大管徑多管組拼式樹杈柱施工技術(shù)

溫惠清

摘要：介紹了大管徑樹杈柱的制作安裝工藝。采用組拼構(gòu)件垂直拼裝，利于分叉端朝向的精度控制。采用工具式支架、承插式定位系統(tǒng)等輔助工具，使構(gòu)件定位更精確、成型更便捷，最大程度上縮短了制作工期，增加了制作經(jīng)濟效益。采用耳板臨時固定，精確定位、放置基礎預埋件。并用螺栓臨時固定樹杈上部直段圓管，有效保證了安裝效果。

Abstract： This paper introduces the fabrication and installation technology of large diameter tree branch column. The vertical assembly is adopted to control the precision of bifurcation end orientation. The auxiliary tools such as tool bracket and socket positioning system are adopted to make the component positioning more accurate and the forming more convenient， shorten the production period to the greatest extent， and increase the economic benefits of the production. The ear-plate is adopted for temporary fixation， accurate positioning and placement of foundation embedded parts. Bolt is used to temporarily fix the straight round pipe on the upper part of the tree branch to ensure the installation effect effectively.

關(guān)鍵詞：樹杈柱;組拼;定位;安裝

Key words： tree branch column;multi-pipe combination;positioning;installation

中圖分類號：TU745.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）08-0145-03

0 ?引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，設計、施工較復雜結(jié)構(gòu)的建筑物成為流行趨勢。某些復雜結(jié)構(gòu)的公共建筑，因其外觀的奇特與精致甚至成為城市的地標建筑。樹杈用較小的桿件形成較大的支撐空間、經(jīng)濟效益好、造型美觀而被越來越廣泛的應用于公共建筑中。異型樹杈屋面承重鋼結(jié)構(gòu)是通過鋼結(jié)構(gòu)仿照樹杈的受力形式進行設計施工，其造型多樣，樹杈每個節(jié)點受力均有所不同，設計和施工難度較大。[1]在我公司承接的一系列鋼結(jié)構(gòu)工程中，就有一些較有代表性的大管徑多管組拼式樹杈柱構(gòu)件。此構(gòu)件無論是在下料、組拼、焊接、焊接變形控制與矯正、現(xiàn)場吊裝等方面均有一定的技術(shù)難度，主要體現(xiàn)在：圓管下料彎曲精度控制，多管組拼時各管分叉端朝向位置的控制，組拼管垂直度的控制，樹杈柱構(gòu)件預埋安裝對孔精度控制。

關(guān)于樹杈柱的施工，國內(nèi)文獻介紹的比較少。雷鵬旭介紹了一種球狀節(jié)點連接的樹杈柱加工安裝校正技術(shù)，分析了鋼結(jié)構(gòu)樹杈柱的結(jié)構(gòu)特點和樹枝安裝難點[2]。根據(jù)樹枝重量，也可根據(jù)樹枝分布方式采用“一對一”或“一對多”方式起扳提升，可作為樹杈柱安裝的重要手段之一[3]。實踐證明，該技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，保證質(zhì)量，符合節(jié)材、節(jié)能、降耗的社會發(fā)展趨勢。

1 ?樹杈柱制作

1.1 原材料進場檢驗

鋼管進場應對原材料的規(guī)格、型號、外形尺寸、外觀表面質(zhì)量逐一進行復核。按規(guī)定對原材料進行探傷檢測，并做化學、物理、機械等性能測試，保證基材性能。對照構(gòu)件分解圖上標注的構(gòu)件尺寸，計算出圓管彎曲下料長度，并加1～2cm余量作為切割下料的基準長度。采用型鋼鋼板搭建水平工作平臺。構(gòu)件的放樣、組裝、焊接等都圍繞該操作平臺展開。

1.2 定位

柱底板上放垂直組拼圖樣：以三管組拼為例，先將柱底板平放在水平工作臺上，對照深化設計圖上標注的組拼構(gòu)件尺寸，在柱底板上放出三管垂直組拼投影圖樣。再根據(jù)深化圖上設計的各管分叉角度計算出組拼時各管分叉端間的夾角，即找出分叉端的朝向，以確定各管組拼中擺放位置。后在原先畫好的地樣上找到各管圓心，并向各管外側(cè)壁引方向線，通過確定控制線間夾角來保證組拼構(gòu)件分叉端朝向位置的精度。

預設吊耳及可承插式定位套管：待組拼管下料完后，預先在組拼管上設置吊耳及可承插式定位套管。在組拼管外壁設置2個吊耳，吊耳分別布置在彎管端頭與單管重心位置，布置方向應與分叉端朝向保持一致，如此布置利于單管起吊中垂直下落就位，并提高朝向控制精度。在單管管底設置3根可承插式定位套管，定位套管位置由分叉端朝向決定，其中一根定位套管對中布置在組拼管朝向位置引線上，其余兩根定位套管隨第一根定位套管位置對稱布設。通過保證組拼管上放出的分叉端朝向控制線與柱底板上已有控制線的方向一致來定位、復核分叉端朝向的精度。

