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大懸挑箱型梁鋼結構屋蓋安裝技術(shù)??記泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)鋼結構安裝

作者：夏 克 儉    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
介紹泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)鋼結構工程的安裝施工技術(shù)．特別是對大型懸挑箱型梁吊裝施工中的吊機選型，安裝定位，焊接，卸載等技術(shù)作了詳細的闡明．為以后進(jìn)行同類(lèi)工程安裝給予一定的借鑒． 關(guān)鍵詞：箱型梁 鋼結構 安裝技術(shù) 卸載

    1.工程概況
    泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)是整個(gè)新體育中心的標準性建筑，為甲級體育建筑，總建筑面積達40753多平方米．體育場(chǎng)由約四萬(wàn)人看臺，三個(gè)燈塔柱，一個(gè)火炬柱三部分組成，用鋼量近5千噸，體育場(chǎng)看臺屋蓋采用鋼結構箱型梁懸臂梁加支撐體系鋼屋蓋，猶如正在綻放的花瓣；燈塔和火炬柱上部柱身結構采用豎向懸臂鋼衍架結構，尋求蓄勢待發(fā)的力度感．懸挑拱型條箱型條下設支撐，懸挑端部設置Ф800鋼管落地拱．懸挑箱型梁之間設聯(lián)系梁與支撐，梁上分布鋼管檁條．
    2.本工程的技術(shù)難點(diǎn)
    泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)看臺屋蓋鋼結構由44榀懸挑箱型梁及其梁之間支撐，落地拱等結構組成的四塊雙曲面懸挑拱形結構．其箱形梁和落地拱，主懔條鋼管等都是彎曲的，構件連接有焊接的栓接的和鎖接的，結構復雜，施工過(guò)程需細致，安裝起來(lái)耗時(shí)耗工．綜合起來(lái)工程存在以下難點(diǎn)：
    （１）鋼管的彎制加工和管相貫線(xiàn)切割精度控制難．
    （２）懸挑彎曲箱型梁制作的匹配性控制．
    （３）懸挑箱型梁結構安裝精度控制．
    （４）卸載撓度值難以控制．
    3.施工關(guān)鍵技術(shù)
    項目針對工程結構特點(diǎn)和施工技術(shù)難點(diǎn)，組織技術(shù)攻關(guān)，深入到施工現場(chǎng)提煉施工技術(shù)和管理方法的精華，經(jīng)過(guò)精心的研究和實(shí)踐，制定了五項具有代表意義的關(guān)鍵技術(shù)．即：
    （５）構件匹配制造技術(shù)．
    （６）鋼結構安裝技術(shù)．
    （７）鋼結構安裝測量定位技術(shù)．
    （８）鋼結構安裝焊接技術(shù)．
    （９）鋼結構卸載技術(shù)．
    4.構件匹配制造技術(shù)
    體育場(chǎng)主體鋼結構工程量約為4千噸．其中懸挑彎度箱型梁由于尺寸太大，汽運及吊裝都需分段進(jìn)行，因而為保證彎曲箱型梁的流線(xiàn)形狀，必須進(jìn)行整根梁匹配制作，再分段進(jìn)行運輸，安裝．由于箱型梁最長(cháng)的有40多米，則將箱型梁分為3至4段進(jìn)行運輸；在安裝現場(chǎng)，再進(jìn)行拼裝，每根梁只留2段進(jìn)行吊裝，以減少空中焊接的工程量．滿(mǎn)足250噸吊機吊裝參數的，可將梁拼成一整根梁進(jìn)行吊裝．匹配制作胎架如下：

