某大跨度懸挑鋼連廊施工過程監(jiān)測

楊偉 常志巍 郭郴 戚濟(jì)恩 高峰

(1.福建省建筑科學(xué)研究院 福建福州 350025；2 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建福州 350025；3.福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350025；4.上海同濟(jì)工程咨詢有限公司 上海 200092)

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某大跨度懸挑鋼連廊施工過程監(jiān)測

楊偉1,2常志巍3郭郴3戚濟(jì)恩4高峰1,2

(1.福建省建筑科學(xué)研究院 福建福州 350025；2 福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建福州 350025；3.福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350025；4.上海同濟(jì)工程咨詢有限公司 上海 200092)

以某大跨度懸挑鋼連廊的施工過程進(jìn)行變形和應(yīng)力監(jiān)測為例，介紹了鋼連廊施工方案和監(jiān)測內(nèi)容及測點(diǎn)布置方案及其施工過程主鋼梁的變形和關(guān)鍵受力部位應(yīng)力的監(jiān)測，對比分析了實(shí)測結(jié)果與理論數(shù)值模擬結(jié)果。結(jié)果表明，該鋼梁的變形和應(yīng)力值均在設(shè)計(jì)值允許范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

大懸挑；鋼梁；施工監(jiān)測；數(shù)值模擬

1 工程概況

某大廈主體工程建筑高度主樓為149.9m，總建筑面積約為125 290m2，主要由一幢地上31層辦公樓及2幢5層～7層附屬樓組成，3幢樓在地下連通，地下室兩層，地上由4座鋼連廊連通。分別連接于主樓與東西樓之間，其中主樓與西樓之間為鋼連廊 L1、L2、L3，主樓和東樓之間為鋼連廊 L4，鋼連廊分布情況，如圖1所示。

鋼連廊L1跨度27m，寬3.3m，連通西樓三層與主樓二層，連廊采用下承式桁架結(jié)構(gòu)，桁架高度3.45m；鋼連廊L2跨度23.7m，寬4.75m，連通西樓四層與主樓三層，連廊為單層鋼梁形式。鋼連廊L3分為上下兩層，上層連廊跨度為42.6m，寬10.2m，連通西樓屋面層和主樓第五層；下層連廊跨度為42.6m，寬9.1m，連通西樓第四層和主樓第三層，均為鋼梁形式；鋼連廊L4位于主樓和東樓之間，跨度為51m，寬9m，連通主樓第五層和東樓第五層。由于鋼連廊L3和L4均采用鋼梁形式，且跨度和懸挑均比較大，需要對其施工過程進(jìn)行監(jiān)測，本文主要介紹L4施工過程監(jiān)測情況。

2 施工方案

鋼連廊施工在東西樓及主樓結(jié)構(gòu)封頂，地下室頂板后澆帶(沉降縫)施工完畢并達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行安裝，安裝時(shí)先安裝連廊L3，再安裝連廊L4。鋼連廊L4采用350t履帶吊作為主要吊裝設(shè)備，主梁分成3段～5段，如圖2所示。施工之前先在主梁分段處搭設(shè)胎架，主梁采用高空原位組裝的方法[1-2]。次梁及其余小型構(gòu)件單件吊裝，采用高空散裝的方法。

結(jié)合現(xiàn)場鋼連廊布置及分段情況，臨時(shí)胎架布置在鋼梁分段處，且胎架盡量位于或靠近混凝土梁柱。胎架卸載時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析值，將主梁鋼楔子逐一由中間向兩邊的步驟進(jìn)行均勻下調(diào)。重復(fù)由中間向兩邊進(jìn)行鋼楔子下調(diào)原則，逐步將主梁下鋼楔子全部卸載懸空，達(dá)到支撐卸載目的。卸載順序按照“變形大的位置先卸載，變形小的位置后卸載”原則，卸載從梁中向梁兩側(cè)依次卸載。每一級胎架卸載懸空后進(jìn)行下一級卸載，具體卸載順序如圖3所示。

