成都京东方洁净厂房大跨度屋面钢结构施工技术
1 工程概况
成都京东方第6代LTPS/AMOLED生产线项目建设之初为成都最大单体结构, 是国内电子厂房投资额最大项目, 同时也是全球首条全柔性6代LTPS/AMOLED生产线, 项目效果如图1所示。
本工程总用地面积32.2万m2, 建筑面积61万m2, 最大单体单边长度478m, 屋面钢梁用钢量约1万t, 最重单根钢梁为10.2t, 最长钢梁为19.2m, 安装用高强度螺栓约14万套。
2 超重大截面屋面钢梁关键施工技术
2.1 概述
根据塔式起重机起重性能及构件自重, 对屋面超重大截面钢梁自重和位置进行详细分析, 将构件分为可直接吊装、不可直接吊装构件, 对不可直接吊装构件进行二次分析。施工要点可分为:双机抬吊、滑移及分段安装、履带式起重机上楼、筏板预留通道等。
图1 工程全景
Fig.1 The panorama of the project
2.2 双机抬吊
进行双机抬吊时, 起重机类型和数量的选择要考虑以下方面: (1) 现场施工条件, 包括道路、项目附近建筑物和场地内障碍物等场地环境; (2) 吊装构件重量及尺寸; (3) 起重机起重性能; (4) 设备资源、经济效益、工期和吊装方案等。
双机抬吊前必须详细分析吊卸作业位置, 对工作半径、起重量进行合理计算。双机抬吊法起重机负荷分配为起重机当前 (允许) 额定起重量的80%。同时注意重物重心和摆放位置, 制定合理的起重方案, 在经过可行性和可操作性分析后论证实施。
在正式抬吊前进行试吊演练。抬吊缓慢进行, 两台塔式起重机配合过程中要做到同步运行, 缓缓起吊。重型分段钢梁就位后将防坠板与连接板固定, 确保吊装到位后的稳定。在双机抬吊时, 起重机操作人员必须在指挥人员的统一指挥下, 相互配合、相互协调, 确保整个吊装过程的安全性和高效性, 本工程钢梁双机抬吊如图2所示。
图2 钢梁双机抬吊过程
Fig.2 Two cranes lifting process of a steel beam
2.3 滑移及分段安装
2.3.1 滑移安装
滑移同步和钢梁稳定控制是钢梁滑移施工的关键。滑移前首先检查钢丝绳两边轨道刻度标尺是否一致。检查完毕后开始滑移, 每移动1m进行1次纠偏;最后用预先设置好的撬棍穿孔定位再用高强螺栓将梁、柱腹板连接, 并依次完成初拧、终拧。固定后进行焊接, 使钢梁和柱有效结合。为保证钢梁高空焊接的安全性, 在钢梁与牛腿对接处设置吊篮。钢梁采用上述方法滑移就位后, 即可进行钢次梁安装, 由于次梁截面较小、重量较轻, 可利用塔式起重机进行安装。具体滑移步骤如下: (1) 将滑移坦克车安装在纵跨两侧钢梁上, 在钢梁上翼缘设滑移同步控制线, 以50mm为基准单位; (2) 将构件吊至坦克车上; (3) 用导链作同步运行, 缓慢滑移, 密切关注钢梁滑移同步状态; (4) 钢梁滑移就位后用高强度螺栓固定牢固。
2.3.2 分段安装
大跨度钢梁分段安装时, 先将支架立于分段钢梁正下方的结构梁上, 然后将钢梁安装就位, 使用千斤顶进行微调。安装整体从一侧向另一侧进行, 每吊装完一段钢梁后及时连接其侧面的梁, 以增加稳定性;每榀钢梁安装时先安装两端的分段钢梁, 然后安装中间段钢梁。
分段钢梁安装完成后必须进行焊接固定, 防止碰撞滑落。两端分段钢梁安装完成后将钢梁螺栓夹板对齐钢梁螺栓孔, 拧紧安装螺栓后进行焊接, 焊接完成达到稳定后方可安装中间段钢梁, 中间段钢梁安装完成后两端焊缝不可同时焊接, 单个焊接接头先焊接腹板立焊缝后焊接翼缘焊缝。严格按照“焊接工艺评定”参数进行预热和焊接, 焊接完成后保温及后热消氢并在24h后进行超声波探伤, 防止延迟裂纹产生, 保障结构安全。
