大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架安裝技術(shù)應(yīng)用

王燦, 彭睿, 龔浪, 李春燕

[摘要]為了研究大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架快速安裝的應(yīng)用，以惠州北站鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架工程為研究背景，簡(jiǎn)要介紹了整體結(jié)構(gòu)及屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。分析了工程的重點(diǎn)難點(diǎn)并提出了解決措施。重點(diǎn)論述了鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工藝技術(shù)，確定了站房鋼結(jié)構(gòu)安裝總體思路和站房鋼結(jié)構(gòu)安裝整體流程，包括網(wǎng)架拼裝以及網(wǎng)架拼裝焊接要點(diǎn)的介紹?？偨Y(jié)得出對(duì)于大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架采取分塊安裝及吊裝的方法在實(shí)際工程中是切實(shí)可行的。

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)架結(jié)構(gòu)； 網(wǎng)架拼裝； 分塊安裝； 焊接

[中國(guó)分類號(hào)]TU758.15? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B

0引言

鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架覆蓋跨度大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是高次超靜定結(jié)構(gòu)，三向空間受力［1-2］，多數(shù)構(gòu)件可以預(yù)制，經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)且發(fā)展迅速，因而在大跨度空間結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工方法各異，其施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布多樣，能否滿足設(shè)計(jì)要求是重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容之一［3］。鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝直接關(guān)系到鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、承載效果和使用壽命，如何實(shí)現(xiàn)大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架安全、快速安裝是目前施工方面的熱點(diǎn)問題。本文以惠州北站鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架分塊安裝為例，深入探討了大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的安裝工藝技術(shù)。

1工程概況

1.1結(jié)構(gòu)概況

新建贛深鐵路惠州北站站房平面尺寸為303 m×204 m，建筑面積為49 998 m2。主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋采用整體鋼網(wǎng)架和局部鋼桁架結(jié)構(gòu)體系并且屋蓋兩端各含有一個(gè)斗拱結(jié)構(gòu)，無柱雨棚為鋼框架結(jié)構(gòu)體系。地上2層，地下2層，局部設(shè)置鋼框架夾層，車站建筑高度33.600 m（建筑室外地面至屋面最高處高度）。混凝土結(jié)構(gòu)最大跨度約24 m，鋼結(jié)構(gòu)最大跨度約54 m，屋蓋最大結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高為+36.650 m。站房鋼結(jié)構(gòu)包括屋蓋網(wǎng)架和高架夾層鋼結(jié)構(gòu)，共約6 800 t。

1.2屋蓋網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

屋面為三維曲面造型，采用四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，局部含有鋼桁架結(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)主要采用焊接球節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)架覆蓋面積47 250 m2，平面投影最大尺寸為205 m×288 m，最大跨度約54 m。兩側(cè)懸挑長(zhǎng)約19.6 m。鋼網(wǎng)架支撐在混凝土柱上，采用球型抗拉支座，網(wǎng)架所有桿件均為圓鋼管，材質(zhì)為Q355B。屋面設(shè)馬道、檁托及檁條結(jié)構(gòu)。

屋蓋兩端設(shè)斗拱結(jié)構(gòu)，通過焊接箱型截面梁與屋蓋結(jié)構(gòu)相連，下部通過400×20 mm的方鋼管與混凝土連接。斗拱底梁為弧形箱型梁，斗拱鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)均采用Q355B。

2工程重點(diǎn)難點(diǎn)分析及解決措施

2.1工程重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.1.1支座安裝與預(yù)埋件定位

屋蓋鋼網(wǎng)架在結(jié)構(gòu)四周設(shè)置支座，網(wǎng)架跨度大，支座安裝的精確度會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量。與支座相連接的預(yù)埋件設(shè)置在混凝土柱頂或混凝土牛腿之上，若處理不好支座與預(yù)埋件及整個(gè)混凝土支承柱直徑的關(guān)系，將對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。

