超高层转换桁架的特点与施工注意事项

天津大学网络教育学院专科毕业论文题目：超高层转换桁架的特点与施工注意事项完成期限：2016年7月5日至2016年11月5日学习中心：绍兴专业名称：建筑工程技术学生姓名：XXX学生学号：XXX指导教师：XXX超高层转换桁架的特点与施工注意事项一、前言随着社会经济发展和财富积累，高层或超高层建筑如雨后春笋般出现在全国各地，预计到2020年，中国将拥有1318幢摩天大楼，超过美国成为摩天大楼数量最多的国家。然而，高层或超高层建筑的多功能化、结构复杂化，均会考虑到设置转换桁架结构，承担着上部结构巨大垂直荷载，又处于内力状态与边界条件都很复杂的建筑物中间，平衡主塔楼核心筒与外框结构受力，是整个结构的关键受力部位，也是钢结构施工的特点及难点之一，因此“转换层”这个课题已成为超高层建筑结构研究工作的重点之一。二、桁架转换层的主要结构形式和受力特征桁架转换层分为单层桁架型式和叠层桁架型式。它们又各自包含若干种型式见图1、图2）。律帶节间供睨桁聲汕長足沆悝聒属厲）不尊卅廊空履桁址阳L单辰怖见图1、图2）。律帶节间供睨桁聲汕長足沆悝聒属厲）不尊卅廊空履桁址阳L单辰怖装邮朮灿劭:覘巒汕引嶷国2叠丄桁栗型比1、单层桁架型式综合考虑弯矩剪力轴力对桁架各杆件强度设计的不利影响，主要是出现在空腹桁架的第一节间的各杆件上，它们是偏心受力构件，主要是弯矩和剪力起控制作用，如果按截面内力大小来选择各杆件的尺寸的话，将是靠近端头截面最大，而中间节间相对小。而采用图1（b）所示的不等节间空腹桁架或图1（C）所示的混合空腹桁架可以很好的解决这一问题；通过调整弦杆节间尺寸，弦杆节间最大弯矩的最大值与最小值之比仅为2倍多，可以通过增大中间节间的跨度和减小端部节间的内力，使弦杆内力的分布比较均匀；对于空腹桁架端部设置斜杆，使竖向荷载的传力方向和位置发生了变化，部分竖向荷载直接传给支座或靠近支座处，使端部上下弦杆剪力和弯矩均较大幅度的减小，且有利于控制水平构件的竖向位移。因此，混合空腹桁架的受力性能较优，但斜腹杆及上下弦杆中轴力较大，截面主要由轴力控制，设计时应加以注意。2、叠层桁架型式叠层空腹桁架各弦杆的内力（弯矩、剪力）的大小与各弦杆之间的相对刚度密切相关，竖向荷载的分担与各弦杆的刚度大小有关。欲使叠层桁架各弦杆有显著的共同工作特性，应保证竖腹杆处有适当的竖向位移。因此，设计叠层空腹桁架的关键是合理选择各弦杆的刚度。叠层混合空腹桁架由于存在一定数量的斜腹杆，改变了上部荷载的传力途径，将部分竖向荷载卸给靠近支座的竖向腹杆，直接传给支座，大幅度的降低了各层弦杆的弯矩和剪力，但增加了斜杆和弦杆的轴向力。由此可知：单层或叠层桁架的工作机制可视为由多根截面较大的弦杆（梁）共同承担上部竖向荷载的工作机制，斜腹杆改变了竖向荷载的传力方向和位置，起卸载作用，类似于拱传力。因此，用单层或叠层桁架代替转换梁作为转换层结构将是一种可行的方案。但当转换桁架的跨度或的竖向荷载较大时，势必会造成下弦杆的轴向拉力进一步增大，采用普通钢筋混凝土不能满足转换结构抗裂要求时，一般可以考虑在桁架下弦杆施加预应力，形成部分预应力混凝土桁架。采用桁架结构作为转换层，不但能很好地满足建筑上对建筑及穿越管道设备的要求，还能降低梁上柱的纵向位移，降低截面弯矩，同时它相当于在框架中设置一个水平加强层，可降低水平荷载作用下结构顶点位移；避免大梁造成的“强梁弱柱”的结果，提高抗震性；在净空要求满足的情况下，增大上弦杆截面高度，总体上保持从上弦到下弦截面高度依次减小，可降低桁架的最大弯矩值，取得良好结构和建筑效果；在有些情况下，采用桁架结构转换层会比采用梁式转换层更经济。