摘 要:本文介紹了盤(pán)古大觀超高層鋼結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中的重點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題的解決。本工程施工面臨場(chǎng)地狹促、構(gòu)件重量分布不均等、冬季焊接及厚板焊接等問(wèn)題,而隨著建筑高度的增加、其結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的柔性漸變大,因此對(duì)安裝的測(cè)量提出了新的要求;特別是本工程屋頂懸挑桁架,其懸挑的長(zhǎng)度、安裝的高度均在國(guó)內(nèi)外少見(jiàn),因此如何在保證質(zhì)量的情況下,安全有效的安裝是本工程重點(diǎn)和難點(diǎn),對(duì)保證工程工期和進(jìn)度至關(guān)重要;另UBB、阻尼器的安裝在以往工程中很少運(yùn)用,其成品保護(hù)要求非常高。
為解決上述難題,我們根據(jù)工程的特點(diǎn)難點(diǎn),合理布置構(gòu)件堆場(chǎng)、根據(jù)構(gòu)件的重量分布選擇和布置塔吊位置,并根據(jù)塔吊性能合理分段,部分超重構(gòu)件采用雙機(jī)抬吊的方法進(jìn)行吊裝;為確保冬季焊接施工,重點(diǎn)進(jìn)行焊接的預(yù)熱、層溫控制和后熱處理,特別對(duì)桁架的焊接制定合理的焊接順序以控制變形;為保證結(jié)構(gòu)的整體垂直度偏差,采用對(duì)柱網(wǎng)縱橫軸多次測(cè)量,二次糾偏;針對(duì)高空懸挑桁架的安裝,我們采用高空分段遞進(jìn)安裝,同時(shí)合理優(yōu)化節(jié)點(diǎn)、設(shè)置拼裝連接方式以保證安裝的進(jìn)度和質(zhì)量。
主題詞:雙機(jī)抬吊 懸挑桁架的高空分段遞進(jìn)拼裝 UBB、阻尼器的安裝
1、工程概況:
北京盤(pán)古大觀寫(xiě)字樓,以其“龍”的造型(見(jiàn)圖1)矗立于北京市朝陽(yáng)區(qū)北四環(huán)
圖1 北京盤(pán)古大觀效果圖 超高層寫(xiě)字樓鋼結(jié)構(gòu)安裝
中路與北辰西路交叉口西北角,距離2008年奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)僅600米,地理位置十分顯要。工程±0.000m以下為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),±0.000m以上為全鋼結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)采用鋼框架-支撐筒體系,共分核心筒、內(nèi)筒和外框架三部分。建筑外檐最高點(diǎn)為191.65米,其中地下5層,地上39層,屋頂為鋼桁架組成的瓢形結(jié)構(gòu),瓢結(jié)構(gòu)從框架(A7~A14軸)向北懸挑出28.2米。工程結(jié)構(gòu)用鋼量2.7萬(wàn)噸,其中懸挑的瓢形結(jié)構(gòu)用鋼量約1000噸,結(jié)構(gòu)立面見(jiàn)圖2。
圖2 北京盤(pán)古大觀結(jié)構(gòu)立面示意圖
2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工難點(diǎn)
