CN101200916A - 一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法 - Google Patents

一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,具体包括如下步骤:(1).在基础上安装竖向承重结构:即安装核心筒剪力墙中的劲性钢框架;(2).在竖向承重结构上方安装悬挑承载结构,所述的悬挑承载结构为悬挑钢桁架,同时搭设悬挂楼层结构的支撑,然后在搭设好的支撑上安装悬挂楼层结构;(3).将悬挑钢桁架与悬挂楼层的最上层吊杆相连接后,再在悬挑钢桁架和吊杆中安装预应力索,并对预应力索进行初张拉;(4).卸载悬挂楼层结构的支撑,使悬挂楼层通过吊杆和预应力索悬吊在悬挑承载结构上,形成真正的悬挂结构体系;(5).浇注剪力墙及楼层混凝土;(6).对预应力索进行补张拉,完成预应力悬挂式建筑结构的施工。

Description

一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法
所属技术领域
本发明涉及建筑结构施工技术领域,特别涉及一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法。
背景技术
在现有技术中,当建筑规划要求结构底层为全敞开式大空间,与周围的广场或建筑物自然地连成一片时,敞开式底层限制了上部结构落地,这时,建筑结构一般采用悬挂体系。悬挂体系主要包括竖向承重结构、悬挑承载结构及悬挂楼层结构。悬挂建筑结构中除竖向承重结构落地外,其余部分均从上面吊挂,可以不落地,占地面积小,因此可为底层提供较大的使用空间;另外,占建筑结构大部分重量的楼层被悬挂起来,竖向承重结构与悬挂楼层结构具有不同的振动特性,二者相互作用,可以减小地震作用,提高结构的抗震性能。
但是,悬挂式建筑结构的施工技术复杂,由于其变形、受力状态在施工过程中具有叠加效应和反复性,施工方案除了要满足结构的受力要求外,还应控制混凝土楼板裂缝,避免在施工过程中悬挂楼层出现较大变形,导致已完成的混凝土楼板开裂。还要通过优化施工顺序,确保施工顺序的可实施性和施工交叉最少;同时通过结构的预变形措施,保证施工完毕后楼层结构的水平度,即各楼层结构的最终水平度达到设计要求。当悬挑承载结构和吊杆内都设置预应力索时,悬挂结构在施工过程中,还应使预应力索的作用得到最大发挥。以上内容是预应力悬挂结构施工过程中的关键技术。因此,对具有上述结构体系的建筑结构进行施工时,如何优化施工顺序,提高施工的效率,以及结构变形如何控制,成为关键的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,施工顺序安排合理,可有效控制结构变形,施工交叉少,充分发挥预应力索的效用。本发明所述的施工方法既保证了施工安全性,同时最后完成的结构可完全达到设计要求,可广泛适用于预应力悬挂结构的施工。
由于在悬挂结构体系中,悬挂楼层荷载都是通过吊杆传给悬挑承载结构,再由悬挑承载结构传递到竖向承重结构。因此,总体施工方案的选择应该以满足结构受力的顺序为主,即先竖向承重结构,其次为悬挑承载结构,最后是悬挂楼层及外维护结构最为合理。
本发明的技术方案可以通过以下的技术措施来实现:一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,具体包括如下步骤:
