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發布日期：2020-03-26
來源：綠建之家為避免風電機組耦合振動，同時兼顧材料成本，超高風電塔架一般采用鋼-混組合形式。風電塔架一般地處偏僻，為適應批量化、短周期的施工需求，混凝土部分通常采用裝配式工藝。
本(ben)文以某鋼(gang)-混組(zu)合(he)風(feng)電塔架為例，對塔架混凝(ning)土部分預(yu)制(zhi)構件(jian)從拆分方案(an)到深化設(she)計中(zhong)孔道、鋼(gang)筋及預(yu)埋件(jian)等布(bu)置要(yao)點進行(xing)總結(jie)，提出(chu)利用BIM三維建模出(chu)圖解決碰撞(zhuang)問(wen)題，借(jie)助(zhu)參數的驅動方式快速布(bu)置鋼(gang)筋，采用極坐標方式進行(xing)定位等措(cuo)施。
本文以江蘇省某鋼-混凝土組合風電塔架項目為例進行講解，該項目中風電塔架均為2.0MW電勵磁風電機組，輪轂高140m，由下部高55.6m的混凝土塔筒和上部高84.4m的鋼塔筒組合而成。為使混凝土塔筒在正常使用階段不出現拉應力，采用40束無粘結預應力鋼絞線進行張拉錨固，上端錨固在鋼法蘭上，下端錨固在基礎中。上部鋼塔筒部分通過法蘭盤實現與混凝土塔筒的連接。為便于施工，下部的混凝土塔筒采用裝配式結構，上部鋼塔筒結構與傳統形式相同。本文僅研究下部混凝土塔筒設計。該項目所在地抗震設防烈度為7度，混凝土塔筒抗震等級為二級。
塔架拆(chai)分設計
通過結構優化，混凝土(tu)塔筒部(bu)分確定為中空(kong)圓臺柱(zhu)，其幾何(he)信息如表1所(suo)示(shi)。
由于該項目地處偏僻，為保證構件生產、運輸及吊裝方便，綜合考慮洞門高度、構件吊重和鋼模板尺寸模數等限制條件，將混凝土塔筒部分拆分成4.4m+3.35m+3.55m×13+1.4m = 55.3m 組合的16個節段( 見圖1) 。為減少現場濕作業，單節段構件不再沿環向進行拆分。按照上述拆分原則，最大構件重約100t，位于基礎頂面第1塊，其余構件吊重均不超過90t，滿足預制構件吊重限值。
圖1 混凝土塔筒拆分
為(wei)使各節段混(hun)凝(ning)土塔(ta)筒間(jian)傳(chuan)力(li)合理、施工(gong)方(fang)便，本項目進行如(ru)下節點設計。對鋼(gang)-混(hun)過(guo)渡部(bu)分，混(hun)凝(ning)土塔(ta)筒通過(guo)上部(bu)錨固(gu)的(de)鋼(gang)墊板(ban)與(yu)鋼(gang)法蘭接觸(chu)，借助(zhu)預(yu)應(ying)力(li)預(yu)壓作用實現(xian)連接，如(ru)圖2所示(shi)。
圖2 鋼(gang)法蘭(lan)與混凝土構件連接節點
混凝土塔筒段(duan)間的接縫，借鑒裝配式剪力墻水平縫連接方(fang)法(fa)，通過接縫注漿的方(fang)式實(shi)現連接，如圖3所示。
圖3 混凝土塔筒水平縫節點
本項目(mu)混凝(ning)土塔筒為三(san)維(wei)薄壁曲面(mian)(mian)構件(jian)，預(yu)制構件(jian)深化設計重點主要(yao)體現為坐標系確定、孔道定位(wei)、鋼筋和(he)預(yu)埋件(jian)的布置等方(fang)面(mian)(mian)。由于(yu)本項目構件形式(shi)較(jiao)復雜，因此(ci)采(cai)用(yong)BIM 技術對構件進行深化設計。
