雙曲面鋼屋架安裝施工技術(shù)

葉俊煌

（身份證號碼：350628198507 295510）

1 工程概況

漳州市圖書館、科技館工程位于漳州佰翔圓山酒店東側(cè)和南江濱路南側(cè)，總建筑面積為63113.10m2，結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，地上6層，地下室為1 層，圖書館和科技館建筑高度分別為31.5m 和34.1m，屋面層以上裝飾構(gòu)架均采用鋼框架結(jié)構(gòu)。鋼柱采用圓形和箱型等截面，圓形鋼柱規(guī)格為Φ400mm×15mm，箱型鋼柱規(guī)格為□400mm×400mm×16mm×16mm，鋼梁采用H 型鋼和箱型鋼，H 型鋼規(guī)格主要為HN400mm×200mm×8mm×13mm 和HN500mm×200mm×8mm×13mm，箱型鋼的規(guī)格主要有□400mm×250mm×8mm×8mm、550mm×250mm×15mm×15mm 和900mm×250mm×15mm×15mm，材質(zhì)均為Q345B 級。鋼屋架為雙曲面相交而成，鋼柱與鋼框梁、鋼框梁與鋼梁、鋼梁與鋼梁連接均采用剛性連接，除了梁頂增設(shè)連接板與鋼柱、鋼梁采用角焊縫之外，其余焊接均采用坡口全熔透焊縫。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)分析

（1）雙曲面鋼屋架平面布置不規(guī)則（如圖1），弧度較大，測量定位難度較大。

圖1 科技館鋼屋架平面布置圖

（2）鋼柱和鋼梁截面形式為圓形、箱型和H 型等，鋼構(gòu)件預(yù)制精度要求較高。

（3）鋼屋架所在樓層較高，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造相對復(fù)雜，高空拼裝精度要求較高，工作半徑較大，吊裝難度相對較大。

（4）鋼屋架結(jié)構(gòu)體系較為獨(dú)特，鋼框梁與鋼梁相互依托，屋面結(jié)構(gòu)無法形成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)靜定體系，需要采取妥善措施來支撐鋼屋架。

（5）鋼構(gòu)件之間連接均為剛性連接，圓形柱與箱型梁相貫線均采用坡口滿焊，焊縫質(zhì)量要求高，整個鋼屋架均采用焊接形式進(jìn)行連接，焊接變形控制難度較大。

3 雙曲面鋼屋架安裝方案

根據(jù)鋼屋架組成的鋼柱、鋼梁的長度、重量、高度和無法整體起吊等情況，經(jīng)過項(xiàng)目部討論與研究后建議采用高空散裝和分段吊裝方案，所有鋼構(gòu)件均采用塔吊進(jìn)行吊裝。根據(jù)鋼構(gòu)件所在位置、重量和長度以及相應(yīng)位置塔吊的起重量情況對鋼構(gòu)件進(jìn)行拆分，再逐一按照吊裝順序進(jìn)行吊裝就位。鑒于鋼屋架在整體體系形成之前無法單獨(dú)成為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，決定在屋面層搭設(shè)滿堂扣件式鋼管架作為鋼屋架下弦節(jié)點(diǎn)的支撐體系和操作平臺。鋼構(gòu)件在加工廠統(tǒng)一預(yù)制，散件進(jìn)場，鋼構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場后再進(jìn)行高空散裝和拼接，鋼構(gòu)件連接部位應(yīng)焊接牢固。

4 雙曲面鋼屋架安裝施工技術(shù)

4.1 塔吊型號確定

根據(jù)塔吊覆蓋范圍、鋼屋架構(gòu)件位置、鋼屋架平面布置和鋼構(gòu)件最大重量等因素確定塔吊型號為QTZ80（TC5512）和QTZ100（6012-8），在圖書館和科技館分別布置2 臺，共布置4 臺，QTZ80（TC5512）塔吊的臂長為60m，QTZ100（6012-8）塔吊的臂長為55m，1#和4#塔吊為6012，2#和3#塔吊為5512，圖書館鋼構(gòu)件采用1#、2#和4#塔吊進(jìn)行吊裝，科技館鋼構(gòu)件采用3#和4#塔吊進(jìn)行吊裝。圖書館鋼梁最大重量為3.89t，長度為14.471m，距離4#塔吊32m，塔吊在該處的起重量為2.96t，無法滿足吊裝需求，須對鋼梁進(jìn)行拆分，拆分為9.9m 和4.571m，拆分后重量分別為2.66t 和1.23t，拆分后構(gòu)件重量均在塔吊起重量范圍內(nèi)。圖書館共拆分23 根鋼梁，其余鋼構(gòu)件最大重量均在相應(yīng)塔吊的起重量范圍內(nèi)，塔吊型號的確定滿足鋼構(gòu)件吊裝需求。