(1).在基础上安装竖向承重结构:即安装核心筒剪力墙中的劲性钢框架,所述的劲性钢框架为剪力墙中起加劲作用的钢柱和钢梁;
(2).在竖向承重结构上方安装悬挑承载结构,所述的悬挑承载结构为悬挑钢桁架,同时搭设悬挂楼层结构的支撑,然后在搭设好的支撑上安装悬挂楼层结构,悬挂楼层结构包括悬挂楼层和吊杆;
(3).将悬挑钢桁架与悬挂楼层的最上层吊杆相连接后,再在悬挑钢桁架和吊杆中安装预应力索,并对预应力索进行初张拉;
(4).卸载悬挂楼层结构的支撑,使悬挂楼层通过吊杆和预应力索悬吊在悬挑承载结构上,形成真正的悬挂结构体系;
(5).浇注剪力墙及楼层混凝土;
(6).对预应力索进行补张拉,完成预应力悬挂式建筑结构的施工。
本发明在步骤3和6中,对悬挑承载结构及吊杆中的预应力索进行张拉时,结构在预应力作用下会出现与恒载、活载作用下相反的变形,从而减小建筑结构在恒载、活载作用的最终挠度。对预应力索进行张拉的方法是将索的一端固定在结构上,即固定在悬挑承载结构或吊杆上,另外一端则通过液压千斤顶对预应力索进行张拉。在所述的步骤3中,初张拉预应力索时,对悬挑钢桁架中的预应力索进行初张拉,而将吊杆中的预应力索直接张拉至设计载荷的100%;而在所述的步骤6中,补张拉预应力索时,再将悬挑钢桁架中的预应力索补张拉至设计载荷的100%。因为在本发明中,如果将悬挑承载结构的索力值一次张拉至设计值,那么在随后的悬挂楼层支撑的卸载及混凝土浇注过程中,索力值便会超过设计值,因此,为了避免上述情况的发生,对悬挑承载结构的索力值分两次进行张拉。但吊杆内的预应力索在楼层支撑的卸载及混凝土浇注过程中,索力值变化微小,所以将吊杆中的预应力索一次便张拉至设计值。
本发明可以作以下改进,所述的步骤1中,对核心筒剪力墙中的劲性钢框架施工的同时,还在建筑物主体结构的室外搭建用来拼装悬挑钢桁架的滑移拼装平台,在劲性钢框架的钢管混凝土柱上安装滑移轨道梁,并保证钢管混凝土柱在开始受力前浇筑混凝土,并使混凝土强度达到设计强度;然后转入步骤2,安装悬挑承载结构,即对悬挑钢桁架进行拼装和滑移。所述的悬挑钢桁架采用高空累积滑移方法进行施工,由于悬挑钢桁架的拼装平台设置在建筑物主体结构的室外,故悬挑钢桁架的安装可以与悬挂楼层结构的安装平行作业,缩短施工总工期。
由于建筑结构的特殊性,预应力悬挂结构在不同施工阶段,其变形具有叠加效应和反复性。因此本发明还采用有限元计算软件,对结构施工全过程进行仿真分析,从而确定结构的预变形值。结构预变形值的取值大小与施工流程紧密相关,因为在不同的施工阶段,结构自身的刚度、受力状态有着很大差异,结构变形分布情况也有着显著变化。因此,结构的预变形值必须根据施工流程中结构的变形情况来确定。在完成竖向承重结构的安装后,转入所述的步骤2中,在对悬挑钢桁架拼装的过程中,同时对钢桁架进行预拱,预拱后再进行滑移,根据仿真计算结果来确定桁架的预拱值;所述的预拱就是按照上述仿真计算所获得的结构预变形值,反向施加于结构,即将结构在施工过程中的变形量预先反向施加到结构上,以保证施工完毕后楼层结构的水平度,从而使各楼层结构的最终水平度达到设计要求。
本发明还可以作以下改进,所述的步骤2中,安装悬挂楼层结构之前,在将要安装吊杆的位置下方搭设圆钢管支撑,支撑安装完毕后,再对悬挂楼层及吊杆按照自下而上的顺序分层吊装,而用来连接悬挂楼层的顶层与悬挑钢桁架间的吊杆最后安装,即在整个悬挑钢桁架滑移到位及所有悬挂楼层安装完毕之后,再安装最上一段的吊杆,从而将悬挑钢桁架与悬挂楼层相连接。本发明的悬挂楼层结构的施工采用从下往上的逆做法,通过增加临时支撑系统,既保证了悬挂体系形成前的受力状态满足要求,又便于悬挂楼层的安装及变形控制。
