鋼結構技術(shù)論文
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
中國建筑金屬結構協(xié)會(huì )
建筑鋼結構分會(huì )主辦
摘 要：蘇州科技學(xué)院新校區體育館為61.6m大跨度管桁架鋼結構，拼裝工藝、相貫焊接節點(diǎn)復雜，焊接工程量大，質(zhì)量要求高，在施工中采用地面拼裝，整體吊裝的施工方法，由于采取了科學(xué)、合理、可靠的技術(shù)和有效的質(zhì)量控制，成功地施工了該項工程，滿(mǎn)足了施工和設計要求。
關(guān)鍵詞：大跨度；管桁架；地面拼裝；整體吊裝；雙機抬吊質(zhì)量控制
1 概述
1.1 工程概況
蘇州科技學(xué)院新校區體育中心工程分為體育場(chǎng)、籃球館以及訓練場(chǎng)三部分。
籃球館為79.2m×79.2m的正方形場(chǎng)館，主桁架由10榀管桁架組成，次桁架由空間曲面管桁架組成，主桁架與次桁架正交。屋蓋最高點(diǎn)標高22.22m。其中主桁架有7榀為整體大跨度單榀桁架，長(cháng)度大約為61.6m，兩端支撐于混凝土柱頂；2榀為單片邊桁架，支撐于結構周邊混凝土柱頂；最西側為一榀懸挑空間三維桁架。主桁架最重一榀約為21.6t。
圖1.1 籃球館平面圖和立面圖
圖1.2 籃球館三維平面圖(大跨度管桁架安裝施工)
1.2 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
1.2.1 本工程單榀桁架寬度大，重量重，桁架設計標高高，且現場(chǎng)兩側的看臺已經(jīng)完成施工，施工場(chǎng)地極為狹小，對吊裝方法的選擇及吊裝工藝的要求非常高。
1.2.2 本工程主桁架、次桁架、支撐結構節點(diǎn)均為管材相貫節點(diǎn)，精度要求高，安裝難度大，需對焊接工藝、高空桁架垂直度控制等技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研究，解決空間相貫曲面拼接的技術(shù)難點(diǎn)，確保制作加工和安裝質(zhì)量。
1.2.3 在制作、運輸和安裝的整個(gè)過(guò)程中，必須對不同工況的受力情況進(jìn)行分析，以確保質(zhì)量和安全。
1.2.4 為解決構運輸問(wèn)題，分解成小桁架片的構件需在現場(chǎng)重新總拼，必須解決總拼胎架的水平度，確保桁架在拼裝時(shí)不發(fā)生變形。
為了更好的解決上述關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，我們主要從吊裝方法的選擇、吊裝前準備及吊裝階段質(zhì)量控制要點(diǎn)等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。
2 吊裝方法的選擇
針對該工程鋼結構跨度大、自重大、高度高等特點(diǎn)并結合施工場(chǎng)地情況，我司結合以往類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗和國內大跨度鋼結構安裝施工的工程實(shí)例，進(jìn)行了多方案的比較分析；目前國內大跨度、大噸位鋼構件的安裝一般可采用高空散拼成形、整體吊裝、整體提升及整體頂升、分段吊裝高空拼接、高空滑移等方法，并可分為跨內吊裝和跨外吊裝。各種吊裝方法的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表所示：
表2.1 多種吊裝方法對比
綜合分析了該工程的具體情況，結合各種吊裝方法的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮現有的機械設備情況、施工工期等要求，我司確定了地面總拼再整體吊裝的施工方案，即將主桁架在事先制作好的胎架上總拼成整體，再采用雙機臺吊將管桁架吊裝至設計位置，最后完成次桁架及輔助結構的安裝。
3 吊裝前準備
3.1 桁架拼裝
由于本工程單榀管桁架長(cháng)度達到61.6m，主桁架高3.6m，處于運輸方便的考慮，加工時(shí)將單榀管桁架截成6小段桁架片，運至現場(chǎng)后在焊接成整榀桁架，因此必須在拼裝前搭焊接平臺。焊接平臺由多組“馬凳”組成，“馬凳”選用16號槽鋼焊接而成,高度1m，長(cháng)度4.5m，如圖•3.1所示。
圖3.1 馬凳示意圖(大跨度管桁架安裝施工)
