西安生态园林酒店圆桌会议中心钢结构大板梁安装技术

黄文华，黄 伟，白 海，焦建东

(中冶(上海)钢结构科技有限公司，上海 200941)

1 工程概况

西安生态园林酒店圆桌会议中心为BRB钢框架-支撑结构体系，结构安全等级为一级。工程抗震设防类别为乙类，框架梁、柱的抗震等级为一级。该中心南北向长135m，南侧建筑长144m，北侧长102m；建筑高45m，中间区域地下1层，地上1层；其余位置地下2层，地上2层，局部3层。总钢结构用量约2万t，主要为箱形钢柱、H形钢梁，柱间支撑主要为BRB防屈曲支撑。圆桌会议中心区域钢梁主要为48，39m跨的焊接H形大板梁，同时在大板梁区域布置TMD阻尼器，圆桌会议中心三维模型如图1所示。

图1 圆桌会议中心三维模型

2 大板梁概况

2.1 大板梁结构布置及截面形式

该工程大板梁分39，48m跨，主要分布于整体结构中间区域，垂直方向主要分3层，分别为±0.000 标高、12.000m标高、屋面最高标高处，梁顶标高为39.900m，如表1所示。

表1 大板梁信息统计

大板梁均为焊接型H形钢梁，梁高、梁宽沿跨度方向均为跨中大两端小，如图2所示。大板梁间距为3 000mm，相邻2根大板梁间设4道连系梁，大板梁区域采用钢筋桁架楼承板式混凝土楼板，厚260mm，与大板梁通过栓钉连接。

图2 大板梁构件

2.2 大板梁节点形式

1)大板梁与箱形柱连接节点 为铰接节点(见图3)，通过大板梁腹板高强螺栓群节点与钢柱连接，采用双夹板形式，一端与大板梁通过高强螺栓连接，另一端与钢柱焊接，同时在梁底设置托梁连接在钢柱上，托梁与大板梁只是接触连接，大板梁腹板共布置30颗10.9级M24高强螺栓，双夹板规格为200mm×1 380mm×30mm。

图3 梁-柱节点

2)大板梁与箱形斜托梁连接节点 为铰接节点(见图4)，通过大板梁腹板的高强螺栓群节点与箱形斜托梁连接，采用双夹板形式，双夹板一端与大板梁通过高强螺栓连接，另一端与箱形斜托梁焊接，在箱型托梁内对应大板梁腹板位置设置内部加劲板，大板梁腹板共布置30颗10.9级M24高强螺栓，双夹板规格为200mm×1 380mm×30mm。

图4 梁-梁节点

3)大板梁与H型钢托梁连接节点(见图5) 为铰接节点，通过大板梁腹板的高强螺栓群节点与H形钢托梁连接，采用双夹板形式，大板梁腹板共布置60颗10.9级M24高强螺栓，双夹板规格为390mm×1 380mm×30mm。

图5 大板梁与H型钢托梁连接节点

3 大板梁安装工艺

3.1 分段加工进场

由于大板梁跨度较大，公路运输超限，故在工厂加工阶段分3段进行加工，分段点设置在桥跨1/3处，运抵施工现场后进行整拼，拼接接口采用Z形等强焊接节点(见图6)。

图6 大板梁分段

3.2 地面整体拼装

大板梁梁段分3段加工运抵施工现场，在现场采取立拼方式进行整拼，根据设计图纸起拱L/500，跨度48m的起拱值为96mm，跨度39m的起拱值为78mm，由于起拱值比梁的跨度小，工厂加工阶段对中间段采取不起拱加工，成型后进行火焰校正达到起拱值，两端的分段梁在加工时按直段加工，不考虑起拱变形，3个分段在现场整拼时，通过拼缝调节实现整根大板梁的起拱变形。

3.3 整体吊装

大板梁3个分段整拼后进行吊装，采用4点起吊的方式，吊点设置在大板梁1/4跨与侧向劲板上，通过局部板厚加强，设置为局部劲板外伸形式，如图7所示。

图7 大板梁吊装示意

4 大板梁安装问题分析

4.1 拼装精度

由于大板梁采取工厂分段加工、现场整拼方式，拼装过程中既要保证整个梁体的起拱值，又要保证端部螺栓群节点与柱托梁节点相匹配，难度较大，特别是大板梁的端部螺栓群节点螺栓数量较多，很难保证安装穿孔率，根据实践总结，大板梁在详图深化和工厂加工阶段需考虑整个梁体起拱变形对端部螺栓群的精度影响，建议在工厂加工阶段进行预拼装，端部螺栓群节点在预拼装验收合格后进行螺栓群钻孔。