根据悬挑承载结构的预应力索张拉对结构变形的影响,在悬挑钢桁架与悬挂楼层连接之后,再转入步骤3中,安装预应力索并进行预应力索的初张拉,即在连接悬挂楼层和悬挑钢桁架间的吊杆安装完毕之后再进行预应力索的张拉,并且在悬挂结构承受最小荷载状态下进行预应力索的张拉,这样可以充分利用预应力索的张拉状态减小悬挂结构的挠度,同时便于索力张拉的实施。对预应力索进行初张拉后,再转入步骤4中,卸载悬挂楼层结构的支撑,即拆除圆钢管支撑,形成真正的悬挂结构体系。
本发明还可以进一步做以下改进:由于施工现场条件的复杂性,仅靠有限元理想模型的仿真计算,难以模拟现场存在的诸多不可预见因素,因此还可以在施工过程中对结构位移、内力和索力进行适时监测,以获得结构实际的变形和受力情况。
本发明具有以下有益效果:
(1).首先通过利用核心筒剪力墙中的劲性钢框架结构作为竖向承重结构,不仅可以满足结构在施工过程中的受力要求,劲性钢框架结构具有较大的竖向及横向刚度,整体结构在施工过程中主要依靠劲性钢框架结构抵抗各种外界作用下的变形,利用结构自身原有构件作为竖向承重结构,可以减少支撑系统的投入费用。
(2).通过优化后的施工顺序,确定结构安装流程,采用有限元计算软件,对结构施工全过程进行仿真分析,并确定结构安装的预变形值,保证结构安装完毕后的水平度满足设计要求。
(3).悬挂楼层结构采用从下往上的逆做法,通过增加临时支撑系统,既保证了悬挂体系形成前的受力状态满足要求,又便于悬挂楼层的安装及变形控制,多个工作面同时展开施工,做到时间同步、空间占满,有利于保证施工工期。在有限的成本投入下,加快施工进程的同时,减少结构变形控制和测量的工作量,可以取得较佳的综合效益。
(4).确定预应力索的介入时机,并发挥其最大效用。根据悬挑承载结构索张拉对结构变形的影响,在悬挑承载结构与悬挂楼层连接之后,再进行预应力索张拉,可有效地发挥预应力索对悬挂结构变形的贡献。即在安装完悬挂楼层的顶层与悬挑钢桁架间的吊杆之后再进行预应力索的张拉。在悬挂结构承受最小荷载状态下进行预应力索的张拉,这样可以充分利用预应力索的张拉状态减小悬挂结构的挠度,同时便于索力张拉的实施。本发明所述的悬挑承载结构的预应力索和竖向吊杆索相结合,形成立体交叉索网,索网设置起到扁担消能作用,预应力索的张拉能够减小悬挂楼层在竖向荷载作用下的挠度,对控制悬臂结构的下挠有较大贡献,同时可消减吊杆拉力。
(5).先张拉悬挑钢桁架的预应力索,后浇注楼层混凝土,避免了楼层结构在桁架及吊杆的预应力索张拉过程中会发生较大变形,导致已完成的混凝土楼板开裂。另外,桁架和吊杆预应力索在张拉过程中不必承受混凝土楼板的自重荷载,减小预应力索的张拉难度。
(6).先张拉桁架及吊杆的预应力索,再拆除悬挂楼层的支撑,由于楼层支撑卸载之前,悬挂楼层的大部分自重荷载仍由支撑架承担,主桁架受力较小,便于预应力索的张拉;且桁架初张拉后,索力的作用将减小楼层支撑卸载后结构的变形。
(7).钢结构和混凝土结构交叉施工少。
(8).在施工过程中对结构进行变形、内力及索力的监测,获得结构实际的变形和受力情况,保证施工过程中结构安全性的同时,现场实测结果与仿真计算结果进行比较,检验施工过程仿真分析的精确性。以上监测内容贯穿于整个施工过程。
附图说明
图1是本发明的悬挂式建筑结构示意图;
