摘要：大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展對(duì)施工技術(shù)提出了越來越高的要求，施工技術(shù)及施工控制表現(xiàn)出的諸多技術(shù)問題。根據(jù)工程實(shí)踐探討了大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)與方法，針對(duì)大型連廊鋼結(jié)構(gòu)的安裝、提升控制及結(jié)構(gòu)加固實(shí)踐，研究了大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)及力學(xué)分析、演算、加固方案等，為類似工程提供有價(jià)值的參考。
論文關(guān)鍵詞：大型鋼結(jié)構(gòu),施工控制,結(jié)構(gòu)加固
1 引言
目前，隨著我國(guó)大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，對(duì)施工技術(shù)提出了越來越高的要求，為達(dá)到設(shè)計(jì)效果和使用要求，人們對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)及施工過程中表現(xiàn)出的諸多力學(xué)及技術(shù)問題愈來愈重視。越來越多的設(shè)計(jì)和施工人員已認(rèn)識(shí)到安裝方案及施工計(jì)算的重要性。對(duì)于現(xiàn)代大型和大跨度復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的成型過程一般要通過吊裝或滑移或頂(提)升或其他施工技術(shù)從一系列準(zhǔn)結(jié)構(gòu)逐漸集成形成最終結(jié)構(gòu)的過程，結(jié)構(gòu)可能在施工過程中結(jié)構(gòu)失去平衡而傾覆，或由于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失去穩(wěn)定而倒塌，或由于局部構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度不足而破壞。所以，根據(jù)工程實(shí)踐研究大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制和結(jié)構(gòu)成型效果顯得十分必要。本文通過大型連廊鋼結(jié)構(gòu)的安裝、提升控制及結(jié)構(gòu)加固實(shí)踐，研究大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)及力學(xué)分析、演算、加固等，為類似工程提供有價(jià)值的參考。
2 大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)
近年來，大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工整體提升項(xiàng)目愈來愈多，如近年來完成的北京西客站巨型桁架、北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)四機(jī)位庫(kù)、上海大劇院、深圳市民中心、廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)10號(hào)機(jī)庫(kù)[1]、澳門多功能體育館主桁架[2]等。大型鋼結(jié)構(gòu)在安裝提升過程中，應(yīng)重點(diǎn)解決兩個(gè)問題：一是被提升的結(jié)構(gòu)和提升柱不應(yīng)該遭受損傷和破壞；二是提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。當(dāng)然在提升過程中可以人為地改變結(jié)構(gòu)提升過程的受力狀態(tài)。有兩種處理措施：一是根據(jù)提升柱剛度及穩(wěn)定性的強(qiáng)弱程度，可以調(diào)整提升柱之間提升力的大小分布，把弱柱的提升力轉(zhuǎn)嫁到強(qiáng)柱上以保證弱柱在提升過程中的安全，還要特別檢驗(yàn)它的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。二是在一個(gè)提升柱中，可能由于兩個(gè)提升力偏心不等對(duì)柱產(chǎn)生極為不利的影響，可以通過調(diào)整兩個(gè)提升力的大小使柱達(dá)到或接近中心受壓以改善柱子的受力狀態(tài)。
整體提升過程可分為三個(gè)階段。第一階段是結(jié)
構(gòu)脫離胎架；第二階段是結(jié)構(gòu)勻速提升；第三階段是結(jié)構(gòu)落位。首末兩個(gè)階段提升力的變化較大，它直接涉及到對(duì)提升柱與結(jié)構(gòu)安全的影響，因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)脫離胎架和落位的過程中，提升點(diǎn)離開胎架和結(jié)構(gòu)落到設(shè)計(jì)標(biāo)高的先后順序會(huì)引起提升力的較大變化�？梢园堰@兩個(gè)階段比喻為飛機(jī)的起飛和降落,而第二階段可比喻為飛機(jī)的平穩(wěn)飛行。
