天津市電臺高層建筑樓頂鋼旗桿結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工

王 暉 王秀泉

(1.天津住宅集團(tuán)建設(shè)工程總承包有限公司，天津 300070； 2.天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072)

天津市電臺高層建筑樓頂鋼旗桿結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工

王 暉1王秀泉2

(1.天津住宅集團(tuán)建設(shè)工程總承包有限公司，天津 300070； 2.天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072)

以天津市電臺數(shù)字廣播大廈樓頂鋼旗桿結(jié)構(gòu)為研究對象，考慮結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載、安裝荷載、覆冰荷載、橫向風(fēng)振等因素，采用Midas/Gen進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計，為保證結(jié)構(gòu)安全可靠，并針對高層建筑樓頂施工的特點，提出鋼旗桿分段吊裝、整體提升的施工方案。

鋼旗桿，樓頂高聳結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計，施工方案

0 引言

廣播電視、通訊、電力等單位的高層建筑頂部常設(shè)置高聳的旗桿結(jié)構(gòu)，兼有發(fā)射天線、避雷針、航標(biāo)燈、裝飾等功能。由于旗桿結(jié)構(gòu)位置及結(jié)構(gòu)布置的特殊性，其設(shè)計與施工均不同于普通結(jié)構(gòu)。設(shè)計中除應(yīng)考慮風(fēng)荷載、覆冰荷載等特殊荷載，還應(yīng)考慮可能的橫向風(fēng)振。同時，旗桿結(jié)構(gòu)位于高層建筑頂部，受場地條件的限制，制作精度要求高、安裝難度大，需要根據(jù)具體情況制定施工方案。

1 工程概況

天津市電臺數(shù)字廣播大廈樓頂鋼旗桿，全長42 m，底部有13 m嵌固于主體結(jié)構(gòu)中，頂部標(biāo)高為151.68 m。旗桿結(jié)構(gòu)由變截面圓鋼管構(gòu)成，鋼管截面從下至上依次為：φ800×24，φ650×18，φ500×12，材料為不銹鋼0Cr18Ni9Ti，屈服強(qiáng)度205 kN/mm2，近似按Q235鋼取抗力分項系數(shù)，計算得到設(shè)計強(qiáng)度為187 kN/mm2。采用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件Midas/Gen建立旗桿鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計模型，如圖1所示。構(gòu)件全部采用梁單元，節(jié)點1施加三向鉸接約束，節(jié)點2，3施加水平雙向鉸接約束。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 荷載取值

1)結(jié)構(gòu)自重：設(shè)計軟件自動計算結(jié)構(gòu)自重；2)風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓0.55 kN/m2，風(fēng)壓高度變化系數(shù)按150 m高、C類地面粗糙度取2.03，風(fēng)振系數(shù)取2.0，體型系數(shù)取1.2；3)覆冰荷載：結(jié)構(gòu)位于天津地區(qū)，取覆冰厚度，b=10 mm，α2=2.2，ql1=0.024 2 kN/m，ql2=0.024 7 kN/m，ql3=0.025 1 kN/m；4)檢修荷載：取0.5 kN/m；5)地震作用：抗震設(shè)防烈度7度，0.15g，Ⅲ類場地。根據(jù)GB 50135-2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[2]第4.4.3條，小于9度的鋼桅桿，可不進(jìn)行抗震驗算。

2.2 荷載組合

根據(jù)GB 50135-2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范表3.0.6-2，檢修荷載、覆冰荷載不同時考慮，又因為檢修荷載作用大于覆冰荷載作用，因此組合中只考慮自重、風(fēng)荷載、檢修荷載的組合。

1)1.2×自重+1.4×風(fēng)荷載+1.4×檢修荷載。2)1.35×自重+1.4×0.6×風(fēng)荷載+1.4×檢修荷載。3)1.0×自重+1.0×風(fēng)荷載+1.0×檢修荷載。

2.3 計算結(jié)果

1)約束反力：最不利的狀態(tài)下，1號節(jié)點Fy=38.1 kN，F(xiàn)z=207.3 kN，2號節(jié)點Fy=135.5 kN，3號節(jié)點Fy=153.5 kN。2)位移：正常使用極限狀態(tài)下，頂端6節(jié)點位移為185 mm

雷諾數(shù)Re=69 000vd=69 000×58.1×0.3=1.2×106。

3×105≤Re<3.5×106，發(fā)生超臨界范圍的共振，可不做處理。

3 施工方案

3.1 整體思路

利用現(xiàn)有QTZ250型塔吊為垂直運輸設(shè)備，將旗桿分段運輸至數(shù)字廣播大廈主樓內(nèi)鋼旗桿設(shè)計位置下方(標(biāo)高82.975 m～125.355 m)，在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)將旗桿鋼結(jié)構(gòu)依次連接成為整體，然后利用吊鏈整體提升至151.68 m設(shè)計標(biāo)高位置。

3.2 鋼構(gòu)件制作

鋼旗桿長42.38 m，受塔吊起重量限制，旗桿鋼結(jié)構(gòu)需分段制作，如圖2所示，旗桿變截面處使用八塊肋板進(jìn)行加強(qiáng)，并使用4 mm厚不銹鋼薄板密封肋板實現(xiàn)旗桿平滑過渡。