本工程中構(gòu)件主要有箱形柱、H型鋼梁和支撐,最厚板材為90mm厚,桁架板材最厚為50mm。材質(zhì)主要為Q345GJC(40以上板有Z向性能要求)、Q345C、Q345B等。其結(jié)構(gòu)體系非常新穎,內(nèi)筒為柱-支撐結(jié)構(gòu),16層和30層為加強(qiáng)層,加強(qiáng)層采用8榀UBB(屈曲軟鋼)伸臂桁架。同時(shí)為控制大震時(shí)結(jié)構(gòu)位移,設(shè)計(jì)在24~39層設(shè)置阻尼器以進(jìn)行消能減震。35層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層,35~39層在內(nèi)筒設(shè)置大堂。屋頂為桁架結(jié)構(gòu),桁架上下弦主弦桿為H+T組合型鋼。
由于鋼柱板材較厚,最小分段(鋼柱1層1節(jié)分)后超出單機(jī)起吊能力的構(gòu)件較普遍,雙機(jī)抬吊的運(yùn)用很好的解決了這一問(wèn)題。屋頂?shù)钠靶螒姨翳旒?,其安裝高度、懸挑長(zhǎng)度均在國(guó)內(nèi)外少見(jiàn),如何安全有效的安裝是本工程重點(diǎn)解決的難題。UBB和阻尼器安裝在以往工程中很少遇見(jiàn),作為精密儀器,安裝時(shí)對(duì)成品保護(hù)要求非常高。
3、鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)
3.1、起重設(shè)備的布置:
盤(pán)古大觀工程施工場(chǎng)地較為狹促,因此需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)施進(jìn)行合理布置。構(gòu)件堆放場(chǎng)為方便汽車(chē)進(jìn)出,利于卸車(chē),就近設(shè)在塔吊旁,施工平面布置圖見(jiàn)圖3。垂直吊裝設(shè)備為兩臺(tái)塔吊,其中南側(cè)為C7050塔吊,北側(cè)為SK560塔吊,為使塔吊在吊裝性能允許范圍內(nèi)吊裝,對(duì)構(gòu)件特別是鋼柱進(jìn)行合理分段,根據(jù)深化設(shè)計(jì)圖中構(gòu)件重量分布,將30層以下鋼柱每?jī)蓪訛?節(jié),部分區(qū)域?yàn)橐粚?節(jié),30層以上為3層1節(jié),鋼柱各節(jié)的拼接節(jié)點(diǎn)為方便操作,設(shè)置在樓層面上1.3米處。鋼梁和柱間支撐的重量分布能滿足現(xiàn)場(chǎng)塔吊吊裝的要求,故無(wú)需分段。
圖3 盤(pán)古大觀A座施工布置示意圖 超高層寫(xiě)字樓鋼結(jié)構(gòu)安裝
3.2、框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝
框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝時(shí),根據(jù)塔吊吊裝范圍,分區(qū)進(jìn)行,對(duì)稱(chēng)安裝。遵循先核心筒,再內(nèi)筒,后外框架的安裝原則,由內(nèi)至外形成框架體系。相鄰鋼柱安裝后應(yīng)及時(shí)連接其間的鋼梁,每天安裝的構(gòu)件應(yīng)形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)。
鋼柱吊裝時(shí)吊點(diǎn)設(shè)在柱上端的4個(gè)拼裝耳板上(見(jiàn)圖4),鋼柱吊裝到位后,使上節(jié)鋼柱的中心線與下節(jié)鋼柱的中心線接近吻合,并兼顧四面壁板,然后用活動(dòng)雙夾板將上下節(jié)柱的安裝耳板夾穩(wěn),用安裝螺栓固定,并通過(guò)纜風(fēng)繩孔及時(shí)拉設(shè)纜風(fēng)繩,使鋼柱進(jìn)行穩(wěn)固。此時(shí)初步校核鋼柱,以利于鋼梁和支撐的安裝。
圖4 北京盤(pán)古大觀上下節(jié)鋼柱拼裝節(jié)點(diǎn)
