黑龍江科技館外立面鋼結(jié)構(gòu)施工

摘要：黑龍江科技館鋼管鋼結(jié)構(gòu)工程幾何形狀復雜，制作加工難度大，安裝精度要求高，是黑龍江省內(nèi)首次采用管管相貫的大型鋼管鋼結(jié)構(gòu)工程。通過該工程的實踐取得了T弧型鋼管鋼結(jié)構(gòu)的制作加工經(jīng)驗。在安裝過程中同時臨時固定的方法加快了施工進度?？傊摴こ掏ㄟ^采取一系列有針對的技術措施，達到了預期效果，為我省施工類例工程積累了經(jīng)驗。

關鍵詞：黑龍江科技館；工程；施工

黑龍江科技館工程總用地50000m2，總建筑面積24782m2。工程由主展廳、球幕影廳、報告廳等組成。工程正立面為雙曲面的船帆造型(如圖1)。帆葉外飾面為功能性鋁板幕墻及玻璃幕墻。帆葉結(jié)構(gòu)采用弧型鋼桁架結(jié)構(gòu)，由弧型主桁架、采光頂桁架及環(huán)桁架構(gòu)成。鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為0.345熱軋無縫鋼管，總用鋼量為550t。

1 施工技術難點

由于工程立面為船帆型并且沿橫向及豎向均為曲面，為滿足造型要求，結(jié)構(gòu)采用鋼管鋼桁架結(jié)構(gòu)，橫向環(huán)桁架采用分段直線擬合曲線，豎向的主桁架上下主弦桿采用曲線形式，以達到設計意圖，而且全部為鋼管相貫焊接，最多有8根鋼管相貫于一個節(jié)點。這樣就對結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作及安裝精度提出的非常高的要求。經(jīng)過論證，施工技術難點是：

控制尺寸精度：這個問題貫穿于施工全過程，包括放樣、下料、彎管成型、組對、安裝等；控制焊接收縮和焊接變形；鋼管相貫線加工；主桁架曲率控制；安裝難度大，精度要求高；高空作業(yè)量大。

2 鋼結(jié)構(gòu)制作施工技術

鋼結(jié)構(gòu)制作主要工序為放樣、下料、彎管成型、組對、焊接。施工重點是保證主桁架主管成型準確及主管與支管形心匯交于一點。針對制作階段特點，主桁架采用分兩段在生產(chǎn)基地制作，施工現(xiàn)場整體拼裝的方法，桁架鋼管接頭處加入襯管(長100mm)連接。接頭位置設在同一根腹桿兩側(cè)，且錯開1.5m。

放樣。所有構(gòu)件均在制作平臺上按圖示尺寸以1:1放大樣。主桁架弧型弦桿采用全站儀進行放樣，直桿采用鋼尺放樣。放樣所用的儀器在使用均需經(jīng)技術監(jiān)督局檢驗合格。

下料。下料前對鋼管進行檢測，若發(fā)現(xiàn)彎曲變形立即進行校正，以冷校正為主，輔以熱校正下料時要考慮焊接收縮量及焊接間隙的數(shù)值，并在下料長度上予以預留。本工程每種焊口預留量為

彎管成型。主桁架上下弦桿弧型，并且每榀桁架弦桿長度均超過25m，最長達45.266m，大部份桁架弦桿需由3~4根鋼管焊接而成，因此采用分段冷彎成型的辦法加工弧型弦桿，在兩段弦桿間長100mm長襯管，并等強度坡口對焊連接。在彎管前應進行試彎以找出設計曲率與實際彎管曲率之間的對應關系。每段鋼管彎曲成型后要與平臺已放好的弧線大樣核對，合格后方可進入下道工序。