三、超高层转换桁架的施工注意事项桁架层结构施工是主塔楼结构施工的关键阶段，同时，桁架层构件重量大、节点复杂及现场施工条件复杂等因素，造成桁架层结构施工成为整个主塔楼施工的关键节点和技术难题，因此，桁架层施工前需要做一个全面技术质量安全交底，让现场施工每位员工都明确桁架层施工技术特点、安全施工要点及桁架层重要性以确保良好的施工质量。桁架层构件重量较大，位置在外框伸臂桁架斜腹杆，吊装时通过合理安排使用塔吊来完成，在施工条件比较有限的时候也需要考虑双机抬吊方式施工。核心筒桁架构件分段还需要考虑爬模措施，因为核心筒桁架层横跨三层楼板，钢结构与土建需要多次交换施工平台配合施工，这就要求构件的分段应该在楼板混泥土浇筑平面之上，以便钢结构下步工序顺利施工，也能提高施工效率。因此，在桁架层图纸确认前，确保核心筒桁架斜腹杆分段位置调整到土建施工浇筑混凝土层以上一米，避免因土建钢筋妨碍钢结构焊接导致的工期延误。桁架层结构延伸到主塔楼内外筒三层楼板，因此，确定合理施工顺序极其重要。核心筒伸臂桁架先施工，再施工外框环形桁架，外框伸臂桁架后施工。外框周边桁架层施工顺序为先安装下弦杆，再安装上弦杆，最后安装斜腹杆，该安装方案减少临时支撑，增加了校正时间，拉长了焊接的时间段，若构件进场不及时，则会影响施工工期，因此应保证构件及时进场。其实焊接顺序对焊接质量的影响也很大，正确焊接顺序应该是先焊变形大板（厚板），再焊变形小板（薄板），对称施焊，倘若焊接顺序不合理，就会焊接收缩导致构件错位。因此，在桁架施工时，确保构件及时进场，完成一榀桁架上下杆及腹杆校正后按照对称原则进行焊接，并做好焊接前的准备工作及焊接技术交底工作。钢结构安装误差包括构件制作误差和安装测量误差。制作误差为初级误差，误差较大便无法进行构件安装，需要返厂修正或专门工具校正，误差较小时也会导致安装精度不高，安装效率低。因此，在桁架层施工时，要加强构件验收把关，同时，制造厂也要提高构件制作精度，桁架构件进场安装前进行预拼装。安装测量误差影响因素较多，从构件吊装到测量校正，从施工设备精度到员工技术熟练程度，均影响着钢结构安装测量误差。如何避免或减少测量施工误差，既要编制更为科学合理测量施工方案，使用精度更高的测量仪器进行构件定位测量，同时也需要不断加强对测量人员进行测量技能培训与技术交底，避免因人为因素造成较大施工误差。同时，桁架层每一阶段施工后均要进行复测，提高测量精度，以免导致后续施工的桁架无法准确就位。钢柱牛腿节点一般是多个交汇点的集合，其定位精度要求比较高，同时其焊接施工条件较为复杂，难度也较大，因此，一般的现场施工条件难于满足其施工要求，通常需要在制作厂制作钢柱牛腿节点，而在牛腿外侧增加其与钢梁连接节点，提高现场构件安装效率。其中，周边桁架与H型钢柱连接节点设置在H型钢柱的腹板上，钢柱腹板上狭小的空间是无法满足现场单破口全熔透焊接条件的，因此，在节点位置增加措施板造成焊接量的增加、安装难度增大。然而，在下一道桁架图纸确认前一定要确定将节点分割位置外移，与钢柱连接的部分在工厂焊接，保证焊接质量的同时减少了现场安装的难度，提高施工效率。桁架层构件焊接难度加大，做好防风防雨措施的同时，需搭设焊接操作平台多，如不及时焊接、测量提供作业面将增加降低施工效率，调整劳动力计划，增加构件安装、焊接措施人员，为测量、焊接工作提供作业面、减少因为措施不到位而导致的施工工序不合理造成