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鋼結構技術(shù):給建筑安上“翅膀

廣東建筑工業(yè)化展     2017-10-24     1210

 

目前,在國家大力推行裝配式建筑和鋼結構的背景下,鋼結構在建筑領(lǐng)域發(fā)展十分迅速。特別是在大跨度結構和造型獨特的建筑中,鋼結構得到了廣泛的應用。本文主要以長(cháng)沙黃花綜合保稅區北卡口工程為實(shí)例,來(lái)闡述一種雙曲拱形相貫節點(diǎn)單層鋼管網(wǎng)殼結構施工技術(shù)。本文著(zhù)重介紹北卡口網(wǎng)殼的分塊情況、支撐胎架布置情況、地面拼裝和高空定位的精度控制方法、支撐胎架的卸載方法及卸后結構變形情況。北卡口網(wǎng)殼按照此施工技術(shù)順利完成,質(zhì)量和工期均滿(mǎn)足要求,卸載后變形情況和理論相吻合。這為雙曲拱形相貫節點(diǎn)單層鋼管網(wǎng)殼結構的類(lèi)似工程施工提供一定的經(jīng)驗和實(shí)踐依據。


雙曲拱形相貫節點(diǎn)單層鋼管網(wǎng)殼結構施工技術(shù)

 

 

工程背景

長(cháng)沙黃花綜合保稅區位于湖南省長(cháng)沙市黃花機場(chǎng)附近。北卡口為其“門(mén)戶(hù)”工程,造型似“飛機”。上部主要采用單層網(wǎng)殼結構形式,網(wǎng)殼形狀為雙曲拱形,連接節點(diǎn)為相貫焊接節點(diǎn)。上部網(wǎng)殼“兩翼”搭設在下部?jì)蓚认湫投罩?,截面形式?00*16,網(wǎng)殼“中部”設置為觀(guān)光鋼平臺,觀(guān)光鋼平臺下部設置旋轉鋼樓梯。北卡口高度約14m,鋼網(wǎng)殼主要截面形式為Φ400*20、Φ273*16、Φ159*10、Φ102*7;材質(zhì)均為Q345B。

效果圖

結構三維圖

現場(chǎng)總成圖

北卡口造型復雜并要求一個(gè)月內完成主體結構施工,工期壓力大;結構形式為雙曲拱形網(wǎng)殼結構,國內罕見(jiàn),部分桿件須雙向彎曲,加工難度大;網(wǎng)殼采用相貫線(xiàn)焊接節點(diǎn),對施工要求精度高,現場(chǎng)安裝難度大。

網(wǎng)殼結構一般采用高空散裝法、分條或分塊安裝法、滑移法、整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法、折疊展開(kāi)式整體提升法。考慮到現場(chǎng)實(shí)際情況,北卡口網(wǎng)殼只能采用高空散裝法或者分塊吊裝法。

高空散裝法:能夠提供較廣的作業(yè)面、單根桿件精度調節方便、起重設備選用型號較??;但是需要搭設滿(mǎn)堂支撐架、高空對接焊多、焊接變形難控制、且工期難以保障。

分塊吊裝法:高空作業(yè)較少、地面上焊接變形容易控制、工期可以得到保障;但是拼裝時(shí)精度要求高、起重設備選型較大、分塊吊裝時(shí)高空定位難度較大。

綜合考慮到工期、成本及精度控制等因素,采用分塊吊裝法進(jìn)行北卡口施工最為合適。整體施工思路為先吊裝兩側箱型墩柱,然后分塊吊裝上部網(wǎng)殼結構,之后吊裝中部“觀(guān)光平臺”。


網(wǎng)殼分塊及支撐胎架布置

· 網(wǎng)殼分塊

根據北卡口的獨特形式,現將其上部網(wǎng)殼分為七塊進(jìn)行吊裝。塊與塊之間吊裝完成后立即進(jìn)行之間的補缺桿件吊裝。

· 支撐胎架布置

根據現場(chǎng)實(shí)際情況,在各塊交接處布置如下圖所示的8個(gè)支撐胎架與兩側箱型墩柱組成施工支撐體系。經(jīng)計算,支撐胎架四周立桿為Ф102*8的無(wú)縫鋼管,立桿間聯(lián)系桿件為Ф80*6的無(wú)縫鋼管,上部采用18號工字鋼制作支撐平臺。支撐平臺段也作為支撐胎架標高調節段。

