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無(wú)錫尚能一期鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    祝天東
    （上海寶冶建設(shè)有限公司，上海 200941）
    [摘要] 針對(duì)無(wú)錫尚能研發(fā)樓異形框架及平面桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)仿真模擬計(jì)算，采取相應(yīng)的施工措施，既保證了安裝精度，又經(jīng)濟(jì)合理的完成了此類(lèi)結(jié)構(gòu)的安裝。
    [關(guān)鍵詞] 鋼桁架 、箱形梁、測(cè)量控制網(wǎng)、焊接變形

    1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    尚德公司研發(fā)大樓設(shè)計(jì)在我國(guó)建筑領(lǐng)域首次引進(jìn)了“零能耗”、“功能型”、“生態(tài)建筑”的概念，是一座光伏技術(shù)應(yīng)用示范、建筑審美等多種功能于一體的綜合性、零能耗、綠色建筑示范項(xiàng)目。
    生產(chǎn)研發(fā)樓二~八層為組合樓面鋼框架結(jié)構(gòu)，檐高34.90m。每層結(jié)構(gòu)形狀各異，各層平臺(tái)外框框架梁在轉(zhuǎn)角處為圓弧形式且煨彎半徑較小。框架鋼柱為圓形鋼管柱，整個(gè)框架結(jié)構(gòu)由31根固定鋼柱和26根吊柱做支撐。由抗風(fēng)桁架與屋面鋼桁組成的結(jié)構(gòu)體系作為框架結(jié)構(gòu)的外圍結(jié)構(gòu)，桁架構(gòu)件均為方鋼管，主桁架為平面桁架，次桁架既有平面桁架，也有空間桁架。
    2、施工特點(diǎn)、難點(diǎn)分析
    2.1構(gòu)件數(shù)量多、焊接變形大、安裝精度要求高
    研發(fā)樓框架結(jié)構(gòu)2-5層結(jié)構(gòu)大部分鋼梁有鋼柱做支撐，6-8層為懸吊結(jié)構(gòu)，每層框架梁均由形狀各異的方鋼管經(jīng)煨彎制作而成，見(jiàn)圖1。

    由于方管鋼梁每個(gè)接口均需焊接，如不對(duì)安裝順序和焊接順序進(jìn)行合理的組織，采取相應(yīng)的減小焊接應(yīng)力技術(shù)措施，將造成很大的焊接變形及焊接應(yīng)力，很難保證最終的安裝精度要求。
    2.2 外圍抗風(fēng)桁架和屋面桁架長(zhǎng)度大，剛性差
    由于屋面桁架長(zhǎng)度達(dá)35.2米，抗風(fēng)桁架最長(zhǎng)為36.5米。如果先吊裝抗風(fēng)桁架，再吊裝屋面桁架，需要增加大量的臨時(shí)支撐，增加施工成本的同時(shí)也影響施工進(jìn)度。經(jīng)過(guò)分析，采用雙機(jī)抬吊、一次就位的施工工藝。經(jīng)過(guò)因此采用分兩段加工現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工工藝。
    2.3 屋面結(jié)構(gòu)撓度的控制
    由于框架結(jié)構(gòu)6-8層為懸吊結(jié)構(gòu)，上吊點(diǎn)大多設(shè)在屋面結(jié)構(gòu)的次桁架上，各層鋼梁安裝完成后需鋪設(shè)樓層板再澆筑120mm的砼。因此，在桁架制作時(shí)要對(duì)桁架進(jìn)行預(yù)起拱，起拱值的計(jì)算必須與現(xiàn)場(chǎng)施工工藝相結(jié)合。利用專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工工序進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，最后確定出各桁架合理的起拱數(shù)據(jù)。
    3、鋼結(jié)構(gòu)安裝
    3.1 安裝工藝流程如下：

