超大箱型正球體空間鋼結(jié)構(gòu)安裝新技術(shù)

梁光勤　劉海　王粲

摘? ? 要：鋼結(jié)構(gòu)工程為三球相連，球體直徑39m，每球體按經(jīng)度成20個(gè)等分，經(jīng)緯軸線主要構(gòu)件均為箱型結(jié)構(gòu)，本次施工為球體構(gòu)件原位支撐，空中分段組裝，構(gòu)件支撐部分分為兩個(gè)部分，一部分為第一節(jié)弧形柱支撐，滿足球體下部結(jié)構(gòu)的施工要求，第二部分為中心支撐架支撐，滿足球體上部北極圈的安裝定位要求，上下結(jié)構(gòu)安裝定位完畢后，中間部分進(jìn)行安裝合攏，穩(wěn)定連接后，進(jìn)行緯度聯(lián)系桿件的依次安裝，整體焊接完畢后卸載。通常正球體結(jié)構(gòu)多為圓管結(jié)構(gòu)，本次工程結(jié)構(gòu)形式采用了箱型結(jié)構(gòu)，安裝上相對于圓管難度有所提升。本次施工采用原位支撐，分段組裝的施工技術(shù)，解決了施工區(qū)域狹小，施工場地?zé)o法進(jìn)入大型起重機(jī)械，構(gòu)架無法組裝安裝等難度，有效的提升了安裝的進(jìn)度及人工和機(jī)械成本，對于安裝質(zhì)量的有效控制方面效果明顯。

關(guān)鍵詞：空間鋼結(jié)構(gòu)安裝;箱型結(jié)構(gòu);正球體;三球相連;支撐;合攏;卸載

1? 工程概述

本鋼結(jié)構(gòu)工程主體為三個(gè)正球體相連結(jié)構(gòu)，球體直徑為38.6m，內(nèi)部中空無支撐結(jié)構(gòu)，球體內(nèi)部設(shè)有中心平臺(tái)及連橋在標(biāo)高15.9m處球體橫向聯(lián)系桿件相連，球體底座與球體弧形柱為銷軸連接形式。每球體按20等分，每18°設(shè)置弧形鋼柱與頂部北極圈相互連接形成球體結(jié)構(gòu)，橫向主聯(lián)系桿件為箱型結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置在6.9m、15.9m、22m標(biāo)高處，其余次聯(lián)系桿件主要為圓管結(jié)構(gòu)。三個(gè)球體結(jié)構(gòu)用鋼量約為1620t，每單體球用鋼量約為540噸，主要材質(zhì)為Q345B及Q345GJ。弧形鋼柱截面主要為：BOX500×400×16mm，柱間箱型聯(lián)系桿件截面主要為：BOX600×400×16mm。

2? 球體鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)控制要點(diǎn)

2.1? 測量控制網(wǎng)的設(shè)置

本鋼結(jié)構(gòu)工程為球體三維空間結(jié)構(gòu)工程，考慮到安裝過程中對鋼結(jié)構(gòu)定位測量的需要，對球體各控制點(diǎn)位的設(shè)置需要提前完成，各控制點(diǎn)主要為：球體中心點(diǎn)、一節(jié)柱軸線投影、一節(jié)柱端頭投影點(diǎn)、二節(jié)柱端頭投影點(diǎn)等。

2.2? 球體弧形一節(jié)柱的測量定位方法

球體一節(jié)柱弧長18m，約為球體圓周的1/3，作為整個(gè)球體安裝基準(zhǔn)，其空間定位的準(zhǔn)確性要求較高，其定位點(diǎn)主要為：縱向及橫向中心偏差、柱端頭標(biāo)高點(diǎn)、垂直度、復(fù)測觀察點(diǎn)設(shè)置為柱頭外側(cè)翼板投影點(diǎn)，通過對中心及標(biāo)高的測量對一節(jié)柱進(jìn)行定位，通過柱頭外側(cè)投影點(diǎn)的復(fù)測，確定定位的準(zhǔn)確性。

球體弧形一節(jié)柱下部固定方式為銷軸固定，有一定的傳動(dòng)范圍，對柱子調(diào)整后的穩(wěn)定定位有一定影響，需要通過塞板來控制其傳動(dòng)范圍。定位三個(gè)步驟進(jìn)行，第一步第一根一節(jié)柱調(diào)整固定，第二步第二根二節(jié)柱調(diào)整固定，第三步聯(lián)系橫梁安裝固定，偏差復(fù)查。

具體步驟詳見：圖2、圖3、圖4。

2.3? ?弧形球體北極圈的測量定位方法

頂部北極圈其定位主要為：構(gòu)件組合件標(biāo)高、水平、構(gòu)件與二節(jié)柱中心點(diǎn)之間直線度。由于高度較高，測量環(huán)境并不理想，采取兩種測量方式符合來確定其標(biāo)高，一種方法是通過水準(zhǔn)儀結(jié)合盤尺的常規(guī)做法，第二種是通過激光測距儀將量程引下地面，在結(jié)合水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，兩種方式測量的結(jié)論復(fù)核，確定北極圈標(biāo)高。