支撐胎架平面布置


現場(chǎng)施工技術(shù)

· 材料進(jìn)場(chǎng)

構件進(jìn)場(chǎng)驗收

北卡口結構形式獨特,為雙曲拱形鋼網(wǎng)殼結構,節點(diǎn)形式為相貫節點(diǎn)。工廠(chǎng)構件加工采用冷彎弧技術(shù)和相貫線(xiàn)切割技術(shù),構件的加工精度直接影響了現場(chǎng)的安裝質(zhì)量。故北卡口構件工廠(chǎng)加工階段,項目部安排專(zhuān)人進(jìn)行駐廠(chǎng),所有構件出廠(chǎng)時(shí)均經(jīng)檢驗合格。進(jìn)場(chǎng)時(shí)現場(chǎng)按照一定比例進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)驗收。構件進(jìn)場(chǎng)驗收時(shí)重點(diǎn)關(guān)注構件的尺寸大小、漆膜厚度、相貫線(xiàn)切割精度、彎曲精度(矢高)。構件進(jìn)場(chǎng)后,按編號進(jìn)行分類(lèi)碼放,并注意成品保護。


· 地面拼裝

地面拼裝是整個(gè)網(wǎng)殼結構施工過(guò)程中,質(zhì)量控制最方便的一道關(guān)鍵性工序。本工程采用原位拼裝方法,地面拼裝流程簡(jiǎn)述如下:

(1)測量放線(xiàn)

根據圖紙進(jìn)行坐標換算得出每個(gè)分塊網(wǎng)殼的水平投影坐標,之后利用全站儀放出各個(gè)節點(diǎn)的具體位置,要求偏差不小于1mm,并在地面上做好十字形標記,最外側可稍微外放預留焊接收縮余量。此外,為了避免儀器系統誤差,要求每次放線(xiàn)時(shí)室外氣候和溫度基本相同,且每個(gè)分塊網(wǎng)殼放線(xiàn)作業(yè)必須一次成型,不允許在轉換不同測站后重新放線(xiàn)。

(2)拼裝胎架搭設

根據全站儀放出的各個(gè)分塊網(wǎng)殼的水平投影位置,在其上部搭設各個(gè)分塊網(wǎng)殼的拼裝胎架,拼裝胎架采用20a工字鋼制作成倒T型拼裝胎架。然后根據坐標換算后的各個(gè)節點(diǎn)的標高,在拼裝胎架上部焊接支撐牛腿,并采用L50*5的角鋼進(jìn)行拼裝胎架加固,防止拼裝胎架傾覆。拼裝胎架支撐牛腿標高的控制是決定分塊網(wǎng)殼各桿件相對位置的關(guān)鍵性因素,在拼裝胎架全部搭設完成必須進(jìn)行整體復核驗收。 

測量放線(xiàn)

拼裝胎架搭設

(3)桿件拼裝

根據深化圖紙和拼裝胎架搭設的位置,配合線(xiàn)錘進(jìn)行桿件的拼裝,先拼裝主桿件、后拼裝次桿件,節點(diǎn)的中心偏差不大于2mm。待主桿件拼裝定位完成后,立即用馬板將桿件和拼裝胎架進(jìn)行固定,確保緊固后方可進(jìn)行下一根主桿件拼裝。然后,采用鋼卷尺在主桿件上標記出次桿件安裝位置,并配合線(xiàn)錘、水準儀進(jìn)行平面位置和標高調整;調整完成之后將次桿件與主桿件進(jìn)行點(diǎn)焊固定。

(4)相貫線(xiàn)焊接

待每個(gè)分塊網(wǎng)殼拼裝完成后,并經(jīng)復查尺寸、坡口等情況合格后,即可進(jìn)行相貫線(xiàn)焊接工序。焊接順序為先焊接變形較大的桿件、后焊接變形較小的桿件,先焊中間再焊兩邊,先焊焊縫小的部位再焊焊縫多的部位,先焊受力大的桿件再焊受力小的桿件,先焊受拉桿件再焊受壓桿件,先焊大管徑桿件再焊小管徑桿件。對于主桿件對接焊,采用雙人對稱(chēng)焊接。 

