重型悬挑钢结构无支撑安装技术研究与应用

重型悬挑钢结构无支撑安装技术研究与应用

马阳钊 ,高帅 

九冶建设有限公司   陕西 咸阳 712042

摘要：近年来，随着高层建筑功能和建筑美观要求的提高，高层建筑的结构形式变得越来越复杂和多样化，如非正规建筑、有转让层的建筑、垂直收缩和门到门建筑等等。特别是，高层建筑设计中广泛使用了门到门结构，因为它具有充分利用空间资源、土地资源较少、视觉影响较大和建筑艺术较强等优点，而且钢强度高、刚性高、可塑性强和重量重但是，这种大型门到门钢结构的施工必须克服场地、起重设备、结构安全、施工费用等各种困难。，这给混凝土的施工带来了很大的困难目前常用的门到门钢结构安装方法包括带或不带支架的现场安装、模板支架的现场安装、整体吊装等。应根据各种因素，如门到门结构的形式、场地空间、测量设备、施工安全、施工费用等，对场地进行全面审查和实施。基于此，本篇文章对重型悬挑钢结构无支撑安装技术研究与应用进行研究，以供参考。

关键词：重型悬挑钢结构；无支撑；安装技术；研究与应用

引言

随着房屋建筑技术的不断发展，建筑师钢结构越来越受到青睐，因为它具有很高的强度和良好的稳定性。它经常用于展览中心、机场、体育场、体育馆等大型建筑物。每栋建筑都有不同的形状。为了满足建筑外观的要求，通常会出现大面积的悬挑结构。但是，由于其结构的特殊性，通常采用安装临时支撑结构及其均匀卸载的安装方法。本文改进了开放式钢结构不受支持的安装方法，不仅提高了工作效率，还能有效解决施工过程中存在的问题。

1工程概况

BRAC大学新校区建设工程位于孟加拉国首都达卡市区，占地面积22000m2，为一栋单体建筑，总建筑面积148600m2，分为地下3层，地上13层。主体结构为轻型-混凝土组合结构，钢结构总重约17000t，钢构件截面主要为圆形、箱型、H型、C型，最大板厚达120mm。4层、5层悬挑位置如图1、图2所示，在建筑物AE轴线~AG轴线的4层钢梁从AE轴线出挑长度9m。由于其在自重作用下构件承载力及变形超过设计允许值，设计上将它通过拉杆和5层X形结构在一起形成一个整体受力结构，5层X节点既承受4层的倒挂重量，也承受上部混凝土荷载。5层悬挑结构焊接在下部圆管支撑柱上，X节点外挑长度为4m，安装完成后如图3所示。4层模块总重量约80t，5层X节点模块总重量约120t，单根构件最大重量约28t，各位置钢结构构件总重量如表1所示。

图14层悬挑结构俯视图

图25层悬挑结构俯视图

图34层、5层悬挑钢结构图

2施工难点

1)钢框架的安装高度高，自由振动地面没有支撑；2)梁-柱连接和支撑连接采用螺栓连接和焊接，要求安装精度高；3)悬臂长度长，南高12.2米，需要高度挠度控制。

3悬挑结构安装方案

3.1施工吊装原理

由于桁架的重心位于轴钢柱之外，因此单个结构单元的轴柱在伸出端没有临时支撑的情况下被拉压。因此，将在钢柱的位置设置一个临时的拉结架，与桁架一同升降，并临时固定在钢柱上，以防止钢梁的尾部整体翻转或翻转。拆下桁架和钢柱板焊接后的临时安装框架。为确保结构和临时措施的安全，并为现场安装提供指导，商业软件对一个在建结构单元进行了验证和分析。

3.2深化设计

本工程采用Tekla深化设计软件进行深化，钢梁、钢柱根据起重机额定起重能力进行深化分段。其中最长钢梁16.08米，单重4.311×104N，无需分段直接吊装。钢柱分层分段，第一层为吊装单元。立柱上端超出楼面标高1m，最大单位重量为5.122×104N，以上分段重量均满足吊车要求。