拼裝時(shí)在現場(chǎng)靠結構端，選取一塊4.5m×30m場(chǎng)地，并平整墊實(shí)，作為拼裝平臺的場(chǎng)地，然后將馬凳依次放置在地坪上。桁架采用臥拼的方法在胎架上總拼。為使桁架不產(chǎn)生彎曲變形，胎架的水平度就成了關(guān)鍵。因此馬凳放置就位后馬上抄平，用水準儀監測馬凳表面是否在同一水平上，發(fā)現局部有沉降時(shí)及時(shí)調整標高，確保每一個(gè)馬凳在同一標高上。同時(shí)當桁架放上胎架后用水準儀監測馬凳沉降是否均勻，及時(shí)調整桁架每一處接縫處的標高，確保每段桁架的水平度。
3.2 桁架焊接
主桁架的焊接是該階段第二個(gè)關(guān)鍵環(huán)節，總長(cháng)61.6m的桁架分為6段，在上、下弦桿上共計有10處焊縫，再加上腹桿焊縫等，焊接工作量非常大，且所有桁架對接縫均為一級焊縫，焊接工藝要求較高。焊接前，我司工程技術(shù)科會(huì )同工程管理科專(zhuān)門(mén)編制了專(zhuān)項焊接方案，并對每一名操作工人進(jìn)行技術(shù)交底，確保每一名工人都能熟練掌握焊接工藝。
在焊接過(guò)程中，制定了以下注意點(diǎn)：
3.2.1 由工程科進(jìn)行焊接工藝評定，并制定相應的焊接工藝評定報告并報第三方評審。
3.2.2 嚴抓對焊接過(guò)程的檢查。檢查內容應包括：母材及焊材種類(lèi)、焊接位置、焊工接順序、焊縫質(zhì)量等。
3.2.3 嚴格把住接頭裝配質(zhì)量關(guān)。接頭的裝配質(zhì)量包括：坡口質(zhì)量，根部間隙，對口錯邊量等幾個(gè)方面。
3.2.4 當焊接表面潮濕、有油污，焊接環(huán)境溫度過(guò)大或焊接部位受風(fēng)、雨、雪直接侵襲時(shí)，都無(wú)法保證焊出高質(zhì)量的焊縫，因此焊接確保母材干燥，避免在天氣惡劣的情況下進(jìn)行焊接作業(yè)。
3.2.5 焊接過(guò)程中為減少焊接應力，防止產(chǎn)生焊接裂紋，嚴格按照標準規定要求對焊接部位進(jìn)行預熱，在整個(gè)焊接過(guò)程中隨時(shí)加熱以保證焊縫道間溫度并一次焊完一條焊縫，在焊接完成后及時(shí)按標準要求進(jìn)行后熱。
3.2.6 焊接過(guò)程中我司嚴格按照專(zhuān)項焊接方案中規定的焊接順序進(jìn)行，即先焊主弦桿管與管之間的對接焊縫；再焊斜腹桿與主弦桿的相貫焊縫、腹桿與腹桿的對接焊縫；焊完一條后再轉入另一條焊接，避免同一管子的兩條焊縫同時(shí)焊接；防止扭曲變形，焊接時(shí)由中間往兩邊對稱(chēng)焊接。
3.2.7 做好焊后處理工作，由專(zhuān)人檢查焊縫成型情況和焊縫探傷自檢。
經(jīng)過(guò)我司卓有成效的工作，最后主桁架全部焊縫探傷100%合格，滿(mǎn)足設計和規范要求。
3.3 預埋件復驗
正式吊裝前的第三個(gè)工作是復核預埋件，對照軸線(xiàn)和定位標高，對每一個(gè)預埋螺栓進(jìn)行了詳細的復驗，及時(shí)做好書(shū)面記錄，確保軸線(xiàn)偏差±5ｍｍ以?xún)?；標高偏差在?/span>3ｍｍ以?xún)?。為方便復核桁架垂直度，在每一塊預埋板上均畫(huà)出軸線(xiàn)作為將來(lái)調整桁架的參照線(xiàn)。
4 桁架吊裝
考慮到現場(chǎng)施工場(chǎng)地有限，東西側距離即2-4—2-9軸僅37m，南北側有效距離即2-B—2-K軸僅58.6m，且東西兩側看臺已經(jīng)施工完畢，這些客觀(guān)情況均對桁架的吊裝帶來(lái)了極大的影響。因此吊裝前，我司技術(shù)科及項目部多次在現場(chǎng)召開(kāi)現場(chǎng)技術(shù)攻關(guān)會(huì )議，修改吊裝方案，并組織專(zhuān)家對吊裝方案進(jìn)行論證，確保整個(gè)吊裝過(guò)程都按照方案中的吊裝順序進(jìn)行。
吊裝時(shí)，用2臺130t吊車(chē)按照吊裝方案的施工順序進(jìn)行主桁架吊裝，就位后即用柱腳螺母將桁架固定，但不擰緊，緊接著(zhù)用經(jīng)緯儀對照預埋板上的軸線(xiàn)初步調直桁架，調整桁架后即在桁架兩側各設置3道攬風(fēng)繩固定。然后進(jìn)行第二榀主桁架的吊裝并用攬風(fēng)固定。接下來(lái)開(kāi)始次桁架的安裝和附屬結構的吊裝。兩榀桁架形成體系后即用經(jīng)緯儀測量校正桁架的垂直度。以此類(lèi)推，完成下面幾榀管桁架的吊裝及次桁架和附屬結構的吊裝。
圖4.1 桁架吊裝示意圖(大跨度管桁架安裝施工)
在整個(gè)吊裝過(guò)程中，有3個(gè)控制因素需要特別注意：雙機抬吊中吊點(diǎn)的選擇、雙機抬吊同步控制、管桁架垂直度控制。
4.1 雙機抬吊中吊點(diǎn)的選擇