2.1.2站房鋼結(jié)構(gòu)屋蓋網(wǎng)架安裝

惠州北站采用大跨度、多維度四角錐焊接球型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。施工采用分塊安裝、吊裝和提升的方式，桿件主要受軸向力，截面相對(duì)較小，安裝過程中易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)位移、撓度、局部焊接應(yīng)力大等情況。構(gòu)件種類繁多。作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，安裝難度高，網(wǎng)架分塊安裝、吊裝技術(shù)及網(wǎng)架提升技術(shù)是重難點(diǎn)。

2.1.3現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量

空間鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)均有不同的空間坐標(biāo)，結(jié)構(gòu)跨度大，控制點(diǎn)繁多；各部分的施工工序精度會(huì)影響下道工序的安裝精度，因此必須通過科學(xué)的測(cè)量控制手段來保證施工精度，是本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝的重點(diǎn)。

2.2工程重點(diǎn)、難點(diǎn)的解決措施

2.2.1支座安裝與預(yù)埋件定位控制措施

2.2.1.1柱頂支座安裝

（1）根據(jù)標(biāo)高控制點(diǎn)及坐標(biāo)軸線的位置，在預(yù)埋件上畫出支座的交叉線，安裝時(shí)支座的表面中心線與交叉線對(duì)齊，復(fù)核支座上表面中心點(diǎn)坐標(biāo)，將支座點(diǎn)焊在預(yù)埋件上。

（2）橡膠支座與預(yù)埋件之間采用四周圍焊的方法連接，為控制焊接變形，對(duì)稱布置焊接點(diǎn)，分段焊接。

（3）在預(yù)制廠將下弦球支座節(jié)點(diǎn)焊接成整體。安放時(shí)對(duì)齊中心線，復(fù)核下弦球中心的坐標(biāo)，保證下弦球支座的位置準(zhǔn)確，測(cè)量合格后焊在橡膠支座上。

2.2.1.2邊支座的安裝

嚴(yán)控過渡板的安裝，保證過渡板上螺栓群中心線與預(yù)埋件上的十字交叉線對(duì)齊，其他安裝步驟與柱頂支座安裝類似。

2.2.2站房鋼結(jié)構(gòu)屋蓋網(wǎng)架安裝控制措施

（1）深化設(shè)計(jì)質(zhì)量。在深化設(shè)計(jì)階段，確定合理分段長(zhǎng)度，同時(shí)控制好分段節(jié)點(diǎn)的選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，利用Tekla繪圖軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件進(jìn)行模擬放樣，優(yōu)化加工工藝，采用數(shù)字化技術(shù)一次成型，保證加工精度；結(jié)合BIM、Revit對(duì)安裝施工進(jìn)行模擬演練［5］。

（2）鋼結(jié)構(gòu)拼裝場(chǎng)地硬化平整，控制拼裝胎架尺寸及標(biāo)高，拼裝時(shí)作好預(yù)起拱，同時(shí)確定拼裝及焊接順序，控制拼裝精度。

（3）吊裝時(shí)，按網(wǎng)架分塊最大重量選用合適的大型履帶吊。吊裝時(shí)選用合適的格構(gòu)式臨時(shí)支撐；為保證樓板受力，與混凝土樓板連接處采用轉(zhuǎn)換梁，使荷載作用于梁柱結(jié)構(gòu)上；支撐用纜風(fēng)繩穩(wěn)定，上端采用可調(diào)定位模板調(diào)整網(wǎng)架標(biāo)高。

2.2.3現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量控制措施

（1）分別采用高精度全站儀和電子水準(zhǔn)儀建立平面控制基準(zhǔn)網(wǎng)和高程控制基準(zhǔn)網(wǎng)。豎向傳遞分別采用激光準(zhǔn)直儀和全站儀。最后用電子水準(zhǔn)儀校核［4］。

（2）在鋼柱間預(yù)留補(bǔ)償量以消除累積誤差。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在使用前加上預(yù)變形值，并根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整其值。

3鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工藝技術(shù)

3.1站房鋼結(jié)構(gòu)安裝總體思路

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架采用中間提升+兩側(cè)分塊吊裝的方式現(xiàn)場(chǎng)安裝，斗拱和夾層鋼結(jié)構(gòu)分別采用提升和吊裝的方式現(xiàn)場(chǎng)安裝。屋蓋網(wǎng)架分區(qū)分塊如圖1所示。

