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        大型鋼結(jié)構(gòu)環(huán)形桁架施工技術(shù)*

        2015-09-18 05:57:02
        建筑施工 2015年7期
        關(guān)鍵詞:環(huán)梁鋼柱桁架

        廣廈建設(shè)集團有限責任公司 杭州 310012

        1 工程概況

        樂清市體育中心體育館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋平面投影呈橢圓形,南北長約148 m,東西寬約128 m,屋面最高標高為28 m。屋蓋結(jié)構(gòu)采用索桁式弦支體系,由單層曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和空間索桁體系雜交而成(圖1)。由周邊V形柱和上下環(huán)梁形成的鋼結(jié)構(gòu)環(huán)形桁架作為屋蓋支撐體系。鋼結(jié)構(gòu)用量約為3 000 t,構(gòu)件材質(zhì)為Q345B。V形柱采用φ900 mm×25 mm圓管截面,共計24根;上下2 道環(huán)梁采用圓管截面,分布于V形柱頂部和中上部,上環(huán)梁構(gòu)件截面φ1 700 mm×35 mm,下環(huán)梁構(gòu)件截面φ1 000 mm×30 mm。

        圖1 鋼結(jié)構(gòu)軸測示意

        2 總體安裝方案

        體育館環(huán)形桁架,采用2臺SC1500型1 500 kN履帶吊在館外側(cè)由長軸兩端采取對稱站位進行吊裝。V形柱吊裝分段為相鄰2段斜鋼柱形成1個倒V形,同時在上端部兩側(cè)各帶450 mm長的上下環(huán)梁端頭以方便環(huán)梁連接。環(huán)梁按每一個柱距為一個吊裝分段。現(xiàn)場吊裝時首先安裝相鄰的2段倒V形柱吊裝分段,然后吊裝V形柱間的下環(huán)梁分段。當相應(yīng)的徑向梁和環(huán)梁吊裝完成之后再吊裝上環(huán)梁分段和上下環(huán)梁間的連桿。依此順序完成環(huán)形桁架的吊裝[1,2]。

        3 吊裝施工技術(shù)

        3.1 倒V形柱地面拼裝

        使用全站儀將倒V形柱的各分段軸線放樣至地面上→設(shè)置拼裝胎架,并對胎架位置和標高進行測量調(diào)整→安裝倒V形柱頂部帶節(jié)點的分段→安裝倒V形柱下部的分叉段→用經(jīng)緯儀復核并校正,進行焊接操作,完成拼裝[3]

        3.2 吊裝施工順序

        先吊裝預埋段Y形鋼柱,然后吊裝倒V形鋼柱,接著分段吊裝下環(huán)梁,再分段吊裝上環(huán)梁。當體育館現(xiàn)場土建施工符合鋼柱預埋條件時,鋼結(jié)構(gòu)進場進行鋼柱預埋段的安裝;當土建地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)完成后,在館外側(cè)布置2臺1 500 kN履帶吊進行吊裝施工。

        3.3 倒V形鋼柱吊裝

        倒V形鋼柱長度為26.90~26.99 m,質(zhì)量為30.26~30.35 t,采用1 500 kN履帶吊單機回轉(zhuǎn)法直接起吊,滿足吊裝要求。2臺1 500 kN履帶吊同時從橢圓短軸部位進行對稱吊裝作業(yè),在柱上環(huán)梁端頭設(shè)置吊點,鋼絲繩從柱上環(huán)梁端頭穿過。當?shù)筕形鋼柱起吊至設(shè)計位置時,采用設(shè)置在倒V形鋼柱柱腳的牽引繩進行調(diào)整就位,通過焊接在柱上的連接耳板和高強螺栓進行臨時固定。先通過千斤頂調(diào)整倒V形鋼柱的標高,然后利用安裝卡具調(diào)整上下柱接頭錯邊,再利用全站儀檢測各個基準點和外形線的實際位置,同理論位置進行比較后進行構(gòu)件的精確調(diào)整,達到誤差要求后按照既定的焊接順序?qū)υ摰跹b段的構(gòu)件進行焊接固定[4-6]。

