X形勁性轉(zhuǎn)換桁架鋼結(jié)構(gòu)分項(xiàng)工程散拼法施工技術(shù)

陳曉東，嚴(yán)偉訊，劉朝川

(1．成都市成華區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，四川成都610051;2．中國(guó)建筑一局(集團(tuán))有限公司，北京100000)

1 工程概況

中國(guó)二重國(guó)家級(jí)技術(shù)中心成都(總部)大樓建筑面積:108 562m2，建筑最高點(diǎn)140.6m，在裙樓中部設(shè)計(jì)有高24m，跨度18.3m，南北貫通(44.8m)的功能大廳。為解決主樓部分荷載傳遞，在5～7層設(shè)計(jì)了三榀X形勁性轉(zhuǎn)換桁架(圖1)。其中型鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345－B，每榀桁架用鋼約66.8t，總用鋼量達(dá) 200.5t。

圖1 桁架結(jié)構(gòu)形式

2 難點(diǎn)分析

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，勁性結(jié)構(gòu)施工時(shí)，型鋼結(jié)構(gòu)的吊裝往往對(duì)整個(gè)分項(xiàng)工程的工期、質(zhì)量和成本控制起著主導(dǎo)作用。由于3榀桁架體量大，結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜，且位于24m高空，給整個(gè)工程的施工組織帶來(lái)諸多的難點(diǎn)。

(1)如此體量的型鋼結(jié)構(gòu)顯然只能采用散拼法施工，散拼法施工必須根據(jù)塔吊起重半徑對(duì)型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段，而分段的數(shù)量將直接影響到塔吊吊次以及焊接工程量的多少。

(2)按照設(shè)計(jì)的要求，型鋼結(jié)構(gòu)焊接均采用全熔透焊縫，焊縫等級(jí)一級(jí)，質(zhì)量要求相當(dāng)高。

(3)按設(shè)計(jì)要求，桁架下弦跨中必須按0.2%起拱。

3 桁架型鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

3.1 塔吊起重能力分析

本工程現(xiàn)場(chǎng)配備1臺(tái)JC7030型塔吊(臂長(zhǎng)60m)，1臺(tái)ST60/15型塔吊(臂長(zhǎng)60m)，兩臺(tái)塔吊能夠全部覆蓋整個(gè)建筑范圍。1#塔吊覆蓋桁架范圍內(nèi)最大起重量12t，最低起重量為4.63t，而2#塔吊僅覆蓋?軸桁架的一小部分，如圖2。因此以1#塔吊作為型鋼結(jié)構(gòu)吊裝的主要工具，而桁架深化分段則主要依據(jù)1#塔吊的起吊回轉(zhuǎn)半徑。

圖2 塔吊起重半徑荷載分布

3.2 桁架型鋼結(jié)構(gòu)分段

綜合考慮加工、運(yùn)輸、塔吊載重及質(zhì)量、安全等多方因素，經(jīng)可行性討論研究后，將桁架按照上弦桿、下弦桿、直腹桿、斜腹桿進(jìn)行分解。由于所有桿件中，上弦桿及下弦桿最長(zhǎng)，荷載也最大(上弦桿長(zhǎng)16.37m，桿重約15.2t，下弦桿長(zhǎng)16.37m，重約17.4t)，根據(jù)塔吊起重載半徑，將?軸、?軸上弦桿、下弦桿分別分成4段，?軸上弦桿、下弦桿分別分成2段。桁架經(jīng)分段后，?軸、?軸每榀分解為27個(gè)構(gòu)件，單個(gè)構(gòu)件最大重量約5.76t;?軸分解為24個(gè)構(gòu)件，單個(gè)構(gòu)件最大重量約8.5t，所有構(gòu)件均在塔吊的起重范圍之內(nèi)。

3.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

為便于桁架鋼構(gòu)件的拼裝，在桁架兩側(cè)鋼立柱、上下弦桿節(jié)點(diǎn)部位設(shè)計(jì)有牛腿，在弦桿、腹桿、牛腿上設(shè)計(jì)有連接耳板，吊裝后利用螺栓連接兩側(cè)耳板進(jìn)行臨時(shí)固定，待焊接完成后切除連接耳板，如圖3、圖4。

圖3 上弦節(jié)點(diǎn)深化圖

圖4 下弦節(jié)點(diǎn)深化圖

3.4 焊縫設(shè)計(jì)

鋼牛腿腹板與桿件腹板焊接處開(kāi)K形坡口，采用全熔透焊接;鋼牛腿翼緣與桿件翼緣焊接處開(kāi)V形坡口，采用全熔透焊接，熔透焊縫質(zhì)量應(yīng)滿足一級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)要求。

4 鋼構(gòu)件吊裝

4.1 型鋼結(jié)構(gòu)高空吊運(yùn)

型鋼結(jié)構(gòu)按照立柱、下弦桿、斜腹桿、直腹桿、上弦桿的順序，利用現(xiàn)場(chǎng)塔吊進(jìn)行構(gòu)件吊裝。在立柱、腹桿上設(shè)置專用吊耳以便于塔吊鋼絲繩固定，上、下弦桿則采用綁扎方式進(jìn)行吊裝。由于型鋼構(gòu)件荷載較大，經(jīng)計(jì)算采用四股鋼絲繩進(jìn)行吊裝，為防止大荷載構(gòu)件吊裝過(guò)程中發(fā)生碰撞，在構(gòu)件吊至安裝位置1m時(shí)，采用手動(dòng)倒鏈配合，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件就位。

