方小才

中冶（上海）鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司 上海 201908

近年來，隨著我國鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展、施工設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸涌現(xiàn)出地標(biāo)性的大體量、形體藝術(shù)優(yōu)美等實(shí)用兼顧美觀的現(xiàn)代建筑。大跨度、超高層、空中連廊等一系列復(fù)雜結(jié)構(gòu)不斷刷新紀(jì)錄。大跨度空中結(jié)構(gòu)的施工也從早期的搭胎架/支架施工發(fā)展到地面拼裝后整體提升的一次就位的高效方式[1]，節(jié)點(diǎn)材料材質(zhì)從Q235提升到Q420，中核科創(chuàng)園連廊甚至采用了Q460材質(zhì)。節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)件從早期的鑄鋼件到高強(qiáng)鋼的焊接件再發(fā)展到鍛鋼件，在保證了結(jié)構(gòu)的安全性和空間使用率的同時，也對結(jié)構(gòu)制造的難度和精度控制提出更高的要求。

1 工程概況

南京金鷹天地廣場空中連廊設(shè)計(jì)為6層結(jié)構(gòu)，位于3幢塔樓之間第43層以上，如圖1所示，其第1—2層為實(shí)腹鋼桁架轉(zhuǎn)換層鋼結(jié)構(gòu)，正投影面積4 400 m2，最大跨度（最長邊）為72 m，轉(zhuǎn)換層桁架及第3—6層的邊桁架與3幢塔樓外框柱連接，塔樓內(nèi)部第43—44層設(shè)置伸臂桁架進(jìn)行傳力。轉(zhuǎn)換層桁架施工采用整體液壓垂直提升技術(shù)，提升支點(diǎn)設(shè)置在3幢塔樓外框柱上，共12個提升點(diǎn)分散設(shè)置在桁架端部，采用桁架正投影下方裙房毛屋面通過加固、搭設(shè)支墩進(jìn)行找平作為拼裝平臺。整體提升內(nèi)容包括桁架、鋼樓梯、平臺梁、鋼筋承板等已完成施工驗(yàn)收的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)完整施工段，提升總質(zhì)量2 600 t。

圖1 金鷹天地廣場空中連廊示意

2 工程難點(diǎn)

空中連廊轉(zhuǎn)換層桁架材質(zhì)為Q390GJC，板厚20～100 mm，正火鋼，40 mm及以上厚板為z向鋼，占比75%，桁架為焊接箱形結(jié)構(gòu)件，跨度大，桁架節(jié)點(diǎn)為多維多向的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)件，圖2為空中連廊轉(zhuǎn)換層桁架模型。

圖2 空中連廊轉(zhuǎn)換層桁架示意

為了促進(jìn)施工現(xiàn)場在短期內(nèi)完成拼裝并順利提升就位，工廠需采用合理分段及精度控制等加工技術(shù)作為提升前項(xiàng)保證的策略。

3 桁架加工分段思路及起拱設(shè)置

3.1主桁架的分段

根據(jù)原設(shè)計(jì)，與2座塔樓T1和T2框架柱相連的軸線桁架為主桁架，共6榀，主桁架之間為次桁架及平臺梁。桁架均為焊接實(shí)腹箱形結(jié)構(gòu)件，上下弦之間設(shè)計(jì)有斜或豎向箱形腹桿，主次桁架交會處節(jié)點(diǎn)非常復(fù)雜，外輪廓尺寸較大。因此，桁架分段加工需綜合考慮運(yùn)輸?shù)谋憷?、加工及現(xiàn)場拼裝的效率、結(jié)構(gòu)安全可靠，確定將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)單獨(dú)加工，上下弦桿及腹桿分拆加工，較小的節(jié)點(diǎn)與弦桿整體加工的思路，同時主桁架端部預(yù)留“嵌補(bǔ)段”。結(jié)構(gòu)安全主要是通過優(yōu)化焊接端口設(shè)計(jì)和設(shè)置合理的桁架起拱值加以保證。

3.2嵌補(bǔ)段預(yù)設(shè)

預(yù)留嵌補(bǔ)段的主要目的是避免塔樓框架柱伸出的牛腿對桁架提升過程造成干擾，次要目的是便于調(diào)節(jié)3幢塔樓外框柱安裝定位偏差和柱上提升架受力后變形偏差以及克服氣溫影響桁架兩端實(shí)際凈距而帶來的桁架就位連接困難，這與鋼拱橋施工中部的合龍段設(shè)置原理是一致的[2]。

根據(jù)施工單位提升過程中的模擬驗(yàn)算結(jié)果，T1塔樓最大側(cè)移量為12 mm、T2塔樓最大側(cè)移量為5 mm、T3塔樓最大側(cè)移量為3 mm，加載提升后，3幢塔樓之間橫向偏移最大值出現(xiàn)在T1塔樓和T2塔樓之間，間距減小的最大值為17 mm。

因此有必要預(yù)設(shè)嵌補(bǔ)段以保證桁架提升就位后的有效連接，嵌補(bǔ)段長度設(shè)置需滿足規(guī)范要求，另外部分端部與桁架節(jié)點(diǎn)的相對位置較近，嵌補(bǔ)段應(yīng)包括相鄰的節(jié)點(diǎn)。

3.3桁架起拱值設(shè)置

由于實(shí)腹箱形桁架結(jié)構(gòu)剛度較大，設(shè)計(jì)階段已考慮結(jié)構(gòu)荷載的撓度，此時主要考慮提升階段施工對撓度的影響，根據(jù)施工模擬驗(yàn)算，轉(zhuǎn)換桁架在提升過程中，最大撓度出現(xiàn)在桁架LHJ-1的跨中，最大撓度為44.6 mm。模擬區(qū)域如圖3所示，模擬驗(yàn)算撓度分布如圖4所示。