    3.2 吊裝工況分析
    根據(jù)鋼梁及拼裝后的桁架重量、吊裝設(shè)備的起重性能以及構(gòu)件的吊裝高度，在吊裝前進(jìn)行詳細(xì)的工況分析，以確定吊機(jī)的行走路線、構(gòu)件的吊裝方式和起吊位置。
    4 安裝措施
    4.1 抗風(fēng)桁架和屋面桁架的吊裝要點(diǎn)
    研發(fā)樓屋面桁架采用150噸和50噸兩臺(tái)履帶吊機(jī)雙機(jī)抬吊的方式進(jìn)行安裝，50噸吊機(jī)先把抗風(fēng)桁架起吊，柱腳連接固定好后將抗風(fēng)桁架調(diào)整至設(shè)計(jì)角度。然后150噸吊機(jī)將屋面桁架起吊至設(shè)計(jì)高度，與墻體支座連接固定后與抗風(fēng)桁架用臨時(shí)固定卡板進(jìn)行連接，單榀桁架安裝完成后，用攬風(fēng)繩固定后吊機(jī)方可松鉤。然后吊裝第二榀桁架，臨時(shí)固定后安裝兩榀桁架間的次桁架形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系后方可將攬風(fēng)繩拆除。照此方法逐步推進(jìn)，直至全部主次桁架安裝完成，吊裝示意圖見(jiàn)圖2。

    桁架高空對(duì)接時(shí)為保證對(duì)接精度，桁架弦桿在制作時(shí)需預(yù)先安裝好定位卡板，見(jiàn)圖3。

    4.2懸吊結(jié)構(gòu)安裝要點(diǎn)
    懸吊結(jié)構(gòu)安裝前屋面桁架必須全部安裝到位并焊接完成。屋面桁架安裝完成后，先將懸吊柱安裝在屋面桁架上，懸吊鋼梁安裝順序是先安裝八層結(jié)構(gòu)，再安裝七層，最后安裝六層結(jié)構(gòu)；每層結(jié)構(gòu)先安裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，再逐步向外擴(kuò)展。局部結(jié)構(gòu)安裝示意圖見(jiàn)圖4。

    5 施工技術(shù)措施
    5.1 桁架起拱措施
    由于6－8層為懸吊結(jié)構(gòu)，上吊點(diǎn)均設(shè)在屋面桁架的主次桁架上，因此，在桁架拼裝或桁架制作式必須進(jìn)行預(yù)起拱，起拱值是經(jīng)過(guò)通過(guò)STEEL設(shè)計(jì)模型，按照現(xiàn)場(chǎng)施工工序進(jìn)行逐步計(jì)算機(jī)方針模擬計(jì)算得來(lái)的。起拱在桁架制作時(shí)完成，采用火焰起拱工藝，具體方法是在桁架弦桿起拱位置進(jìn)行火焰烘烤，見(jiàn)圖5。

    每處只能烘烤一次，當(dāng)烘烤位置不能滿(mǎn)足拱度要求時(shí)，在吊點(diǎn)兩側(cè)繼續(xù)進(jìn)行烘烤，見(jiàn)圖6：