    匹配制作工藝是將整根箱型梁進(jìn)行整體側臥拼裝制作，整根梁的線(xiàn)形在地面拼裝平臺區放樣好．再按梁結構線(xiàn)形進(jìn)行裝配，當梁焊接完成后，再分段拆開(kāi)，噴砂，油漆工作完成后，最后裝車(chē)發(fā)運到工地現場(chǎng)．這樣完整的匹配制作，保證了箱型梁彎曲弧形的線(xiàn)形及箱型梁的制作精度．
    ５.鋼結構安裝測量定位技術(shù)
    針對工程施工的實(shí)際情況，鋼結構安裝的工序交叉多，對測量精度要求非常高，必須建立長(cháng)期穩定，統一基準的測量控制體系．
    由于本工程鋼結構安裝定位點(diǎn)均為空間三維坐標點(diǎn)，鋼結構安裝時(shí)間緊迫，因而采取分層測量，作地面標記，吊裝定位測量與地標吊線(xiàn)核對結合確定定位坐標．形成一整套從地面看臺到空中點(diǎn)的施測方法的空間三維快速定位技術(shù)．并通過(guò)快速定位，精確校核的方法進(jìn)行快速安裝．示意圖如下：

    鋼結構的安裝測量，為保證構件安裝控制點(diǎn)的相對精度．首先采用全鉆儀在體育場(chǎng)原點(diǎn)進(jìn)行全場(chǎng)44榀梁和燈，火炬柱的軸線(xiàn)測量劃線(xiàn)，并作好控制點(diǎn)的垂直地面投影標記．再進(jìn)行軸線(xiàn)之間控制點(diǎn)水平距離的復核，采用鋼卷尺拉側復查．
    當構件吊裝時(shí)，再采用全鉆儀多構件控制點(diǎn)進(jìn)行定位測量，同時(shí)從定位點(diǎn)處用線(xiàn)錘吊線(xiàn)復核看臺上軸線(xiàn)標記點(diǎn)，這種天地結合的施測方法，即快又準地保證了三維空間位置的精確定位的精度要求．
    ６.鋼結構安裝技術(shù)
    ６.１　體育場(chǎng)鋼結構屋蓋的吊裝
    體育場(chǎng)鋼結構屋蓋工程，共有大懸挑箱型44榀，其中最長(cháng)45.5米，型高13米．箱型的吊裝分段很重要，不僅要考慮各分段重量，安裝作業(yè)半徑和采用最經(jīng)濟合理的吊裝，用時(shí)各分段吊裝中的支撐塔架的穩定性，吊裝順序的確定都是施工的關(guān)鍵．根據現場(chǎng)施工情況，工期緊迫的要求及吊裝機的經(jīng)濟性，將大懸挑箱型梁分為每段兩段安裝，在高空只有一處對接縫施工．吊裝分段最長(cháng)為22.6米，型高12.5米，最重一段為42.8噸，作業(yè)半徑最小15米．箱醒梁分段工分成80吊，斜支撐有36吊，將能滿(mǎn)足吊機參數的盡量合拼，見(jiàn)少吊數，以縮短工期．燈塔，火炬柱分成1~2段進(jìn)行吊裝．
    綜合考慮體育場(chǎng)箱型梁，燈塔，火炬柱等大構件的吊裝，主大構件最終選用一臺250噸履帶吊機和一臺100噸履帶吊．250噸履帶吊機在體育場(chǎng)外圍圈進(jìn)行吊裝，箱型梁采用250噸履帶吊機吊裝參數如下：

    大懸挑箱型梁吊裝步驟如下：
    步驟一：四個(gè)區大懸挑箱型梁吊裝，將箱型梁第一和第二在地面拼裝好后，安裝好斜撐。箱型梁第一和第二兩段合成一段采用250t履帶吊進(jìn)行吊裝，當梁段吊裝落位時(shí)梁座板套進(jìn)錨栓后，拉動(dòng)斜撐上的手拉胡蘆，安裝好斜撐下端銷(xiāo)軸，調整箱梁晃繩的手拉胡蘆，調整好梁段坐標，將梁段左右晃繩錨固在看臺上，用手拉胡蘆拉緊，保證箱梁的平面穩定性。

    步驟二：四個(gè)區大懸挑箱型梁第三段在場(chǎng)內拼裝好后用1臺100t級履帶吊吊裝，箱型懸臂梁端點(diǎn)加支撐架；箱型懸臂梁第三段與第二段焊接采用吊籃或腳手架操作臺操作；示意圖如下：