钢梁施工完成后对承重支架进行拆除, 拆除前再次复测钢梁起拱值。拆除时先将支架与钢梁底部剥离, 检查接触受力、钢梁稳定及焊缝质量。检查无误后拆除支架, 最后复测起拱值。
2.4 履带式起重机上楼
根据屋面钢梁重量、分布区域及格构梁承重量, 对履带式起重机进行选型。采用大吨位吊车将履带式起重机吊至楼面 (见图3) 。上楼前对楼面荷载进行验算, 确保履带式起重机满足上楼条件。
图3 履带式起重机上楼示意
Fig.3 Crawler crane lifting at floor
2.4.1 格构梁承载力验算
1) 75t履带式起重机净重71.5t, 最大钢梁重14t, 路基箱重3.5t, 共计71.5+14+3.5=89t, 取90t。2条履带每条长6m, 折合线荷载为:900/ (2×6) =75kN/m。
2) 履带式起重机行走路线上典型格构梁区格为5.25m×5.25m, 7.1m×7.1m。
根据以上数据建立有限元模型如图4所示。按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》第6章相关规定验算。若设计内力是地震作用组合, 则S/R<1/γRE=1.33即可满足要求。
图4 有限元模型 (5.25m×5.25m)
Fig.4 Finite element model (5.25m×5.25m)
3) 左支座处负弯矩验算
截面尺寸B=500mm, 高H=900mm, c=20mm。
设计内力M=181.6 kN·m, N=0.0 kN。
混凝土强度等级为C30, Fc=14.3N/mm2, α1=1.00, β1=0.80, εcu=0.003 30。
受拉钢筋为4Φ25, As=1 963.5mm2, fy=360N/mm2, a=42.5mm, ξb=0.518。
受压钢筋为4Φ25, A's=1 963.5mm2, f'y=360N/mm2, a'=42.5mm。
受压区高度x= (fy×As-f'y×A's) / (α1×fc×b) =0.0mm, ξ=x/h0=0.000。
x<2a', 承载力Mr=fy×As× (h0-a') =576.1k N·m。
S/R=M/Mr=0.32。
4) 右支座处负弯矩验算
截面尺寸B=500mm, H=900mm, c=20mm。
设计内力M=482.4kN·m, N=0.0kN。
混凝土强度等级为C30, 受拉钢筋为4Φ25, 受压钢筋为4Φ25。
受压区高度为x= (fy×As-f'y×A's) / (α1×fc×b) =0.0mm, ξ=x/h0=0.000。
x<2a', 承载力Mr=576.1kN·m。
S/R=M/Mr=0.84。
5) 跨中正弯矩验算
截面尺寸B=500mm, H=900mm, c=20mm。
设计内力M=526.5kN·m, N=0.0kN。
混凝土强度等级为C30, 受拉钢筋为4Φ25, As=1 963.5mm2。
受压钢筋为2Φ25, A's=981.7mm2, f'y=360N/mm2, a'=42.5mm。
受压区高度x= (fy×As-f'y×A's) / (α1×fc×b) =49.3mm, ξ=x/h0=0.058。
x<2a', 承载力Mr=576.1kN·m。
S/R=M/Mr=0.91。
由计算结果得最大配筋As=20cm2, 而格构梁实配5Φ25, As=24cm2, 此处格构梁满足75t履带式起重机行走及吊装要求。
2.4.2 铺设路基箱
