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無(wú)錫尚能一期鋼結構工程施工技術(shù)

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    祝天東
    （上海寶冶建設有限公司，上海 200941）
    [摘要] 針對無(wú)錫尚能研發(fā)樓異形框架及平面桁架的結構特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)仿真模擬計算，采取相應的施工措施，既保證了安裝精度，又經(jīng)濟合理的完成了此類(lèi)結構的安裝。
    [關(guān)鍵詞] 鋼桁架 、箱形梁、測量控制網(wǎng)、焊接變形

    1、結構特點(diǎn)
    尚德公司研發(fā)大樓設計在我國建筑領(lǐng)域首次引進(jìn)了“零能耗”、“功能型”、“生態(tài)建筑”的概念，是一座光伏技術(shù)應用示范、建筑審美等多種功能于一體的綜合性、零能耗、綠色建筑示范項目。
    生產(chǎn)研發(fā)樓二~八層為組合樓面鋼框架結構，檐高34.90m。每層結構形狀各異，各層平臺外框框架梁在轉角處為圓弧形式且煨彎半徑較小?？蚣茕撝鶠閳A形鋼管柱，整個(gè)框架結構由31根固定鋼柱和26根吊柱做支撐。由抗風(fēng)桁架與屋面鋼桁組成的結構體系作為框架結構的外圍結構，桁架構件均為方鋼管，主桁架為平面桁架，次桁架既有平面桁架，也有空間桁架。
    2、施工特點(diǎn)、難點(diǎn)分析
    2.1構件數量多、焊接變形大、安裝精度要求高
    研發(fā)樓框架結構2-5層結構大部分鋼梁有鋼柱做支撐，6-8層為懸吊結構，每層框架梁均由形狀各異的方鋼管經(jīng)煨彎制作而成，見(jiàn)圖1。

    由于方管鋼梁每個(gè)接口均需焊接，如不對安裝順序和焊接順序進(jìn)行合理的組織，采取相應的減小焊接應力技術(shù)措施，將造成很大的焊接變形及焊接應力，很難保證最終的安裝精度要求。
    2.2 外圍抗風(fēng)桁架和屋面桁架長(cháng)度大，剛性差
    由于屋面桁架長(cháng)度達35.2米，抗風(fēng)桁架最長(cháng)為36.5米。如果先吊裝抗風(fēng)桁架，再吊裝屋面桁架，需要增加大量的臨時(shí)支撐，增加施工成本的同時(shí)也影響施工進(jìn)度。經(jīng)過(guò)分析，采用雙機抬吊、一次就位的施工工藝。經(jīng)過(guò)因此采用分兩段加工現場(chǎng)拼裝的施工工藝。
    2.3 屋面結構撓度的控制
    由于框架結構6-8層為懸吊結構，上吊點(diǎn)大多設在屋面結構的次桁架上，各層鋼梁安裝完成后需鋪設樓層板再澆筑120mm的砼。因此，在桁架制作時(shí)要對桁架進(jìn)行預起拱，起拱值的計算必須與現場(chǎng)施工工藝相結合。利用專(zhuān)業(yè)設計軟件對現場(chǎng)施工工序進(jìn)行仿真模擬計算，最后確定出各桁架合理的起拱數據。
    3、鋼結構安裝
    3.1 安裝工藝流程如下：

    3.2 吊裝工況分析
    根據鋼梁及拼裝后的桁架重量、吊裝設備的起重性能以及構件的吊裝高度，在吊裝前進(jìn)行詳細的工況分析，以確定吊機的行走路線(xiàn)、構件的吊裝方式和起吊位置。
    4 安裝措施
    4.1 抗風(fēng)桁架和屋面桁架的吊裝要點(diǎn)
    研發(fā)樓屋面桁架采用150噸和50噸兩臺履帶吊機雙機抬吊的方式進(jìn)行安裝，50噸吊機先把抗風(fēng)桁架起吊，柱腳連接固定好后將抗風(fēng)桁架調整至設計角度。然后150噸吊機將屋面桁架起吊至設計高度，與墻體支座連接固定后與抗風(fēng)桁架用臨時(shí)固定卡板進(jìn)行連接，單榀桁架安裝完成后，用攬風(fēng)繩固定后吊機方可松鉤。然后吊裝第二榀桁架，臨時(shí)固定后安裝兩榀桁架間的次桁架形成穩定的結構體系后方可將攬風(fēng)繩拆除。照此方法逐步推進(jìn)，直至全部主次桁架安裝完成，吊裝示意圖見(jiàn)圖2。

    桁架高空對接時(shí)為保證對接精度，桁架弦桿在制作時(shí)需預先安裝好定位卡板，見(jiàn)圖3。

    4.2懸吊結構安裝要點(diǎn)
    懸吊結構安裝前屋面桁架必須全部安裝到位并焊接完成。屋面桁架安裝完成后，先將懸吊柱安裝在屋面桁架上，懸吊鋼梁安裝順序是先安裝八層結構，再安裝七層，最后安裝六層結構；每層結構先安裝內部結構，再逐步向外擴展。局部結構安裝示意圖見(jiàn)圖4。

    5 施工技術(shù)措施
    5.1 桁架起拱措施
    由于6－8層為懸吊結構，上吊點(diǎn)均設在屋面桁架的主次桁架上，因此，在桁架拼裝或桁架制作式必須進(jìn)行預起拱，起拱值是經(jīng)過(guò)通過(guò)STEEL設計模型，按照現場(chǎng)施工工序進(jìn)行逐步計算機方針模擬計算得來(lái)的。起拱在桁架制作時(shí)完成，采用火焰起拱工藝，具體方法是在桁架弦桿起拱位置進(jìn)行火焰烘烤，見(jiàn)圖5。