構(gou)(gou)(gou)件(jian)坐標系確定由于裝配式(shi)施工工藝是將(jiang)整個混(hun)凝土結構(gou)(gou)(gou)拆分(fen)為多(duo)個獨立(li)構(gou)(gou)(gou)件(jian)進行設(she)計(ji)、生產和安裝，為保證后期生產與安裝定位準確，必須(xu)在(zai)設(she)計(ji)階段對構(gou)(gou)(gou)件(jian)在(zai)整體結構(gou)(gou)(gou)中的定位關系予以統一和明確。為此，預制構(gou)(gou)(gou)件(jian)坐標系按如下原(yuan)則確定:
1.構(gou)件下(xia)底面圓環中心作(zuo)為坐標系原(yuan)點;
2.構件由上到下(xia)水平投影按照極坐(zuo)標系(xi)的方式定(ding)位;
3.從坐(zuo)標原點出發沿洞(dong)門中心(xin)線方(fang)向(xiang)為0°方(fang)向(xiang)，并(bing)按照順時針方(fang)向(xiang)為正向(xiang);
4.坐(zuo)標原點(dian)朝向構件上方作為坐(zuo)標系z 軸。構件坐(zuo)標系如(ru)圖(tu)4所示(shi)。
圖(tu)4 構件坐(zuo)標系
預(yu)應力孔道定(ding)位
該項目(mu)中混凝土(tu)塔筒構件每個(ge)截面均有40個(ge)預應力孔道，根據與(yu)門(men)洞的位置關系可分(fen)為(wei)標準(zhun)孔道和(he)非標準(zhun)孔道，如圖(tu)5所示。
圖(tu)5 預應力孔(kong)道
1.標準孔(kong)道分布于距洞門較遠的區域，孔(kong)道中心線在水(shui)平面投影(ying)沿圓弧方向等角度均勻布置，孔(kong)道軸線投影(ying)交匯(hui)于圓心，即坐標系原點。
圖6 構件節段間孔道偏差(cha)
2.非(fei)標準孔道(dao)(dao)(dao)靠近(jin)洞門(men)，屬于三維孔道(dao)(dao)(dao)，存在2 個(ge)維度(du)的傾角，孔道(dao)(dao)(dao)軸線(xian)投(tou)影不通過(guo)圓心。塔筒(tong)吊裝完成后，預應力鋼束均需從每個(ge)孔道(dao)(dao)(dao)自上而下依(yi)次穿過(guo)。由(you)于孔道(dao)(dao)(dao)數(shu)量較多，容易出(chu)(chu)現構件節段間孔道(dao)(dao)(dao)偏差，如圖6所示，孔道(dao)(dao)(dao)凈空間被削弱(ruo)，穿束失(shi)敗風(feng)險(xian)增加; 此(ci)外非(fei)標準孔道(dao)(dao)(dao)由(you)于三維斜率原因，問(wen)題將更為(wei)突出(chu)(chu)。為(wei)解決上述問(wen)題，
首(shou)先(xian)在確(que)定孔(kong)道內徑(jing)時考(kao)慮生產誤差，預留足(zu)夠空間，因(yin)此本項目孔(kong)道截面與鋼束截面面積比為3;
其次(ci)在(zai)繪制構件三維模型時，采(cai)用底圖(tu)方式(shi)對(dui)孔(kong)道進行(xing)定位和(he)繪制，坐(zuo)標精度為0.1mm。
鋼筋布置(zhi)
混凝土部分塔筒為薄壁圓環形構件，且(qie)半(ban)徑(jing)隨高度線性(xing)變化(hua)(hua)，使環向鋼筋布置的基(ji)準不斷變化(hua)(hua)，導致鋼筋布置及定位十分繁瑣。為此，綜(zong)合(he)考慮構件特征(zheng)，對鋼筋布置方式進行優化(hua)(hua)。
圖7 鋼筋(jin)參(can)數化設計
1.針對構件(jian)內外側豎向鋼筋(jin)(jin)采用(yong)環向陣(zhen)列的(de)布(bu)置方式，考(kao)慮到(dao)構件(jian)高度不同，將陣(zhen)列后的(de)鋼筋(jin)(jin)族設(she)計為(wei)參數(shu)化(hua)驅動的(de)鋼筋(jin)(jin)組，通過(guo)載入(ru)方式實現鋼筋(jin)(jin)快速布(bu)置( 見圖(tu)7a) ，與常規Ｒevit單一放置鋼筋(jin)(jin)方式相比效率提(ti)升約80%。