3.3吊车选型及施工准备

工程施工阶段，只有一台TC7020型塔式起重机布置在距分组建筑较远的核心管道北面的施工现场，因此不可能进行大型自由支承钢结构的吊装，只能租用卡车起重机进行施工。工程施工面积狭窄，东西部还有其他工程正在施工。东西部只设置狭窄的施工通道，使得材料堆积和汽车起重机的安装更加困难。为了尽可能减少租金费用，将在罗克大楼的南部施工区安装汽车司机。该区域靠近大悬臂安装位置，只有130型自动柜员机能够满足吊装要求，但该区域是地下室底板。为保证混凝土施工在汽车转向架上的安全，必须保证卡车起重机腿落在混凝土梁上，钢板放在腿上以分担压力，腿混凝土梁需要反向推力。

3.4胎架支撑安装施工模拟

5层自由支承钢结构向外倾斜，支撑装置在施工过程中作为克拉格尔姆结构的临时支撑系统放置在可解释柱的底部。在设计仿真计算中，该装置通过刚性垂直杆连接到悬臂柱。该装置采用2.0m×2.0m光栅装置，夹具柱横截面为P219×10圆钢管，连接杆为P85×5 mm圆钢管，底座和上部梁由HN450×200热轧型材钢组成，均为Q345B。构造载荷为1.2 DL，其中dl是结构的自重。整个施工过程中，整个结构的最大z方向位移为-22.9mm，卸载前五层自由钢结构的最大z方向位移为16.6mm，最大组合应力为119.5 MPa。克拉门托梁的最大伸出长度约为9.5m，材料Q345B和Q345 gj，位移和应力均在允许范围内。该装置施工期间的最大z位移为16.3mm，最大应力为167.4 MPa，符合要求。卸载后，kragarmstruktur的最大z位移为20.5mm，最大组合应力为106.5 MPa。卸载前后不存在超出规范允许范围且符合要求的应力和位移的过度波动。

3.5X节点预起拱计算

5层X节点悬挑梁长度4m，重量22.3t，通过计算，悬挑结构在自重和上部荷载共同作用下会产生不同程度的下挠，下挠最大值为20mm。如图4所示。同时利用SolidWorks有限元软件进行X节点悬挑梁安装验算，在安装焊过程中，悬挑梁会下挠2mm，既需要安装预起拱约为2mm，既现场应考虑安装时码板受力造成的2mm挠度，如图5所示。综合自重，上部荷载，安装过程码板临时连接时在焊接过程中的下挠，最终确定了5层X节点每一根悬挑梁的预起拱值，即每个X节点悬挑梁在原下挠值基础上加上2mm为最终预起拱值。

图4X梁挠度值图

图5X梁挠度验算图

3.6种方案比对

外挑桁架的最大峰值高度约为。32米，悬臂长度。身高27米，体重约30磅。23t .在安装过程中，消除了各种支架的制造、运输和装配以及相应的支撑框架稳定措施(如电缆风箱等)。。根据初步统计，采用30 m高支撑框架需要115 t钢，但采用简单的瑞秋固定框架只需要12.5t钢。消除卸载过程，节省大量工作和时间。

3.7吊装过程中的人员安全保障

吊装前，钢梁必须配有救生索，以确保在钢梁工作时工人有安全带位置。吊臂结构吊装时，工人需要进行定位、监测、校准等工作，同时需要高强度的螺栓和焊接件，高度脱模操作具有很高的风险系数，尤其是对于首先吊装的5层大自由振臂钢梁，如果没有操作平台，就无法进行钢梁的定位和挠度控制。为确保施工安全和质量，在5层轴向钢梁末端设置2.5m×2.5m长脚手架平台，两个平台通过脚手架连接，垂直连接3层钢柱，确保脚手架平台的整体稳定性。

结束语

为了满足建筑外观的要求，各种复杂的、特殊形状的空间克拉门结构在钢铁超高层建筑中广泛应用。本项目采用不受支持的安装方法重新开放自由支承钢结构。在安装过程中，将执行设计模拟，检查设计中每个阶段的应力和变形，并确定用作凸出和预设基础的变形量。该方法不仅加快了施工效率，降低了施工成本；还保证工程质量和建筑安全；同时确保了建筑结构和使用的安全性，取得了良好的经济效益。它可以为安装类似项目提供参考。

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