3.1.1吊裝區(qū)網(wǎng)架安裝

根據(jù)土建主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，網(wǎng)架桿件和網(wǎng)架球提前進(jìn)場(chǎng)分塊拼裝。待混凝土柱施工至柱頂且強(qiáng)度達(dá)到要求后，2臺(tái)260 t履帶吊進(jìn)場(chǎng)在東西兩側(cè)同時(shí)吊裝。網(wǎng)架分塊懸挑端采用臨時(shí)支撐，待提升區(qū)網(wǎng)架提升完畢、嵌補(bǔ)安裝后卸載，拆除臨時(shí)支撐，完成吊裝區(qū)網(wǎng)架安裝。履帶吊通道布置在無柱雨棚外側(cè)，東、西側(cè)設(shè)置在A-I軸之間，該處的站臺(tái)墻需暫緩施工。

3.1.2提升區(qū)網(wǎng)架及斗拱安裝

土建候車層樓板澆筑完成，混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，25 t汽車吊在樓面上拼裝提升區(qū)網(wǎng)架，拼裝完成后分區(qū)提升到位。提升順序?yàn)閺恼€向南北兩側(cè)。安裝嵌補(bǔ)，卸載后拆除提升支架和臨時(shí)支撐，完成安裝。

網(wǎng)架提升完成后，用50 t和25 t汽車吊在候車層樓面上拼裝南北兩側(cè)斗拱鋼結(jié)構(gòu)，拼裝完成后，整體提升到位。安裝嵌補(bǔ)，卸載后拆除提升支架和臨時(shí)支撐，完成安裝。

3.2網(wǎng)架拼裝

包括吊裝區(qū)網(wǎng)架地面分塊拼裝和提升區(qū)網(wǎng)架的樓面原位拼裝。網(wǎng)架拼裝均使用25 t汽車吊拼裝。網(wǎng)架拼裝時(shí)先將下弦球節(jié)點(diǎn)定位完成，然后從分塊中間向四周擴(kuò)散拼裝。待整塊網(wǎng)架拼裝焊接完成后測(cè)量，合格后進(jìn)行下道工序。

（1）放線并進(jìn)行驗(yàn)線，做好下弦節(jié)點(diǎn)定位裝置的安裝，在此基礎(chǔ)上完成下弦桿和下弦球節(jié)點(diǎn)的定位。根據(jù)各桿件在坐標(biāo)軸上的投影，畫出焊接球的定位線、上下弦桿和腹桿中線［5］。

（2）繼續(xù)拼裝下弦球節(jié)點(diǎn)及下弦桿。胎架高度較高時(shí)需加斜撐固定，設(shè)立胎架模板確保上口水平度符合要求，誤差不應(yīng)大于1 mm，胎架使用前驗(yàn)收合格。

（3）拼裝上弦球節(jié)點(diǎn)和腹桿。網(wǎng)架分塊拼裝時(shí)，先吊上球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，然后拼裝下弦桿、腹桿、上弦桿，拼裝完成后從中間向兩側(cè)焊接球節(jié)點(diǎn)。

（4）繼續(xù)拼裝上弦球節(jié)點(diǎn)和腹桿。在各臨時(shí)支點(diǎn)未拆除前調(diào)節(jié)好上下弦網(wǎng)格對(duì)角線及尺寸、縱橫向長(zhǎng)度、網(wǎng)格矢高［6］。

（5）按照上述方法，安裝下一個(gè)單元的下弦桿腹桿及其節(jié)點(diǎn)，完成后拼裝2個(gè)單元件上弦桿件。拼裝過程中若支點(diǎn)發(fā)生下沉及時(shí)加固。

（6）按照上述步驟，進(jìn)行下一個(gè)單元桿件的拼裝。網(wǎng)架向外擴(kuò)散拼裝時(shí)按照球節(jié)點(diǎn)的連接分別定位，焊接球定位考慮平面位置及標(biāo)高。

（7）按照上述步驟，繼續(xù)向外擴(kuò)散拼裝。

（8）拼裝完成，整體檢測(cè)、驗(yàn)收。完成后采用全站儀整體檢測(cè)網(wǎng)架分塊的整體尺寸、節(jié)間距及焊接球節(jié)點(diǎn)的焊接質(zhì)量。