鋼梁端頭的節(jié)點(diǎn)形式有栓接、焊接、栓焊結(jié)合三種形式。端頭均有螺栓孔,故鋼梁吊裝后,立即用安裝螺栓進(jìn)行固定,以使吊鉤盡快脫鉤。為提高吊裝效率,鋼梁吊裝時(shí)在塔吊允許范圍內(nèi)采用一鉤多吊和上下層串吊的方式。
待整層的柱、梁和支撐安裝完后,即對(duì)鋼柱進(jìn)行測(cè)量校正,校正后緊固螺栓,并對(duì)這一層的鋼柱進(jìn)行整體觀測(cè)和記錄,根據(jù)記錄的偏差值和偏差方向,確定焊接順序、焊接方向焊接收縮的傾斜預(yù)留量。焊接完后,重新對(duì)整層鋼柱測(cè)量和記錄,為上節(jié)鋼柱安裝提供依據(jù)。
為減少鋼結(jié)構(gòu)安裝在一定的高度時(shí)結(jié)構(gòu)的柔性,我們?cè)诎惭b鋼柱、鋼梁和支撐完成后,及時(shí)鋪設(shè)壓型鋼板,并澆注混凝土,以保證結(jié)構(gòu)至少每隔4層有一層混凝土樓板,這樣增加了安裝時(shí)結(jié)構(gòu)的剛度,同時(shí)使鋼結(jié)構(gòu)施工、壓型鋼板施工和混凝土施工交叉同步進(jìn)行。
3.3、雙機(jī)臺(tái)吊
部分鋼柱因板材厚,按一層一節(jié)分段后,局部區(qū)域構(gòu)件仍超出單個(gè)塔吊的吊裝能力的范圍,最重構(gòu)件達(dá)到19. 6噸,因此需進(jìn)行雙機(jī)抬吊。在雙機(jī)抬吊前,根據(jù)規(guī)范要求檢驗(yàn)所用到的吊具吊索卡環(huán)等工具,并給相關(guān)施工人員組織安全技術(shù)交底。
根據(jù)兩臺(tái)塔吊各自有效半徑內(nèi)起重能力,適當(dāng)進(jìn)行起重荷載的分配。塔吊性能見(jiàn)表1。
塔吊性 能 表 C7050 起重半徑(m) 20 30 37 40 47 50 60 70
起重噸位(t) 20 14.3 11.1 10.1 8.5 7.9 6.2 5
SK560 起重半徑(m) 30 35 40 45 50
起重噸位(t) 20 17.14 14.71 12.85 11.36
表1:塔吊性能分布表
雙機(jī)抬吊構(gòu)件分布見(jiàn)圖5(圖中圓圈為需抬吊的鋼柱位置)。其中1/A9-1/AH軸線的鋼柱最重,為19.6噸,在卸車(chē)時(shí)先用SK560卸放在其最大吊裝范圍,然后根據(jù)鋼柱的位置和重量,計(jì)算后選用6米長(zhǎng)的I 56a的型鋼作為抬吊所用的扁擔(dān),抬吊前通過(guò)計(jì)算確定兩臺(tái)塔吊各自的負(fù)重荷載,根據(jù)力矩平衡原則,選好鋼柱在扁擔(dān)上的吊點(diǎn)。然后將鋼扁擔(dān)吊至要吊裝鋼柱的上方,穿上鋼絲繩,鎖具卡環(huán)拉緊后重新檢查各吊點(diǎn)的繩索、卡環(huán)、纜風(fēng)繩等的安全性。然后開(kāi)始進(jìn)行試吊,試吊時(shí)兩臺(tái)塔吊要保證上升速度一致,同時(shí)緩慢的提升鋼扁擔(dān),待鋼柱立起后塔吊的小車(chē)再開(kāi)始調(diào)整位置,小車(chē)前行中保持速就度一致。
超高層寫(xiě)字樓鋼結(jié)構(gòu)安裝
試吊完成后,開(kāi)始起吊。起吊時(shí)力求平穩(wěn),離地面保持最近為宜,轉(zhuǎn)運(yùn)雙機(jī)配合保持鋼柱水平起吊,吊運(yùn)前先指揮SK560運(yùn)轉(zhuǎn),C7050配合跟進(jìn)小車(chē)。此時(shí),雙塔起重荷載分別為15t(SK560)和9t(C7050),吊離樓層面向安裝位置移動(dòng)。由于雙塔機(jī)處于不相等受力,起重能力大的塔吊屬SK560,因此運(yùn)轉(zhuǎn)前先由SK560工作,C7050配合跟進(jìn),保持鋼柱平穩(wěn)轉(zhuǎn)移,然后緩緩吊至鋼柱安裝位置。
3.4、屋頂桁架安裝