4.2 鋼構(gòu)件加工與制作

弧形H 型鋼梁屬于非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，腹板采用數(shù)控火焰切割機(jī)切割成直條形，翼緣板采用數(shù)控多頭等離子切割機(jī)切割成弧形板[1]，鋼板彎曲采用自動三輥卷板加工設(shè)備進(jìn)行冷彎。在地面上設(shè)置胎架，根據(jù)組裝定位線對T 型部件進(jìn)行組裝，翼緣板和腹板的垂直度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，采用附加工藝板進(jìn)行臨時固定。接著進(jìn)行翼緣板的組裝，腹板與翼緣板采用液壓定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，相關(guān)構(gòu)件拼裝校正后點(diǎn)焊固定，接著采用半自動埋弧焊機(jī)對弧形H 型鋼進(jìn)行對稱焊接，焊縫應(yīng)飽滿。箱型鋼柱的鋼板采用數(shù)控火焰切割機(jī)進(jìn)行下料成條形鋼板，鋼板應(yīng)二次矯平，采用裝配樣板對底板進(jìn)行定位，在腹板和下翼板位置測放隔板的定位線，在胎架上裝好下翼板，內(nèi)隔板采用分步退裝法進(jìn)行組裝，組裝順序?yàn)樽灾虚g向兩邊對稱安裝，每安裝兩塊即可將下翼板與內(nèi)隔板進(jìn)行平焊，內(nèi)隔板垂直度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。接著安裝兩側(cè)腹板，內(nèi)隔板與腹板之間連接采用電渣焊，腹板與翼板的垂直度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，U 型箱型柱組裝后及時對構(gòu)件變形情況進(jìn)行檢查，檢查合格即可安裝最后一塊翼板。4 條主焊縫采用門式全自動埋弧焊[2]，以同一方向?qū)ΨQ同時施焊2 條焊縫，焊接后應(yīng)及時矯正。在箱型鋼柱上將牛腿位置測放出來，在組裝平臺上將牛腿對準(zhǔn)定位線進(jìn)行組裝，點(diǎn)焊固定后進(jìn)行校核。柱腳位置應(yīng)安裝柱腳板，同樣采用點(diǎn)焊進(jìn)行臨時固定。牛腿和柱腳板的尺寸復(fù)核無誤后，采用CO2氣體保護(hù)進(jìn)行對稱焊接，焊接應(yīng)牢固可靠。鋼構(gòu)件焊接工藝應(yīng)事先進(jìn)行評定，焊接質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，焊縫探傷結(jié)果應(yīng)符合施工規(guī)范要求。鋼構(gòu)件加工完成后應(yīng)拋丸噴砂除銹，除銹等級應(yīng)達(dá)到Sa2.5 級標(biāo)準(zhǔn)，接著做好鋼構(gòu)件的防銹漆噴涂工作，噴涂厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

4.3 滿堂扣件式鋼管架搭設(shè)

在屋面層鋼筋混凝土樓板上搭設(shè)滿堂扣件式鋼管架，立桿的間距為1.3m×1.3m，橫桿的間距為1.5m，立桿底部應(yīng)設(shè)置墊板，立桿頂端根據(jù)鋼屋架下弦節(jié)點(diǎn)高程進(jìn)行設(shè)置，立桿頂端設(shè)置可調(diào)螺桿和定位鋼板。在立桿底端以上20cm 處設(shè)置掃地桿，在架體四周和內(nèi)部縱橫向每隔4m 設(shè)置1 道剪刀撐，圖書館位置的滿堂腳手架應(yīng)在架體頂部設(shè)置水平剪刀撐，科技館則應(yīng)設(shè)置2 道，剪刀撐的寬度為6m。操作平臺位置應(yīng)滿鋪腳手板，按照規(guī)定設(shè)置防護(hù)欄桿。滿堂架應(yīng)在鋼柱安裝后進(jìn)行搭設(shè)，搭設(shè)質(zhì)量應(yīng)符合施工規(guī)范要求，架體應(yīng)保證整體穩(wěn)定。

4.4 鋼屋架測量放線

由于鋼屋架為雙曲面形狀，各個支撐點(diǎn)平面位置和高程均不同，測量放線難度較大。為了精準(zhǔn)定位，本工程采用AutoCAD 繪圖軟件進(jìn)行三維立體建模，直觀地顯示鋼屋架的定位情況，讀取定位點(diǎn)的坐標(biāo)，采取全站儀將鋼梁與鋼柱連接節(jié)點(diǎn)測放出來，并將標(biāo)高引測到鋼柱上。根據(jù)鋼梁拆分情況將分段位置軸線和高程控制線測放出來，通過調(diào)整立桿頂端定位鋼板的高程來準(zhǔn)確確定分段處的高程，使得鋼梁對接拼裝準(zhǔn)確。

