多层吊挂钢结构施工技术.pdf

多层吊挂钢结构施工技术 王丰哲 刘清泉常永强 李伟杰 中建钢构有限公司华东大区 靖江 2 1 4 5 3 2 摘要某商业楼由于邻近地铁站房，部分结构无法落地，故对无法落地的部分选用了多层吊挂钢结构。结合工程实 际，对多层吊挂钢结构的施工方法进行探索总结，制订了相对应的施工方案，并通过虚拟仿真技术对施工全过程进行 模拟分析来论证施工方案的可行性，同时，对施工变形进行预控来提高施工操作的安全性，降低了施工成本。 关键词商业建筑 多层吊挂钢结构 虚拟仿真 施工技术 预调值 中图分类号T U7 5 8 ． 1 1 文献标志码B D OI 1 0 ． 1 4 1 4 4 4 ． c n k i ． j z s g ． 2 0 1 5 ． 1 2 ． 0 2 5 Co n s t r u c tio n Te c h n o l o g y f o r M ul ti- La y e r S u s p e nd e d S t e e l S t r u c t ur e WAN G F e n g z h e L I U Qi n g q u a n C H A N G Y o n g q i a n g L I We ij i e C h i n a C o n s t r u c t io n S t e e l S t r u c t u r e J ia n g s u C o ． ， L t d ． J i n g j i a n g 2 1 4 5 3 2 Ab s t r a c t S o me s t r u c t u r a l p a r t o f o n e c o mme r c i a l b u i l d i n g c a n n o t l a n d d i r e c t ly o n t h e g r o u n d d u e t o i t s a d j a c e n t t o t h e me t r o s t a t i o n ． T h e r e f o r e a mu lt i - la y e r s u s p e n d e d s t e e I s t r u c t u r e h a s b e en s e le c t e d f 0 r s u b s t it u t i o n ． Co mb i n e d wit h t h e e n g i n e e r i n g p r a c t i c e， t h e c o n s t r u c t i o n me t h o d f o r t h e mu l t i- la y e r s u s p e n d e d s t r u c t u r e h a s b e en s u mma r i z e d a n d a c o r r e s p o n d i n g c o n s t r u c t i o n s c h e me h a s b e e n f or mu l a t e d． F u rth er mo r e ， t h r o u g h t h e v i r t u a l s i mu l a t i o n t e c h n o l o g y ， a s i mula t i o n an a l y s i s o f t h e o v e r a l I c o n s t r u c t i o n p r o c e s s h a s b e e n c o n d u c t e d t o d e mon s t r a t e t h e f e a s i b i l i t y o f