為了防止在提升過程中由于提升點(diǎn)不同步對(duì)桁架強(qiáng)度和穩(wěn)定性的影響，需進(jìn)行不同步驗(yàn)算。提升系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提升點(diǎn)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)采樣其他提升點(diǎn)的位移值，并保證差值在±15mm以內(nèi)。千斤頂只能給結(jié)構(gòu)提供向上的力，即僅能提供豎向的單向約束，所以對(duì)計(jì)算結(jié)果的合理性應(yīng)加以檢驗(yàn)，各提升點(diǎn)位移差的出現(xiàn)會(huì)使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生改變，因此需要計(jì)算在可能出現(xiàn)位移差時(shí)結(jié)構(gòu)的受力情況，以確保提升過程中桁架安全可靠。通過計(jì)算桁架體系在各種位移差工況下的桿件內(nèi)力,并進(jìn)行穩(wěn)定分析，可以保證在提升過程中，只要嚴(yán)格控制各提升點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)之間的位移差不超過±15mm,那么結(jié)構(gòu)是安全的。在實(shí)際提升過程中，由于提升點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)之間的位移差控制在允許范圍內(nèi)，桁架體系沒有桿件發(fā)生局部失穩(wěn)。
近年來，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了一些新型施工方法，如高空曲線滑移技術(shù)、預(yù)應(yīng)力拱架結(jié)構(gòu)施工成型技術(shù)[3、4]、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開施工技術(shù)[5]。而整套提升技術(shù)只需安裝少量的腳手架，提升過程只耗費(fèi)一天時(shí)間，較滑移法施工節(jié)省工程量20～40%，節(jié)省支架30～60%，縮短工期30%。
4 大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制及加固實(shí)例
4.1 工程概況
上海振華港機(jī)連廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩個(gè)連接體鋼結(jié)構(gòu)，分上下布置，平面型式一樣。下部連體鋼結(jié)構(gòu)位于13F～16F之間，標(biāo)高從+41.67米至+51.57米；上部連體鋼結(jié)構(gòu)位于23F～26F之間，標(biāo)高從+74.67米至+84.7米；平面位置均位于A～H軸與8～12軸之間。單個(gè)連體鋼結(jié)構(gòu)體型尺寸約為38.5米（L）×30.8米（W）×9.9米（H），重量約為300噸。連接體主結(jié)構(gòu)為雙向正交的鋼桁架結(jié)構(gòu)。連廊結(jié)構(gòu)里面示意圖如圖1所示。
本工程采用在地面整體組裝，液壓同步提升，空中對(duì)接落位的工藝進(jìn)行安裝。該工藝避免了鋼連廊高空焊接對(duì)口，最大程度地保證了施工質(zhì)量。本工程起吊單片鋼桁架最重約20噸，H軸-N軸/8線-12線區(qū)域路基箱鋪設(shè)重約431噸。所以要求對(duì)三層樓面和H軸-N軸區(qū)域的地下室頂?shù)孛娴南聦咏Y(jié)構(gòu)需要進(jìn)行加固措施設(shè)計(jì)。
4.2 連廊鋼結(jié)構(gòu)整體提升吊裝施工及控制方案
連廊鋼結(jié)構(gòu)吊裝的關(guān)鍵工序?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)桁架于裙樓三層樓面的整體拼裝。為保證拼裝的精度，我們采取工廠加工制作與預(yù)拼裝控制、起拱控制、溫度影響控制、焊接收縮影響控制、地面拼裝控制和高空對(duì)接控制（主桁架一側(cè)設(shè)置500mm的預(yù)留段）的綜合控制技術(shù)，在詳圖設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮單片桁架的分段制作和運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)。
在兩塔樓主體結(jié)構(gòu)施工過程中，我們安裝連接連廊的勁性鋼柱時(shí)，要求對(duì)該部位的垂直度、軸線位置、標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格控制，以保證鋼柱牛腿與連廊在空中準(zhǔn)確對(duì)接；
在連廊鋼桁架制作過程中，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的牛腿標(biāo)高和軸線偏差數(shù)據(jù)反饋到加工廠。加工廠嚴(yán)格要求將主桁架GHJ-1、2、4于車間整體拼裝制作，并嚴(yán)格控制單片桁架的平面度、對(duì)角線尺寸、起拱要求等，待焊接矯正完畢后再進(jìn)行切割分段出廠（分段切割處設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)拼裝耳板以保證尺寸精確和現(xiàn)場(chǎng)拼裝速度）。同時(shí)要求與現(xiàn)場(chǎng)鋼柱牛腿連接的柱桁架GHJ-1、2的兩端頭各預(yù)留100mm余量于現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；