4.5 鋼屋架安裝

待鋼柱安裝完成且滿堂扣件式鋼管架搭設(shè)完成后，即可開始鋼屋架吊裝。鋼框梁和鋼梁應(yīng)事先按照吊裝順序做好編號，鋼梁吊裝順序?yàn)閺闹虚g往兩邊進(jìn)行擴(kuò)展，從而形成具有一定剛度和穩(wěn)定性的鋼構(gòu)空間架構(gòu)。直線形鋼梁采用2 點(diǎn)吊法，吊點(diǎn)設(shè)置在距離鋼梁端部1/3 位置，確保吊點(diǎn)均勻受力，在吊點(diǎn)鋼絲繩位置應(yīng)墊上橡膠護(hù)角，避免鋼梁上的防銹漆被磨損破壞[3]?；⌒武摿翰捎? 點(diǎn)吊法，在鋼梁中部和兩端設(shè)置吊點(diǎn)，從而防止弧形鋼梁吊運(yùn)過程中出現(xiàn)晃動現(xiàn)象。為了防止鋼梁吊裝過程中碰撞到鋼柱或者已安裝的鋼梁，在鋼梁的兩端捆綁好麻繩，由2 名操作人員牽引控制狀態(tài)。鋼梁吊離地面約50cm 時應(yīng)停吊，確保吊點(diǎn)位置鋼絲繩固定牢固和鋼梁平穩(wěn)后，將鋼梁垂直起吊至安裝位置上方，對準(zhǔn)定位線緩慢下放，根據(jù)軸線及高程控制線對鋼梁平面位置和垂直度進(jìn)行校正，校正無誤后即可先點(diǎn)焊臨時固定[4]，接著進(jìn)行坡口焊接，鋼梁與鋼柱應(yīng)焊接牢固，鋼梁焊接完成確保安全方可卸除吊具。拆分鋼梁采用2 臺塔吊分別吊運(yùn)2 個分段的鋼梁，在空中進(jìn)行對接，分段口應(yīng)設(shè)置焊接襯套，2段鋼梁的軸線和垂直度經(jīng)復(fù)核正確后，分段口應(yīng)點(diǎn)焊，接著焊接鋼梁兩端與鋼柱連接部位，再焊接鋼梁分段口連接部位，分段口處的高程由滿堂架立桿頂端的定位鋼板進(jìn)行控制，焊縫應(yīng)飽滿連續(xù)，焊接應(yīng)牢固可靠。邊跨存在單側(cè)懸挑鋼梁情況下，在鋼梁頂和鋼柱頂增設(shè)規(guī)格為1000mm×300mm×15mm 連接板。邊跨存在單側(cè)懸挑次鋼梁情況下，在主次鋼梁頂部增設(shè)規(guī)格850mm×300mm×10mm 連接板。主鋼梁安裝后應(yīng)及時安裝次鋼梁，從而形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。

4.6 鋼屋架焊接變形控制措施

在鋼屋架焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格控制電焊機(jī)的電壓與電流，盡量減少焊接的熱輸入量，從而達(dá)到控制焊接變形目的[5]。本工程焊接均采用坡口全熔透焊接方式，箱型鋼梁與鋼柱焊接時，應(yīng)先焊接上下截面連接處焊縫，再焊接兩側(cè)截面連接處焊縫，同一條焊縫施焊完成后再焊接另一條焊縫，鋼梁兩端不得同時施焊。H 型鋼梁與鋼柱焊接時，先焊接鋼柱與下翼緣板連接部位，再焊接鋼柱與上翼緣板連接部位，接著焊接左右側(cè)腹板與鋼柱連接部位。鋼屋架采用分段跳焊方法，使得焊接變形值符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

本工程雙曲面鋼屋架造型獨(dú)特，根據(jù)結(jié)構(gòu)體系特征和現(xiàn)場實(shí)際情況，采用高空散裝和分段吊裝的施工方案，搭設(shè)滿堂扣件式鋼管架作為鋼屋架下弦節(jié)點(diǎn)的支撐體系和操作平臺，采用AutoCAD 繪圖軟件三維立體建模，采用全站儀測放鋼構(gòu)件連接點(diǎn)位置，鋼屋架采用分段跳焊方法，使得焊接變形得到有效控制。本工程雙曲面鋼屋架安裝完成后，按照規(guī)定進(jìn)行焊縫探傷檢測，檢測結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，軸線、高程和垂直度偏差均在施工規(guī)范允許范圍內(nèi)，取得良好施工效果。