組對。主桁架在組裝平臺上組對，桁架各段臨時連接。組裝平臺近按最快、最寬桁架鋪設、抄平，平臺頂面距地面500mm，在平臺上按剛架的弧形半徑量出內(nèi)外弦桿的形心線，同時再作出內(nèi)外弦桿的外徑，根據(jù)內(nèi)外弦桿外皮沿其曲率制作出固定桿，固定桿采用?20×200×150鋼板定位。再將剛架內(nèi)外弦桿擺放在組裝剛架上，根據(jù)桿件的長度、位置用夾具作臨時固定，并在其內(nèi)外弦桿上用鋼尺量出各弦桿的匯交形心線。根據(jù)內(nèi)外弦桿的形心線量出腹桿的長度，用數(shù)控相貫線切割機對各腹桿量料、下料。腹桿組對時應按相應的位置進行安裝，就位后的桿件先采用四點對稱點焊，待整榀剛架全部臨時固定后進行焊接，避免強行組對。（詳見如圖2）。

焊接。鋼結(jié)構(gòu)焊接時嚴格按經(jīng)過評定的焊接工藝進施焊。在焊接過程中為減少焊接變形及焊接應力，主要采取如下措施：對稱施焊，同時焊接；鋼桁架采取平面組對、立體焊接，以防止側(cè)彎。上弦節(jié)點先向下放置，多人同時焊接，然后翻轉(zhuǎn)再焊接下弦節(jié)點；分層施焊，每層焊后用圓頭小錘均勻錘擊焊縫，消除焊接應力；焊后，在鋼管桁架節(jié)點采用加熱，覆蓋石灰布緩冷的方法使焊縫局部退火，以消除焊接應力。

涂裝及檢驗。鋼結(jié)構(gòu)底漆采用環(huán)氧復鋅底漆兩遍。在焊接位置兩側(cè)先留出100mm，待焊接后涂裝。施工圖未明確標注焊縫等級，經(jīng)論證，主桁架弦桿對接焊口定為一級焊縫，進行100%超聲波無損探傷；其他焊縫定為二級焊縫，檢測標準由20%超聲波無損探傷增加為40%無損探傷。

3 鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術

施工方案選擇

施工機械選擇。根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)特點、垂直、幾何外形及安裝高度等條件，選擇50T履帶吊和70T汽車吊進行鋼桁架安裝，25T汽車吊配合安裝。28T履帶起重機進行現(xiàn)場倒運桁架。

施工順序。從B1軸開始向B11軸依次安裝主桁架。在B6-B7軸留設一道安裝變形縫，以調(diào)整安裝過程中的施工誤差。安裝順序為安裝主桁架→設置攬風繩及臨時支柱→安裝采光頂桁架→安裝HL及XG→安裝CTR剛架→側(cè)墻HL及XG。

主桁架吊裝。由于桁架較長，側(cè)向剛度差，主桁架的翻身起吊采用70噸吊車和50噸吊車主吊，25噸吊車輔吊。吊裝時雙機同時起吊，當起吊4m高時主吊吊車繼續(xù)起吊，輔吊吊車轉(zhuǎn)桿，且緩慢回鉤，是桁架處于垂直狀態(tài)，主吊車將剛架就位。由于施工條件限制，采光頂桁架不能和主桁架同時安裝，主桁架處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為不影響下一榀桁架安裝，保證施工進度，對主桁架臨時固定。（詳見圖3）在主桁架安裝時用全站儀進行跟蹤抄測，合格后臨時固定。固定后的桁架必經(jīng)復測，待采光頂桁架安裝后調(diào)整攬風繩，使主桁架和采光頂桁架安裝就位。

采光頂桁架安裝。采光頂桁架采用在主桁架跨內(nèi)吊裝，根據(jù)采光頂桁架位置，吊索采用經(jīng)計算的不等長綁扎吊索，起吊后和主桁架進行拼接，就位后進行軸線標高等檢測，無誤后焊接。（詳見圖4）

環(huán)桁架安裝。環(huán)桁架安裝采用高空散拼法安裝，按標高從高到低的順序進行。