空间双曲面钢结构安装施工技术.pdf

科学技术创新 2023.22空间双曲面钢结构安装施工技术曾树佳1，韩靖2，黄志超2（1.广州建筑股份有限公司，广东 广州；2.广州一建建设集团有限公司，广东 广州）1工程概况广州塔南广场项目属于大型地下空间项目，位于广州塔南侧，东临广州塔路，南临艺洲路，西临艺苑路。建设场地为不规则梯形，地块南北长约 322耀353 m，东西长约 182耀280 m，总用地面积 76 040 m2，建筑面积113 568.4 m2，地下 3 层，采用半逆作盖挖施工。为配合景观营造，建筑设有悬挑波浪造型的钢梁结构，其分布位置与效果如图 1 所示。图 1悬挑钢梁分布位置及效果示意2技术难点分析顶板的东、西两侧以及北天眼处设有曲面波浪形悬挑钢梁结构，主要由埋件、悬挑变截面钢梁、主钢梁、次钢梁组成。悬挑钢梁固定端与结构楼板中的预埋件进行铰接，悬挑端的变截面钢梁与主钢梁之间采用高强螺栓进行连接。东面钢梁悬挑长度约 7.5 m，西面悬挑长度约为 10 m，纵向通长跨度约 66 m，总用钢量约为 154 t。钢梁悬挑长度大，双曲线结构造型复杂，以致于常规连接板预埋件的负荷能力无法满足大跨度悬挑结构的支承反力1-5，需在传统预埋件的基础上进行优化，从而确保节点的受力安全。需考虑超长悬挑钢梁末端挠度变形对最终造型定位的影响，提前对施工全过程进行模拟计算，并在施工过程中采取有效纠偏措施，保证安装精度以及最终的成品质量。主要难点如下。2.1安装定位精度控制主梁节点与预埋件相连接，埋件易受楼板浇筑混凝土的影响而产生偏移，再加上钢梁悬挑长度大，在安装各悬挑构件时容易产生累计误差6-8，且主次梁交接处为不规则的斜截面四边形，因此，对各构件安装定位精度的把控有着较高的要求。2.2倾斜构件吊装定位为精准呈现波浪状造型，悬挑构件以及次梁构件采用变截面 H 型梁及箱型梁。主次梁连接面为不规则四边形，在吊装时需要预先考虑安装倾角，尽可能降低高空作业的定位难度。2.3监控及纠偏措施需对安装全过程实施精度监控，且当偏移量超出控制范围时应该及时采取有效的纠偏措施，避免出现偏移导致后续构件无法安装或完工后整体造型偏移摘要：本文针对广州塔南广场项目的空间双曲面悬挑钢结构施工过程中的重难点进行技术攻关，通过优化预埋件，解决传统预埋连接板在连接大跨度钢梁时的受力安全问题。运用有限元软件对施工全过程的受力变形进行模拟计算，考虑悬挑梁的下挠程度，并在施工过程中实施位移监测，偏差超出控制范围时及时采取纠偏措施，提高现场施工质量，最大程度呈现设计意向效果。关键词：大跨度；悬挑钢梁；曲面；广州塔南广场中图分类号院TU744文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤22-0150-04基金支持:广州市建筑集团有限公司科技计划项目-合同编号：2022-KJ022、2023-KJ001遥作者简介院曾树佳（1969-），男，本科，高级工程师，主要从事施工生产管理方面的工作。150-2023.22 科学技术创新等问题。2.4自由端挠度变形钢结构悬挑长度大，自重作用导致的结构变形将影响整个悬挑结构的受力、拼装精度以及结构的安全性，如何充分考虑结构变形问题、控制施工过程变形、稳定性、挠度变化是施工的重点和难点。2.5预埋件荷载超限常规连接板预埋件的负荷能力无法满足大跨度悬挑结构的支承反力，需在传统预埋件的基础上进行优化，从而确保节点的受力安全。2.6高空作业在大悬挑钢结构施工过程中，要进行钢结构构件的吊装、高空安装与焊接等工作，同时穿插顶板园林绿化铺装等工序，施工安全风险大。3关键工艺3.1施工全过程模拟分析为验证钢结构吊装方案的可行性以及考虑超长悬挑钢梁末端挠度变形对最终造型定位的影响，需分析提取吊装施工全过程中结构的内力变化情况，采用有限元软件建立大悬挑钢结构施工模拟分析模型，如图 2、图 3 所示，计算施工过程中各构件安装就位后的不同工况，分析各工况加载下钢构件的受力、变形状态。同时结合吊装机械工作性能对钢构件进行合理的分段，保证分段后的重量都在吊装机械的工作能力范围内。3.2精度控制及纠偏技术在钢梁安装过程中，采用红外线水平仪对钢梁的轴线坐标进行跟踪观测，保证钢结构安装过程中各项控制指标在可控范围内。若在钢梁安装过程中垂直度产生偏差，可采用手拉葫芦和千斤顶进行调整。3.3预埋构件优化设计钢梁悬挑长度大，以致于常规连接板预埋件的负荷能力无法满足大跨度悬挑结构的支承反力，需在传统预埋件的基础上进行优化，连接方式如图 4 所示，安装时先做螺栓连接固定，再将预埋钢骨与钢梁的上下翼板做全融透一级焊缝焊接，从而确保节点的受力安全。4工艺流程东、西侧以及北天眼处的悬挑钢梁均为曲面凹凸造型。东、西侧根据现场施工进度及场地条件，大雨棚可纵向安装，安装顺序见图 5、图 6，由南向北或者由北向南，安装思路如下：第一步：预埋件安装完成后，再安装焊接钢梁短接头；第二步：安装变截面悬挑主钢梁；第三步：安装次钢梁；第四步：安装悬挑次钢梁；第五步：安装最外层的次钢梁；第六步：次钢梁安装完成，焊缝探伤检测、验收。图 5变截面悬挑主钢梁安装示意图 2东西侧悬挑钢梁模型图 3北天眼处悬挑钢梁模型图 4悬挑主梁及预埋构件151-科学技术创新 2023.22北天眼悬挑钢梁结构施工工序如下：第一步：混凝土梁钢筋绑扎后，安装钢柱、钢梁埋件。