图2是本发明的预应力悬挂建筑结构示意图;
图3是本发明的预应力悬挂建筑结构俯视示意图;图4是本发明的预应力悬挂建筑结构的核心筒剪力墙俯视示意图;
图5本发明实施例中拼装悬挑钢桁架的第1个滑移结构单元的俯视示意图;
图6是本发明实施例中悬挑钢桁架的第1个单元滑移到第一次滑移目标位置及拼装第2个单元的俯视示意图;
图7是本发明实施例中悬挑钢桁架的第1、2个单元滑移到第二次滑移目标位置及拼装第3个单元的俯视示意图;
图8是整个悬挑钢桁架滑移完毕的俯视示意图。
图9是本发明所述的施工方法的步骤1施工示意图;
图10是本发明所述的施工方法的步骤2施工示意图;
图11是本发明所述的施工方法的步骤3施工示意图;
图12是本发明所述的施工方法的步骤4施工示意图;
图13是本发明所述的施工方法的步骤5施工示意图;
具体实施方式
本发明所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法的具体实施方式如图1~13所示,本实施例中,建筑物为钢筋混凝土剪力墙体—钢桁架外挑悬挂结构,采用顶部大型悬挑桁架结构与楼层悬挂结构相组合的结构形式,施工方法具体包括如下步骤:
(1).在基础上安装竖向承重结构:即安装核心筒剪力墙1中的劲性钢框架11,劲性钢框架11为剪力墙中起加劲作用的钢柱和钢梁;
在场地的东、南、北侧各布置一台固定塔吊,利用塔吊进行核心筒剪力墙1内劲性钢框架11的吊装。在核心筒剪力墙1中的劲性钢框架11施工的同时,在建筑物主体结构的室外西侧搭设滑移拼装平台6,并在劲性钢框架11的钢管柱上安装滑移轨道梁,轨道梁3从滑移拼装平台6至核心筒剪力墙1东侧沿东西方向通长布置,轨道梁3所在轴线上的钢管柱安装到悬挑钢桁架2的下弦底面标高。在悬挑钢桁架2滑移之前浇注劲性钢框架的钢管柱内的混凝土,并保证在钢管混凝土柱开始受力前混凝土强度达到设计强度。
(2).在竖向承重结构上方安装悬挑钢桁架2,同时在地面12上搭设悬挂楼层结构的支撑,然后在搭设好的支撑上安装悬挂楼层结构,悬挂楼层结构包括悬挂楼层4和吊杆5。
悬挑钢桁架的施工
悬挑钢桁架2支撑在核心筒剪力墙1的的上部,跨五、六两层楼面,是整体桁架屋盖体系。悬挂楼层结构包括悬挂楼层的三层4a、三夹层4b、四层4c、三层4a与三夹层4b之间的吊杆5a、三夹层4b与四层4c之间的吊杆5b、四层4c与悬挑钢桁架2下弦之间的吊杆5c。
当滑移拼装平台6及轨道梁3安装完毕后,开始进行悬挑钢桁架2的拼装和高空累积滑移,在对悬挑钢桁架2拼装的过程中,先对悬挑钢桁架2进行预拱,然后再进行滑移,根据仿真计算结果来确定桁架的预拱值。悬挑钢桁架2在滑移方向上分为二榀边桁架21、22和四榀主桁架23~26,滑移过程如下:首先拼装第一榀滑移桁架,即东侧边桁架21,桁架拼装组成稳定结构,第一榀桁架滑移时,设置液压爬行器7顶推桁架在轨道梁3上前行,第一次滑移完成后,组装第二榀主桁架23,并增设液压爬行器7,进行两榀钢桁架的累积滑移。依此类推,进行六榀钢桁架的累积滑移,将悬挑钢桁架2顶推到设计位置。
悬挂楼层结构的施工