t h e c o n s t r u c t io n s c h e me ． W h il e a t t h e s a me t ime． a p r e - c o n t r o l o f t h e c o n s t r u c t io n d e f o r ma t i o n h a s b e e n d o n e t o i mp r o v e t h e s a f e t y o f t h e c o n s t r u c t io n a I o p e r a t i o n a n d t o r e d u c e t h e c o n s t r u c t io n c o s t ． Ke y wo r d S - c o mme r c i a l b u il d i n g mu lt i- la y e r s u s p e n d e d s t e e I s t r u c t u r e v i rt u a I s i mu la t io n c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y p r e s e t v a l u e 1 工程概况 某项 目商业楼为纯钢框架结构体系 ，受地铁站房的影 响 ，部分结构采用不落地形式 ，钢柱 由3 层楼面开始 ，设 置2 道立面大斜撑 ，使体系形成吊挂 图1 。钢斜撑由5 层 起 ，至8 层结束 ，对称设置 ，保证结构体系受力的均衡。吊 挂体系总质量约为5 3 0 t 。 图1 多层 吊挂钢结构示意 作者简介王丰哲 1 9 8 9 一 ，男，本科，助理工程师。 通信地址上海市浦东新区浦东南路8 9 9 号浦东金融广场项目 钢结构 项嚼 部2 Q 8 室 2 Q 0 1 2 O 收稿日期 2 o 1 _ 1 o _ o 9 i 曩 盔 建 筑 袍 工 第 3 7 卷 第 1 2 明 常规 吊挂结构施工采用型钢或胎架作 为施 工临时措 施 ，支撑上部荷载 ，待结构体系施工完成后 ，进行卸载拆 除。根据工程实际情况 ，吊挂结构下方为地铁站房 ，允许 施工荷载仅2 0 k N ，无法满足支撑设置要求。因此 ，必须采 用新的施工工艺解决多层吊挂结构施工难题 图2 。 图2 多层 吊挂钢结构平面布置 2 施工重难点分析 2 ． 1 拼装精度控制 吊挂结构钢柱由3 层起 ，首节钢柱长2 5 2 0 m m，钢梁长 9 m，考虑施工的安全性 ，减少高空施工作业量 ，将首节钢 三 圭 塑 皇 堂 塑 堕鸯 层 吊 挂 钢 结 构 施 工 技 术 柱和悬挑钢梁拼装为一体 ，整体吊装 ，拼装完成后总质量 约为7 ． 5 0 t 。钢柱和钢梁的拼接精度控制尤为重要 ，对后续 框架梁和次梁 的安装影响较大 ，且需要满足幕墙对结构精 度的要求。在拼装时 ，需考虑结构起拱要求。 2 ． 2 施工方法选择 由于不具备设置竖向临时支撑结构的条件 ，由施工工 艺方面着手 ，采用刚性拉杆斜拉的方式进行施工 。施工方 法的选择对工期、质量 、安全有着至关重要的影响。 2 ． 3 临时结构体系与永久结构体系转换 吊挂结构施 【完成后 ，需进行受力体 系的转换 ，由 临时结构体系转换为永久结构体系受力 ，达到设计使用状 态，同时，保证结构施工精度，达到设计要求。在结构体 系转换过程中 ，卸载顺序 、方法及变形监测对结构安全非 常关键 ] 3 施工方法确定 3 ． 1 多层吊挂钢结构施工思路 将 主体结构分为吊挂区和框架区 ，框架区为常规柱梁 结构体系 ，吊挂区为多层 吊挂结构体系。吊挂结构立面设 置2 道大斜撑 ，将 吊挂结构与框架结构连接为一体 。根据结 构体系特点 ，框架区施工可领先 吊挂区1 层 。 