履带式起重机行走及吊装作业时需依照行走路线在格构梁上铺设12mm厚木模板及200mm厚路基箱, 如图5所示。木模板可对格构梁进行成品保护, 路基箱分散了履带式起重机在吊装作业时对格构梁产生的荷载, 采用Q345钢材, 长5m, 宽1.8m, 厚200mm, 盖板厚度为18mm, 横、竖向及斜向立板厚度均为20mm。路基箱对起重机工作起着至关重要的作用。
图5 路基箱示意
Fig.5 Subgrade box
2.4.3 行走路线规划
规划履带式起重机行走路线如图6所示, 避免走回头路, 保证在规划路线中将需要吊装构件全部吊装完成, 然后采用大吨位吊车将履带式起重机吊至地面。
图6 履带式起重机楼上行走路线示意
Fig.6 Walking of crawler crane
履带式起重机在格构梁上吊装钢梁的方案主要是针对单个塔式起重机卸车及吊装有问题的钢梁。此部分钢梁需通过前期方案策划在加工制作车间提前分段, 达到现场单机塔式起重机卸车起重范围。
此部分钢梁各分段小节运至现场时, 用塔式起重机卸车至格构梁上履带式起重机的规划行走路线两侧, 通过塔式起重机完成单根超重钢梁的拼装焊接。组装完成的超重钢梁应尽量靠近履带式起重机行走路线, 减少无谓的行走及路基箱铺设。在履带式起重机吊装作业时, 行走区域不能集中堆放钢梁及其他较重构件, 减小对格构梁产生的荷载, 其余区域也要分散堆放, 避免格构梁沉降。对塔式起重机和履带式起重机的工作区域进行明确划分, 尽量避免或减少交叉工作区。
2.5 筏板预留通道
根据厂房宽度、现场施工流水及屋面超重钢梁位置综合考虑施工通道位置, 前期施工策划时, 需要对整个施工过程进行深入研究分析, 最终确定方便、快捷且经济的施工通道。
将原结构筏板作为通道路面, 钢筋采用直径20mm、间距150mm的三级钢, 双层双向布置;通道范围内的柱暂不施工, 将柱钢筋预留接头, 采用一级接头连接, 并在筏板面下预留180mm深不浇筑混凝土, 将钢筋头全部埋入筏板内, 预留区域内填砂, 防止丝头损坏, 最后在预留区域上用模板或钢板遮盖, 如图7所示。
图7 通道内柱预留钢筋示意
Fig.7 Reserved reinforcement for inner column of channel
通道预留完成后, 对前期分析的构件进行具体划分, 确定通道吊装构件, 根据构件自重选用吊装机械, 如图8所示。
图8 预留通道吊装分析及分配示意
Fig.8 Hoisting analysis and distribution of reserved passages
待每个流水段钢构件吊装完成后, 封闭吊装通道。
3 大跨度屋面桁架钢结构关键施工技术
3.1 概述
大跨度屋面桁架钢结构施工根据结构特点、周边环境等采用以下方法:液压整体提升, 滑移, 分段拼装、整榀吊装。
3.2 桁架分段
考虑到运输及吊装能力, 施工时考虑整榀桁架分段。桁架高度方向, 尽量采用整段运输, 高度超限无法运输的情况下, 可分上、下弦分段运至现场组拼。将整榀桁架分为N段, 分段后桁架长6.5～16.8m。
3.3 液压整体提升
结构楼板强度达到75%以上时, 可进行拼装胎架的搭设。所有构件优先使用塔式起重机直接卸车、吊装就位, 在楼板进行组拼。组拼时从中间向两侧对称同步进行。
根据结构特点, 拟在结构柱上部制作专用提升支架, 拼装好后利用提升设备对桁架进行整体提升。
提升点的选择要保证钢桁架整体结构受力均衡及提升过程稳定。吊装设备承载力要符合设计要求, 为保证设备安全需将额定起重能力乘以折减系数 (液压千斤顶系数取0.5或0.6) 。提升过程中采取逐级加载的方式, 按设计荷载的5%, 10%, 20%, 30%, 40%依次进行加载。
