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高层大悬挑钢桁架结构关键施工技术研究——以横琴保利国际广场为例

论文编号:lw202006021214172397 所属栏目:土木工程论文 发布日期:2020年06月10日 论文作者:无忧论文网

本文是一篇土木工程论文研究,本文以横琴保利国际广场为研究背景,对高层大悬挑钢桁架结构的关键施工技术进行了研究。一方面对大悬挑钢桁架结构安装制定了较为详细的施工方案,并根据钢桁架层施工方案及钢结构卸载方案进行了施工模拟;另一方面进行了结构实际施工过程的模拟,并与实际监测数据进行对比,研究考虑时变因素对其施工模拟结果的影响,并对临时支撑卸载这一最为关键阶段进行分析以保证结构安全.


第一章  绪论

1.1  引言

近年来大型标杆项目发展迅速,满足了日益增长的功能及美观需求,多样化的结构形式为建筑功能提供了很好的保障。在地标建筑中,大悬挑结构备受青睐,我国大悬挑结构形式多使用钢桁架结构。然而,悬挑结构的受力状态与传统类型建筑结构有所不同;而且在建造过程中,钢结构桁架层在形成完整的结构体系前的受力与变形与实用阶段也存在较大差异。因此现阶段急需提高施工技术水平,保证悬挑结构的施工建造质量,使悬挑结构最终达到设计要求。深入探讨研究悬挑结构的关键施工技术,使用计算机有限元建模技术模拟结构的施工过程,进行精细化的施工过程控制具有重要的实用价值。

一方面,高层大悬挑钢桁架的安装施工存在许多施工关键技术上的困难,需要在进行关键施工技术研究及质量控制体系的建设,保证施工质量满足设计要求。如桁架层施工过程中总体平面布置需要与钢结构的构件分段进行配合,为保证安装精度及压缩变形需要进行精确的施工步骤设计,为同时满足施工进度要求及桁架层结构安全要求,需要采取临时支撑胎架措施,形成完整体系后需要精确进行结构卸载,避免因施工控制不足引起的结构安全问题。

另一方面,随着计算机技术的发展,完整结构的复杂受力状态已经可以很好地解决。由于悬挑结构在施工过程中的受力状态与完整结构存在较大的差异,且悬挑钢结构桁架施工难度较大,施工过程技术复杂,工期也较长,所以在施工过程中发生的质量安全事故屡见不鲜。为了提高施工质量,保证施工过程中结构的安全性与可靠性,本文运用有限元模型,通过施工模拟技术还原钢结构桁架层加载和卸载过程及考虑时变因素下整体结构实际施工过程,直观地反应结构的实际受力及位移状态变化,并将施工模拟数据与施工监测数据进行对比分析,从而解决施工中的的难点,为实际施工管理提供了可靠依据。

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1.2 悬挑钢结构的国内外应用状况

大悬挑结构因独特的体型和独具特色的视觉效果深受国内外设计师的青睐。不仅通过悬挑结构完成复杂的穿插设计,而且可以在空间布置上有更多的可能性,使建筑更具艺术性和动态感。在追求个性化和特色化的当今,悬挑结构设计因自身建筑特点在现当代设计中占有一席之地,成为营造建筑艺术、传达设计理念的主要方式。

悬挑结构并不是近现代的产物,在我国少数名族古老建筑中就能找到它的影子。例如,苗族、土家族的传统民居“吊楼”,也叫“吊脚楼”[1]。就是最早利用悬挑结构设计而成的。吊楼多依山傍水按照地势情况适势而建,其最主要的特点就是主屋在实地上,次屋除与主屋相连部分之外均设计为悬空,靠木柱支撑并往外进一步悬挑,不仅节约了土地而且造价低廉,上层可以用于生活,下层可以作为仓储和关牲畜。即满足居民的生活要求,也能节省建筑成本,兼具了民族特色。见图 1-1。

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第二章  大悬挑钢桁架结构施工技术与管理


2.1  引言

相较于传统建筑,大悬挑结构建筑具有强烈的结构表现力,其受力特点也与传统建筑有很大不同。钢结构桁架层作为大悬挑结构的主要实现手段,分析其施工技术显得尤为重要。本章以横琴保利国际广场实际项目为例,重点研究钢结构桁架层的关键施工技术及质量管理措施,并分析其重难点,提出解决方案。

具体为:在 2.3 节中对悬挑钢结构桁架层关键施工技术进行重难点分析;在 2.4 节中确定钢结构安装平面布置原则及构件分段方法;在 2.5 节中详述了钢结构桁架层整体安装步骤;在 2.6 节重点研究采用临时胎架进行卸载的可行性,以保证整体安装质量,确保施工安全可靠。

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2.2  工程概况

建筑概况:珠海市横琴保利国际广场项目,位于横琴新区,是当地地标性的大型城市商业办公综合体项目,项目建设总用地面积 77260  平方米,总建筑面积约 22 万平方米,包括一栋 19 层的高层办公楼塔楼、一层商业裙房和一层地下室。

