中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘 要：蘇州科技學(xué)院新校區(qū)體育館為61.6m大跨度管桁架鋼結(jié)構(gòu)，拼裝工藝、相貫焊接節(jié)點(diǎn)復(fù)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(xiàng)工程，滿足了施工和設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：大跨度；管桁架；地面拼裝；整體吊裝；雙機(jī)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(qū)體育中心工程分為體育場、籃球館以及訓(xùn)練場三部分。
籃球館為79.2m×79.2m的正方形場館，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(biāo)高22.22m。其中主桁架有7榀為整體大跨度單榀桁架，長度大約為61.6m，兩端支撐于混凝土柱頂；2榀為單片邊桁架，支撐于結(jié)構(gòu)周邊混凝土柱頂；最西側(cè)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)問題
1.2.1 本工程單榀桁架寬度大，重量重，桁架設(shè)計(jì)標(biāo)高高，且現(xiàn)場兩側(cè)的看臺已經(jīng)完成施工，施工場地極為狹小，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(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)均為管材相貫節(jié)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(yùn)輸和安裝的整個(gè)過程中，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(gòu)運(yùn)輸問題，分解成小桁架片的構(gòu)件需在現(xiàn)場重新總拼，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)問題，我們主要從吊裝方法的選擇、吊裝前準(zhǔn)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(jié)構(gòu)跨度大、自重大、高度高等特點(diǎn)并結(jié)合施工場地情況，我司結(jié)合以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)大跨度鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)大跨度、大噸位鋼構(gòu)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(nèi)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(jié)合各種吊裝方法的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)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(jī)臺吊將管桁架吊裝至設(shè)計(jì)位置，最后完成次桁架及輔助結(jié)構(gòu)的安裝。
3 吊裝前準(zhǔn)備
3.1 桁架拼裝
由于本工程單榀管桁架長度達(dá)到61.6m，主桁架高3.6m，處于運(yùn)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(yùn)至現(xiàn)場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(xiàn)場靠結(jié)構(gòu)端，選取一塊4.5m×30m場地，并平整墊實(shí)，作為拼裝平臺的場地，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(zhǔn)儀監(jiān)測馬凳表面是否在同一水平上，發(fā)現(xiàn)局部有沉降時(shí)及時(shí)調(diào)整標(biāo)高，確保每一個(gè)馬凳在同一標(biāo)高上。同時(shí)當(dāng)桁架放上胎架后用水準(zhǔn)儀監(jiān)測馬凳沉降是否均勻，及時(shí)調(diào)整桁架每一處接縫處的標(biāo)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(jié)，總長61.6m的桁架分為6段，在上、下弦桿上共計(jì)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)科會同工程管理科專門編制了專項(xiàng)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(yīng)的焊接工藝評定報(bào)告并報(bào)第三方評審。
3.2.2 嚴(yán)抓對焊接過程的檢查。檢查內(nèi)容應(yīng)包括：母材及焊材種類、焊接位置、焊工接順序、焊縫質(zhì)量等。
3.2.3 嚴(yán)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(cuò)邊量等幾個(gè)方面。
3.2.4 當(dāng)焊接表面潮濕、有油污，焊接環(huán)境溫度過大或焊接部位受風(fēng)、雨、雪直接侵襲時(shí)，都無法保證焊出高質(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 焊接過程中為減少焊接應(yīng)力，防止產(chǎn)生焊接裂紋，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求對焊接部位進(jìn)行預(yù)熱，在整個(gè)焊接過程中隨時(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(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行后熱。
3.2.6 焊接過程中我司嚴(yán)格按照專項(xiàng)焊接方案中規(guī)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(zhuǎn)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)由中間往兩邊對稱焊接。
3.2.7 做好焊后處理工作，由專人檢查焊縫成型情況和焊縫探傷自檢。
經(jīng)過我司卓有成效的工作，最后主桁架全部焊縫探傷100%合格，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。
3.3 預(yù)埋件復(fù)驗(yàn)
正式吊裝前的第三個(gè)工作是復(fù)核預(yù)埋件，對照軸線和定位標(biāo)高，對每一個(gè)預(yù)埋螺栓進(jìn)行了詳細(xì)的復(fù)驗(yàn)，及時(shí)做好書面記錄，確保軸線偏差±5ｍｍ以內(nèi)；標(biāo)高偏差在±3ｍｍ以內(nèi)。為方便復(fù)核桁架垂直度，在每一塊預(yù)埋板上均畫出軸線作為將來調(diào)整桁架的參照線。