整体提升施工流程为: (1) 安装提升支架与提升器, 在楼板上拼装桁架; (2) 桁架整体提升到位; (3) 安装补杆; (4) 拆除提升支架和提升器, 安装完成, 如图9所示。
3.4 滑移施工
若单榀桁架较重, 屋面桁架结构可采用滑移施工。在边跨范围内搭设桁架组拼平台, 进场构件采用汽车式起重机或塔式起重机吊装就位。划分为若干滑移分块, 每个滑移分块由3榀桁架组成, 分块滑移单元质量≤450t, 每个分块滑移单元可布置2台60t油缸。
在桁架支座中心位置通长铺设2条滑移轨道, 采用P50重轨, 每隔500mm布置1道轨道压板 (压板采用坡口熔透焊) , 因此需要在每2个支座埋件间布置3套滑移措施埋件。每个桁架底座位置安装滑靴, 滑靴与轨道接触位置两侧设置挡块, 挡块采用16mm厚Q345B钢板。滑移施工流程如图10所示。
图9 整体提升施工流程
Fig.9 Integral lifting construction process
图1 0 滑移拼装流程
Fig.10 Sliding construction process
滑移单元桁架拼装完成后, 在两侧使用液压千斤顶进行分级同步卸载, 滑移单元每侧使用4台200t液压千斤顶, 共8台。卸载过程中液压千斤顶将桁架顶起30mm, 桁架底座位置塞入20mm厚钢板, 然后收缩油缸至脱空, 重复以上操作, 共将桁架顶起260mm, 直至整个桁架完全脱离拼装胎架。
3.5 分段拼装、整榀吊装
在构件质量较小、满足起重机吊装的条件下, 优先选用分段拼装、整榀吊装的方式。构件分段运至现场后就近在地面组拼成整榀桁架, 然后采用机械直接安装就位。
桁架吊装准备时, 根据桁架质量计算吊索钢丝绳受力, 采用两点吊。吊装就位时, 吊索基本工况为:吊索受力方向与竖直方向夹角最大为45°。现场采用D型卸扣, 型号为T-DW30-1。
3.5.1 拼装前准备
桁架拼装前, 安装并验收拼装胎架。根据施工图及构件上的标识找齐所需分段桁架, 根据桁架图纸尺寸调整胎架马凳位置。
3.5.2 桁架拼装
将分片桁架按编号顺序在拼装胎架上定位, 复测上下主弦杆定位数据, 及时调整偏差, 达到设计要求后固定并交付检验。采用临时连接板进行桁架腹杆固定, 按照深化设计施工图进行检验, 合格后焊接整榀桁架, 继续拼装下一榀桁架。
3.5.3 桁架焊接
焊缝应在平面内对称、均匀分布, 避免结构因受热不均而产生扭曲和较大焊后残余应力。
3.5.4 桁架直线度、垂直度控制
在桁架下弦标高调校完毕后采用借线法进行直线度、垂直度控制。
3.5.5 桁架吊装
(1) 吊车在结构外站位, 首先吊装第1榀桁架。桁架就位后及时固定, 在侧面做好支撑, 防止桁架倾覆; (2) 吊装临轴桁架; (3) 吊装主桁架, 同时塔式起重机配合吊装就位主桁架间次桁架杆件, 次桁架杆吊装件顺序为:从中间往两侧, 先装上下弦杆, 再装斜腹杆, 最后安装直腹杆; (4) 完成最边跨桁架, 塔式起重机配合吊装次桁架杆件, 吊装完成。施工流程如图11所示。
4 结语
成都京东方第6代LTPS/AMOLED生产线项目屋面施工中应用液压整体提升, 滑移, 分段拼装、整榀吊装等关键技术, 顺利完成了超重大截面屋面钢梁及大跨度屋面桁架钢结构的安装。针对不同施工部位及施工环境采用与之对应的经济、适用、高效的施工方法, 取得了良好的经济效益和社会效益。
图1 1 分段拼装、整榀吊装施工流程
Fig.11 Construction process of segmental-assembly and integral-hoisting
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