武汉绿地钢结构吊装技术应用研究

刘凯 庄心善 余晓彦

1 湖北工业大学土木工程与建筑学院（430068）2 中建三局集团有限公司工程总承包公司（430064）

武汉绿地钢结构吊装技术应用研究

刘凯1，2庄心善1余晓彦1

1 湖北工业大学土木工程与建筑学院（430068）2 中建三局集团有限公司工程总承包公司（430064）

针对武汉绿地国际金融城钢结构的空间特征和施工难度，通过对吊装工况进行有限元模拟，并与实际情况进行对比分析，得出经济合理的施工方案，进一步推动了施工技术的发展。

履带吊；有限元分析；临时支撑结构；水平支撑

0 引言

建筑钢结构作为我国建筑行业重点发展项目之一，具有高强度、自重轻、抗震性能好等优点。钢结构建筑的施工特点:工业化制造、施工速度快，此特点也得到了高层建筑的青睐，但在钢结构吊装方面的操作还需通过模拟计算来进一步确定。

1 工程概况

武汉绿地国际金融城的建筑高度为606 m，是五星酒店、国际甲级办公、高档商业、顶级公寓于一体的超高层建筑。武汉绿地A01项目的基坑深度是25.5 m，基坑周边有5个环形水平支撑对其进行固定，地下室钢结构的施工作用的对象主要是巨型钢柱、剪力墙钢骨。巨型钢柱有SC1、SC2两种型号，剪力墙钢骨由钢板剪力墙、H型钢柱和钢梁组成，剪力墙的厚度有20 mm、30 mm、40 mm、50 mm四种，H型钢柱共有7种型号GZ1、GZ2、GZ3、GZ4、GZ5、GZ6、GZ7。地下室的钢结构施工包括6个SC1巨型钢柱、6个SC2巨型钢柱和3节剪力墙钢骨。在对地下室的钢结构进行施工时，塔吊的布置方式如图1所示，使用的塔吊型号是M1280D。从塔吊的布置方式中可以看出，有4个SC1巨型钢柱，塔吊是吊装不到的，本工程采用的措施是在水平支撑平台上使用300 t的履带吊进行吊装。

图1 吊装工况分析

水平支撑平台的允许荷载是8 t/m2，300吨履带吊整车自重273 t，吊装的构件最大重量是78.68 t。履带总成长9.37 m，宽1.35 m，高1.57 m，共2个履带。300 t履带吊履带下荷载为38 t/m2，远远大于钢筋混凝土楼板8 t/m2的承载力，在理论上需要采取构造措施对楼板进行合理有效的加固。因此，在对钢结构工程进行吊装构件时，履带吊需要在钢筋混凝土结构上运行和进行吊装操作。当钢筋混凝土结构强度不能满足吊装的荷载要求时，需要对钢筋混凝土结构进行加固，使其承载力达到设计要求。

目前，国内外对钢筋混凝土结构进行加固的方法主要有:1）满堂脚手架加固方式[1][2]。广州歌剧院采用240 t履带吊在钢筋混凝土楼板上进行吊装，即实际是采用满堂脚手架加固方式对钢筋混凝土楼板进行加固。2）采用钢结构临时支撑结构对钢筋混凝土楼板点式加固。

本工程采用是300 t的履带吊，履带吊作业的路线是沿着纵向钢筋混凝土梁的轴线进行的。在履带吊运行的路线下面铺设路基箱，路基箱下方铺设厚度为100 mm的砂垫层，见图2所示。

图2 履带吊行走路线及路基箱铺设图

2 地下室环形水平支撑结构分析

钢筋混凝土结构的传力途径是:板承受活荷载和恒荷载，通过板传给钢筋混凝土梁，再由梁把集中荷载传递到柱子上。

地下室的环形水平支撑结构虽在楼板承载力方面不能满足要求，但本工程通过改变结构的传力方式来满足结构的承载力，也就是把履带吊的荷载直接传递到钢筋混凝土梁上，再由钢筋混凝土梁把荷载传递到柱子上。

2.1 履带压力的荷载计算

F1侧履带通过路基箱（铺设面积最小的一处）传递至混凝土结构的平均面压力qa=F1/BL=3 391/56.6=60 kN/m2。由以上计算结果可知，在工作状态下，吊装侧履带的平均面荷载达到最大，故采用qa= 60 kN/m2为设计值进行下部结构的强度验算。

2.2 环形水平支撑平台计算分析

2.2.1 荷载说明

1）永久荷载标准值D

楼板自重标准值:0.3×25=7.5 kN/m2

考虑300 mm厚路基箱，计算时将结构自重放大1.2倍，由程序自动计算。

图3 整体结构弯矩云图

2）活荷载标准值L

楼板施工活荷载标准值:1.5 kN/m2

履带吊传路基箱压力标准值:60 kN/m2

3）荷载组合

进行杆件的内力计算时,考虑荷载工况组合: 1.2D+1.4L

2.2.2 计算结果

图4 截面ZQYDQL-1弯矩云图

2.2.3 钢筋混凝土梁计算分析

1区1 段栈桥水平杆件截面由ZQYDQL-1截面组成，杆件的截面及配筋大小见表1。

表1 各个截面的配筋数量

根据midas计算结果中的最大弯矩值和最大剪力值，验算混凝土梁ZQYDQL-1的承载力。

1）已知条件如表2所示:

2）计算要求

①正截面受弯承载力计算。

②斜截面受剪承载力计算。

③裂缝宽度计算。

3）抗弯和抗剪计算

上部纵筋:计算As=2 160 mm2，实配16E28，As’=9 825 mm2，合格。

下部纵筋:计算As=2 160 mm2，实配16E28，As’=9 825 mm2，合格。

箍筋:计算Av/s=1 507 mm2/m，实配D12@200四肢，Av/s’=2 262 mm2/m，配筋满足。

4）裂缝计算:

Wmax=0.014 mm＜Wlim=0.400 mm，满足。

表2 矩形梁的初步条件

3 结论

通过对武汉绿地国际金融城的地下钢结构吊装工程的分析,为优化施工过程采用300 t履带吊无支撑加固技术，通过有限元的分析及计算[3-4]，证明此技术在现场的操作是安全可靠的，取得了显著的经济和社会效益，为今后相似的工程提供了可借鉴的经验。

[1]王俊杰,郑江,等.大型履带吊行走处楼板加固计算分析[J].工业建筑,2008,10(2):23-26.

[2]GB 50010-2010,中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范[S].北京:中国计划出版社，2003.

[3]GB 50017-2003,中华人民共和国国家标准,钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011.

[4]GB 50009-2012,中华人民共和国国家标准,建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.