主体框架施工至4 层时，开始3 层吊挂钢结构的施工。 将首节短柱与钢梁在地面组装为一体 ，焊接完成后 ，整体 吊装。在钢梁 1 ／ 3 处焊接 吊耳 ，就位时拉设施工倒链 ，校正 完成后 ，及时进行框架梁安装 ，框架体系形成后 ，安装斜 向刚性拉杆 ，拆除施工倒链 ，安装次梁 ，并铺设楼承板。 吊挂结构安装至8 层时，大斜撑体系形成 ，由上至下逐 层拆除临时措施，将临时结构体系转换为永久结构体系。 施工过程 中，由于此 区域结构尚未完全达到设计使用 状态 ，为防止卸载混凝土楼面产生裂缝 ，卸载前此 区域混 凝土暂不能浇筑 。待 吊挂结构施工至8 层，斜撑安装完成 ， 由上至下逐层卸载 ，完成 吊挂体系的施工 ，而后浇筑楼面 混凝土。 3 ． 2 多层吊挂钢结构施工模拟分析 多层 吊挂钢结构施工前 ，采用虚拟仿真技术 ，利用高 契合度有限元软件M i d a s 对施工过程进行施工模拟 ，对各施 工段工况进行分析。 有限元软件施 工模拟过程 中 ，荷载取结构 自重的1 ． 5 倍 。在结构 临时刚性支撑安装前，吊挂结构施工层各构件 间均按照铰接节点考虑 ，当施工层施工完成后 ，结构为刚 接节点的部分按照刚接节点进行施工模拟分析。 任取一施工 阶段 ，对多层 吊挂钢结构施 工模 拟分析 进行说明。施工模拟过程中，主要控制点为吊挂结构 的变 形 、吊挂结构的应力 以及临时刚性斜撑的内力 图3 。 通过分析 ，施工模拟过程结构最大应力为4 3 ． 3 0 MP a ， 图3 施工模拟分析模型 结构应力小于构件强度 ，施工过程满足安全需求 。 施工模拟过程结构最大位形为2 3 m m。根据施工模拟 结果 ， 对 吊挂结构进行预起拱 ，控制结构位形 一。 施工模拟过程中 ，刚性斜撑最大 内力为5 6 ．5 0 k N 。 通过有限元软件的施工模拟 ，对施工方案进行优化 ， 选择经济合理 的施工措施 ，避免施工过程 中可能出现的安 全 、质量问题 ，保证 吊挂钢结构施工的顺利进行。根据吊 挂结构施工过程的有 限元软件模拟 ，对 吊挂结构吊柱标高 进行预抬高。多层吊挂钢结构标高预调值如表1 所示。 表1 多层吊挂钢结构标高预调值 楼层 标高调整值／ mm 楼层 标高调整值／ mm 3 层 2 0 6 层 1 O 4 层 1 5 7 层 1 0 5 层 1 5 8 层 1 O 刚性斜拉杆的长度根据理论计算长度加上预调值进行 确定。根据计算 ， 2 1 9 m m1 0 m m 圆管满足要求。 3 ． 3 多层 吊挂 钢结构施工流 程 第 1 步 ，4 层钢框架施工完成后 ，吊装钢梁 ，用施工倒 链临时固定。 第2 步，安装刚性斜拉杆。 第3 步，单层吊挂结构施工完成后，拆除施工倒链。 第4 步 ，依次完成4 、5 层吊挂结构安装后 ，进行第 l 节 斜撑安装。 第5 步，完成6 层结构楼面后，进行第2 节斜撑安装。 斜撑施工完成后 ，拆除临时支撑 ，依次完成各层 吊挂 结构施工。 4 多层 吊挂结构施工组织 4 ． 1 施 工措施选择 多层吊挂钢结构施工过程 中，采用刚性斜撑与施工倒 链相结合 的施 工措施 。施工倒链通过焊接 吊耳与悬挑钢梁 进行连接 ，如图4 所示。临时刚性斜撑端部通过全熔透焊缝 与吊挂钢结构与框架区钢柱连接。 吊挂结构施工过程中，使用施工倒链对 吊挂结构进行 2 0 1 5 1 2 B u il d i n g C o n s t r u c t-i o n 衄 、 三圭 塑 星 堂 查 堡 皇 堡查 墨 星曼 堡 塑 堕塑 塑 三 堇 图4 施工倒链 吊耳示意 坐标标高的调整控制 ，在吊挂结构位形调整到位后 ，采用 刚性斜撑进行临时固定 。 4 ． 2 多层 吊挂结 构施工安全 防护措施 吊挂钢结构施工过程 中，在吊挂柱端设置钢爬梯与防 坠器 ，钢柱焊接设置焊接操作平台 图5 、图6 。 