2.4? ?球體二節(jié)柱合攏前檔距測量方法

球體二節(jié)柱合攏關(guān)鍵在于北極圈與一節(jié)柱之間間距尺寸的準(zhǔn)確性。為確保間距尺寸符合二節(jié)柱安裝及焊接的要求。此處的測量同樣通過兩種方式進(jìn)行，一種是常規(guī)的使用盤尺進(jìn)行測量，第二種是通過激光測距儀進(jìn)行測量，兩種測量方式的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，以確定測量數(shù)值。

2.5? 球體間關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的測量方法

球體之間關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)主要為：球體球心軸線的相互關(guān)系、球體弧形鋼柱切點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)尺寸。球體球心軸線的相互關(guān)系的測量方式是使用激光垂準(zhǔn)儀將各球體球心點(diǎn)引至北極圈承載平臺(tái)，再將全站儀架設(shè)在平臺(tái)上部，對相鄰兩球體球心距離進(jìn)行測量。球體弧形鋼柱切點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)尺寸是通過激光垂準(zhǔn)儀對已安裝的弧形鋼柱切點(diǎn)進(jìn)行投點(diǎn)，將實(shí)際切點(diǎn)投影點(diǎn)引入地面，與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)投影點(diǎn)進(jìn)行比對，從而確定球體弧形鋼柱安裝誤差。

3? 安裝方法及步驟

3.1? 球體底座安裝

球體底座安裝角度為45°，安裝分兩次進(jìn)行，首先對12根地腳螺栓進(jìn)行安裝定位，待地腳螺栓部分一次灌漿完畢，混凝土凝固期滿后再進(jìn)行底座安裝。球體底座安裝的難度首先是地腳螺栓的定位，再次才是球體底座的安裝定位。由于地腳螺栓定位過程中，所需測量數(shù)據(jù)較多，測量難度較大，很難準(zhǔn)確的測量出各個(gè)螺栓的定位位置，為此制作了底座模型作為定位輔助工裝，有效的解決的地腳螺栓的安裝難度。同時(shí)也解決了底座的安裝難度，大大的提升了安裝效率。根據(jù)球體底座的安裝位置及其重量，起重方式采用了3噸叉車進(jìn)行安裝，不僅降低了起重機(jī)械成本，同時(shí)也達(dá)到了構(gòu)件快速轉(zhuǎn)運(yùn)的作用。

3.2? 球體一、二節(jié)柱與柱間聯(lián)系桿件安裝

球體柱間聯(lián)系桿件與球體弧形柱之間為焊接連接，安裝過程中，構(gòu)件之間的無法避免吊裝過程中的碰撞，從而造成球體弧形的位置的移動(dòng)，增加鋼柱位置誤差，若如此依次安裝將形成較大的累計(jì)誤差，為此參考鐵軌安裝的方法，制作了定距的卡尺，聯(lián)系桿件安裝完畢后，使用卡尺對柱間間距進(jìn)行收緊。該方法在使用后進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)測，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，符合要求，有效的重復(fù)測量的復(fù)雜過程，有效的加快了安裝進(jìn)度。

3.3? 北極圈安裝

中心柱及支撐平臺(tái)通過計(jì)算后，承載能力及穩(wěn)定性符合要求。北極圈安裝在支撐架平臺(tái)上，北極圈定位基準(zhǔn)點(diǎn)投射在支撐架平臺(tái)上，平臺(tái)上設(shè)置5臺(tái)50t薄型液壓千斤頂用以支撐北極圈，同時(shí)在二節(jié)柱加載完畢后，調(diào)整球體頂部標(biāo)高的沉降?？紤]到二節(jié)柱在安裝過程中與北極圈無法避免的碰撞，為確保北極圈的穩(wěn)定性，在平臺(tái)上設(shè)置水平擋板和上限擋板，防止北極圈水平移動(dòng)和上下移動(dòng)。

3.4? 球體二節(jié)柱吊裝

球體二節(jié)柱吊裝過程中主要考慮的是球體安裝過程中與中心支撐架之間的穩(wěn)定性，如單根二節(jié)柱依次順序安裝，則會(huì)形成單側(cè)逐步加載，如此吊裝的過程中有整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，為規(guī)避該風(fēng)險(xiǎn)，球體二節(jié)柱吊裝按循環(huán)對稱吊裝的方法，結(jié)果顯示，不僅有效的規(guī)避了失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，也大大有效的加快了安裝進(jìn)度。

3.5? 球體鋼結(jié)構(gòu)焊接順序

球體鋼結(jié)構(gòu)為全焊接結(jié)構(gòu)，柱間聯(lián)系桿件共18層，在焊接過程中采取合理焊接順序，能夠有效的降低焊接應(yīng)力。焊接順序?qū)嵤橛缮现料?，逐層對稱焊接。

4? 結(jié)束語

超大箱型正球體空間鋼結(jié)構(gòu)安裝新技術(shù)，在本工程安裝實(shí)踐中取得的明顯的效果，對工程的進(jìn)度、質(zhì)量、成本等方面的控制都有顯著的體現(xiàn)，其關(guān)鍵點(diǎn)主要體現(xiàn)在空間位置測量的準(zhǔn)確，安裝及焊接順序控制。