第二步：安装立柱；第三步：从高处开始顺序吊装、安装 Y 形钢柱，如图 7 所示；第四步：从高处开始顺序吊装主梁、檩条，如图 8所示；第五步：安装其他悬臂梁；第六步：焊缝探伤检测、防腐防锈涂装、验收。图 7安装 Y 形钢柱图 8安装主梁、檩条5质量控制要点（1）钢结构安装前，应根据定位轴线和标高基准点复核和验收土建施工单位设置的制作预埋件或预埋螺栓的平面位置和标高。（2）结构安装时，应注意日照、焊接等温度变化引起的热影响对构件的伸缩和弯曲引起的变化，并采取相应的措施。（3）对关键构件在施工过程的沉降、位移和变形情况进行连续不间断监测，以便及时对支撑系统和重要杆件的位移、变形量及其对设计参数的符合程度进行评估。（4）厚板焊接时，应注意严格控制焊接顺序，防止产生厚度方向上的层状撕裂。（5）焊接完成后认真对焊缝外观进行检查，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。且一级焊缝不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。6结论围绕广州塔南广场项目，深入分析双曲线悬挑钢结构设计及施工需解决的各项难点技术问题，进行技术攻关，优化预埋件，解决传统预埋连接板在连接大跨度钢梁时的受力安全问题。运用有限元软件对施工全过程的受力变形进行模拟计算，考虑悬挑梁的下挠程度，并在施工过程中实施位移监测，偏差超出控制范围时及时采取纠偏措施，提高现场施工质量，最大程度呈现设计意向效果，为类似工程提供参考。参考文献1贺红星，邓运生，詹巍,等.钢结构双曲裙带梁的安装精确控制技术C/施工技术 杂志社，亚太建设科技信息研究院有限公司.2022 年全国土木工程施工技术a.安装悬挑主梁b.安装悬挑次梁c.安装最外层悬挑次梁图 6悬挑主梁次梁安装工序152-2023.22 科学技术创新Installation Technology of SpatialHyperboloid Steel StructureZeng Shujia1,Han Jing2,Huang Zhichao2(1.Guangzhou Construction Co.,Ltd.,Guangzhou,China;2.Canton One Construction Group Co.,Ltd.,Guangzhou,China)Abstract:This paper focuses on the key technical problems in the construction of long-span hyperbolicParaboloid Steel structure of the Canton Tower South Square,to solve the traditional embedded connectionplate in the connection of large-span steel beams when the force safety problems.Using the finite elementsoftware to simulate and calculate the stress and deformation in the whole construction process,consideringthe deflection degree of the cantilever beam,and carrying out the displacement monitoring in the constructionprocess,improve the site construction quality,the maximum degree of design intention effect.Key words:large span;cantilevered steel beams;curved surface;Canton Tower South Square交流会论文集（上册），2022:560-563.2张伟超，张磊，王磊，等.大跨度双曲线钢结构施工过程模拟分析J.工程建设与设计，2022(21):18-22.3卢春亭，张世伟，张祥伟，等.大跨度球形艺术场馆钢结构综合建造技术J.安装，2022(S1):97-98.4陈喜晖，闫昌盛，吴伟文，等.高架车站大悬挑大跨度钢架安装质量关键技术研究 J.中国水运，2022(3):139-142.5卢春亭.超大直径双球嵌套钢结构安装关键技术Z.河南省，中国建筑第七工程局安装工程有限公司，2021-04-12.6周元，黄珊，代小强，等.大跨度双曲圆管桁架施工关键技术J.建筑机械化，2018，39(6):43-46.7张德志，蒋韬，刘重阳，等.上海世茂深坑酒店大型跨越桁架施工技术J.施工技术，2017，46(7):20-24.8范重.空间结构设计中的探索与创新C/中国土木工程学会教育工作委员会.第六届全国土木工程研究生学术论坛论文集.清华大学出版社，2008:17-26.153-