        3.4 上下環(huán)梁吊裝

        下環(huán)梁各段長度為15.39~15.43 m,最大質(zhì)量為11.07 t;上環(huán)梁各段長度為15.87~15.99 m,最大質(zhì)量為22.97 t,采用1 500 kN履帶吊滿足吊裝要求。環(huán)梁吊裝前,應(yīng)清理鋼梁表面污物;對產(chǎn)生浮銹的連接板和摩擦面在吊裝前進行除銹。在地面用臨時螺栓把連接板固定在梁的兩端,將高強螺栓裝于工具包,并將工具包綁在離梁端1 m位置處。鋼梁吊裝就位時要注意鋼梁的上下方向及水平方向,確保安裝正確。起吊就位后,先用撬棍再用沖頭(沖釘)調(diào)整好梁的準確位置,然后夾好連接板,當連接板與螺栓孔對正后,臨時螺栓擰緊固定,即可脫鉤。整個安裝過程中,與梁連接的柱必須由全站儀對柱的坐標進行跟蹤監(jiān)測,柱的坐標偏差值要控制在允許范圍內(nèi)。

        4 現(xiàn)場焊接施工

        4.1 焊接特點

        環(huán)梁節(jié)點形式復雜,焊接質(zhì)量要求高;鋼柱對接、鋼梁對接,基本上是高空焊接,焊縫質(zhì)量等級均為一級焊縫。Q345B鋼材焊接質(zhì)量控制困難,精度要求高;環(huán)形桁架呈橢圓形,南北長約為148 m,東西寬約為128 m,焊接變形控制尤為重要。根據(jù)工程特點,考慮焊接效率和操作難度,決定采用CO2氣體保護焊。

        4.2 整體分段施焊

        為了使環(huán)形桁架均衡承受焊接應(yīng)力,把整個鋼結(jié)構(gòu)環(huán)形桁架分成8個施工段,由2個作業(yè)班組同步對稱進行焊接施工,確保焊接參數(shù)一致。焊接時采用多層焊接的方法以減少構(gòu)件縱向變形,每層起弧點相距30~50 mm,避免缺陷集中在一處。

        4.3 桿件焊接順序

        斜柱鋼梁組焊時應(yīng)采取合理的焊接順序,同一根柱子兩側(cè)的節(jié)點焊接必須同時進行,以保證鋼柱左右對稱受力,確保鋼柱角度正確;同一根梁的兩端焊接采用一先一后的方法,一端焊接完成并且焊縫溫度冷卻到常溫,焊接應(yīng)力有效釋放后,再進行梁另一端的焊接施工。

        4.4 合攏縫設(shè)置

        由于平面呈橢圓形的環(huán)形桁架,南北長度達到148 m,東西寬度達到128 m,焊接應(yīng)力與變形很大,為了有效消除焊接應(yīng)力,決定在體育館環(huán)形桁架的2-28軸、7-9軸、14-16軸、21-23軸設(shè)置4條合攏縫,在合攏縫施焊封閉前,盡量使4個區(qū)間的桁架焊縫能比較自由的收縮,盡可能多地釋放焊接應(yīng)力。等環(huán)形桁架所有的焊縫都施焊完成并且冷卻至常溫后,再進行4條合攏縫的焊接。

        4.5 焊接工藝

        鋼柱、鋼梁截面為φ900 mm×25 mm、φ1 700 mm×35 mm、φ1 000 mm×30 mm的圓管。對接焊接時將高空操作平臺安裝在柱對接位置以下1.2 m處,配備2名焊工焊接。施焊前,焊工應(yīng)檢查焊接部位的組裝質(zhì)量,如不合要求,應(yīng)修磨補焊合格后方能施焊。坡口表面不允許帶有污泥雜質(zhì)、油污、氧化皮等影響焊接的物體。單個構(gòu)件焊接時采用2人對稱施焊,每焊1層都要認真清渣。

        5 施工監(jiān)測

        體育館鋼結(jié)構(gòu)屋面采用了預應(yīng)力技術(shù),施工過程中對環(huán)形桁架等主要構(gòu)件進行了施工監(jiān)測。由于上環(huán)梁直接與主動受力索連接,因此對環(huán)形桁架的上環(huán)梁應(yīng)力采用應(yīng)變傳感器進行監(jiān)測,測點布置如圖2所示。監(jiān)測結(jié)果顯示,上環(huán)梁的應(yīng)力變化總體上與施工過程的結(jié)構(gòu)受力變化規(guī)律吻合較好。無論是張拉階段還是屋面板施工階段,上環(huán)梁的應(yīng)力變化較小,變化值大多在20 MPa以內(nèi)[7,8]。

        圖2 上環(huán)梁應(yīng)力測點布置示意

        6 結(jié)語

        樂清體育中心體育館環(huán)形桁架凈空高、斷面大,施工難度大,通過科學設(shè)計、合理施工,確保了鋼結(jié)構(gòu)的順利安裝,保證了安裝精度,有效控制了結(jié)構(gòu)變形,取得了良好效果,工程獲得了2013年度中國鋼結(jié)構(gòu)金獎。

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