2.對構(gou)件環向鋼筋采用報(bao)告參(can)數的方式解(jie)決布(bu)置問題(ti)。有門洞(dong)口避讓(rang)的環向鋼筋，增加開口寬度參(can)數，實現多參(can)數驅動，如圖7b所(suo)示(shi)，相比常規(gui)Ｒevit 鋼筋放置方式效率提升(sheng)約60%。
預埋件布置
由于塔(ta)筒(tong)節(jie)段為三維曲(qu)(qu)面(mian)構件，給預埋(mai)件的定位與布置造成了極大困難(nan)。不僅需要考(kao)慮定位方(fang)式及精度(du)問(wen)題，還要考(kao)慮基準(zhun)面(mian)為曲(qu)(qu)面(mian)給埋(mai)件設計帶來的困難(nan)。
脫模(mo)及吊裝埋(mai)(mai)件(jian)與支(zhi)撐調標高用(yong)埋(mai)(mai)件(jian)一(yi)般設(she)置(zhi)(zhi)在(zai)構件(jian)橫截面上(shang)，放置(zhi)(zhi)方式(shi)無特殊(shu)要求。注/出漿孔道、防雷埋(mai)(mai)件(jian)及設(she)備連接用(yong)牛腿埋(mai)(mai)件(jian)一(yi)般設(she)置(zhi)(zhi)在(zai)塔筒(tong)內側(ce)壁上(shang)，由(you)(you)于內側(ce)壁為三維曲面，采用(yong)直角坐標系(xi)定位不易(yi)表(biao)達，且(qie)精度不易(yi)控制，最(zui)終(zhong)采用(yong)極坐標方式(shi)進行定位。同時(shi)由(you)(you)于曲面傾角存在(zai)，為保證埋(mai)(mai)件(jian)外露面處于水平和豎直狀(zhuang)態，在(zai)埋(mai)(mai)件(jian)設(she)計(ji)過程中要考慮埋(mai)(mai)件(jian)傾角問題(ti)。
由于單個構件中預埋(mai)件數量較多，埋(mai)件間(jian)、埋(mai)件與鋼筋間(jian)交叉情況較為頻繁，因此(ci)需要在(zai)設計過(guo)程中重點關注，借(jie)助(zhu)Ｒevit 軟件的(de)三(san)維顯示功能(neng)進(jin)行(xing)核查(cha)和(he)調整，取得了良好的(de)效果(guo)。
1.對風電塔架(jia)及類似結構(gou)三(san)維曲面(mian)構(gou)件深(shen)化設(she)計，利用(yong)BIM三(san)維建模出(chu)圖可有效解決碰(peng)撞(zhuang)問(wen)題，同時借(jie)助參數(shu)化驅動方式(shi)可對鋼筋進(jin)行快速布(bu)置(zhi)。
2.由于風電塔架外形如圓環構件(jian)，考(kao)慮到幾何外形設(she)計和埋件(jian)定(ding)位問題，采用極坐標(biao)較直角坐標(biao)系簡便且易于表(biao)達。
3.在(zai)塔(ta)筒構件(jian)深化(hua)設(she)(she)計階段(duan)，應綜(zong)合考(kao)慮生產(chan)、運輸(shu)與吊裝(zhuang)環節問題，保證(zheng)設(she)(she)計方案(an)對后續環節具有實際(ji)指(zhi)導意義。深化(hua)設(she)(she)計階段(duan)重(zhong)點關注問題為孔(kong)道精確(que)布置、埋件(jian)準(zhun)確(que)定位及與鋼筋間碰撞(zhuang)檢查(cha)等。
上一條：碎石樁施工工法全面解讀