鋼管桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工

1、鋼管桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工張端明【摘 要】以某鋼結(jié)構(gòu)廠房為工程背景,闡述了平面拱形鋼管桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制,具體就鋼管主桁架吊裝方案作了介紹,通過設(shè)計(jì)與施工的緊密銜接,從而保證鋼管桁架施工質(zhì)量滿足規(guī)范要求.【期刊名稱】山西建筑【年(卷),期】2010(036)011【總頁數(shù)】3 頁(P160-162)【關(guān)鍵詞】鋼管桁架結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);施工;吊裝【作 者】張端明【作者單位】中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川,成都,610081【正文語種】中 文【中圖分類】TU375.5工程概況某鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑面積為 12 600 m2,采用拱形鋼管桁架,跨度 46.5 m,矢高 24.5 m,柱距 6 m,

2、基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ),屋面為彩色壓型鋼板,間隔鋪有采光帶。鋼管桁架結(jié)構(gòu)形式為平面鋼管相貫桁架結(jié)構(gòu),整個(gè)由 47 榀主桁架及大量上下弦支撐構(gòu)成,軸與47 軸各有抗風(fēng)柱五榀,抗風(fēng)柱頂端與主桁架下弦桿相連。主桁架為平面拱形桁架,半徑為 24 m,主桁架立面示意圖見圖 1。平面拱形鋼管桁架具有以下特點(diǎn):受力簡(jiǎn)單明確,平面內(nèi)剛度大;抗震性能好,適用于大跨度,大空間;可以形成各種曲線,建筑物的表現(xiàn)效果極為豐富。因此,近幾年在我國發(fā)展非常迅速,已大規(guī)模地應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本工程屬于某大型企業(yè)二期工程,要求室內(nèi)大空間,根據(jù)建筑及工藝設(shè)備要求,采用平面鋼管桁架結(jié)構(gòu),桁架間距 6 000,各榀桁架之間采用縱向支

3、撐進(jìn)行連接,結(jié)構(gòu)計(jì)算采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序 3D3S 計(jì)算,采用 SAP2000 軟件進(jìn)行復(fù)核。本工程主桁架為平面拱形桁架,半徑為 24 m,上弦桿采用熱軋無縫鋼管 1594.5,下弦桿采用熱軋無縫鋼管 1596.0,腹桿采用兩肢熱軋無縫鋼管 764.0,上下弦桿垂直距離 1 600 mm,跨度 L=46.5 m;桁架跨度大,平面外剛度小,故各榀桁架間采用 K 形支撐系統(tǒng)以保證平面外穩(wěn)定性,支撐橫桿采用熱軋無縫鋼管 894.0,兩肢采用熱軋無縫鋼管 764.0。3 施工質(zhì)量控制原材料質(zhì)量控制本工程所使用的主要材料均采用 Q235 焊接鋼管。材料采購時(shí)選擇信譽(yù)好、質(zhì)量穩(wěn)定的大企業(yè)生產(chǎn)的材料。材料進(jìn)廠

4、后組織監(jiān)理工程師、甲方代表、項(xiàng)目部質(zhì)檢人員對(duì)到貨的材料進(jìn)行初驗(yàn),核對(duì)合格證書、爐號(hào)、規(guī)格品種、主要技術(shù)性能是否符合設(shè)計(jì)要求,對(duì)材料的外觀和尺寸進(jìn)行檢查,要求表面無明顯銹蝕、麻坑等缺陷。根據(jù) GB 50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的要求對(duì)材料進(jìn)行抽樣送檢,經(jīng)檢測(cè)合格,監(jiān)理工程師簽字同意后方可進(jìn)行下料加工。焊接材料電焊條進(jìn)場(chǎng)時(shí)要檢查材料的質(zhì)量證明書并對(duì)焊條進(jìn)行外觀檢查,要求所有的焊條藥皮應(yīng)干燥牢固、完整、不能有裂紋、氣孔及刻痕等。加工制作質(zhì)量控制數(shù)控相貫線切割機(jī)加工由于主材均采用圓鋼管,腹桿與主管連接均為相貫連接,因此,腹桿端頭必須加工成立體曲面,與上、下弦主管的相應(yīng)位置立體曲率相