圖3 桁架撓度模擬區(qū)域

圖4 轉(zhuǎn)換桁架提升時的撓度分布

考慮到44.6 mm的撓度是在施工階段最不利的雙邊支撐情況下出現(xiàn)的，與設(shè)計(jì)狀態(tài)存在差異，若按模擬最大數(shù)值起拱，則后續(xù)在樓面混凝土施工時易出現(xiàn)露筋現(xiàn)象，綜合設(shè)計(jì)起拱和施工荷載預(yù)起拱38 mm，起拱在現(xiàn)場拼裝時實(shí)現(xiàn)，桁架分段時不需要考慮起拱因素對分段處端口傾角的影響。

4 桁架加工過程控制

4.1主桁架

主桁架加工時主要考慮現(xiàn)場接縫坡口的設(shè)置和加工精度要求，以保證現(xiàn)場施焊的便利性、焊縫質(zhì)量、減少焊接填充量從而減小焊接結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力。焊縫采用單邊外坡口內(nèi)襯陶瓷墊片，并避開不等厚板對接位置；坡口采用半自動切割并打磨去除硬化層后，或直接采用刨邊機(jī)加工坡口，合格的坡口需及時加以保護(hù)；異形桁架變截面處一律不得短料拼接，視彎角大小選用冷彎或熱彎。施工前進(jìn)行相應(yīng)的焊接工藝試驗(yàn)，做好焊前預(yù)熱和焊后保溫措施，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬定焊接工藝評定和焊接作業(yè)指導(dǎo)書，施焊時嚴(yán)格按焊接作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行。

4.2桁架節(jié)點(diǎn)加工

復(fù)雜的桁架節(jié)點(diǎn)是工程中的質(zhì)量控制重點(diǎn)，加工前需編制專項(xiàng)方案，詳細(xì)明示構(gòu)造特點(diǎn)、加工工序和質(zhì)量保證措施，將節(jié)點(diǎn)按構(gòu)造拆分為主結(jié)構(gòu)和外圍牛腿等多部件分別加工，然后進(jìn)行組焊、矯正。

節(jié)點(diǎn)主構(gòu)件的異形大面零件采用數(shù)控整體下料，內(nèi)部勁板采用退裝退焊工藝，嚴(yán)格把控焊縫質(zhì)量檢測，本項(xiàng)目應(yīng)盡量避免電渣焊工藝，因?yàn)閷﹄娫腹に嚨囊蠓浅８遊3]，且異形大斷面厚板焊接難度大，一旦焊縫不合格，處理難度高，易造成結(jié)構(gòu)安全隱患。

節(jié)點(diǎn)大組裝過程及矯正、驗(yàn)收參照的尺寸及角度控制采用TAKLA模型中三維立體的構(gòu)件視圖，通過立體視圖中各個牛腿端部間的相對標(biāo)注尺寸，可以非常方便地把控產(chǎn)成品的精度要求，技術(shù)人員均經(jīng)過必要的模型應(yīng)用培訓(xùn)。

4.3桁架嵌補(bǔ)段加工

桁架嵌補(bǔ)段是在桁架整體提升就位后供應(yīng)現(xiàn)場，考慮到成本效益可在主桁架加工時同步進(jìn)行下料加工，桁架嵌補(bǔ)段與框架柱牛腿對接端需預(yù)留長50 mm的余量，根據(jù)現(xiàn)場提升后的數(shù)據(jù)再做最后修正后出廠。

4.4焊接變形控制

由于桁架層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個節(jié)點(diǎn)承擔(dān)多維多向聯(lián)結(jié)，最終的尺寸精度控制非常重要，除了各部件加工和總裝階段等前期保證之外，還須考慮總裝焊接階段焊接變形的影響，主要從焊接方法和焊接順序2個方面采取措施，以減少焊接收縮變形和應(yīng)力變形[4]。

節(jié)點(diǎn)主桿件改單側(cè)坡口為雙側(cè)V形坡口，采用手工氣體保護(hù)焊小電流打底和填充，埋弧焊蓋面；4條主焊縫分別對稱交替焊接；大牛腿兩側(cè)對稱先裝先焊，均采用小電流手工氣體保護(hù)焊多層多道焊接，小牛腿等部件后裝后焊，從而減少收縮焊前定位焊需清理的工作量。

5 結(jié)語

1）大跨度桁架的加工技術(shù)需緊密結(jié)合現(xiàn)場施工方案進(jìn)行合理的分段，并根據(jù)現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)加工技術(shù)進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2）針對本項(xiàng)轉(zhuǎn)換桁架層整體提升的要求，必須從嚴(yán)把控焊接質(zhì)量和坡口加工質(zhì)量，施工前進(jìn)行相應(yīng)的焊接工藝評定，確?？尚杏行В⒏鶕?jù)試驗(yàn)結(jié)果擬訂焊接作業(yè)指導(dǎo)書以指導(dǎo)生產(chǎn)。

3）采用三維立體結(jié)構(gòu)模型輔助加工，構(gòu)件外形及零部件相對位置直觀明了，有效提高了復(fù)雜構(gòu)件的識圖效率，易于把控構(gòu)件尺寸偏差。

4）嵌補(bǔ)段設(shè)置有效保證了本項(xiàng)目桁架層整體垂直提升后的就位連接，加快了整體工期進(jìn)度。