桿件拼裝

相貫線(xiàn)焊接

(5)焊縫檢測

焊接完成24小時(shí)后,進(jìn)行焊縫超聲波探傷,檢測焊縫內部質(zhì)量。并采用焊縫量規檢測相貫線(xiàn)焊縫趾部、根部的焊腳尺寸。正式吊裝前,各個(gè)分塊網(wǎng)殼的焊縫質(zhì)量均檢驗合格。 

焊縫檢測

構件吊裝

· 構件吊裝

首先,將北卡口兩側墩柱及之間平臺鋼梁安裝完成。之后,采用全站儀放出支撐胎架搭設位置并安放支撐胎架。支撐胎架采用纜風(fēng)繩進(jìn)行固定,標高同分塊網(wǎng)殼支撐節點(diǎn)位置圓管最低點(diǎn)標高。

采用220t汽車(chē)吊進(jìn)行各分塊網(wǎng)殼吊裝。正式就位后,采用全站儀進(jìn)行觀(guān)測,采用千斤頂進(jìn)行坐標細微調整,先平面位置后標高。平面位置調整后,立即在兩側焊接馬板固定;標高調整后,在下部加設調節鐵塊。各分塊網(wǎng)殼吊裝順序為:第1、2塊→第3塊→第4、5塊→第6、7塊,每個(gè)分塊網(wǎng)殼吊裝完成后立即采用25t汽車(chē)吊進(jìn)行分塊網(wǎng)殼之間桿件的補缺吊裝。各分塊網(wǎng)殼之間定位完成之后,必須待主桿件焊接完成,次桿件打底焊接完成后方可松構。


· 支撐架卸載

正式卸載前,進(jìn)行網(wǎng)殼卸載前標高實(shí)測。

支撐胎架卸載采用分級同步卸載,采用割刀切割分塊網(wǎng)殼下部調節鐵塊,一次性切割量為1-2cm。每個(gè)支撐胎架上調節鐵塊切削完成后方可進(jìn)行下一次切削?,F場(chǎng)過(guò)程中出現任何異常情況,必須立即停止卸載,待查明情況后再進(jìn)行卸載。

卸載完成后,立即進(jìn)行網(wǎng)殼成型標高復測。確定最終下?lián)铣潭取?/span>


仿真模擬

· 支撐胎架仿真分析

支撐胎架按集中荷載200KN進(jìn)行考慮,模擬后,由應力云圖得到支撐胎架加載后最大應力為70.85MPa,小于Q235B鋼材屈服強度;最大應力比為0.3;最大位移量3.65mm。滿(mǎn)足規范和設計要求。

加載示意

應力云圖

位移云圖


· 網(wǎng)殼卸載仿真分析

網(wǎng)殼正式卸載前采用有限元進(jìn)行仿真分析,模擬支撐胎架卸載工況,計算出理論下?lián)现?。由應力云圖可得知,卸載后最大應力為108.78MPa,小于Q345B鋼材屈服強度,最大應力比為0.32,滿(mǎn)足要求。最大下?lián)衔恢梦挥?ldquo;飛機兩翼”中部,大小為25mm。

應力云圖

位移云圖


網(wǎng)殼分塊及支撐胎架布置

北卡口工程經(jīng)過(guò)科學(xué)嚴謹的組織施工,最終25天內完成了主體結構施工作業(yè),提前了5天完成了業(yè)主的要求;焊縫質(zhì)量控制得當,一次性合格率達到了98%以上;卸載后兩翼中部下?lián)献畲笾禐?3mm,與計算值25mm基本相同,也滿(mǎn)足規范和設計要求;且整個(gè)施工過(guò)程中未發(fā)生任何安全事故。

通過(guò)長(cháng)沙黃花綜合保稅區北卡口雙曲拱形單層鋼管網(wǎng)殼結構施工方法的闡述,為類(lèi)似的雙曲拱形單層鋼管網(wǎng)殼結構施工提供了一定的經(jīng)驗。特別是對于工期要求十分緊張的雙曲拱形相貫節點(diǎn)單層鋼管網(wǎng)殼結構施工,提供了工程實(shí)例依據。

作者:張位清  蔣衛  陳駟鵬  饒明

來(lái)源: 建筑工程魯班聯(lián)盟


 

 

 

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