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钢结构六大施工方法解析

随着体育馆、博物馆、美术馆、大型商业等建筑形式快速发展,我们身边出现了更多的大型钢结构建筑。下面来看看大型钢结构施工重点技术都有哪些吧。

01

高空原位单元安装法

高空原位安装法包括高空原位散装法和高空原位单元安装法。

(1)散装法。一般采用悬挑法或满堂脚手架法直接将构件在设计位置拼装。
此法为满足高空搁置及工人施工条件,需搭设满堂脚手架进行操作平台支撑。适用于跨度较小、工期要求较宽松的网架、网壳等结构中。
优点:由于单件的重量较轻,可有效降低起重设备的起重要求。
缺点:支撑搭设时间长,高空作业多,工期跨度大,且需用大量支撑材料,占用大量建筑物内场地。
(2)单元安装法。采用结构分块措施,将合理分块的单元吊装安装。
此法在条件允许情况下,可预先将单元在工厂进行预拼装。吊装单元的合理划分,一般应把握以下几点。
1)单元的大小视起重机能力和结构形式而定。
2)梁柱结构一般将分段位置设在反弯点位置。
3)网架、网壳结构可采取分块、分条的方式。
4)单元须有足够的稳定性、刚度及强度,自成一体。

02

滑移安装法

滑移安装法一般分结构滑移法、支承滑移法。
(1)结构滑移法。将结构整体(或局部)先在具备拼装条件的场地组装完成,再利用滑移系统整体移位完成安装。这种安装技术拼装场地和组装用机械设备可集中于一块相对固定的场地,与原位安装法相比,可减少临时支承与操作平台的措施用量,节约场地处理和管理成本。采用此法至少应注意几个要点。
1)结构支承处有利于铺设滑移轨道,滑移路线长,效率越高。
2)滑移单元应为几何不变体系,滑移过程中有足够的刚度和稳定性,尽可能减少滑移时的抵抗力。
3)当采用多点牵引来实现滑移时,为避免结构在滑移过程中发生扭转,牵引的同步性须得到控制,若难以保证,则应充分计算评估因牵引不同步给滑移单元造成的影响,必要时可为滑移单元进行临时加固。
4)滑移单元在最后固定之前,结构在移动方向与其正交方向存在着“容易滑移”的趋势,因为与设计支承条件不同,要防止设计外(即滑移平面外)的变形,有必要采取防止“滑落”的对策,比如在两侧支承附近设置自平衡的刚性拉杆或柔性拉索。
(2)支撑滑移法
支撑滑移法是在结构的设计位置搭设支承架,以给结构在原位安装提供支承和操作平台,待该部分结构安装完成后,支承滑移即与已装毕的结构脱离。这样即为相邻结构的原位安装创造了条件,如此循环,直至结构完成整体安装。采用此方法需注意支承构架除满足常规的整体及局部稳定外,还要考虑水平动荷载(启动及刹车作用引起的水平惯性力)。

03

整体吊装法

整体吊装法是指分散的结构构件在地面的时候将其拼接成整体,然后在利用起重设备将其吊至高空设计的位置施工将其安装,这个方法多于中等的跨度下桁架结构非常适用,同样对起重设备的要求会比较高,并且在使用整体吊装的过程里对于地面上的建筑工程的施工会有很大的影响。在施工过程中应注意以下几点。
(1)根据网架结构形式、起重机械(起重机械拔杆)性能及现场条件,决定整体吊装块的大小,重量多少,多方论证优化方案,制定出切实可行的具体整体吊装方案,以确保网架吊装过程中的同步控制及空中移位的安全保证。
(2)起重滑轮组穿绕方法,大吨位起重滑轮组的钢丝绳穿绕是否正确,会直接影响到吊装工作能否顺利进行。常用的方法为顺穿法和花穿法,需根据具体情况选择合适的方法。
(3)起重机或拔杆性能与构件吊装重量、起重滑轮组、铁扁担、索具、缆风绳、地锚、卷扬机或搅磨、地基、吊点、网架空中移位、拔杆拆除等均应验算,必要是可进行试验检查。

04

分条或分块安装法

所谓分条或分块安装法是指将钢结构的构件在地面上进行焊接,将其变成条状或者是块状的拼装,接着由起重机械吊装至设计位置组成整体架构,因此它也被称为小片安装法。相比较高空散装法可以节省很多的地面支架,并且分块或分条的大小一般是由起重设备的承受范围所决定的,所以施工方案的制订会比较灵便。此法主要有以下特点。
(1)承重支架除用扣件式钢管脚手架外,因为分条或分块安装法所用的承重支架是局部不满堂的脚手架,所以也可以用塔式起重机的标准节或其他桥架、预制架。
(2)网架分条分块单元的划分,主要根据起重机的负荷能力和网架的结构特点而定。其划分方法有下列几种。
1)网架单元相互靠紧,可将下弦双角钢分开在两个单元上。此法可用于正放四角锥等网架。
2)网架单元相互靠紧,单元间上弦用剖分式安装节点连接。此法可用于斜放四角锥等网架。
3)单元之间空出一个节间,该节间在网架单元吊装后再在高空拼装,可用于两向正交正放等网架。
(3)网架挠度的调整
合拢前应先将其顶高,使中央挠度与网架形成整体后该处挠度相同。由于分条分块安装法多在中小跨度网架中应用,可用钢管作顶撑,在钢管下端设千斤顶,调整标高时将千斤顶顶高即可,比较方便。如设计时考虑分条安装的特点而加高了网架高度,则分条安装时不需要调整挠度。
(4)网架尺寸控制
分条(块)网架单元尺寸必须准确,以保证高空总拼时节点吻合和减少偏差。如前所述,一般可采取预拼装或套拼的办法进行尺寸控制。另外,还应尽量减少中间转运,如需运输,应用特制专用车辆,防止网架单元变形。