5、吻合。并且,為滿足焊接要求,桿件端頭邊緣需按要求切割成一定的坡口角度,這靠人工是很難完成的,需用三維以上的數(shù)控切割機(jī)加工才能保證質(zhì)量。為了保證鋼管材的加工質(zhì)量,本工程所有鋼管原材加工制作均在加工廠內(nèi)進(jìn)行;為滿足運(yùn)輸和對(duì)接焊縫錯(cuò)開設(shè)置要求,將上、下弦桿分七段進(jìn)行下料制作;經(jīng)預(yù)拼裝檢驗(yàn)合格后,分七段制作;把各段運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行正式組裝焊接。在確定桿件長度時(shí)考慮焊接收縮量,按 JGJ 81-2002 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程執(zhí)行,各桿件每個(gè)接口的收縮為 1 mm。上、下弦桿曲率的加工在工廠內(nèi)用中頻數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行彎管。車間拼裝質(zhì)量控制各構(gòu)件出廠前應(yīng)做預(yù)拼裝檢驗(yàn),合格后方準(zhǔn)出廠。車間預(yù)拼裝是檢驗(yàn)桿件加工質(zhì)

6、量的最好辦法。預(yù)拼裝在相應(yīng)的拼裝架和胎架上按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行整跨拼裝。車間預(yù)拼裝完成后,項(xiàng)目部質(zhì)檢員及監(jiān)理工程師到場(chǎng)共同驗(yàn)收 ,檢查桁架的長度、高度、接口偏差、坡口間隙等是否滿足鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求。預(yù)拼裝后分為七段制作,做好組裝順序、編號(hào)等各項(xiàng)記錄,便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)拼裝。現(xiàn)場(chǎng)組裝、焊接質(zhì)量控制主桁架現(xiàn)場(chǎng)利用經(jīng)驗(yàn)收合格的拼裝架及專用胎具進(jìn)行整體組裝。組裝時(shí),按預(yù)拼裝中所做的各種記錄和相同的拼裝順序及拼裝工藝拼裝主桁架。組裝中,應(yīng)保證主桁架平面外的穩(wěn)定性,保證主桁架的水平。本工程鋼管桁架部分節(jié)點(diǎn)均在現(xiàn)場(chǎng)焊接完成。兩段桁架之間上下弦采用對(duì)接焊縫, 內(nèi)加套管,焊接難度大,焊縫質(zhì)量要求高,腹

7、桿與弦桿采用角焊縫,支撐弦桿與腹桿采用角焊縫焊接,支撐與主桁架上下弦桿采用普通螺栓連接(主桁架與支撐相應(yīng)位置均有連接板),弦桿連接及支撐形式見圖 2。焊接質(zhì)量是保證整個(gè)鋼管桁架施工質(zhì)量的關(guān)鍵。焊接完成后,經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷檢測(cè)全部符合要求后,再進(jìn)入下一道工序。我們從以下幾方面來控制焊接質(zhì) 量:1)桁架現(xiàn)場(chǎng)焊接對(duì)焊工的要求較高,必須由熟練操作技能并持有上崗證的焊工施焊,嚴(yán)禁無上崗證的焊工進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行焊接作業(yè)。2)現(xiàn)場(chǎng)使用的焊條必須有質(zhì)量證明書, 并按規(guī)定進(jìn)行烘焙和保溫,用時(shí)取出放在保溫桶中,隨用隨取。3)被焊部位表面必須干燥、清潔、無銹、無油脂、無油漆(可焊性好的底漆除外)等,坡口角度、鈍邊、間

8、隙及錯(cuò)口量應(yīng)經(jīng)事先檢查并符合設(shè)計(jì)及施工驗(yàn)收規(guī)范的有關(guān)要求。4)桁架焊接時(shí)應(yīng)先焊主管,弦管對(duì)接時(shí)先焊襯管,即襯管與母材管應(yīng)貼緊且與母材點(diǎn)焊牢固;對(duì)接焊接時(shí),第一道應(yīng)封焊坡口內(nèi)母材與襯管連接處,然后逐層逐道焊至填滿坡口,逐層清渣焊好。5)焊接應(yīng)嚴(yán)格按照先焊中間節(jié)點(diǎn),再向桁架兩端節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展的施工順序。這樣,桁架始終處于能夠自由伸張的狀態(tài),可避免由于焊縫收縮向一端累積而引起桁架各節(jié)點(diǎn)的尺寸誤差,同時(shí),配合做好偏差預(yù)留值,能有效地控制焊接收縮時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。采用合理的焊接順序,可杜絕或減少焊接變形、焊縫裂紋,有效提高焊接質(zhì)量。6)同一腹桿的兩端不得同時(shí)施焊,應(yīng)當(dāng)在焊完一端并冷卻后,再焊另一端。焊接完成后,

