鄭小軍 蔣曉洪

（中國五冶集團(tuán)有限公司 四川成都 610107）

1 工程概況

某博物館為大型綜合性博物館，項(xiàng)目占地面積為38119m2，建筑面積為49157m2。

圖1 建筑整體效果圖

圖2 鋼結(jié)構(gòu)整體效果圖

地上四層，地下一層，地下局部設(shè)有夾層，采用鋼筋混凝土筒體-鋼桁架-鋼筋混凝土框架組成的混合結(jié)構(gòu)體系，建筑高度31.2m。

二層設(shè)有局部懸挑桁架；三層樓面以上由四個(gè)鋼筋混凝土筒體支承八榀主鋼桁架形成的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)，主鋼桁架凈跨度約40m，外挑約15～17m。主桁架材質(zhì)為Q420B，鋼桁架最大高度9.1m。

核心筒共計(jì)有四個(gè)，采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，核心筒鋼柱采用口400×400×50箱型鋼骨柱，材質(zhì)Q345B，鋼骨柱外裹C40混凝土。

鋼屋蓋總重量約7800t，采用地面整體拼裝，4個(gè)核心筒頂設(shè)置32臺(tái)350噸千斤頂計(jì)算機(jī)控制液壓整體提升的施工方式，桁架提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置后，連接桁架上、下弦及桁架腹桿，提升合攏焊接口160道，分布在4個(gè)核心筒周圍，材質(zhì)為Q420B，截面最大為口1100×400×70×70。

圖3 施工效果圖

圖4 施工實(shí)照

2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)合攏技術(shù)

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性，同時(shí)結(jié)構(gòu)平面尺度、跨度和工程量很大，一方面結(jié)構(gòu)安裝的時(shí)間長，大幅度的溫度變化將在結(jié)構(gòu)中引起很大的內(nèi)力和變形。另一方面，安裝誤差的存在，會(huì)導(dǎo)致誤差的累計(jì)，須采用對(duì)稱安裝、分塊安裝等措施消除，否則將對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力。因此，為控制施工過程的變形，減少結(jié)構(gòu)安裝過程中的安裝應(yīng)力、焊接內(nèi)應(yīng)力和溫度應(yīng)力等，在安裝過程中，一般采用分塊或分區(qū)段安裝法，即先將各分段構(gòu)件在高空依次拼接為若干個(gè)對(duì)稱、均勻布置的獨(dú)立板塊或區(qū)段，最后將各獨(dú)立板塊或區(qū)段連成一個(gè)整體，即為合攏。

3 合攏關(guān)鍵技術(shù)

大跨度鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)空間平面具體布置、吊裝資源及其性能參數(shù)等，確定總體施工工藝方案。本文針對(duì)南充博物館鋼結(jié)構(gòu)合攏施工技術(shù)進(jìn)行探究：

3.1 合攏路線的選擇

確定合攏線時(shí)，結(jié)合結(jié)構(gòu)本身的受力和變形、鋼結(jié)構(gòu)的整體安裝順序和主桁架（或主鋼梁）的安裝分段情況，盡可能減少合攏點(diǎn)的數(shù)量，以方便施工，減少合攏時(shí)的人員、設(shè)備及其它資源的投入，并確保施工過程的安全，保證工程質(zhì)量。

（1）焊接分區(qū)

屋蓋提升完成后，先同時(shí)進(jìn)行分區(qū)一、分區(qū)三核心筒合攏焊接，完成后再進(jìn)行分區(qū)二、分區(qū)四核心筒合攏焊接。

圖5 合攏分區(qū)圖

圖6 合攏順序圖

（2）各分區(qū)焊接順序

各分區(qū)先焊接核心筒內(nèi)側(cè)兩個(gè)面合攏節(jié)點(diǎn)（編號(hào)1、2），再焊接桁架懸挑側(cè)核心筒兩個(gè)面合攏節(jié)點(diǎn)（編號(hào)3、4）。

（3）合攏節(jié)點(diǎn)焊接順序

屋蓋提升完成后，先焊接桁架下弦桿（1）焊縫高度的40%，再焊接腹桿（2）焊縫高度的40%，最后焊接上弦桿（3）焊縫高度的40%，再按照1→2→3的順序依次焊接焊縫高度剩余的60%。