05

无支撑安装法

大跨度悬挑钢结构无支撑安装法是在不搭设支承机构的条件下,以悬挑钢结构本体的刚度为依托,利用吊装机械进行高空散件安装,采用逐步延伸、阶段安装的方式进行施工。适用于结构本体刚度大、稳定性好,高度较高的悬挑钢结构。采用该工法,受自重影响,悬挑段一定会下挠,由此带来的困扰是构件的安装坐标未知,当遇到对安装位形有要求或存在合龙情形时,施工过程中结构的位形控制是最大的技术难题之一。此技术实施需注意以下几点。
(1)利用有限元软件模拟施工各阶段的变形及应力,根据计算结果设置钢索张拉并采取预变形控制措施,实施过程监控桁架的位移与变形。通过计算机全过程施工模拟,针对各工况进行加载分析,验算结构的位移变形和应力比,精确计算出不利工况下的钢索受力情况,以控制构件的整体变形。在不同的施工阶段反复监控并记录柱梁节点部位的位移数据。
(2) 对主桁架对应的钢柱连接牛腿标高控制在3 mm偏差范围,并对悬挑桁架下弦杆进行预起拱,防止桁架下挠。增设辅助支撑体系,吊装前计算好钢柱的重心位置,通过钢丝绳和手拉葫芦调整钢柱受力平衡,吊装后用辅助管支撑将钢柱与低层钢梁的吊耳连接,钢柱牛腿层形成局部稳定框架、焊接完成后再进行拆分,必要时辅助钢索张拉,实现安装过程的变形控制。
(3)超高空焊接作业时,如风力较大,须采取钢结构焊接防风措施。钢柱对接时搭设用三防布围挡的操作平台;框架梁和竖向支撑焊接时,采用与钢柱进行螺栓连接的可拆卸移动式防风罩,以保证钢结构的焊接质量。
(4)可按区域将结构分解成悬挑梁、柱及竖向斜撑,悬挑梁与斜撑采用组合单元安装,与钢柱形成三角稳定体,安装平面内钢梁,在悬挑梁安装立柱和上层框架梁、次梁,然后安装延伸悬挑段桁架。过程中通过结构的自身稳定性,分步依次作业,通过钢索张拉技术控制节点标高和位移,从而保证位移控制在合理范围内,大幅提高了施工的速度和安全性。

06

折叠展开安装法

折叠展开安装法是运用网壳穹顶的结构,其使用原理在于它的立体空间可以被当做是环向箍的效果与径向拱的效果来叠加。这种施工技术是将网壳去掉一部分杆件,让其成为一个可以机动的结构体,将网壳结构在地面上将其折叠的部分进行展开,来减低安装高度,最后通过提升设备的方式补全剩余的构建设计位置,使整体的结构恢复之前的静定结构。该方法有以下技术要点。
(1)结构抗瞬变
当网壳可动铰之间连线的夹角接近180°时,会发生几何瞬变现象。瞬变铰部位运动速度很快,提升力迅速减小,提升索松弛,网壳杆件内力增大直至破坏。可采取以下方法解决。
1)在网壳的两侧各设置4根临时拉索,当吊点提升到网壳接近瞬变时,减慢提升速度,张紧临时拉索,通过滑轮组缓慢释放索内张力,以避免瞬变的发生。
2)在节点板的适当位置添加限位装置,限制节点的转动范围,防止节点在不利情况下的突然大幅度转动。
3)点动短距提升,为防止网壳提升中结构瞬变反拱现象,结构设计时要考虑关键阶段进行短行程提升,每次行程20mm,必要时缩短为10mm,以便于施工人员的观察、测量及浪索调节等工作。
(2)提升过程中的同步控制
提升时如果各吊点不同步,除了网壳会发生变形外,两侧不同高差引起的水平力还会造成偏移,甚至吊索发生松弛导致结构失稳现象。在提升过程中网壳梁端是固定铰支座,中间铰支座不固定,这种结构提升时如同步控制不好将增加结构的不稳定性。因此必须控制提升过程中各吊点的高度偏差、动作同步及负载均衡,可通过以下方式解决。
1)因一个吊点与其他吊点之间存在高差对结构内力有影响的区域集中在该吊点和临近吊点附近,对结构的其他区域影响很小。可通过适当增大应力变化较大杆件的截面来抵抗高差的影响。
2)当吊点高差达到一定数值时,较高吊点临近的一个吊点将发生吊索松弛。通过超大型钢结构整体提升计算机控制系统来保证提升过程中的高差。
3)采用人工辅助监测。监测内容包括网架提升高度、水平偏移、提升架垂直度以及液压千斤顶压力等。如发现超标立即通知提升控制室及时调整。
(3)内应力控制
网壳提升时有多个铰轴,各铰轴之间须互相平行,每一个铰轴上的铰须多铰同轴,否则会产生过大的内应力,严重时将发生网壳变形,甚至损坏。因此网壳的拼装精度须符合要求。
1)严格控制网壳制作和拼装误差,网壳在地面拼装后各铰轴必须相互平行,同一铰轴上各个铰的同轴度误差≤3mm。
2)提升中严格控制各吊点负载的变化差异,使网壳保持动态平衡。
3)在施工中采取了高精度的偏差控制技术、高稳度的负载调节技术、多点同步调整技术和点动短距提升技术等先进措施,确保了施工质量和施工安全。

(图片来自网络,版权属于作者)


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