    每處只能烘烤一次，當烘烤位置不能滿(mǎn)足拱度要求時(shí)，在吊點(diǎn)兩側繼續進(jìn)行烘烤，見(jiàn)圖6：

    5.2 焊接變形控制
    雖然本工程需焊接的板材多為中板（12－25mm）,但焊接量極大，主要焊接節點(diǎn)有上下柱對接，主桁架拼接，主次桁架焊接、梁梁（箱形）焊接等，且柱梁采用栓焊結合的節點(diǎn)連接形式，因此，焊接變形的控制是本工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
    5.2.1桁架拼接的焊接變形控制：由于主桁架長(cháng)度較長(cháng)且是平面桁架，焊接過(guò)程中，如控制不好很容易引起較大的變形。根據本工程為矩形管桁架的特點(diǎn)，我們采取如下焊接順序來(lái)減小焊接變形:先同時(shí)對稱(chēng)焊接兩個(gè)側面的焊縫，然后對稱(chēng)焊接上下兩條焊縫。
    5.2.2 框架結構的焊接變形控制：由于本工程框架梁多是箱形梁，均采用焊接連接，因此，每層結構的焊接量很大，需對焊接變形加以嚴格控制。采取的減少焊接應力及焊接變形措施有：
    1）確定合理的焊接順序：結構安裝到位后，先焊接結構中間的焊縫，逐步往周邊焊接；
    2）對稱(chēng)焊接法：吊柱周?chē)缚p采用兩人或多人對稱(chēng)焊接；
    3）跳焊法：焊縫較長(cháng)時(shí)采用的分段焊接，每段為100-200MM;
    4）錘擊焊縫法：錘擊焊縫法，即用圓頭小錘對焊縫敲擊，可減少焊接變形和應力。因此對焊縫適當鍛延，使其伸長(cháng)來(lái)補償這個(gè)縮短，就能減小變形和應力。錘擊時(shí)用力要均勻，一般采用0.5Kg?1.0Kg的手錘，其端部為圓角（R=3?5mm）。底層和表面焊道一般不錘擊，以免金屬表面冷作硬化。其余各道焊完一道后立刻錘擊，直至將焊縫表面打出均勻致密的點(diǎn)為止。
    5.3 施工測量控制措施
    由于本工程框架結構形狀多為不規則的曲線(xiàn)形式，主桁架為平面桁架，加之懸吊結構對屋面桁架撓度的影響，要求施工過(guò)程的測量控制措施必須合理有效方能保證最終的安裝精度。
    5.3.1測量?jì)x器的選擇
    依據結構特點(diǎn)及安裝精度要求，施工現場(chǎng)配置一臺TOP全站儀，用于工程平面控制網(wǎng)的測設、構件的拼裝及安裝檢測及結構變形檢測；一臺博飛J2經(jīng)緯儀，用于定線(xiàn)、長(cháng)軸線(xiàn)測設；一臺索佳C32Ⅱ水準儀，用于用于標高測設。這樣，可以滿(mǎn)足本工程施工全過(guò)程、全方位的測設要求。
    5.3.2平面測量控制網(wǎng)的建立
    根據工程的整體布置，建立控制網(wǎng)，測量控制網(wǎng)由測量基準點(diǎn)和各軸線(xiàn)主要投影點(diǎn)構成。同時(shí)場(chǎng)外應各建立了三個(gè)能相互通視的測量基準點(diǎn)和二個(gè)高程水準點(diǎn)，以便于相互校核。
    1）控制網(wǎng)的測量基準點(diǎn)滿(mǎn)足了全站儀在施工過(guò)程中定位施測的基準、通視要求和具備定期復核精度條件。
    2）各軸線(xiàn)主要投影點(diǎn)，在吊裝前即施測標識在砼結構上，并需進(jìn)行閉合測量，滿(mǎn)足了精度要求。在此基礎上，根據施工要求，又增設若干輔助控制點(diǎn)，便于構件安裝時(shí)的定位。
    5.3.3測量控制
    本工程的測量重點(diǎn)主要有以下幾方面：
    （1）鋼柱安裝精度控制：鋼柱安裝精度控制重點(diǎn)有鋼柱軸線(xiàn)偏差、垂直度偏差、鋼柱牛腿標高偏差等項目；
    （2）桁架撓度控制：測量重點(diǎn)在每榀桁架中存在懸吊柱的節點(diǎn)撓度控制。分三階段進(jìn)行控制：懸吊結構未安裝之前、懸吊結構安裝到位后、每層懸吊結構屋面澆注砼后的最終撓度。
    以上測量成果經(jīng)與計算機模擬計算結果相對比，結果基本吻合。
    6 結語(yǔ)
    無(wú)錫尚德太陽(yáng)能研發(fā)樓鋼結構工程是異形框架結構和管桁架兩種結構形式的有機結合體，通過(guò)采用雙機抬吊的施工工藝提高了安裝工效，保證了施工進(jìn)度要求；通過(guò)ANSYS、SAP2000結構分析軟件和STEEL專(zhuān)業(yè)設計軟件等對施工情況進(jìn)行模擬計算分析，為構件制作精度和結構安裝精度的保證提供了科學(xué)的依據，從而，獲得了較高的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
    附頁(yè)：結構封頂后的局部照片

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