圖7 合攏節(jié)點(diǎn)焊接順序

（4）合攏節(jié)點(diǎn)構(gòu)件焊接順序

桁架合攏節(jié)點(diǎn)均為箱型截面，板厚70mm，焊接位置有平焊、立焊、仰焊，采用CO2氣體保護(hù)焊（GMAW）打底、填充、蓋面。焊接時(shí)，采用多層多道錯(cuò)位焊接技術(shù)，CO2氣體保護(hù)焊（GMAW）每一層的厚度為3～5mm，接頭不在一個(gè)平面內(nèi)，通常錯(cuò)位50mm以上。焊接前要求預(yù)熱到150℃，并在焊后用石棉保溫12h以上（見圖8～9）。

桿件焊接時(shí)采用對(duì)稱焊接，先焊接1焊縫高度的40%，再對(duì)稱焊接2焊縫高度的40%，之后焊接3焊縫高度的40%，最后再按照1→2→3的順序依次焊接焊縫高度剩余的60%。

3.2 合攏溫度的選擇

對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)，在確定結(jié)構(gòu)的初始溫度時(shí)，①需要結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髼l件，使初始溫度接近年平均氣溫，使可進(jìn)行施工的天數(shù)較多；②要考慮施工進(jìn)度計(jì)劃與可能出現(xiàn)的變化，預(yù)留一定的允許溫度偏差范圍；③結(jié)構(gòu)合攏溫度盡量設(shè)定在結(jié)構(gòu)可能達(dá)到的最高溫度與最低溫度之間，使結(jié)構(gòu)受力比較合理。本工程鋼結(jié)構(gòu)合攏溫度設(shè)定在20℃±2℃。

圖8 多層多道焊接示意圖

圖9 構(gòu)件焊接順序示意圖

3.3 合攏時(shí)間控制

合攏溫度可在設(shè)計(jì)要求的溫度范圍內(nèi)選取，合攏時(shí)間應(yīng)根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)資料、氣象信息資料及天氣情況來確定，盡量安排在夜間溫度相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間段及后半夜進(jìn)行，減小合攏過程中合攏口出現(xiàn)過大的溫度應(yīng)力。施工時(shí)，先根據(jù)氣象臺(tái)提供的實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測(cè)資料提前進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果和收集的氣象資料，確定初步的合攏時(shí)間。初步合攏時(shí)間確定后，各相關(guān)人員準(zhǔn)備就位，準(zhǔn)備進(jìn)行合攏。同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行嚴(yán)格的溫度監(jiān)測(cè)，待溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，統(tǒng)一指揮，即刻進(jìn)行合攏。

3.4 合攏段安裝工藝

合攏段安裝具體要求如下：

（1）控制合攏時(shí)合攏口的間隙，減少合攏口的焊接量，以確保焊接質(zhì)量，實(shí)際操作中可能無法滿足預(yù)定的條件，可調(diào)整合攏段，先焊一端的坡口間隙。

（2）嚴(yán)格控制合攏口的錯(cuò)邊量，減少應(yīng)力集中。

（3）合攏段安裝就位后，除要求的合攏口暫不焊接連接，其它接口部位及時(shí)焊接完畢，以提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

（4）為確保合攏口在施工過程中因溫度變化而自由伸縮，合攏口采用鋼碼板搭接連接。

（5）盡量選擇與合攏時(shí)相近的溫度條件下或低于該溫度的條件下安裝合攏段，以方便合攏段的就位。

4 結(jié)束語

為減少結(jié)構(gòu)施工過程附加應(yīng)力，確保結(jié)構(gòu)使用過程中安全的主要技術(shù)，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的合攏技術(shù)將會(huì)更加引起廣泛的重視；本文通過對(duì)該博物館鋼結(jié)構(gòu)合攏技術(shù)的總結(jié)、研究，期望能對(duì)今后大跨度鋼結(jié)構(gòu)合攏技術(shù)研究起到借鑒的作用，并能指導(dǎo)實(shí)際工程，使得大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工更加安全、高效和經(jīng)濟(jì)。