屋頂主桁架共計(jì)8榀,框內(nèi)主桁架長(zhǎng)為42.4米,其中中間4榀(AF、AG、1/AD、1/AH軸線)跨過(guò)祖原堂頂,跨度達(dá)到21.2米。框架外桁架懸挑長(zhǎng)度為28.2米。在主桁架間有8榀次桁架連接,框架內(nèi)外各4榀。我們確定安裝的原則:先框架內(nèi),將框架內(nèi)主次桁架、聯(lián)系梁、支撐安裝焊接完,形成剛性的結(jié)構(gòu)后,再根據(jù)分段,依次推進(jìn)懸挑桁架的安裝,懸挑桁架安裝時(shí),8榀主桁架的每一分段間必須連成整體,焊接校正完形成剛性結(jié)構(gòu)后方可進(jìn)行下一段的安裝。由于特殊的造型,較大的跨度和過(guò)長(zhǎng)的懸挑,給安裝帶來(lái)了非常大的難度。
3.4.1、桁架安裝的技術(shù)準(zhǔn)備:
(1)、根據(jù)塔吊起重性能和桁架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,確定整榀主桁架按圖6所示分段方案(1~7段箭頭所指處為分段位置,分段位置處均有垂直于主桁架的次桁架)。考慮到構(gòu)件受運(yùn)輸寬度影響,要求制作廠將1段、2段和8段整體制作后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),其它各分段散件制作,并按深化設(shè)計(jì)圖紙預(yù)拼后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組拼。
圖6 北京盤(pán)古大觀 屋頂桁架模型及分段示意圖
(2)、連接節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化:為使桁架分段安裝時(shí),盡快進(jìn)行連接穩(wěn)固,利于校正焊接,并方便塔吊脫鉤,和設(shè)計(jì)進(jìn)行洽商后將桁架的拼裝節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為栓焊結(jié)合的節(jié)點(diǎn),見(jiàn)圖7。懸挑桁架處各分段之間安裝時(shí)的連接,采用在主桁架翼緣的上下焊連接耳板,見(jiàn)圖8。為使懸挑桁架安裝時(shí)能方便準(zhǔn)確的定位,對(duì)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的懸挑桁架上的連接耳板一定要進(jìn)行定位尺寸的檢查,如有問(wèn)題應(yīng)立即進(jìn)行修改。
圖7 桁架W形栓焊節(jié)點(diǎn)
圖8 懸挑桁架拼接耳板 北京盤(pán)古大觀
(3)、懸挑桁架的預(yù)起拱:由于懸挑桁架外挑28.2米,根據(jù)規(guī)范要求需起拱140mm,為使懸挑桁架安裝時(shí)能自然成拱,我們確定從懸挑桁架與框架結(jié)構(gòu)連接的根部A14軸整體起拱,通過(guò)對(duì)深化設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行相應(yīng)修改,將起拱后相關(guān)桿件的調(diào)整值在加工廠制作時(shí)完成。
(4)、在A座北側(cè)搭設(shè)拼裝胎架,以使桁架平放在胎架組拼。根據(jù)吊裝流水作業(yè)和桁架最大長(zhǎng)寬,需搭設(shè)4個(gè)14米×4米胎架。
(5)、3~7段桁架散件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后需在胎架上拼裝,為減少桁架組焊過(guò)程中的翻轉(zhuǎn),要求制作廠將桁架翼緣板的坡口方向朝同一方向開(kāi),且整段桁架的構(gòu)件坡口方向要統(tǒng)一。