在悬挑钢桁架2进行累积滑移的过程中,由于西侧的滑移拼装平台6还没有拆除,先分别进行东、南、北侧楼层钢结构及吊杆5的安装。先在将要安装吊杆5的位置正下方搭设圆钢管支撑10,即搭设悬挂楼层结构的支撑体系,支撑安装完毕后,在不同吊装区内按楼层梁→吊杆的顺序进行分层吊装。按照自下而上的顺序,即按三层4a→三层4a与三夹层4b之间的吊杆5a→三夹层4b→三夹层4b与四层4c之间的吊杆5b→四层4c→四层4c与悬挑钢桁架2下弦之间的吊杆5c的顺序安装悬挂楼层结构。四层4c的楼层梁与悬挑钢桁架2之间的吊杆5c最后安装,即整个悬挑钢桁架2和四层楼层梁全部安装完毕后,再安装最上一段的吊杆5c。悬挑钢桁架2进行累积滑移到位后,拆除滑移拼装平台6,并进行西侧悬挂楼层钢结构的安装,当西侧的悬挂楼层的四层4c安装完毕后,再补装连接四层4c楼层梁与悬挑钢桁架2之间的吊杆5c。
(3).将悬挑钢桁架2与悬挂楼层的最上层吊杆5c相连接后,再在悬挑钢桁架2和吊杆5中安装预应力索,并对预应力索进行初张拉;
在悬挂楼层的四层4c与悬挑钢桁架2间的吊杆5c安装完毕之后,进行悬挑钢桁架2和吊杆5预应力穿索,在悬挑钢桁架2的双向主桁架23~30内均安装预应力索8,在吊杆5内安装预应力索9,形成立体交叉双向预应力索网,根据设计的要求,可以仅对一部分吊杆5进行穿索,也可以对全部吊杆5进行穿索。如果悬挑钢桁架2的索力值初次张拉至设计值,即设计载荷的100%,那么在随后的楼层支撑的卸载及混凝土浇注过程中,索力值便会超过设计值,本实施例中,通过计算确定索力值将会超过设计载荷的10%左右。因此,确定第一次张拉主桁架23~30的预应力至设计载荷的85%。吊杆5内的预应力索9在楼层支撑的卸载及混凝土浇注过程中,索力值变化微小,所以张拉吊杆5中的预应力至设计载荷的100%。对预应力索进行张拉的方法是将索的一端固定在悬挑钢桁架2或吊杆5上,另外一端则通过液压千斤顶对预应力索进行张拉。
(4).卸载悬挂楼层结构的支撑,使悬挂楼层通过吊杆和预应力索悬吊在悬挑钢桁架2上,形成真正的悬挂结构体系。
对悬挑钢桁架2及吊杆5内的预应力索8、9进行张拉后,拆除悬挂楼层4的圆钢管支撑10。最后,安装外维护结构,完成钢结构施工,转入混凝土结构施工。
(5).浇注剪力墙及楼层的混凝土:进行剪力墙和楼层结构混凝土的浇注。
(6).对悬挑钢桁架2的预应力索8补张拉至设计值的100%,结构完成。
由于施工现场条件的复杂性,仅靠有限元理想模型的仿真计算,难以模拟现场存在的诸多不可预见因素,因此还在施工过程中对结构位移、内力和索力进行适时监测,以获得结构实际的变形和受力情况。
A.变形监测:监测施工过程中主桁架变形值是否和理想的计算值一致,将每个施工过程的实测变形值和理论计算的预拱值进行比较,以便采取相应措施来控制结构变形,顺利完成工程施工。
B.应力监测:预应力悬挂式建筑结构的受力在施工过程中具有叠加效应和反复性,用应力监测确保施工过程中结构的安全性,并检验施工过程仿真分析的精确性。
C.索力监测:测量悬挑承载结构预应力索在张拉及结构加载过程中索力值的大小,比较群索测量的拉力与单根钢绞线测量拉力总和,分析群索效应和拉力损失,包括转弯后的预应力损失。
以上三项监测内容贯穿于预应力悬挂式建筑结构的整个施工过程。

Claims (9)

1.一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于具体包括如下步骤:
(1).在基础上安装竖向承重结构:即安装核心筒剪力墙(1)中的劲性钢框架(11),所述的劲性钢框架(11)为剪力墙中起加劲作用的钢柱和钢梁;
(2).在竖向承重结构上方安装悬挑承载结构,所述的悬挑承载结构为悬挑钢桁架(2),同时搭设悬挂楼层结构的支撑,然后在搭设好的支撑上安装悬挂楼层结构,悬挂楼层结构包括悬挂楼层(4)和吊杆(5);