3.3 鋼旗桿分段吊裝

首先吊裝第一節(jié)旗桿至82.975 m標(biāo)高位置，然后將其與柱腳連接節(jié)點進(jìn)行臨時固定，并調(diào)整其垂直度和標(biāo)高。按分節(jié)順序依次吊裝其余各分節(jié)旗桿，并與下節(jié)旗桿進(jìn)行臨時固定，同時調(diào)整其垂直度和標(biāo)高，每節(jié)旗桿垂直度及標(biāo)高調(diào)整完成后才能進(jìn)行下一節(jié)旗桿吊裝作業(yè)，吊裝完成后鋼旗桿位置如圖2所示。

3.4 鋼旗桿對接拼接

各節(jié)鋼旗桿之間采用對接焊縫焊接連接，單面坡口，鋼管內(nèi)設(shè)置400 mm長襯管，焊縫質(zhì)量等級為二級。焊接前采用安裝螺栓定位，然后焊接水平對接焊縫，焊接完成后拆除安裝螺栓，割除螺栓連接板。設(shè)置了安裝螺栓連接板的旗桿應(yīng)在工廠進(jìn)行預(yù)拼裝，確保拼接節(jié)點處的加工精度滿足安裝要求，保證旗桿對接拼接方便快捷地完成，同時，設(shè)置安裝螺栓連接板還可以減小焊接變形。

3.5 鋼旗桿整體提升

1)鋼旗桿整體提升采用4根10 t吊鏈交替循環(huán)進(jìn)行，首先在主體結(jié)構(gòu)122.67 m標(biāo)高旗桿位置搭設(shè)提升架體，如圖3所示。

2)提升架體安裝完成后，解除鋼旗桿臨時固定措施，然后使用吊鏈1、吊鏈2同步向上提升旗桿9 m。

3)旗桿第一次提升到位后，吊鏈1，2不飛鉤，先將吊鏈3，4栓于架體下方9 m旗桿吊耳上，然后吊鏈3，4同步緩慢提升旗桿，待吊鏈1，2完全松弛內(nèi)力卸除后再飛鉤，然后繼續(xù)提升3，4到達(dá)指定標(biāo)高。然后按相同步驟進(jìn)行第三次提升，如圖4所示。

4)鋼旗桿提升到設(shè)計標(biāo)高后，吊鏈暫時不飛鉤，進(jìn)行109.3 m處柱腳節(jié)點安裝，柱腳節(jié)點(如圖1所示1節(jié)點)安裝完成后進(jìn)行旗桿垂直度及標(biāo)高調(diào)整，旗桿垂直度及標(biāo)高都達(dá)到相關(guān)要求后，將旗桿與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行永久連接(如圖1所示2,3節(jié)點)，然后緩慢卸除吊鏈，割除提升吊耳，至此完成鋼旗桿安裝。

3.6 施工注意事項

1)吊裝時，吊機(jī)操作應(yīng)盡量緩慢進(jìn)行，以減小沖擊力的影響，盡量避免超載和斜吊構(gòu)件；2)作業(yè)面安裝風(fēng)速儀，禁止在六級風(fēng)及以上的情況下進(jìn)行吊裝作業(yè)；3)雷雨天氣禁止施工，如遇突發(fā)雷雨天氣，施工人員應(yīng)立即停止作業(yè)，進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)避雷區(qū)躲避；4)為防止鋼旗桿提升過程中提升架變形引起安全隱患，除對提升架進(jìn)行承載力驗算外，還應(yīng)保證提升架的剛度。

4 結(jié)語

通過對天津市電臺數(shù)字廣播大廈樓頂旗桿鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析及施工方案制定，得到以下結(jié)論：1)旗桿鋼結(jié)構(gòu)最不利應(yīng)力小于鋼材的設(shè)計強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)承載力滿足設(shè)計要求；2)結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)下最大變形小于規(guī)范限值，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計要求；3)對由脈動風(fēng)引起的旗桿橫向風(fēng)振的驗算表明，旗桿鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生超臨界狀態(tài)共振，可不做處理；4)鋼旗桿的分段吊裝、整體提升的施工方案安全可靠。

[1] GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50135-2006，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] Midas I T.Midas/Gen:General Structural Design System for Windows,Online Manual,V.7.1.1(R2)[J].Korea,2006(4)：22.

Design and construction of steel flag pole structure of the high-rise radio building in Tianjin

WANG Hui1WANG Xiu-quan2

(1.TianjinResidentialGroupConstructionEngineeringContractCo.,Ltd,Tianjin300070,China;2.CollegeofBuildingEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Taking the steel flag pole structure of Tianjin radio and broadcasting building top as the research target, the paper considers structural self-weight, wind load, installation load, ice load and horizontal wind vibration and other factors, applies Midas/Gen for structural analysis and design, and puts forward section steel flag pole hoisting and overall hoist in light of high-rise building top construction features in order to guarantee the structure safe and reliable.

steel flag pole, top building structure, structural design, construction scheme

1009-6825(2014)15-0037-03

2014-03-14

王 暉(1975- )，男，工程師； 王秀泉(1989- )，男，在讀碩士

TU318

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