(6)、懸挑主桁架上弦有坡度(吊裝校正時(shí)還需考慮懸挑的起拱值),因此需根據(jù)坡度、吊耳位置、以及標(biāo)高預(yù)留值等對(duì)吊繩的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算,以便高空拼裝。
圖9 桁架拼接腳手架立面圖
3.4.2、框架內(nèi)桁架安裝:
○1、框架內(nèi)中間4軸線桁架跨度大,拼裝腳手架需從35層起搭設(shè),至桁架下弦處總高度為26.4米;祖原堂外的桁架拼接腳手架從39層搭設(shè)到桁架下弦處,總高度為8米,見(jiàn)圖9。為避免樓板局部集中受力,增加與樓板面的接觸面積,在桁架各段拼接點(diǎn)下的承重腳手架底墊I 20a型鋼。同時(shí)為增強(qiáng)腳手架整體穩(wěn)定性,祖原堂處腳手架每層都與結(jié)構(gòu)鋼柱設(shè)橫桿連接。
○2、桁架下弦拼接支點(diǎn)處的腳手架采用千斤頂和枕木來(lái)調(diào)節(jié)標(biāo)高,同時(shí)張掛好水平兜網(wǎng),見(jiàn)圖10。
圖10 北京盤(pán)古大觀 桁架下弦安裝示意圖
○3、為使安裝誤差向框架內(nèi)傳遞,確??蚣軆?nèi)、外桁架能較好的連接,我們確定框架內(nèi)桁架從A14軸開(kāi)始起安。安裝時(shí),先安中間的AG和AF處的桁架,待形成剛性結(jié)構(gòu)后,再依次對(duì)稱(chēng)安裝其它六段桁架。以AF、AG為例,安裝順序:①安裝AF和AG軸線的第4段桁架→②初校后安裝第4段桁架之間的次桁架→③安裝AF和AG軸線的第3段桁架→④初校后安裝第3段兩桁架之間的次桁架→⑤安裝AF和AG軸線的第2段桁架→⑥初校后安裝第2段兩桁架之間的次桁架→⑦安裝AF和AG軸線的第1段桁架→⑧初校后安裝第1段兩桁架之間的次桁架→○9安裝AF、AG兩桁架間的聯(lián)系梁和支撐。待這兩榀桁架校正焊接形成剛性結(jié)構(gòu)后依次對(duì)稱(chēng)安裝相鄰桁架。
圖11 懸挑桁架安裝順序圖 超高層寫(xiě)字樓鋼結(jié)構(gòu)安裝
3.4.3、懸挑桁架安裝:
懸挑桁架安裝的原則為:采用高空逐段拼接延伸遞進(jìn)的安裝方式。每分段桁架安裝時(shí),由中間向兩端對(duì)稱(chēng)遞進(jìn),待8榀懸挑桁架的第一分段形成剛性結(jié)構(gòu)后,再安裝第二分段,這樣逐段拼接遞進(jìn),直至安裝完成。考慮到現(xiàn)場(chǎng)廠地狹促,整個(gè)安裝工作的流程必須嚴(yán)格按照此順序組織進(jìn)行,從構(gòu)件制作、供貨、拼裝、吊裝、校正及焊接順序等均按這個(gè)原則進(jìn)行組織。順序見(jiàn)圖11。
懸挑部分主、次桁架均采用整段吊裝,為減少現(xiàn)場(chǎng)工作量,在滿足運(yùn)輸要求的情況下,讓工廠分塊制作,并進(jìn)行預(yù)拼裝,然后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。懸挑桁架現(xiàn)場(chǎng)施工布置見(jiàn)圖12。
經(jīng)過(guò)對(duì)懸挑桁架的各吊裝分段重量的計(jì)算分析,懸挑部分主桁架采用整分段吊裝, 32段主桁架的分段均可用北塔從北場(chǎng)地面單機(jī)直接吊裝就位。吊裝時(shí)采取的措施為:
(1)、吊裝前,主桁架所有吊裝操作點(diǎn)的安全繩、操作平臺(tái)在地面設(shè)置好(包括行走安全繩、拉設(shè)纜風(fēng)繩和倒鏈的操作平臺(tái)、纜風(fēng)繩拉環(huán)焊接、安裝次桁架用的護(hù)籠爬梯、滑移掛水平網(wǎng)的安全繩等)。
圖12 懸挑桁架安裝平面布置