    四個(gè)區箱型懸臂梁第三段吊裝前，需用油漆在看臺上和梁端口作好中心線(xiàn)、軸線(xiàn)及定位點(diǎn)等的標記。并在箱型懸臂梁第一段端口底板下面焊接上兩塊定位板，在一邊腹板外側上焊接兩塊限位擋板。
    箱型梁最端點(diǎn)高度坐標需加下?lián)现?。其支撐架的支撐點(diǎn)需墊高個(gè)下?lián)现?。支撐架落在看臺上的，其看臺下相應位置斜梁下進(jìn)行加固支撐一層，作為看臺強度的加強保險。
    大懸挑箱型梁第三段吊裝落位后，調準定位坐標，梁段左右晃繩錨固在看臺上，用手拉胡蘆拉緊，保證箱梁的平面穩定性；在進(jìn)行箱型梁第二段與第三段對接縫的施焊，先焊上面板對接縫，再對稱(chēng)焊兩腹板對接縫，最后焊底板對接縫。
    當本區箱梁第二段連續吊裝好三榀以上后，需在前一二榀之間吊裝一根水平支撐鋼管，增加箱梁平面穩定性。
    ６.２　燈塔，火炬柱的吊裝
    在體育場(chǎng)四個(gè)角均在著(zhù)三個(gè)燈塔，一個(gè)火炬柱．塔柱均?架結構最高標高為70米．由于塔柱?架結構Ｈ型鋼桿件較多，高空散裝，片裝的支撐架太大且高，因而采用?架地面整體拼裝，分節段進(jìn)行一節一節的吊裝．這樣即減少了空中工程量，又縮短了施工周期，并保證了燈塔，火炬柱的線(xiàn)型精度．
    燈塔，火炬柱吊裝步驟如下．
    燈柱火炬為格構桁架結構，拼裝時(shí)先分片拼裝，在整體拼裝。
    燈柱分片拼裝胎架示意圖如下：



    ７.鋼結構安裝焊接技術(shù)
    針對鋼結構安裝的實(shí)際情況，在地面采用ＣＯ2氣焊和手工電弧焊；在高空全部采用手工電弧焊．　　
    本工程使用低合金高強度Ｑ345Ｂ級鋼材，焊縫質(zhì)量要求高，箱型梁在空間組對焊縫均為平，立，橫，仰焊，圓鋼管為全位置焊，制定了完善的組對構件焊接工藝流程，減少焊接變形是施工的技術(shù)難點(diǎn)．
    根據構件實(shí)際使用的強度等級，接頭約束度大小及焊接方法，防止焊縫及熱影響區形成脆性金相組織和焊縫冷裂紋問(wèn)題．
    制定合理的焊接方法和焊接順序來(lái)控制焊接變形，箱梁空中對接，采用了對稱(chēng)焊接，先焊上部，再焊下部的焊接工藝，保證焊接質(zhì)量．箱梁地面拼裝，搭設擋風(fēng)蓬，采用ＣＯ2氣體保護焊，對稱(chēng)施焊，控制焊接質(zhì)量．
    箱型梁端部落地拱鋼管的焊接．按照吊裝順序，對鋼管落地拱的焊接采用＂從兩端到中間施焊＂的方法進(jìn)行焊接作業(yè)．另外，由于管徑較大采取兩名焊工同時(shí)對稱(chēng)施焊的方法，有效縮短單個(gè)焊縫的焊接時(shí)間．
    懸臂梁安裝兩三榀完畢后，進(jìn)行懸臂梁落地拱鋼管的吊裝。采用100和250噸履帶吊，場(chǎng)內外吊車(chē)同時(shí)作業(yè)。示意圖如下：