9、應(yīng)按照 GB 50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范驗(yàn)收焊縫。本工程上下弦桿對(duì)接為二級(jí)焊縫,經(jīng)無損檢測(cè)單位檢測(cè),二級(jí)焊縫按 20%探傷檢測(cè),合格率 100%。滿足鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求。鋼管主桁架吊裝方案本工程主桁架共 47 榀,每榀重 4.9 t。因施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地內(nèi)均有設(shè)施,可利用場(chǎng)地狹小, 故現(xiàn)場(chǎng)縱向拼裝,兩側(cè)柱腳(高 6.88 m)先安裝,其余五短弧形桁架現(xiàn)場(chǎng)組裝完成后,采用兩臺(tái) 25 t 汽車吊,吊裝至預(yù)定高度后,與兩側(cè)柱腳相應(yīng)結(jié)點(diǎn)對(duì)接焊接,弦桿采用內(nèi)套管做襯管,確保對(duì)接準(zhǔn)確。前三榀的吊裝最為困難。吊裝方案見圖 3。首先,現(xiàn)場(chǎng)組裝三榀桁架(軸、軸、軸三榀,從軸開始)及軸

10、五根抗風(fēng)柱,同時(shí)安裝兩側(cè)相應(yīng)柱腳,兩側(cè)柱腳旁搭設(shè) 6 m 高可移動(dòng)腳手架;相應(yīng)支撐系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)組裝好。正式吊裝第一天,現(xiàn)場(chǎng)四臺(tái) 25 t(編號(hào) A,B,C,D),一臺(tái) 12 t 汽車吊(用來吊裝支撐),A,B 兩臺(tái)起吊第一榀至相應(yīng)位置,與柱腳對(duì)接安裝,C,D 兩臺(tái)吊車隨后起吊第二榀至相應(yīng)位置與柱腳對(duì)接安裝,每榀桁架均系有纜風(fēng)繩,焊接前調(diào)整桁架位置,保證每榀桁架位于同一平面,調(diào)整就位后,開始焊接,焊接完成后,吊車保持吊裝狀態(tài);同時(shí)兩組人員開始安裝桁架間支撐,支撐先安裝 15 榀,對(duì)稱安裝,確保兩榀桁架平面外的穩(wěn)定性。支撐安裝完畢后,A,B 兩臺(tái)汽車吊收工,調(diào)整位置。A,B 兩臺(tái)汽車吊開始吊裝第三榀,

11、 同樣方式,安裝完第三榀,安裝相應(yīng)支撐,確保平面外穩(wěn)定性和整體性。A,B 兩臺(tái)汽車吊收工,吊裝南側(cè)五根抗風(fēng)柱。安裝完畢后,采用兩側(cè)纜風(fēng)繩微調(diào),對(duì)桁架進(jìn)行復(fù)校,待復(fù)校合格并經(jīng)監(jiān)理工程師檢查簽字,至此,前三榀主桁架吊裝完畢。后續(xù)吊裝,按 2 d 三榀的施工進(jìn)度,前一天拼裝三榀,現(xiàn)場(chǎng)采用一臺(tái) 25 t 汽車吊;次日吊裝,現(xiàn)場(chǎng)采用兩臺(tái) 25 t 汽車吊、一臺(tái) 12 t 汽車吊,按軸線順序安裝,吊裝就位焊接完畢后,安裝相應(yīng)支撐。同時(shí)安排人員將前面未安裝支撐全部安裝完畢。所有操作人員都要服從指揮,應(yīng)有專人觀察纜風(fēng)繩、鋼索及其支墊等的工作情況,發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)立即停止吊裝作業(yè),及時(shí)處理。本工程鋼管桁架為平面桁架,平面外穩(wěn)定性較差,為保證空中安裝的順利進(jìn)行,各項(xiàng)安全防護(hù)措施必須設(shè)置到位