图5 多层 吊挂结构施 工安防示意 图6 多层 吊挂结构焊接操 作平 台 5 多层吊挂钢结构施工控制 5 ． 1 多层 吊挂钢结构测量精度控制 5 ⋯ 1 1 多层 吊挂钢结构施工测量控 制要 点 多层 吊挂结构施工精度控制主要包括以下内容 1 吊挂结构悬挑主梁端部水平坐标与标高 ； 2 结构边线平面坐标； 3吊挂结构钢柱的水平坐标与标高。 5 ． 1 ． 2 施工过程构件位置及 变形监 测 吊挂钢结构施工过程中，定期对吊挂结构进行位形监 测 ，以确保施工质量。 5 ． 2 卸载变形监测 多层 吊挂钢结构斜撑施 工完成后 ，拆除临时刚性支 衄建 筑 袍 工 第 3 7 卷 1 2 g g 撑。主要进行多层 吊挂结构端部标高的变形监测 。沿 吊挂 结构边界线设置监控点 ，每天定时进行变形监测 。避免悬 挑吊挂结构在 自重作用下下挠超出结构设计要求 。 根据监测数据 ，卸载完成后 ，结构最终端部变形值为 2 1／ 1 ／1 “1 ，标高较理论值高3 m i l l ，满足规范要求 。 6 结语 本多层 吊挂钢结构施工技术 ，为吊挂钢结构施工提供 了借鉴，为特殊悬挑钢结构的施工提供施工方法。同时为 解决现场施工难点 ，提出了基本的解决思路。本施工技术 主要创新点主要包括以下4 点 。 1 优化施工工艺 ，为现场施工提供便利 ，节约了工 期 ， 施工安全．1生 有保障。 2 选择可循环使用的措施 ，做到经济合理。采用刚性 型钢斜撑与施工倒链相结合 的施工措施，充分利用2 种器械 的优点，保证了吊挂结构的施工质量 ，降低了施工成本。 3 利用模拟仿真技术对施工方案进行分析 ，确定施工 方案的可行性与经济性 。 4 探索特殊悬挑吊挂结构的施工方法 。 ◇◇ 参考文献 ◇◇ [ 1 】沈祖炎， 温东辉， 李元齐 中国建筑钢结构技术发展现状及展望[ J 】 建筑结构 ，2 0 0 9 3 9 1 5 2 4 [ 2 ]向坚持， 刘相滨， 谭义红， 等． M I D A S 技术研究及其应用【 D ] ． 长沙 湖南 大学， 2 0 0 2 ． [ 3 】 邓利辉， 彭文海， 李仕许 ． 超高层建筑钢 结构 吊装施 工技术 [ J 】 ． 建筑施 工， 2 0 1 O 3 2 1 1 4 2 ． [ 4 ]潘多忠，魏德敏． 大跨度钢结构分步施工模拟方法[ J ] 华南理工大学 学报， 2 0 1 0 9 1 2 3 1 2 6 ． [ 5 】王煦， 陈国栋， 娄峰， 等．广东省博物馆新馆钢结构工程施工技术[ J 】 施工技术， 2 0 0 6 1 2 7 4 7 7 【 6 】韩兴争， 袁伟， 张立波． 山东省新博物馆悬挑吊挂钢结构变形分析与 施工[ J 】 l 建筑， 2 0 1 1 1 8 9 0 9 1 ． [ 7 ]李洪泉． 高层建筑悬挑钢结构吊装施工[ J 】 l 建筑技术开发， 2 0 1 3 1 2 3 0-31 ． [ 8 ]王小波 冈 结构施工过程健康监测技术研究与应用[ D 】 ． 杭州 浙江大 学建筑工程学院， 2 0 1 0 ． [ 9 】 贾宝荣， 罗魏凌 ，李 磊， 等． 大型整体悬挂式升降平台在 吊挂钢结构工 程 中的应用[ J ] 建筑施工， 2 0 1 5 7 8 3 7 8 4 0 [ 1 O ] 郭正兴 ，边广生 斜 向吊挂预应力钢结构张拉技术研究[ J ] 施工技术， 2 0 0 8 5 1 3 6 -1 3 8 [ 1 1 ] 李铁英， 宋红智． 天津大剧院 “ 鲁班奖”工程创优施工综述[ J ] 天津 建设科技， 2 0 1 4 3 3 4 ． [ 1 2 J 韩凌， 王垒， 童少君． 诸暨大剧院全封闭悬挂式结构施工技术[ J 】 ． 施工 技术， 2 0 1 5 5 5 0 ～ 5 2 ．