    落地拱鋼管分段需在廠(chǎng)內預拼，并且接頭部位錯開(kāi)箱形懸臂梁端部300?，保證落地拱鋼管弧度的光順及坐標的準確性。
    落地拱鋼管安裝是從兩邊低端開(kāi)始安裝，向中間高端安裝合攏。當本區落地拱鋼管安裝到最后一條封閉合攏縫時(shí)，要采取特別的時(shí)段進(jìn)行施工；落地拱鋼管最后一條封閉合攏縫焊接施工時(shí)間為：晚上九點(diǎn)以后，到早晨九點(diǎn)以前；使焊接施工期間氣溫在25℃至35℃之間，并且天氣晴朗無(wú)雨。
    落地拱鋼管封閉合攏要求：
    ①落地拱封閉合攏處：本區落地拱最高鋼管對接縫。如兩條一樣高，則任取一條鋼管對接縫。
    ②落地拱封閉合攏時(shí)間：晚上九點(diǎn)至早上九點(diǎn)。
    ③落地拱封閉合攏時(shí)機：本區落地拱除封閉縫外，其它焊縫全部焊接完。
    ④封閉縫焊接要求：封閉處鋼管對接焊縫需對稱(chēng)施焊并一次焊接完成。
    ８.大懸挑箱型梁鋼結構屋蓋卸載技術(shù)
    體育場(chǎng)每區拱形鋼結構屋蓋在吊裝時(shí)是在每根懸挑箱型梁端部采用支撐胎架支承的空間結構體系，支撐拆除過(guò)程是一個(gè)結構體系轉換的過(guò)程．由于箱型梁懸挑較大，支撐胎架卸載過(guò)程必然使懸挑拱形屋蓋結構發(fā)生復雜的內力和變形變化，本工程的卸載方案以懸挑箱型梁結構計算分析為依據，模擬單根卸載過(guò)程對箱型梁結構下?lián)现档挠绊?，保證結構內力和變形在設計及施工控制范圍內．
    卸載時(shí)荷載對整個(gè)結構的沖擊力比較大，因此卸載時(shí)一定要使荷載緩慢逐步轉移，使支撐架荷載減少到零后，再拆除支撐架．卸載程序如下：
    支撐卸載第一階段：支撐點(diǎn)更換成千斤頂。在每榀箱梁前端支撐處裝上50噸千斤頂，加力頂緊后，將箱梁相連的支撐焊接點(diǎn)割除，并留有箱梁下?lián)峡臻g，使箱梁支撐處只與千斤頂接觸；
    支撐卸載第二階段：箱梁整體卸載。當本區每榀箱梁支撐點(diǎn)都換上千斤頂后，檢查支撐架，擰緊扣件螺栓，收緊支撐架各攬風(fēng)繩，進(jìn)行整體統一的千斤頂下降，操作時(shí)需協(xié)調統一，步調一致，達到千斤頂同步下降。整個(gè)千斤頂下降過(guò)程需全站儀測量跟蹤觀(guān)測監控。
    卸載監測：本區箱梁整體卸載時(shí)，將全站儀架設在箱梁軸線(xiàn)對應區中間，對本區每榀箱梁端點(diǎn)坐標進(jìn)行測量，并記錄卸載前其各坐標點(diǎn)坐標值；當支撐卸載操作中時(shí)，用全站儀進(jìn)行逐個(gè)箱梁端點(diǎn)坐標測量，即跟蹤下降數值；當支撐卸載操作到位時(shí)，用全站儀進(jìn)行逐個(gè)箱梁端點(diǎn)坐標測量，并記錄卸載后其各坐標點(diǎn)坐標值，計算出下?lián)现怠?br /> 支撐卸載第三階段：支撐拆除。當本區箱梁卸載完后，箱梁與支撐架完全分離，開(kāi)始進(jìn)行腳手架拆除，拆至腳手架頂標高為馬道位置，形成一工作平臺，用于滿(mǎn)足馬道結構安裝時(shí)的施工。
    ９.結束語(yǔ)
    泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)是目前國內唯一采用箱型懸挑梁鋼結構屋蓋的結構形式，特別是梁端的落地拱設計，起到平衡，加固，美觀(guān)了屋蓋拱結構的作用．這種獨特新穎空間結構形式的建筑，使施工要尋求適合此工程特點(diǎn)的加工制作，安裝方法及焊接技術(shù)；本文中介紹的各種技法對以后類(lèi)似工程具有一定的參考借鑒作用。
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