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天津西站:超大轨距行走塔吊在高架候车层作业的技术研究

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发表时间:2014-07-30 07:58  来源:CCMSA  作者:高玉兰 王益民 张伟  浏览量:

摘要:针对跨度大、高度大的高架层上进行超大、超重构件的拼装与吊装,采取布置大截面钢梁保证重型塔式在高架层楼板上行走等措施,以解决常规机械起重量无法满足构件吊装的难题。
关键词:1100吨米行走式塔吊,高架层、行走塔轨道、验算荷载
      1 引言
     
天津西站屋盖结构全部位于高架候车层结构以上,跨度大,高度高。为保证结构顺利安装,吊装机械的选择尤其重要。受施工条件的限制,所有屋盖构件只能在高架层结构上进行拼装或吊装。由于构件均超大、超重,对吊装机械的选择有如下原则:1)机械的起重性能需满足构件吊装的要求;2)机械需布置在高架层结构上;3)机械可以移动。
      2  21米超大轨距1100吨米行走式塔吊的设计与实施
     
在11~12轴、13~14轴间高架层钢桁架上配备4台ZSL1000行走式塔吊(1100吨•米)。ZSL1000塔机为轨道行走式塔机,该塔机本次优发国际使用高度为42m,整机重量约为330t。根据高架层结构特点,11~12轴、13~14轴柱距为21m,对塔吊行走机构进行改装,将行走横梁、轨距调整到21m。见图1:
 
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图1  天津西站现场塔吊立面布置图

      根据塔机受力及轨道要求铺设基础,钢轨型号为QU100,轨距为21m,4组16个行走轮,轮距11.2m,轮径600mm,单组行走轮最大轮压为136t。轨道梁选用箱型截面,经计算截面尺寸为:□1300×700×16×25,长度根据高架层柱距进行调配,即每根钢梁的长度均与柱距相符,钢梁之间的接口全部位于钢柱位置。见图2:
 
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图2  天津西站行走塔轨道梁布置平面示意图(局部)
 
轨道梁南北向铺设,每根轨道梁除柱头位置有两个支点外,再设置两个支点,支点位于钢桁架直腹杆节点处。并在两侧设置侧向支撑,支撑杆与东西向布置的钢桁架上的埋件焊接固定。埋件设置在混凝土楼板中,见图3、图4、图5、图6、图7。
 
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图3  天津西站垂直于轨道梁剖面节点示意图

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图4  天津西站沿轨道梁剖面节点示意图

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图5  天津西站21米跨ZSL1100行走塔吊     
 
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图6   在高架层上铺设轨道梁立

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图7  天津西站 4台1100T.M塔吊在高架层顶板上同时施工
 
3.  ZSL1100T.M21米跨行走塔吊支撑结构验算(以北区为例)
      在吊装屋盖主体钢结构时,在高架层主体结构11、12轴和13、14轴之间各设置一台行走塔吊,行走塔吊的技术参数如下:
 
表一:行走塔吊技术参数
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表二:各点最大轮压表
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行走塔吊在11、12和13、14轴钢桁架上设轨道梁,截面尺寸为口1300x700x16x25,轨道梁在钢桁架上支座设置如下图8:    /
图8  天津西站北区行走塔轨道梁支座布置示意图

      施工阶段验算采用midas有限元软件进行计算,验算时模型基于以下几个前提进行计算:
      1)行走塔吊与拱形屋面拼装不在同一区域出现;
      2)高架层建筑面层尚未铺设,仅考虑楼板自重,设备夹层荷载也尚未施加于高架层结构之上;
      3)行走塔吊工作区域以外的区域考虑施工活荷载2kN/m2
      (1)施工验算荷载及荷载组合
      经分析比较,当行走塔吊处于工作状态时a、d点下钢桁架受力最为不利, T~U、V~W、W~X轴跨内两个支座间距为10.75m,现行走塔吊轮距为11.2m,近似的按照a、d两点可以同时作用于跨内两个支座,此时桁架受力最不利, U~V轴跨,当a点位于跨内支座该跨钢桁架最不利, X~Y轴跨内两个支座间距为5.375m,经比较当a点位于距Y轴6.875米处支座时该跨钢桁架最不利,下图为11、12、13、14轴钢桁架处于最不利受力状态下行走塔吊作用于钢桁架的荷载布置图(图9、图10):
 
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图9 天津西站行走塔吊作用于11、14轴钢桁架荷载布置图

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图10 行走塔作用于12、13轴钢桁架荷载布置图
 
另外轨道梁及其支座的自重按照每个支座75kN的恒载考虑。 施工验算荷载组合:1.2恒+1.1*1.4(活)
      基本组合:1.35恒 + 1.1*1.4(0.7)活
      其中:1.1为行走塔吊荷载动力系数
      标准组合:     1.0恒+1.0活
      (2)验算结果一:11、12、13、14轴钢桁架强度及稳定验算:(图11、图12、图13、图14)
 
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图11  11、14轴钢桁架基本组合应力包络图

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图12  12、13轴钢桁架基本组合应力包络图

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图13  11、14轴钢桁架稳定验算包络图

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图14  天津西站12、13轴钢桁架稳定验算包络图
 
由以上图可以看出, 11、14轴钢桁架最大应力为177N/mm2,稳定验算最大应力比为0.76,12、13轴钢桁架最大应力为181N/mm2,稳定验算最大应力比为0.79,钢桁架钢材均采用Q345C,强度和稳定均满足要求。
      (3)验算结果二:11、12、13、14轴钢桁架变形验算:(图15、图16)
 
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图15  11、14轴钢桁架恒+活挠度图
 
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图16  12、13轴钢桁架恒+活挠度图
 
由上图可以看出,11、14轴钢桁架挠度最大为10mm,挠跨比为10/20750=1/2075,12、13轴钢桁架挠度最大为13mm,挠跨比为13/20750=1/1596,满足规范规定的1/400的要求。
      4.结语
     
根据上述计算在实际中所采用的施工方法,经检测高架层下钢筋混凝梁没有任何裂纹,达到规范要求;采用此方法节省了大量的脚手架在轨道下的支撑费用近300万元,并且高架层下由于没有了脚手架支撑可以进行下道工序施工,节省了整体施工工期近两个月。
参考文献
     
[1]钢结构设计规范(GB50017-2003)[S] 北京:中国计划出版社,2003
      [2]建筑结构荷载规范(GB50009-2001)[S] 北京:中国建筑工业出版社,2002
      [3]建筑抗震设计规范(GB50011-2001)[S] 北京:中国建筑工业出版社,2001
      [4]刘大海,杨翠如编著。高楼结构设计(钢结构、钢-混凝土混合结构)[M] 北京:中国建筑工业出版社,2003
      [5]同济大学,沈祖炎,陈扬骥,陈以一编著,钢结构基本原理[M] 北京:中国建筑工业出版社,2000
      [6]钟善桐编著,高层钢管混凝土结构[M] 哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1999
作者简介:高玉兰(1956-  )北京建工有限责任公司总承包部钢结构优发国际经理部经理,高级优发国际师,国家注册一级建造师,主要从事重、特大型钢结构施工的研究与施工管理。
      联系地址:北京建设大厦酒店701A室(100045)
 

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