4 桁架吊裝
考慮到現(xiàn)場施工場地有限，東西側(cè)距離即2-4—2-9軸僅37m，南北側(cè)有效距離即2-B—2-K軸僅58.6m，且東西兩側(cè)看臺已經(jīng)施工完畢，這些客觀情況均對桁架的吊裝帶來了極大的影響。因此吊裝前，我司技術(shù)科及項(xiàng)目部多次在現(xiàn)場召開現(xiàn)場技術(shù)攻關(guān)會議，修改吊裝方案，并組織專家對吊裝方案進(jìn)行論證，確保整個(gè)吊裝過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，緊接著用經(jīng)緯儀對照預(yù)埋板上的軸線初步調(diào)直桁架，調(diào)整桁架后即在桁架兩側(cè)各設(shè)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。接下來開始次桁架的安裝和附屬結(jié)構(gòu)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。以此類推，完成下面幾榀管桁架的吊裝及次桁架和附屬結(jié)構(gòu)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)吊裝過程中，有3個(gè)控制因素需要特別注意：雙機(jī)抬吊中吊點(diǎn)的選擇、雙機(jī)抬吊同步控制、管桁架垂直度控制。
4.1 雙機(jī)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(jī)抬吊過程中的受力情況，認(rèn)為吊點(diǎn)設(shè)置于2-C軸與2-D軸之間的節(jié)點(diǎn)和2-G軸與2-H軸之間的節(jié)點(diǎn)時(shí)，吊裝過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(jì)算中取1.4倍自重系數(shù)，結(jié)果均滿足規(guī)范要求。
雙機(jī)抬吊中的桁架的下?lián)希ㄗ畲筇帪?/span>3.3mm）
雙機(jī)抬吊中的桁架桿件應(yīng)力比（最大為0.22）
圖4.2 吊點(diǎn)計(jì)算圖(大跨度管桁架安裝施工)
4.2 雙機(jī)抬吊同步控制
吊裝過程中我司采用了雙機(jī)抬吊，有效解決了現(xiàn)場施工場地有限，單部吊車吊裝不能很好完成吊裝的難題。但是雙機(jī)抬吊必須解決兩臺吊機(jī)同步性的問題，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(jī)抬吊均采取了保證措施。
4.2.1 技術(shù)保證措施
吊裝前項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人對兩臺吊車司機(jī)、起重工及信號指揮人員均進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)交底和安全交底，明確桁架的重量以及運(yùn)行的路線。要求嚴(yán)格按照交底內(nèi)容進(jìn)行吊裝。
抬吊前對設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格的檢查，如鋼絲繩等，計(jì)算鋼繩是否能滿足吊裝需要。
抬吊過程中由信號員負(fù)責(zé)掌握運(yùn)行方向，統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)兩車的動作。抬吊作業(yè)中吊車的司機(jī)具備良好的操作經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格服從信號員的指揮，按照規(guī)章及交底內(nèi)容操作。
4.2.2 安全保證措施
起吊過程中，時(shí)刻保持鋼絲繩垂直，起鉤前先將繩繃緊，原地觀察，桁架在離地面0.5米左右時(shí)停住，確定制動、吊點(diǎn)、吊具等沒問題時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行操作?，F(xiàn)場信號指揮員對行走過程中的同步情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)與對方和下方的司機(jī)溝通。
嚴(yán)格控制吊車的行走速度和吊裝速度，在兩側(cè)行駛道路上設(shè)置標(biāo)線，并在操作中進(jìn)行核對，以保證兩側(cè)吊機(jī)行駛速度均勻一致。在上部高空位置同樣設(shè)置了標(biāo)線，要求每行走1m即檢查復(fù)核1次，發(fā)現(xiàn)不同步即進(jìn)行調(diào)整，防止偏差累積造成同步調(diào)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(yù)埋件上軸線及桁架上軸線進(jìn)行控制，當(dāng)兩根軸線重合再擰緊柱腳螺母，當(dāng)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(yīng)的標(biāo)記，用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀對軸線和標(biāo)高再次復(fù)核桁架的標(biāo)高和軸線見圖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）、立面的相對標(biāo)高精度。根據(jù)深化圖紙把桁架平面節(jié)點(diǎn)標(biāo)高、橫向位移、徑向位移對照軸線控制線刻在柱腳混凝梁上，次桁架定位后，再次檢查各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的標(biāo)高和軸線偏差方可施焊。所有數(shù)據(jù)均形成書面記錄，作為控制管桁架軸線間累計(jì)誤差的依據(jù)。
5 體 會
經(jīng)過3個(gè)多月的奮戰(zhàn)，蘇州科技學(xué)院體育中心籃球館工程勝利竣工，該項(xiàng)目的順利實(shí)施為以后類似工程提供了參考方法，同時(shí)也為公司取得了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。在該工程實(shí)施過程中我深深體會到施工過程，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(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際，做到有針對性。有了技術(shù)上的保駕護(hù)航，再加上科學(xué)管理，團(tuán)隊(duì)合作，才能使工程高質(zhì)優(yōu)效的進(jìn)行。
參考文獻(xiàn)
[1]《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB-50205
[2]《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JCJ81
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