在連廊于裙樓三層樓面整體拼裝的過程中，我們要求使用激光測(cè)距儀將主體結(jié)構(gòu)鋼柱牛腿的標(biāo)高、間距、軸線位置等復(fù)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)反饋到連廊的地面整體拼裝中，并反復(fù)復(fù)核對(duì)角線和標(biāo)高，再對(duì)車間預(yù)留余量進(jìn)行調(diào)整和現(xiàn)場(chǎng)磁力鉆孔處理；
液壓整體提升過程中，嚴(yán)格控制8、12線/A、C、F、H軸8個(gè)液壓提升器的提升速度和整體均衡性，使整體連廊在一個(gè)平面內(nèi)穩(wěn)步上升并準(zhǔn)確對(duì)接；
在主桁架（GHJ1和GHJ2）同鋼柱的連接端的一側(cè)上下弦桿和腹桿設(shè)置500mm預(yù)留段，待帶連梁提升就位一側(cè)進(jìn)行臨時(shí)固定后復(fù)測(cè)實(shí)際尺寸，對(duì)預(yù)留段進(jìn)行修整后，進(jìn)行連接，確保連廊提升的順利和快速。
4.3 結(jié)構(gòu)加固方案設(shè)計(jì)
本工程鋼結(jié)構(gòu)連廊施工由于施工條件限制，連廊吊裝采用液壓整體提升技術(shù)進(jìn)行吊裝，所以連廊整體預(yù)拼裝需要在裙樓三樓樓面的預(yù)拼裝胎架上進(jìn)行。經(jīng)設(shè)計(jì)部門復(fù)核，位于砼柱頂上的21根胎架柱，受力不存在問題，但位于混凝土梁上的19根胎架柱，混凝土梁受力超出設(shè)計(jì)荷載，需要采取加固措施。由于南面01A軸/8、12軸有高壓電線和建筑紅線邊上的其他單位小廠房障礙而無(wú)法行走吊車，所以吊車吊裝區(qū)域安排在H~N軸/8~12線地下室頂?shù)孛妫?0.05米標(biāo)高）上進(jìn)行，所以需要對(duì)H~N軸/8~12線吊車行走區(qū)域進(jìn)行加固處理。
由于地下室頂板為反梁，不方便行車，同時(shí)也考慮到維護(hù)頂板不被損壞，要求在行走吊車時(shí)先在反梁上鋪設(shè)路基箱，路基箱下面鋪滿黃沙，以保證在吊車行走時(shí)形成均布荷載，但由于路基箱支點(diǎn)在兩反梁上連接，所以反梁將要承受絕大部分的豎向荷載，所以首先需要對(duì)砼反梁進(jìn)行特別的單獨(dú)的加固處理。
加固體系直接采用keyimg248×3.5鋼管及可調(diào)支托加固，計(jì)算體系中，結(jié)構(gòu)樓板為受彎結(jié)構(gòu),需要驗(yàn)算其抗彎強(qiáng)度和剛度。樓板板的按照三跨連續(xù)梁計(jì)算。取500mm寬樓板為計(jì)算單元，依次進(jìn)行了框架梁計(jì)算、支撐鋼柱計(jì)算和裙房大堂處加固計(jì)算等，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)算，地下室需要采用φ219X10的鋼管支撐頂撐加固,加固設(shè)施的設(shè)置布置圖及節(jié)點(diǎn)如圖2所示。
裙房大堂處加固采用扣件式鋼管支撐加固地上部分架體搭設(shè)高度為8.65米，通過與設(shè)計(jì)方溝通樓板設(shè)計(jì)承載為15KN/㎡，最大拼裝重量為65噸。為保證結(jié)構(gòu)安全性，驗(yàn)算過程中不考慮大廳頂板設(shè)計(jì)承載。因原大廳模板未拆除（立桿的縱距 b=0.50米，立桿的橫距 l=0.50米，立桿的步距 h=1.20米剪力撐沿縱、橫向設(shè)置每六排設(shè)置）僅需加固地下部分，如圖3所示。同樣采取同位搭設(shè)，并采用可調(diào)支托。
5 結(jié)論
(1)施工過程控制是保證大型鋼結(jié)構(gòu)施工過程安全可控的重要手段。本文采用的方法可以借鑒到其它類似的高層鋼結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)中。
(2)本文提出的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工控制方案進(jìn)行分析與計(jì)算，也可以使用模擬軟件上使之更為形象直觀。
(3)施工過程結(jié)構(gòu)加固方法，對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)施工安全和效果提供了保證，有助于確立更為有效、經(jīng)濟(jì)的施工方案。
參考文獻(xiàn)
[１]郭彥林,鄧科等.廣州新白云機(jī)場(chǎng)飛機(jī)維修設(shè)施工程整體提升方案及設(shè)計(jì).工業(yè)建筑,2004,31(12):6～11
[２]郭彥林,繆友武等.澳門某體育館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋主桁架整體提升方案及塔架分析.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2005(1)
[３]尹健，張同波，鄒傳學(xué).青島流亭機(jī)場(chǎng)航站樓大跨度曲面鋼屋蓋不等標(biāo)高曲線滑移施工法[J].土木工程學(xué)報(bào)2005，(02).
[４]鮑廣鑒，郭彥林，李國(guó)榮等.廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓鋼結(jié)構(gòu)整體曲線滑移施工技術(shù)[J1建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，(05).
[５]秦乃兵，張毅剛，丁明.整體張拉鋼析架結(jié)構(gòu)成型過程分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)2005，(07).