4.2 型鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)固定

本工程型鋼結(jié)構(gòu)采用焊接連接，焊接量大、焊縫等級(jí)高，由于在鋼結(jié)構(gòu)吊裝過(guò)程中，穿插有土建、機(jī)電專業(yè)施工，為提高吊裝進(jìn)度，合理利用塔吊吊次，考慮型鋼構(gòu)件吊裝到位后先期采取臨時(shí)固定。為此，在弦桿、腹桿、立柱牛腿上焊接連接耳板或在構(gòu)件腹板上開(kāi)孔，吊裝后利用螺栓連接兩側(cè)耳板進(jìn)行臨時(shí)固定，待焊接完成后切除連接耳板。對(duì)立柱除采取上述措施外，在立柱四周拉纜風(fēng)繩進(jìn)行臨時(shí)固定。

5 型鋼結(jié)構(gòu)焊接

3榀轉(zhuǎn)換桁架中型鋼柱牛腿與桿件節(jié)點(diǎn)的連接，采用坡口全熔透焊縫，焊縫等級(jí)為一級(jí)，總數(shù)達(dá)到340條，總長(zhǎng)181m。根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》(JGJ81—2002)第五章“焊接工藝試驗(yàn)”的規(guī)定，在大面積施焊之前組織對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定。為保證焊接質(zhì)量，項(xiàng)目成立了QC小組，對(duì)影響焊接質(zhì)量的各個(gè)因素進(jìn)行控制。

5.1 焊接接頭處理

現(xiàn)場(chǎng)采用碳弧氣刨和角向磨光機(jī)磨去除接頭部位附著的高碳晶粒，避免焊縫裂紋的產(chǎn)生。每條焊縫焊接前，需將焊縫起焊處和止焊處的焊接缺陷用碳弧氣刨和砂輪清除干凈，并將接頭處處理成緩坡形狀，達(dá)到焊接要求。

5.2 預(yù)熱處理

采用以電加熱為主，火焰加熱為輔的方式對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為:不低于120℃。測(cè)溫點(diǎn)位于焊縫兩側(cè)并離焊縫中心75mm處，如圖5。

5.3 焊接順序

針對(duì)H型鋼柱的焊縫接頭形式，確定焊接順序?yàn)?雙人同時(shí)、對(duì)稱焊接，如圖6。

圖5 加熱區(qū)劃分

圖6 焊接順序

5.4 焊縫保溫

為了消除殘余應(yīng)力，同時(shí)為了溢出殘留氫，在焊縫焊接完成后，立即使用石棉布多層覆蓋并包裹，使焊縫區(qū)緩慢冷卻到常溫。

6 起拱控制

按設(shè)計(jì)要求，桁架下弦跨中必須按0.2%起拱。為此加工放樣時(shí)，便將⑤軸～⑥軸線間、⑦軸～⑧軸線間桁架上弦及下弦起拱0.2%。在下弦桿吊裝前，按下弦桿底面標(biāo)高垂直下弦桿搭設(shè)腳手管，使下弦桿初步就位。接著在下弦桿中部拼接部位兩側(cè)，以及下弦桿與立柱牛腿拼接位置安放千斤頂，千斤頂?shù)鬃聣|20mm×400mm×400mm鋼板，坐在已搭設(shè)好的架管上。借助水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)利用千斤頂微調(diào)，控制下弦 桿的水平度及下弦跨中起拱，如圖7。

圖7 下弦桿千斤頂布置

7 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)桁架鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的深化設(shè)計(jì)，使得鋼結(jié)構(gòu)分段數(shù)量控制到最低，在降低塔吊吊次，減少焊縫質(zhì)量的同時(shí)保證了施工進(jìn)度、節(jié)約了成本。轉(zhuǎn)換層桁架于2010年8月施工完畢，截至2010年5月，對(duì)桁架下弦4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，四個(gè)點(diǎn)累計(jì)沉降量均為2.0mm，滿足設(shè)計(jì)要求(圖8、圖9)。

圖8 轉(zhuǎn)換桁架鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程鳥(niǎo)瞰圖

圖9 勁性轉(zhuǎn)換桁架成型效果

通過(guò)開(kāi)展QC小組活動(dòng)，對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行控制，使得340條全熔透一級(jí)焊縫探傷合格率達(dá)到100%。項(xiàng)目QC小組活動(dòng)成果《提高大跨度勁性轉(zhuǎn)換桁架施工合格率QC成果》，榮獲2010年中國(guó)質(zhì)量協(xié)會(huì)第二屆“海洋王”杯全國(guó)QC小組成果發(fā)表賽二等獎(jiǎng)(圖10、圖11)。

圖10 QC小組活動(dòng)成果獲獎(jiǎng)證書(shū)

圖11 成都市市長(zhǎng)葛宏林蒞臨項(xiàng)目指導(dǎo)

8 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)二重國(guó)家級(jí)技術(shù)中心成都(總部)大樓轉(zhuǎn)換層桁架鋼結(jié)構(gòu)采用散拼法施工，在對(duì)桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、塔吊起吊能力分析的基礎(chǔ)上，對(duì)桁架鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將3榀桁架的分段數(shù)量控制到最少，從而減少鋼結(jié)構(gòu)吊裝對(duì)塔吊吊次的占用，保證了工期，降低了成本。鋼結(jié)構(gòu)分段數(shù)量的減少，直接降低了焊接工程量，對(duì)焊接質(zhì)量合格率的提高起到關(guān)鍵作用。通過(guò)對(duì)深化設(shè)計(jì)、放樣加工、現(xiàn)場(chǎng)管理三方面的控制，保證了桁架下弦的起拱，滿足設(shè)計(jì)要求。