3 監(jiān)測內(nèi)容及測點(diǎn)布置

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

鋼連廊L4采用鋼框架承重體系，鋼梁跨度和懸挑大，胎架卸載過程中的施工監(jiān)測極其必要[3-4]。監(jiān)測內(nèi)容如下：

(1)鋼梁變形：主要監(jiān)測主鋼梁的跨中及懸挑端的變形。

(2)構(gòu)件應(yīng)力：主要監(jiān)測主鋼梁支座、跨中及牛腿根部等受力較大處的應(yīng)力。

3.2 測點(diǎn)布置

3.2.1 變形測點(diǎn)布置

在鋼連廊L4的外跨、內(nèi)跨鋼梁的端部、1/2、1/4、3/4處和懸挑端處均布設(shè)1個(gè)反光片，則鋼梁共布設(shè)11個(gè)反光片，采用萊卡全站儀進(jìn)行變形監(jiān)測，具體布置位置詳見圖4。

3.2.2 應(yīng)力測點(diǎn)布置

在(14)、(15)軸鋼梁GXL-2靠近(D)軸端部(牛腿處)上下翼緣板以及(C)、(D)軸GXL-1(15)～(20)軸段約跨中部位上下翼緣板各布設(shè)1個(gè)振弦式應(yīng)變計(jì)；即每個(gè)截面處均布置2個(gè)振弦式應(yīng)變計(jì)(如截面1處，鋼梁上翼緣上表面應(yīng)變計(jì)記號為“1-1”，下翼緣下表面應(yīng)變計(jì)記號為“1-2”，余同)，共計(jì)12個(gè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測。

4 施工過程數(shù)值模擬

復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)的成型過程如高空散裝、整體滑移等施工技術(shù)從一系列構(gòu)件或準(zhǔn)結(jié)構(gòu)逐漸安裝形成最終結(jié)構(gòu)的過程，施工過程中結(jié)構(gòu)可能失去平衡而傾覆、或結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定而倒塌，也可能成型后的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。數(shù)值模擬則是不可或缺的重要分析手段[5-7]。

4.1 MIDAS/GEN計(jì)算模型

根據(jù)施工部署，采用MIDAS/GEN軟件對施工全過程(安裝、卸載)分為14個(gè)施工階段進(jìn)行模擬，考慮結(jié)構(gòu)自重、施工荷載和活荷載，如圖7所示。部分施工階段分析模型，如圖8～圖10所示。

4.2 數(shù)值模擬結(jié)果

限于篇幅，僅給出卸載完畢后結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形結(jié)果，如圖11和圖12所示。由圖可知，卸載后內(nèi)外跨中、牛腿根部應(yīng)力較大，變形則在內(nèi)外跨中最大。

5 測試結(jié)果

5.1 變形測試結(jié)果

施工卸載過程及卸載10d后鋼梁各測點(diǎn)變形監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 卸載過程及10d后各測點(diǎn)的豎向變形值 mm

由表1可知，胎架卸載完成后，外跨主鋼梁的跨中(測點(diǎn)C3位置)測點(diǎn)豎向的變形值最大，達(dá)到11mm；過了10d后測試，變形值則達(dá)到了13mm，小于理論計(jì)算值16mm(圖12)。同樣，內(nèi)跨主鋼梁的跨中(測點(diǎn)C9位置)測點(diǎn)豎向的變形值最大，達(dá)到9mm，10d后最終變形值達(dá)到10mm，與理論計(jì)算值9.9mm(圖12)，基本吻合。鋼梁懸挑端(測點(diǎn)C5位置)最終豎向變形的為3mm，接近于理論計(jì)算值2.7mm(圖12)。