設置承插式定位桿：根據(jù)組拼管尾端布設的定位套管的位置、個數(shù)來確定定位桿的布設位置及數(shù)量。定位桿布置隨柱底板上畫好的組拼管圖樣，沿管外側(cè)壁圓弧形布設，各管均布置3根定位桿，其中一根定位桿布置在分叉端朝向位置的引線上，其余兩根分別對稱布置在第一根定位桿兩側(cè)。定位桿滿焊焊接在柱底板上，防止組拼中移位。

在定位桿設置時，考慮到定位套管壁厚的存在，因此，在定位桿位置布設時，將根據(jù)定位套管壁厚的大小沿圓弧向外偏移1個壁厚的距離。另考慮到為便于定位套管與定位桿承插對孔，故決定將定位套管內(nèi)徑設置為定位桿直徑加1cm。組拼時，通過定位套管與定位桿精確對接來定位組拼管朝向。

1.3 組拼構(gòu)件

工具式支架可適用于不同高度的組拼管的垂直向的有效支撐，即工具式支架高度可調(diào)節(jié)。在圓環(huán)上放出朝向控制線，從而起到對組拼管成型后分叉端的朝向的復核作用。根據(jù)上述特點，制作一種輔助工具——工具式同心圓環(huán)支架（圖1），由可調(diào)節(jié)式的垂直立桿和與組拼成型構(gòu)件同心的圓環(huán)組成。

可調(diào)節(jié)式的垂直立桿由下端圓管、中間承接管、上端圓管、調(diào)節(jié)插銷、調(diào)節(jié)孔。支架立桿一般設置為4個立桿。同心圓環(huán)制作成內(nèi)徑大于組拼構(gòu)件外徑50～100mm，由兩個半圓構(gòu)成，用夾板、螺栓整合成一體同心圓，其上部圓環(huán)滿焊與立桿相固定，下部圓環(huán)鉆取與立桿同位的孔洞（內(nèi)徑大于定位桿外徑2～3mm），套接在立桿上，經(jīng)復核水平后與立桿點焊牢固。根據(jù)深化圖樣及平臺上構(gòu)件投影放樣圖上標定尺寸確定同心圓環(huán)支架在水平臺上的布置點位。位置復核無誤后，將支架焊接在水平臺上，用柱底板上已放出的分叉端朝向線垂直引線至各圓環(huán)表面，以復核組拼管分叉朝向。

待支架定位完畢后，根據(jù)組拼管垂直高度的不同，合理選擇組拼順序，即由組拼管的垂直高度決定組拼先后，組拼原則為先高后低，保證同心圓環(huán)能調(diào)節(jié)支撐高度。當組拼管起吊時，根據(jù)管件的垂直高度，預先調(diào)節(jié)好同心圓環(huán)的支撐高度，將支架的上部圓環(huán)調(diào)至組拼管彎曲端下口。在根據(jù)構(gòu)件起吊高度，利用不同規(guī)格的行車進行組拼管的吊裝，利用管壁外側(cè)焊制的耳板連接起吊?？刂坪媒M拼管起吊垂直度及行車吊行車速度，保證組拼管緩緩地與柱底板上的定位桿對接。組拼管放置到位后，將通過已放于圓環(huán)上朝向定位樣線來復核組拼管分叉朝向。組拼管定位如下圖，其余各管組拼定位原理同第一根管。當組拼管定位完后，在圓環(huán)與組拼管結(jié)合部焊接固定板，臨時固定組拼管，并輔助組拼管起控制垂直度的作用。由于組拼管整體重心位置偏向于彎曲端，為保證管件穩(wěn)定，在管件彎曲端加焊型鋼支架臨時支撐，其底部點焊固定于水平工作臺上。對于管徑較小的，彎曲段較短的組拼管可不設置臨時支撐固定。當2號管組拼時，根據(jù)管件高度，先將上部圓環(huán)與組拼管結(jié)合處的固定板卸除后，將上部圓環(huán)支架下調(diào)適當高度至2號管彎曲端下口位置。定位原理及加固件作用同1號管。加固件位置如下圖所示，其中在管間結(jié)合處可先行點焊環(huán)箍勁板，此零件為成型構(gòu)件永久性零件，此時焊設亦可起固定作用（圖2）。

1.4 樹杈構(gòu)件成型

組拼成型并復核后，根據(jù)深化圖樣依次分層分道滿焊內(nèi)勁板、卸除組拼臨時吊耳后，在彎曲端焊制現(xiàn)場吊裝耳板、端部封頭板（板上預留灌漿出氣孔）、外環(huán)箍板、剪力釘?shù)攘慵?/p>