结构概况:该工程为高层混凝土核心筒-转换钢桁架结构,首层为嵌固层,第 3 层设置悬挑转换桁架(层高 9 米,沿周边悬挑约 12 米,全钢构桁架层)。3 层以上为混凝土结构,混凝土强度等级最高为 C60,剪力墙最大厚度 600mm,4F 层以下为型钢混凝土柱。4F 层以上悬挑端柱子为钢管(混凝土)柱,其它柱为普通混凝土柱。如图 2-1。

图 2-1 保利国际广场效果图

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第三章  大悬挑结构施工模拟及监测分析 ................................... 31

3.1  引言 ................................ 31

3.2 施工模拟概述 ......................................... 31

第四章  大悬挑钢结构桁架层卸载模拟及监测分析 .................................. 48

4.1  引言 .................................. 48

4.2 大悬挑钢结构桁架卸载施工技术 .......................... 48

第五章  结论与展望 ...................................... 57

5.1  本文的主要研究结论 ................................... 57

5.2  展望 ..................................... 58


第四章  大悬挑钢结构桁架层卸载模拟及监测分析


4.1  引言

本文大悬挑结构,设置临时胎架进行安装期的支撑与卸载,在结构形成完整受力体系后再将其拆除。一般来说,临时支撑拆除前会承受较大的荷载,临时支撑卸载会使结构发生内力突变,若卸载方法不当,将导致结构局部破坏甚至发生更严重的结构安全问题。因此,对于临时支撑卸载,需考虑其卸载前后结构内力重分布的影响。

在前述大悬挑钢结构桁架层安装过程的施工模拟基础上,本章着重对高层悬挑转换桁架结构的临时支撑卸载过程进行分析,并研究其卸载的敏感性,以得出相关规律并为类似问题的研究与应用提供参考。

卸载的基本原则

(1)安全。在卸载过程中结构无可避免的会出现应力重分布的情况,为了保证结构安全,避免因应力重分布导致结构产生应力过大或者发生结构失稳破坏情况,现需要结合施工模拟结果及施工检测进行控制。

(2)协调。本工程结构复杂,体量大,卸载点位多,如果卸载过程中应力及位移值相差过大,将产生不可控的结构风险,因此需要采用同步卸载等方法进行控制,保证应力及位移与结构变形协调.

(3)缓慢。卸载施工时需要避免结构应力与变形发生突变,需要将卸载过程控制在合理的变化范围内进行缓慢卸载。 (4)在满足结构安全的基础上,需要满足项目进度要求,简化卸载流程,方便施工模拟。需要尽可能减少卸载步骤,在安全范围内增加单步卸载量,进行卸载施工的优化。

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第五章  结论与展望


5.1  本文的主要研究结论

本文以横琴保利国际广场为研究背景,对高层大悬挑钢桁架结构的关键施工技术进行了研究。一方面对大悬挑钢桁架结构安装制定了较为详细的施工方案,并根据钢桁架层施工方案及钢结构卸载方案进行了施工模拟;另一方面进行了结构实际施工过程的模拟,并与实际监测数据进行对比,研究考虑时变因素对其施工模拟结果的影响,并对临时支撑卸载这一最为关键阶段进行分析以保证结构安全,主要结论如下:

(1)对大悬挑钢结构桁架层的关键施工技术展开研究。对施工难度较大的大悬挑钢结构桁架层,需要采用重难点问题分析方法对关键施工技术进行研究。钢结构桁架层有别于普通混凝土结构,安装过程中需重点把控构件分段方案、安装工况及平面布置三者关系,协调好三者关系有助于提升施工效率。针对大悬挑钢桁架结构的结构特点,本文选定了胎架卸载法的施工方案,由于在胎架卸载前后悬挑桁架的受力状态由简支变为悬挑,钢构件存在内力重分布的情况,需要通过考虑时变因素施工模拟技术进行全过程的模拟验算,控制整体结构的施工过程中的安全性及压缩变形精度。

(2)对大悬挑钢桁架结构的施工模拟分析及施工监测进行了研究。得出:在整体结构施工过程中,无论是结构变形还是杆件应力,施工模拟值与实测值随施工阶段的发展趋势均基本一致,说明本施工模拟及监测结果合理可行。在桁架层结构变形方面,混凝土收缩徐变引起的变形占总变形的 10%-15%,在桁架层杆件应力方面,混凝土收缩徐变引起的应力占总应力的比例高达 30%-40%,忽略混凝土收缩徐变效应会导致结构出现不安全风险,应考虑混凝土收缩徐变的影响。因此与常规的施工模拟及一次加载法的结果相比较,考虑时变因素使高层悬挂结构模拟分析模型更有利于结构安全。

参考文献(略)

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