(3).将悬挑钢桁架与悬挂楼层(4)的最上层吊杆(5c)相连接后,再在悬挑钢桁架(2)和吊杆(5)中安装预应力索,并对预应力索进行初张拉;
(4).卸载悬挂楼层结构的支撑,使悬挂楼层(4)通过吊杆(5)和预应力索悬吊在悬挑承载结构上,形成真正的悬挂结构体系;
(5).浇注剪力墙(1)及楼层混凝土;
(6).对预应力索进行补张拉,完成预应力悬挂式建筑结构的施工。
2.根据权利要求1所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于在所述的步骤3中,初张拉预应力索时,对悬挑钢桁架(2)中的预应力索(8)进行初张拉,而将吊杆(5)中的预应力索(9)直接张拉至设计载荷的100%;所述的步骤6中,补张拉预应力索时,再将悬挑钢桁架(2)中的预应力索(8)补张拉至设计载荷的100%。
3.根据权利要求1或2所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于所述的步骤1中,对核心筒剪力墙(1)中的劲性钢框架(11)施工的同时,还在建筑物主体结构的室外搭建用来拼装悬挑钢桁架(2)的滑移拼装平台(6),在劲性钢框架(11)的钢管混凝土柱上安装滑移轨道梁(3),并保证钢管混凝土柱在开始受力前浇筑混凝土,并使混凝土强度达到设计强度;然后转入步骤2,安装悬挑承载结构,即对悬挑钢桁架(2)进行拼装和滑移。
4.根据权利要求3所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于还采用有限元计算软件,对结构施工全过程进行仿真分析,从而确定结构的预变形值。
5.根据权利要求4所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于在完成竖向承重结构的安装后,转入所述的步骤2中,在对悬挑钢桁架(2)拼装的过程中,同时对钢桁架进行预拱,预拱后再进行滑移,根据仿真计算结果来确定桁架的预拱值。
6.根据权利要求5所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于所述的悬挑钢桁架(2)采用高空累积滑移方法进行施工。
7.根据权利要求6所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于所述的步骤2中,安装悬挂楼层结构之前,在将要安装吊杆(5)的位置下方搭设圆钢管支撑(10),支撑安装完毕后,再对悬挂楼层(4)及吊杆(5)按照自下而上的顺序分层吊装,而用来连接悬挂楼层(4)的顶层与悬挑钢桁架(2)间的吊杆(5c)最后安装,即在整个悬挑钢桁架(2)滑移到位及所有悬挂楼层(4)安装完毕之后,再安装最上一段的吊杆(5c),从而将悬挑钢桁架(2)与悬挂楼层(4)相连接。
8.根据权利要求7所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于在悬挑钢桁架(2)与悬挂楼层(4)连接之后,再转入步骤3中,安装预应力索并进行预应力索的初张拉,再转入步骤4中,卸载悬挂楼层结构的支撑,即拆除圆钢管支撑(10),形成真正的悬挂结构体系。
9.根据权利要求8所述的一种预应力悬挂式建筑结构的施工方法,其特征在于在施工过程中对结构位移、内力和索力进行适时监测。
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