(2)、懸挑主桁架在地面為平躺拼裝,吊裝起鉤時(shí)需用50噸的汽車(chē)吊配合在空中翻身, 并用20噸的倒鏈來(lái)調(diào)整主桁架上弦的坡度;
(3)、在主桁架對(duì)接處設(shè)置防下移的阻板,以避免各段懸挑主桁架南端在就位后因自重下移。
(4)、豎直方向的纜風(fēng)繩按圖13所示拉設(shè)穩(wěn)定,水平方向用腳手架鋼管做硬性支撐連接在兩榀主桁架之間(每層主弦桿端頭均設(shè)硬性支撐)。
圖13 懸挑桁架豎向纜風(fēng)繩拉設(shè)示意圖
(5)、在不松鉤的情況下立即校正主桁架軸線和標(biāo)高,校正好后緊固對(duì)接口所有的臨時(shí)安裝高強(qiáng)螺栓(10.9S),并對(duì)相關(guān)部位的臨時(shí)連接板及加固措施焊接牢固。
(6)、先對(duì)主桁架進(jìn)行預(yù)松鉤,觀察各個(gè)螺栓連接點(diǎn)和纜風(fēng)繩的受力變化,無(wú)異常情況后。再次校正主桁架的標(biāo)高和軸線,滿足要求后再緩緩松鉤。
圖14 UBB安裝示意圖 超高層寫(xiě)字樓鋼結(jié)構(gòu)安裝
4、UBB、阻尼器安裝
UBB作為伸臂桁架體系,設(shè)置在16層和30層,要求安裝精度非常高,特別UBB端頭和連接板對(duì)接接頭處分布高強(qiáng)螺栓孔共80個(gè),且錯(cuò)排排布。因此安裝時(shí)先將UBB上端端頭和連接板用安裝螺栓拼裝后,整體按角度用倒鏈吊起,然后再將其下端與相對(duì)應(yīng)的連接板用安裝螺栓拼裝好后,再進(jìn)行整體校正,校正完畢后將其上下連接板與結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行焊接,最后安裝高強(qiáng)螺栓并終擰,見(jiàn)圖14。UBB在吊裝時(shí),為防止油漆、涂料剝落,因此不用金屬物、鋼絲繩等接觸其表面。并在安裝時(shí)采取保護(hù)措施,以防止UBB墜落損壞。
阻尼器應(yīng)用在A座24~39層和懸挑桁架上,用于消能減震。安裝阻尼器時(shí),由于柱支撐已安裝,因此人字形支架在支撐下側(cè)設(shè)拼接口。安裝順序?yàn)椋?/p>
圖15 阻尼器安裝示 超高層寫(xiě)字樓鋼結(jié)構(gòu)安裝
(1)、用3噸重倒鏈將兩分段阻尼器支架吊立對(duì)接,將拼接口擰上安裝螺栓,并進(jìn)行初校;
(2)、用軟性的布索將阻尼器控綁好;
(3)、用倒鏈將阻尼器緩緩提升;
(4)、提升接近連接板時(shí),在人字形支架兩側(cè)設(shè)移動(dòng)腳手架,一側(cè)兩人站在腳手架上,將阻尼器輕輕抬起,與連接板進(jìn)行對(duì)拼;
(5)、待調(diào)校好后穿銷(xiāo)軸(在穿銷(xiāo)軸時(shí),先將阻尼器兩邊的墊片按順序放置,再將涂好黃油的銷(xiāo)軸穿上);
(6)、待人字形支架和阻尼器整體校正完后,焊接支架拼接口。安裝示意見(jiàn)圖15。實(shí)物照片見(jiàn)圖16。
圖16 阻尼器實(shí)物照片
阻尼器是精密儀器,在搬運(yùn)、吊裝、安置過(guò)程中為防止油漆、涂料剝落,因此避免金屬物、鋼絲繩接觸阻尼器表面。任何過(guò)程都避免碰擊和動(dòng)阻尼器外筒的油嘴。在給人字形支架補(bǔ)涂漆料時(shí),對(duì)阻尼器進(jìn)行防護(hù),以免污染。安裝完后將阻尼器表面重新包裝,塑料包裝在里層,防火石棉布在外,然后用細(xì)鐵絲捆扎牢固。
5、焊接
本工程中所用板材厚度較大,最厚板為90mm,最高材質(zhì)要求為Q345GJC-Z25。其中鋼柱各分節(jié)的拼接、框架梁與鋼柱的連接、桁架分段之間的拼接、桁架主次弦桿的節(jié)點(diǎn)均采用全熔透焊接,因此焊接工作量非常大,對(duì)焊接的工藝要求高,施焊操作難度大。因此須制定嚴(yán)格的焊接工藝。由于厚板鋼柱的安裝施工主要在冬季進(jìn)行,因此需加強(qiáng)構(gòu)件的預(yù)熱、層溫和后熱的控制,焊接時(shí)注意鋼柱、桁架的焊接順序。