3.3網(wǎng)架拼裝焊接要點(diǎn)

3.3.1相貫線焊接控制

（1）鋼管與焊接球的焊接以及鋼管與鑄鋼節(jié)點(diǎn)的焊接采用相貫線焊縫，二氧化碳?xì)怏w藥芯保護(hù)焊焊接方式［7］。

（2）組裝。組裝前坡口內(nèi)外壁應(yīng)進(jìn)行除銹與除污處理；組裝時(shí)要防止圓率破壞。按I級(jí)組裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制。

（3）返檢和預(yù)留收縮量的修正。焊接前，檢查縱向、同心度等，要保證起重機(jī)布置在接頭左右兩側(cè)距離大于1.5 m處，構(gòu)件距離管口上部1.5～2 mm，或采用火焰加熱進(jìn)行校正［8］。

（4）焊后清洗與檢驗(yàn)。相貫線焊縫焊接后應(yīng)去除焊渣，并用格柵尺等進(jìn)行幾何尺寸校核，保證無氣孔、焊瘤等缺陷。

3.3.2拼裝時(shí)的焊接順序

正式焊接前超聲波檢測(cè)預(yù)先焊接構(gòu)件的焊縫，根據(jù)結(jié)果制定適合的焊接工藝規(guī)范。按照從中間節(jié)點(diǎn)向兩端節(jié)點(diǎn)展開的焊接順序焊接，盡量采用二氧化碳焊接，減少焊接變形，避免焊接收縮累積到一端而產(chǎn)生誤差［9］。

3.4站房鋼結(jié)構(gòu)安裝整體流程

（1）25 t汽車吊在高架層樓面上拼裝網(wǎng)架提升分塊1。

（2）網(wǎng)架提升分塊1拼裝完成后進(jìn)行提升；25 t汽車吊在高架層樓面上繼續(xù)拼裝網(wǎng)架提升分塊2、分塊3。

（3）網(wǎng)架提升分塊2、分塊3拼裝完成后進(jìn)行提升；25 t汽車吊在候車層樓面上繼續(xù)拼裝網(wǎng)架提升分塊4、分塊5。

（4）布置履帶吊通道，高跨無柱雨棚安裝完成后，260 t履帶吊安裝東西兩側(cè)吊裝區(qū)網(wǎng)架。

（5）網(wǎng)架提升分塊4、分塊5拼裝；25 t汽車吊在候車層樓面上吊裝提升分塊1下方夾層；260 t履帶吊安裝北吊裝區(qū)網(wǎng)架。安裝嵌補(bǔ)后拆除東西吊裝區(qū)臨時(shí)支撐。

（6）網(wǎng)架提升分塊4、分塊5提升；25 t汽車吊吊裝提升分塊2、分塊3下方夾層；260 t履帶吊安裝南吊裝區(qū)網(wǎng)架。安裝嵌補(bǔ)后拆除北吊裝區(qū)臨時(shí)支撐。

（7）50 t汽車吊在樓面拼裝南北斗拱；25 t汽車吊南北兩側(cè)夾層；嵌補(bǔ)安裝完成后拆除南吊裝區(qū)臨時(shí)支撐。

（8）南北斗拱拼裝完成后提升。

（9）嵌補(bǔ)安裝，拆除提升架，完成安裝。

4結(jié)束語

本文以惠州北站工程為例，圍繞大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的安裝技術(shù)進(jìn)行探討。

（1）由中心向四周擴(kuò)散進(jìn)行網(wǎng)架拼裝可以擴(kuò)大工作面，有效的提高拼裝效率，減少施工的時(shí)間。

（2）采用相貫線焊接可以降低技術(shù)要求及成本、提高工作的效率、穩(wěn)定焊接質(zhì)量，保證其均勻性，進(jìn)而保證整體結(jié)構(gòu)安全性。

研究結(jié)果表明鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分塊安裝和分塊吊裝技術(shù)經(jīng)濟(jì)快速，在本工程的應(yīng)用中取得了良好的效果，可為類似大跨度鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架安裝提供借鑒。

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