因同心圓環(huán)支架支撐會妨礙外環(huán)箍板及剪力釘焊接施工，可將定位套管、定位桿、同心圓環(huán)支架支撐、臨時型鋼支撐等依次卸除，卸除同時用行車吊穩(wěn)定構(gòu)件分叉端后，焊制外環(huán)板及剪力釘。待上述零件依次拼接成型后，將成型樹杈柱構(gòu)件經(jīng)打磨工序，最終成品。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范質(zhì)檢員對構(gòu)件的尺寸、外觀質(zhì)量、焊縫質(zhì)量等全面檢驗，對焊縫進行探傷檢測。檢驗合格后，對成型構(gòu)件進行噴砂除銹、涂裝噴漆處理。

2 ?樹杈柱的安裝

樹杈構(gòu)件運至現(xiàn)場，經(jīng)進場檢測后，將構(gòu)件放置在指定安裝區(qū)域內(nèi)。樹杈構(gòu)件預埋螺桿位置應合理放置。首先，找到預埋構(gòu)件相對應的軸線位置，定出基準點。通過軸線定位的基準點及基準點與預埋點間的相對位置確定螺栓中心的放置點位，預埋螺栓與基礎鋼筋焊死，并做好成品保護。

在保證預埋螺桿精確定位后，樹杈構(gòu)件對孔預埋可將根據(jù)預埋螺桿的位置來確定，并保證構(gòu)件安裝精度。樹杈構(gòu)件預埋安裝時，通過柱底板上的螺栓孔連接，依靠調(diào)節(jié)螺母、墊板來控制柱底板的平整度。利用耳板對預埋構(gòu)件進行吊裝作業(yè)，耳板為16mm厚矩形鋼板，耳板與管件平行方向鉆取3個連接孔，其中最上1個孔徑為？準40孔。目的在于為構(gòu)件起吊預設吊裝孔，因此，此孔不僅承擔了起吊后臨時連接固定的作用，也方便了現(xiàn)場吊裝，不再需要為吊裝而在成品構(gòu)件上另焊吊孔板。樹杈基礎構(gòu)件預置完后，在柱腳以上現(xiàn)場開設灌漿孔，待砼強度達到設計強度的70%后，開始進行與上部構(gòu)件的安裝。樹杈基礎構(gòu)件安裝完畢后，將根據(jù)組拼單管個數(shù)、分叉端朝向、周邊聯(lián)系構(gòu)件的相對位置、依照不同的施工現(xiàn)場的環(huán)境條件等因素，合理安排上部構(gòu)件的吊裝施工。吊裝過程中可利用耳板及放置在耳板兩側(cè)的固定夾板作為構(gòu)件上下聯(lián)系的臨時紐帶，待周邊聯(lián)系構(gòu)件安裝并復核校準過后，方可焊接構(gòu)件接縫。

待吊裝完成，根據(jù)樹杈構(gòu)件管壁厚度，進行分層焊接。對焊時，分層焊接，每層焊接由焊工依次以同時均速逆向施焊，使得各對稱點位置均勻受熱，保證焊縫平齊、高差一致。每焊一遍應認真清查焊渣。最后一層蓋面焊縫可采用小電流進行焊接。焊接完構(gòu)件最外層后，對成品構(gòu)件進行熱保護處理。焊接成型后，卸除臨時固定支撐，并對焊縫進行探傷檢驗處理。

3 ?應用實例

蘇州可川電子科技有限公司車間項目，工程位于昆山市千燈鎮(zhèn)宏洋路。該工程辦公樓門廳基礎節(jié)點造型特殊，適用大管徑多管組拼式樹杈柱制作安裝施工工法。此工法成型構(gòu)件具有焊接質(zhì)量好，尺寸精度高，施工效果好等特點，應用此工法提高了組拼構(gòu)件制作、安裝效率，縮短了整體工期，有效利用了人材機。經(jīng)工程實踐檢驗，該技術(shù)安全可靠、施工質(zhì)量好、效率高，降低成本9510元，縮短工期2天。禾碩木業(yè)（昆山）有限公司車間項目，該工程辦公樓門廳基礎節(jié)點采用大管徑多管組拼式樹杈柱制作安裝施工技術(shù)。節(jié)約成本8378元，縮短工期1.8天。

4 ?結(jié)論

采用多管垂直組合拼裝成型的工藝方法，提高了組拼構(gòu)件成型效率，縮短了制作工期，節(jié)約了制作成本。本技術(shù)提高了單位時間內(nèi)勞動效率，施工工期比計劃工期有明顯減少，節(jié)約了施工成本。通過對以往施工過的幾個工程的歸納總結(jié)，每制作、安裝完成同樣規(guī)格型號的樹杈柱構(gòu)件運用本工法能節(jié)約3工日，平均可縮短施工工期1天。對照傳統(tǒng)工藝，增加了同心圓環(huán)支架、承插式定位桿，從而增加輔助工具費用，但此類工具可反復周轉(zhuǎn)，折舊率低。

參考文獻：

[1]李霞，鄢維峰，陳衛(wèi)文.基于BIM的樹杈型鋼結(jié)構(gòu)設計施工優(yōu)化研究[J].中國工程咨詢，2018（05）：101-104.

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[3]劉建春.鋼結(jié)構(gòu)樹狀支撐柱施工設計[J].石油化工建設， 2018，40（04）：55-58.

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