5.1、預(yù)熱:本工程采用電加熱器和氧、乙炔中性焰相結(jié)合的方法進(jìn)行預(yù)熱處理。根據(jù)焊接接頭的坡口形式和實(shí)際尺寸、板厚、融敷金屬的擴(kuò)散氫含量、焊接時(shí)熱輸入的大小、接頭熱傳導(dǎo)條件等工藝評(píng)定確定焊前預(yù)熱溫度。
5.2、層溫:焊接時(shí),焊縫間的層間溫度根據(jù)具體板厚應(yīng)始終控制在150℃~250℃之間,每個(gè)焊接接頭一次性焊完,當(dāng)遇有惡劣氣候,且焊縫已開(kāi)焊,則搶在惡劣氣候來(lái)臨前,最少焊完板厚的1/3方停焊;且嚴(yán)格做好后熱處理,記下層間溫度。
5.3、后熱:后熱處理于焊后立即進(jìn)行。后熱加熱范圍為焊縫兩側(cè)各100mm,溫度的測(cè)量距焊縫中心線50mm。為保證焊縫中擴(kuò)散氫有足夠的逸出時(shí)間,避免產(chǎn)生延遲裂紋,后熱溫度為200℃-250℃,測(cè)溫點(diǎn)選在直接加溫處的相近部位。達(dá)此溫度后用多層石棉布緊裹,保溫的時(shí)間以接頭區(qū)域、焊縫表面、背部均達(dá)環(huán)境溫度為止。
圖17 桁架拼接接口焊接示意圖
5.4、鋼柱焊接順序:就整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)框架而言,箱型柱的焊接是難點(diǎn)和重點(diǎn),為此采用兩名焊工同時(shí)對(duì)稱(chēng)等速施焊。焊完第一個(gè)兩層后,再焊接另外兩個(gè)相對(duì)應(yīng)邊的焊縫,這時(shí)可焊完四層,再繞至另兩個(gè)相對(duì)邊,如此循環(huán)直至焊滿整個(gè)焊縫。
5.5、桁架焊接順序:桁架上、下主弦桿、腹桿及水平支撐等鋼性接頭是焊接的重點(diǎn)。焊接順序?yàn)椋孩僦麒旒芟孪覘U對(duì)接接頭―②主桁架上弦桿對(duì)接接頭―③主桁架1、2層水平弦桿對(duì)接接頭-④主桁架對(duì)接處斜撐桿件焊接―⑤次桁架節(jié)點(diǎn)連接板―⑥區(qū)域間立、斜腹桿、水平支撐等焊接。
5.6、桁架拼接端口的焊接:為防止桁架拼接口焊接時(shí)產(chǎn)生水平位移和上下翹曲變形,確定圖17所示焊接順序。
6、測(cè)量與校正
盤(pán)古大觀總高度達(dá)191.6米,柔性大,且鋼結(jié)構(gòu)噸位較大,焊口多,因此測(cè)量的重點(diǎn)及難點(diǎn)為安裝精度的控制、焊接對(duì)結(jié)構(gòu)安裝偏差及標(biāo)高的影響、結(jié)構(gòu)安裝區(qū)域間的相互影響。
6.1、總高垂直度的控制:全過(guò)程監(jiān)測(cè)每節(jié)鋼柱的吊裝,當(dāng)鋼柱吊裝就位時(shí),用磁力線墜在鋼柱的上部固定后用鋼卷尺直接測(cè)量鋼柱本身的垂直度,并用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在鋼柱的兩個(gè)不同方向架設(shè),測(cè)量人員指揮進(jìn)行鋼柱的調(diào)整,直到鋼柱垂直度達(dá)到精度要求,焊縫焊接完畢為止。鋼柱焊接完后,再采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀,利用平面控制網(wǎng)對(duì)縱橫柱軸線進(jìn)行檢查調(diào)整,及用兩臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直交會(huì)定,以確保二次調(diào)整及時(shí)糾偏。在二次調(diào)整及糾偏的同時(shí),確??偢叩拇怪倍?,在觀測(cè)垂直度時(shí),從±0.000米至施工層,每50m必須從±0.000原始控制線進(jìn)行垂直校測(cè)至施工完畢。
