空間曲面肋梁鋼結構施工技術
成果概況
成果類別: | 應用技術 | 體現形式: | 新技術 | 課題來源: | 自選課題 |
起止時間: | 2013.01 至2014.03 | 研究形式: | 與企業合作 | 所處階段: | 初期階段 |
成果屬性: | 原始性創新 |
成果簡介
西咸空港綜合保稅區事務服務辦理中心工程位于陜西省咸陽市渭城區北杜鎮鄧村村北,西部緊鄰208省道。本工程總建筑面積70203㎡,地下一層,占地面積為21233㎡,地上七層,建筑總高度 29m 。
整個建筑形體由68條鋼結構球面曲肋梁和每層型鋼混凝土環梁及豎向勁性鋼骨柱共同組成,形狀類似飛碟,又被譽為“空港眼”,是西咸新區的控制性工程,也是國內采用鋼與型鋼混凝土混合受力體系的罕有建筑。
本工程為全現澆鋼+型鋼混凝土+鋼筋混凝土混合框架結構,結構采用 8.4m × 8.4m 矩陣軸網布置,結構外輪廓面由7.5°等分圓周的68榀鋼結構球面曲肋與隨層布置的7層鋼骨環梁組成。球面鋼肋主要在地下室頂板層進行梁式傳力轉換,地下室頂板層是結構的轉換層,其中有14榀球面鋼肋的一端需要在6層、5層、3層鋼骨環梁上進行傳力轉換。鋼骨結構地上高度 29.850m ,地下6.700m ,地下室頂板頂面標高 -0.850m 。球面鋼肋采用“日”字形截面,六層以下截面為 700mm × 500mm × 35mm × 32mm ,六層以上變截面為 1000mm × 500mm × 35mm × 32mm ;球面鋼肋最大跨度 35.333m 并向內傾斜懸挑 6.500m ;最小跨度 10.747m 并向內傾斜懸挑8.500m ;球面鋼肋最大傾斜角度36°,最小傾斜角度67°;單榀球面鋼肋最重達70t,最輕重達25t。鋼骨柱主要有“十”字型勁性鋼骨柱、箱型勁性鋼骨柱,類型多達42種,共計259根;鋼骨梁有箱型鋼骨梁、H型鋼骨梁,總計3568件。鋼構件采用Q345B鋼材。
項目自開工以來,堅持科學管理開拓創新,成立技術課題攻關小組,推廣應用“四新”技術,經過多次技術專題會議評審論證,不斷優化施工方案,課題組先后重點突破了曲面肋梁的曲率變化、多接頭的異型牛腿精確放樣技術,開發了曲面“日”字形肋梁上翼緣、箱內肋板局部開口和補缺焊接技術,解決了箱內肋板焊接和下翼緣仰焊施工難題,通過安裝過程仿真分析及結構變形監測,形成曲面肋梁現場分段拼裝、節點連接、測量糾偏、臨時支撐及體系轉換的曲面肋梁成套施工技術。
每一榀曲面肋梁的曲率變化均不一樣,每一榀曲面肋梁在每一層與型鋼環梁相接的牛腿角度也不一樣,精確放樣、加工難度極高,課題組開拓創新,引入BIM技術,研發了基于BIM技術的三維建模軟件,對所有曲面肋梁進行三維建模,完善了設計節點連接圖,保證了加工模型的精準性,為工廠加工提供了強有力的技術保證。
“日”字形截面肋梁,采用先將縱向加勁肋和腹板組裝成H型鋼,然后在H型鋼的基礎上組裝兩塊翼緣板,橫隔板和翼緣板之間的焊縫采用電渣焊焊接,在曲面肋梁的上翼緣及箱內肋板采用局部開口,先進行肋梁內肋板焊接,成功解決了“日”字形截面肋梁與梁柱相交處的內肋板難以焊接的施工難題。
對整個結構體系建立有限元模型,運用大型有限元分析軟件采用分階段線性疊加法進行施工過程的力學模擬和分析,得到每個關鍵施工步驟的受力和變形特征。在施工過程中運用了正弦式應力應變計對結構的關鍵部位進行應力應變監測,形成曲面肋梁現場分段拼裝、節點連接、測量糾偏、臨時支撐及體系轉換的曲面肋梁成套施工技術。保證了結構體系在施工過程中的安全性,滿足了設計形體要求。
空間曲面異形鋼結構施工技術,針對空間曲面異形肋梁采用自編CAD程序進行整體結構三維空間準確建模、出圖及定位。確保“日”字形截面肋梁加工精準,保證曲面肋梁及多牛腿精準加工,節約材料,加強了施工質量的可靠性,消除構件安裝產生的誤差累積,保證一次作業合格,從而大大提高了施工效率,縮短了工期。相比傳統平面施工節約成本250萬元,提高工期30天。西咸空港綜合保稅區事務服務辦理中心工程由于鋼構件加工制作精準、吊裝措施到位,很好的實現了設計意圖,技術先進,得到了業內專家的肯定,成為西咸新區空港新城乃至整個西安地區的標志性建筑。并多次被陜西華商報、及陜西電視臺、東方衛視等主流媒體的多次報道,得到社會各界的一致好評。為公司今后類似工程的施工積累了寶貴的經驗,并為公司擴大西北市場奠定了堅實的基礎,社會效益顯著。
該項技術的研究表明,我們利用BIM技術,采用自行編制的軟件,任何曲面異形鋼構件都可以自主進行建模,通過分析構件的設計形式,確定合理的組拼順序,對彎弧類鋼板進行全過程模擬施工,自動化焊接,大大提高了曲面異形鋼構件的加工精準和加工速度,配合吊裝施工期間的應力應變監測,形成了一整套的曲面構件加工與安裝施工技術。該項科技成果將會在以后的異形、復雜鋼結構建筑里廣泛被采用,經過應用實例證明有著非常廣闊的應用前景。
應用前景
主要應用行業: | 建筑業 | 知識產權形式: | 專利 |
應用狀態: | 產業化應用 | 擬轉化方式: |
單位概況
完成單位: | 中鐵二十局集團第六工程有限公司 | ||||
單位地址: | 陜西省西安市未央區辛家廟街 | ||||
單位電話: | 029-62600232 |
聯系方式
聯系人: | 余文元 | 聯系人電話: | 029-62600226 | 聯系人Email: | gongchengbu6@126.com |
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