限元模拟” 。由于构件 自重产生的 内力占比例较大 ，钢结构安装方法和顺序对结构构件在重 力荷载下的内力将产生明显影响，因此荷载取为结构构件 自重。 在模 拟过程中 ，根据钢结构 吊装情 况将施工过程划 分为6个主要工况阶段 ，即1 ～3层人字形斜向柱 吊装、 4～5层人字形斜向柱 吊装、5层柱间钢梁吊装、5 7层结 构钢梁吊装、6 ～7层人字形斜向柱吊装及7层人字形斜 向 柱铸钢件吊装 ，随着工程进展，对有限元模型单元逐层激 活并对此阶段下的结构在重力荷载下的受力进行分析 ，计 算此工况下临时支撑的变形及杆件应力。 3 ． 2 临时支撑体系的设计与 j Q - r 根据模拟计算 ，I 1B ,- j 支撑体 系采用独立钢管柱及格构 柱 ，截面尺寸为P 4 5 0 mm2 0 mm，P 4 0 0 mm1 4 mm， P3 25 mm 1 0 m m ，P1 80 m m x 1 0 m r n， P 351 m m 1 6 m m ， P21 9 m m x 1 0 m m ， P 600 m m x 1 6 m m ， P 1 4 0 m m 5 m m ，支撑 钢 方框 截面 为H 4 0 0 m m 4 0 0 mm1 3 mm 2 1 mm，搭设在首层箱型钢梁上，通过 千斤顶固定于框架柱定位牛腿上 ，并采用横 向连接杆组成 稳定单元，随人字形框架柱 吊装同步搭设 图3 。 图3 临时支撑体系轴测示意 4人字形框 架柱 吊装施工 通过对施工现场的整体部署及人字形框架柱的分段优 化 ，选择2台Z S J 1 O 0 动臂式塔 吊 最大起 吊质量6 4 t 进行 吊装 ，充分考虑钢梁 的结构受力特点 ，将每侧框架柱钢梁 分为5段 ，连接处采用连接耳板及卡码进行ll B ,- J 固定 ，同 时在定位牛腿处搭设操作平 台进行焊接作业。 同时根据模拟计算的结构受力变形结果，将吊装施工 按照框架柱分段划分为6个步骤 ，先进行临时支撑体系的 搭设 ，支撑体系基础设置于结构首层 的箱型钢梁上 每个 步骤 首先进行各层后厅、中厅钢结构施工 ，然后吊装相应 楼层 的人字形框架柱 ，框架柱安装于支撑体系上，并于相 邻结构进行临时连接。重复上述步骤直至人字形框架柱顶 部铸钢件吊装完成 ，各构件进行焊接 固定 ，形成稳定单元 后 ，临时支撑拆除。 4 ． 1 吊装准备工作 大型构件起 吊前 ，按有关要求进行检查 ，确认无误后 应试 吊 试 吊时 ，必须检查整个吊装系统 的设备和被 吊 物是否全部符合起吊要求，起吊时必须 由起重指挥统一指 挥 ，配合人员听从信号 ，服从指挥。被吊物不可长时间悬 吊、停滞等吲 。 4 ． 2 主要 吊装 流程 第 1 步 完成上部结构1 3 层后厅、中厅庭柱、钢梁 吊装 ，搭设首层临时支撑后开始吊装第1 段框架斜柱。 II B ,- j - 支撑体系采用现场拼接、分段 吊装。支撑体系底 座采用H 4 0 0 mm4 0 0 mm1 3 mm型钢 制作 ，安装于首 层箱型钢梁上。吊装首层立柱安放于底座上，进行竖直校 准 ，先 吊装主立柱 ，后吊装次立柱 ，接着吊装连系横杆组 成稳定的结构体系，最后在立柱顶端搭设操作平台。 第2 步 吊装第2 段框架斜柱。吊装框架斜柱间连接钢 梁。 第3 步 完成45 层后厅、中厅钢梁及斜柱 吊装 ，搭 设第2 层临时支撑后 ，吊装第3 段框架斜柱。 第4 步 吊装4 5 层中前厅间连系钢梁后吊装第4 段框 架斜柱。 第5 步 完成67 层后厅、中厅钢柱、梁吊装后 ，吊 装第4 段框架斜柱。 第6 步 完成67 层柱间连系钢梁 吊装后 ，吊装铸钢 件Z G 1 2 ，形成稳定结构。 5 结语 由于人字形框架柱 吊装前 采用三维有 限元技术 对结 构进行受力分析，在充分利用数据的基础上，进而模拟施 工工况 ，计算 出安全可靠 的临时支撑体 系，对施工过程所 发现的问题进行预判预断 ，确保 了施工过程安全高效地进 行 ，为类似项 目的施工积累了宝贵的经验。 0 0 0 0 [ I 】 曲良，侯建茹， 杨顺存． 随机有限元法在钢结构体系稳定问题中的 应用[ J 】 ．西部探矿工程， 2 0 0 4 1 2 1 5 1 1 5 2 ． [ 2 】魏群， 姜华． 钢结构有限元计算的精细模型建立． 华北水利水电学 院学报， 2 0 1 3 3 9 1 2 ． [ 3 】 阳芳． 高层建筑转换层钢结构支撑体 系的设计要点[ J ] ． 山西建 筑． 2 0 1 0 3 0 6 8 - 6 9 ． [ 4 】 庞京辉，路 克宽． 铜结构支撑体系卸载技术[ J ] ． 建筑技术， 2 0 1 1 1 1 1 0 0 8 - 1 0 1 1 ． 【 5 】于鹏永， 王捷耀， 张海东．有限元分析在钢结构工程分析和结构优 化上的应用【 J ] ． 中国科技博览， 2 0 1 3 3 7 5 6 6 ． [ 6 ]郑刚． 钢柱整体稳定性的数值分析方法研 究[ J ] _低温建筑技术， 2 0 1 3 9 7 4 7 6 ． [ 7 ] 沈国辉， 孙炳楠， 楼文娟， 等． 大型钢结构 节点承载力的有限元分 析[ J ] ． 土木建筑工程信息技术， 2 0 1 3 3 3 2 3 6 ． 【 8 ]余明霞， 李林， 赵江达， 等． 大型钢结构可视化有限元建模分析研 究[ J ] ． 港工技术． 2 0 0 9 6 2 3 - 2 5 ． I 2 0 1 4 5 B u fl d h a gC o n s t r u c t i o n l 5 3 3