5.2 應(yīng)力測試結(jié)果

根據(jù)施工過程分析可得卸載過程各測點(diǎn)應(yīng)力時(shí)程理論計(jì)算值，其與實(shí)測值對比情況詳見圖13。由圖13(a)～(d)中可知，在卸載過程中外跨主鋼梁和懸挑端主鋼梁牛腿處應(yīng)力變化趨勢與理論計(jì)算值吻合，但數(shù)值均小于理論值，與變形監(jiān)測結(jié)果基本一致。圖13(e)和(f)中可知，在卸載過程中內(nèi)跨主鋼梁應(yīng)力測試結(jié)果與理論數(shù)值模擬結(jié)果非常接近，其中截面5-2處應(yīng)力較理論值偏小，主要是限于現(xiàn)場條件，5-2應(yīng)變計(jì)位置和5-1應(yīng)變計(jì)位置不在同一截面處，相對5-1應(yīng)變計(jì)位置離牛腿根部更遠(yuǎn)一些。

5.3 小結(jié)

從監(jiān)測結(jié)果看，鋼梁的應(yīng)力和變形變化趨勢相符，測試結(jié)果與理論計(jì)算值吻合，且未超過設(shè)定的預(yù)警值，構(gòu)件應(yīng)力變化范圍均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)。截至測試結(jié)束，構(gòu)件的應(yīng)力和變形處于穩(wěn)定狀態(tài)，可進(jìn)行后續(xù)施工工序。

6 結(jié)論

成功地對某大廈鋼連廊的胎架卸載過程中的鋼梁應(yīng)力和變形進(jìn)行監(jiān)測。主要結(jié)論如下：

(1)高精度萊卡全站儀測試鋼梁的變形可滿足工程精度需求；振弦式應(yīng)變計(jì)測試鋼梁的應(yīng)力數(shù)據(jù)可靠，測試準(zhǔn)確。

(2)鋼梁的變形和關(guān)鍵部位的應(yīng)力均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測值基本吻合。

(3)將測試結(jié)果及時(shí)匯報(bào)給業(yè)主、設(shè)計(jì)方和施工指導(dǎo)者，從而為保證結(jié)構(gòu)的安全施工提供了技術(shù)保障。本案例可供相關(guān)類似工程參考。

[1] 宋國福，王海濤，張三虎.神華技術(shù)創(chuàng)新基地大跨度鋼桁架施工技術(shù)[J].施工技術(shù), 2011, 40(349): 55-58.

[2] 李太權(quán)，蘇建成，邱國鋒.臨沂機(jī)場航站樓鋼管桁架施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2012,43(10)：873-876.

[3] 錢稼茹，張微敬，趙作周，等.北京大學(xué)體育館鋼屋蓋施工模擬與監(jiān)測[J].土木工程學(xué)報(bào)，2009,42(9):13-20.

[4] 鄧暉.大跨度張弦桁架的施工與監(jiān)測[J].建筑技術(shù)，2004,35(11)：822-823.

[5] 楊偉.福州海峽國際會(huì)展中心擴(kuò)建工程東區(qū)鋼桁架施工過程數(shù)值模擬[J].福建建筑，2015,7:117-119.

[6] 伍小平，高振鋒，李子旭.國家大劇院鋼殼體施工全過程模擬分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2005, 26(5): 40-45.

[7] 唐興國，鐘鐵毅.北京電視中心高層鋼結(jié)構(gòu)施工模擬分析[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 30(1): 59-62.

Construction Process Monitoring of a Large Span Cantilever Steel Gallery

YANGWei1,2CHANGZhiwei3GUOChen3QIJi′en4GAOFeng1,2

(1.Fujian Academy of Building Research, Fuzhou 350025; 2.Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology, Fuzhou 350025；3.Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research, Fuzhou 350025;4. Shanghai TongJi Engineering Consulting Co, Ltd., Shanghai 200092)

Take a large span cantilever construction process of steel gallery of deformation and stress monitoring as an example. The construction scheme, monitoring contents and arrangement plan of monitoring points were introduced firstly. Then, the deformation of the main steel beam and the the stress of the key parts were both monitored in the construction process. Also, the experimental results and numerical simulation results were compared and analyzed. The results show that the deformation and stress of the steel beam are in the allowable range, and the structure is in a safe state.

Large cantilever; Steel truss; Construction monitoring; Numerical simulation

楊偉(1979.10- )，男，高級工程師。

E-mail:ywluck@126.com

2016-06-30

TU745.2

A

1004-6135(2016)10-0063-04