4.2 安装精度

在保证工厂加工和拼装精度的前提下，吊装过程中，由于吊点位置不同，会导致大板梁不同程度的竖向变形，对安装精度影响较大。通过计算分析48m跨大板梁，吊点设置在梁跨1/4处的变形量最小，对大板梁端部螺栓群的影响最小，根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》[1]，直径为24mm的高强螺栓对应螺栓孔径为26mm，即螺栓群错位的允许最大变形量为1mm((26-24)/2),当螺栓群错口量>1mm时，高强螺栓无法穿入，1/4跨度处的吊点设置基本满足安装要求。大板梁吊装端部变形值对比如表2所示。

表2 大板梁吊装端部变形值对比 mm

为保证螺栓群节点的安装周期，吊装时同时设置安装卡板，即在大板梁的两段翼缘上方焊接2块卡板，如图8所示。吊装就位后，适当减少吊机的起重量，使大板梁两段的卡板受力，可有效减小大板梁两段上下翼缘的水平方向错位值，有利于安装螺栓群节点，缩短安装周期。

图8 大板梁安装卡板

4.3 环境因素的影响

环境因素是影响大板梁拼装和安装精度的重要因素，施工时夏季昼夜温差达13℃，根据现场实测数据，大板梁在温度变化10℃时的长度变化值为1mm/m(见表3)。大板梁的地面拼装时间和吊装时间不一致，导致地面拼装完成后的尺寸满足要求，但吊装时的尺寸不满足要求，以致无法安装。故需提前做好计划量，严格规范整拼和安装的时间点，实时统计温度变化，根据拼装和安装时间点对应的温度差，提前在拼装和安装阶段考虑温度变形值。

表3 不同温度下大板梁变形值统计 mm

4.4 节点

节点设计的合理性决定能否实现设计意图[2]。在计算模型中，将大板梁节点按理想的螺栓群铰接节点进行设计，大板梁的内力全部由腹板螺栓群高强螺栓承担，而螺栓群数量较大，施工难度较大。腹板螺栓群的连接节点并不是严格意义上的铰接节点，根据相关文献[3-4]，实际为半刚性节点，可承受一定弯矩，这在目前国内计算模型中一般没有考虑。

结合国内加工制作水平及施工水平，对较大截面的H型钢杆件端头螺栓群节点进行如下优化。

1)梁-柱刚接节点应尽量减少腹板翼缘都采用高强螺栓的全螺栓节点，多采用翼缘焊接腹板高强螺栓连接节点，如图9a所示，虽会增加节点施工难度，但更易保证施工质量。

图9 H型钢连接节点

2)高强螺栓孔多采用大圆孔或槽孔，减少标准孔的使用，根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》，大圆孔的折减系数为0.85，槽孔的折减系数为0.7(内力垂直于槽孔方向)，虽会增加螺栓数量，但施工便捷(见图9b)。

3)设计大截面型钢端头螺栓群节点时，可增加加固措施，以便施工状态达不到设计要求时，可立即采取加固处理。在实施阶段，经与设计单位沟通，对大板梁的高强螺栓群节点进行加强处理，即高强螺栓群可按照规范要求进行20%的扩孔，扩孔尺寸控制在孔径的1.2倍范围内，当超过规定时，先对接焊接节点腹板，然后磨平焊缝再安装高强螺栓群，如图9c所示。根据文献[5]，该铰接节点的螺栓群主要受力为竖向剪力，此时竖向焊缝与高强螺栓群的协同受力性较好，通过这种方式可提高较多螺栓的螺栓群节点安全储备。同时根据JGJ 82—2011《钢结构高强螺栓连接技术规程》[6]，采用栓焊并用的节点加强方法，如图10所示。

图10 栓焊并用连接节点

4)安装时使用安装卡板 由于大板梁上方是260mm厚钢筋混凝土层，安装卡板厚250mm，安装就位后，该安装卡板均予以保留，相当于增加1层安全储备。

5)摩擦型高强螺栓节点设计抗滑移摩擦系数取值不准确[7]。目前国内较常使用摩擦型高强螺栓节点，承压型高强螺栓节点使用较少，根据《钢结构高强螺栓连接技术规程》，摩擦系数一般取喷砂后0.45(Q235)，0.5(Q345),该取值被很多设计院采用，而目前国内钢结构加工水平达不到该要求，普遍的摩擦系数为0.39～0.43(Q235)和0.44～0.47(Q345)，抗滑移复检试验往往单独处理试件，不能真实反映构件摩擦面的抗滑移水平，故建议设计钢结构节点时的摩擦系数在规范基础上降低0.05。

6)高强螺栓节点设计偏保守 目前国内较多梁柱高强螺栓节点设计的内力选取如下：①对计算模型提取的实际内力进行适当放大；②按照等强设计原则。这两种方法导致节点设计的高强螺栓数量增多。根据部分研究成果[8]，国内现行设计方法偏保守，如由偏心所产生的附加弯矩选取偏大。

5 结语

大截面构件的高强螺栓节点由于螺栓数量较多，构件安装受施工方法、环境因素等影响，需综合考虑设计、加工、安装各环节，才能保证施工效果达到最初的设计意图，确保结构质量和安全。