    5.2 焊接變形控制
    雖然本工程需焊接的板材多為中板（12－25mm）,但焊接量極大，主要焊接節(jié)點(diǎn)有上下柱對(duì)接，主桁架拼接，主次桁架焊接、梁梁（箱形）焊接等，且柱梁采用栓焊結(jié)合的節(jié)點(diǎn)連接形式，因此，焊接變形的控制是本工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
    5.2.1桁架拼接的焊接變形控制：由于主桁架長(zhǎng)度較長(zhǎng)且是平面桁架，焊接過(guò)程中，如控制不好很容易引起較大的變形。根據(jù)本工程為矩形管桁架的特點(diǎn)，我們采取如下焊接順序來(lái)減小焊接變形:先同時(shí)對(duì)稱(chēng)焊接兩個(gè)側(cè)面的焊縫，然后對(duì)稱(chēng)焊接上下兩條焊縫。
    5.2.2 框架結(jié)構(gòu)的焊接變形控制：由于本工程框架梁多是箱形梁，均采用焊接連接，因此，每層結(jié)構(gòu)的焊接量很大，需對(duì)焊接變形加以嚴(yán)格控制。采取的減少焊接應(yīng)力及焊接變形措施有：
    1）確定合理的焊接順序：結(jié)構(gòu)安裝到位后，先焊接結(jié)構(gòu)中間的焊縫，逐步往周邊焊接；
    2）對(duì)稱(chēng)焊接法：吊柱周?chē)缚p采用兩人或多人對(duì)稱(chēng)焊接；
    3）跳焊法：焊縫較長(zhǎng)時(shí)采用的分段焊接，每段為100-200MM;
    4）錘擊焊縫法：錘擊焊縫法，即用圓頭小錘對(duì)焊縫敲擊，可減少焊接變形和應(yīng)力。因此對(duì)焊縫適當(dāng)鍛延，使其伸長(zhǎng)來(lái)補(bǔ)償這個(gè)縮短，就能減小變形和應(yīng)力。錘擊時(shí)用力要均勻，一般采用0.5Kg?1.0Kg的手錘，其端部為圓角（R=3?5mm）。底層和表面焊道一般不錘擊，以免金屬表面冷作硬化。其余各道焊完一道后立刻錘擊，直至將焊縫表面打出均勻致密的點(diǎn)為止。
    5.3 施工測(cè)量控制措施
    由于本工程框架結(jié)構(gòu)形狀多為不規(guī)則的曲線形式，主桁架為平面桁架，加之懸吊結(jié)構(gòu)對(duì)屋面桁架撓度的影響，要求施工過(guò)程的測(cè)量控制措施必須合理有效方能保證最終的安裝精度。
    5.3.1測(cè)量?jī)x器的選擇
    依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安裝精度要求，施工現(xiàn)場(chǎng)配置一臺(tái)TOP全站儀，用于工程平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)、構(gòu)件的拼裝及安裝檢測(cè)及結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)；一臺(tái)博飛J2經(jīng)緯儀，用于定線、長(zhǎng)軸線測(cè)設(shè)；一臺(tái)索佳C32Ⅱ水準(zhǔn)儀，用于用于標(biāo)高測(cè)設(shè)。這樣，可以滿(mǎn)足本工程施工全過(guò)程、全方位的測(cè)設(shè)要求。
    5.3.2平面測(cè)量控制網(wǎng)的建立
    根據(jù)工程的整體布置，建立控制網(wǎng)，測(cè)量控制網(wǎng)由測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)和各軸線主要投影點(diǎn)構(gòu)成。同時(shí)場(chǎng)外應(yīng)各建立了三個(gè)能相互通視的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)和二個(gè)高程水準(zhǔn)點(diǎn)，以便于相互校核。
    1）控制網(wǎng)的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)滿(mǎn)足了全站儀在施工過(guò)程中定位施測(cè)的基準(zhǔn)、通視要求和具備定期復(fù)核精度條件。
    2）各軸線主要投影點(diǎn)，在吊裝前即施測(cè)標(biāo)識(shí)在砼結(jié)構(gòu)上，并需進(jìn)行閉合測(cè)量，滿(mǎn)足了精度要求。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)施工要求，又增設(shè)若干輔助控制點(diǎn)，便于構(gòu)件安裝時(shí)的定位。
    5.3.3測(cè)量控制
    本工程的測(cè)量重點(diǎn)主要有以下幾方面：
    （1）鋼柱安裝精度控制：鋼柱安裝精度控制重點(diǎn)有鋼柱軸線偏差、垂直度偏差、鋼柱牛腿標(biāo)高偏差等項(xiàng)目；
    （2）桁架撓度控制：測(cè)量重點(diǎn)在每榀桁架中存在懸吊柱的節(jié)點(diǎn)撓度控制。分三階段進(jìn)行控制：懸吊結(jié)構(gòu)未安裝之前、懸吊結(jié)構(gòu)安裝到位后、每層懸吊結(jié)構(gòu)屋面澆注砼后的最終撓度。
    以上測(cè)量成果經(jīng)與計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果相對(duì)比，結(jié)果基本吻合。
    6 結(jié)語(yǔ)
    無(wú)錫尚德太陽(yáng)能研發(fā)樓鋼結(jié)構(gòu)工程是異形框架結(jié)構(gòu)和管桁架兩種結(jié)構(gòu)形式的有機(jī)結(jié)合體，通過(guò)采用雙機(jī)抬吊的施工工藝提高了安裝工效，保證了施工進(jìn)度要求；通過(guò)ANSYS、SAP2000結(jié)構(gòu)分析軟件和STEEL專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件等對(duì)施工情況進(jìn)行模擬計(jì)算分析，為構(gòu)件制作精度和結(jié)構(gòu)安裝精度的保證提供了科學(xué)的依據(jù)，從而，獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
    附頁(yè)：結(jié)構(gòu)封頂后的局部照片

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