吊點(diǎn)的選擇直接關(guān)系到吊裝的安全和效率，在吊裝前我司用MIDAS有限元軟件分析了雙機抬吊過(guò)程中的受力情況，認為吊點(diǎn)設置于2-C軸與2-D軸之間的節點(diǎn)和2-G軸與2-H軸之間的節點(diǎn)時(shí)，吊裝過(guò)程中桁架的整體受力最為合理、安全。
桁架吊點(diǎn)示意圖如下：
計算中取1.4倍自重系數，結果均滿(mǎn)足規范要求。
雙機抬吊中的桁架的下?lián)希ㄗ畲筇帪?/span>3.3mm）
雙機抬吊中的桁架桿件應力比（最大為0.22）
圖4.2 吊點(diǎn)計算圖(大跨度管桁架安裝施工)
4.2 雙機抬吊同步控制
吊裝過(guò)程中我司采用了雙機抬吊，有效解決了現場(chǎng)施工場(chǎng)地有限，單部吊車(chē)吊裝不能很好完成吊裝的難題。但是雙機抬吊必須解決兩臺吊機同步性的問(wèn)題，為了更好的完成吊裝，我司在技術(shù)和安全兩個(gè)方面對雙機抬吊均采取了保證措施。
4.2.1 技術(shù)保證措施
吊裝前項目部技術(shù)負責人對兩臺吊車(chē)司機、起重工及信號指揮人員均進(jìn)行了詳細的技術(shù)交底和安全交底，明確桁架的重量以及運行的路線(xiàn)。要求嚴格按照交底內容進(jìn)行吊裝。
抬吊前對設備進(jìn)行了嚴格的檢查，如鋼絲繩等，計算鋼繩是否能滿(mǎn)足吊裝需要。
抬吊過(guò)程中由信號員負責掌握運行方向，統一指揮協(xié)調兩車(chē)的動(dòng)作。抬吊作業(yè)中吊車(chē)的司機具備良好的操作經(jīng)驗，嚴格服從信號員的指揮，按照規章及交底內容操作。
4.2.2 安全保證措施
起吊過(guò)程中，時(shí)刻保持鋼絲繩垂直，起鉤前先將繩繃緊，原地觀(guān)察，桁架在離地面0.5米左右時(shí)停住，確定制動(dòng)、吊點(diǎn)、吊具等沒(méi)問(wèn)題時(shí)再繼續進(jìn)行操作?，F場(chǎng)信號指揮員對行走過(guò)程中的同步情況進(jìn)行檢查，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)與對方和下方的司機溝通。
嚴格控制吊車(chē)的行走速度和吊裝速度，在兩側行駛道路上設置標線(xiàn)，并在操作中進(jìn)行核對，以保證兩側吊機行駛速度均勻一致。在上部高空位置同樣設置了標線(xiàn)，要求每行走1m即檢查復核1次，發(fā)現不同步即進(jìn)行調整，防止偏差累積造成同步調整困難。
4.3、管桁架垂直度控制
每榀主桁架吊裝就位后馬上用經(jīng)緯儀等儀器對照預埋件上軸線(xiàn)及桁架上軸線(xiàn)進(jìn)行控制，當兩根軸線(xiàn)重合再擰緊柱腳螺母，當兩榀桁架或多榀桁架形成體系后利用高程控制點(diǎn)，采用懸吊鋼尺傳遞高程的方式把高程從控制點(diǎn)傳遞到柱腳混凝土梁上，并做好相應的標記，用經(jīng)緯儀和水準儀對軸線(xiàn)和標高再次復核桁架的標高和軸線(xiàn)見(jiàn)圖4.3。
為確保桁架安裝精度和質(zhì)量，必須控制桁架二個(gè)方面的精度，平面位置相對精度（軸線(xiàn)）、立面的相對標高精度。根據深化圖紙把桁架平面節點(diǎn)標高、橫向位移、徑向位移對照軸線(xiàn)控制線(xiàn)刻在柱腳混凝梁上，次桁架定位后，再次檢查各個(gè)節點(diǎn)處的標高和軸線(xiàn)偏差方可施焊。所有數據均形成書(shū)面記錄，作為控制管桁架軸線(xiàn)間累計誤差的依據。
5 體 會(huì )
經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的奮戰，蘇州科技學(xué)院體育中心籃球館工程勝利竣工，該項目的順利實(shí)施為以后類(lèi)似工程提供了參考方法，同時(shí)也為公司取得了可觀(guān)的經(jīng)濟和社會(huì )效益。在該工程實(shí)施過(guò)程中我深深體會(huì )到施工過(guò)程，施工方案及其選擇非常重要，制定科學(xué)、合理的施工方案，必須要結合施工現場(chǎng)實(shí)際，做到有針對性。有了技術(shù)上的保駕護航，再加上科學(xué)管理，團隊合作，才能使工程高質(zhì)優(yōu)效的進(jìn)行。
參考文獻
[1]《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范》GB-50205
[2]《建筑鋼結構焊接技術(shù)規程》JCJ81
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