6.2、鋼柱的標(biāo)高控制:根據(jù)已安完得下部鋼柱頂標(biāo)高偏差值、并考慮到柱底焊接收縮值等因素,確定將要安裝的上部鋼柱柱頂高度。當(dāng)下部鋼柱柱頂測(cè)量標(biāo)高偏差在±5mm以?xún)?nèi),在安裝過(guò)程中調(diào)整;當(dāng)標(biāo)高大于±5mm時(shí),由制作廠在制作過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整。
6.3、框架的整體校正:鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)形成框架后,對(duì)分區(qū)內(nèi)鋼柱重新進(jìn)行一次精校,主要是控制鋼柱柱頂軸線。鋼柱的精確校正是一個(gè)不斷調(diào)整的過(guò)程,若鋼柱的調(diào)校對(duì)相鄰鋼柱的安裝偏差影響較大,則將此根鋼柱與相鄰鋼柱暫時(shí)脫離,待框架校正完成后更換此根鋼柱和相鄰鋼柱間鋼梁的連接板。
6.4、桁架安裝時(shí)的測(cè)量與校正:為保證桁架安裝時(shí)的測(cè)量精度,將首層控制軸線網(wǎng)投測(cè)至39層的混凝土樓板面,再將每榀桁架的軸線偏1米控制線彈到地面上,作為桁架安裝的主要依據(jù)。垂直度控制主要利用地面的軸線偏1米線,用兩臺(tái)經(jīng)緯儀從兩個(gè)方向多次觀測(cè)調(diào)整,并在焊前按軸線尺寸多加2mm的預(yù)留值,以使焊后達(dá)到設(shè)計(jì)要求。標(biāo)高觀測(cè)因受冬季低溫影響,為此每段桁架安裝時(shí)進(jìn)行3次觀測(cè),并取3次觀測(cè)的平均值??蚣軆?nèi)外的懸挑桁架對(duì)接時(shí),為避免端頭拼接時(shí)錯(cuò)口問(wèn)題,先測(cè)量框架內(nèi)桁架A14軸端頭的上下弦,并針對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)在組裝框架外桁架時(shí)將其上下弦桿的間距相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。
7、結(jié)束語(yǔ)
盤(pán)古大觀從開(kāi)始吊裝第一根鋼柱至屋頂桁架安裝完成,在短短15個(gè)月內(nèi)施工完成2.7萬(wàn)噸的鋼結(jié)構(gòu)工程量。安裝完成后,其整體垂直度偏差僅為27mm,主體結(jié)構(gòu)高度差為19mm,均遠(yuǎn)低于規(guī)范的允許范圍。特別屋頂瓢形桁架的安裝完成,更是體現(xiàn)出充分的技術(shù)準(zhǔn)備、優(yōu)良的方案選擇、細(xì)微的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化是鋼結(jié)構(gòu)工程安裝施工中至關(guān)重要的一環(huán)。
參考文獻(xiàn):
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【2】、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 99-98
作者簡(jiǎn)介: 劉耀清:北京首鋼建設(shè)集團(tuán)有限公司一級(jí)注冊(cè)建造師、工程師、經(jīng)濟(jì)師;
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