裝配式異形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑技術(shù)

裝配式異形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑技術(shù)

河南省南陽市月潭公園整體形狀為巨大的玫瑰（圖1）。每個玫瑰都被各種彩色知聲詞的燈所吸引，湖邊的反射會彼此呼應(yīng)，玫瑰的藝術(shù)效果將更加突出。1錨栓截面尺寸異形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物分為5個單體，各單體間相互獨(dú)立，均由彎扭鋼構(gòu)件組成，呈花瓣狀（圖2）。構(gòu)件截面形式為箱形，柱腳為預(yù)埋錨栓。主要截面尺寸為：□800×600×20×20,□800×450×20×20,□800×300×20×20,□700×450×18×20,□700×350×18×20,□700×200×18×20。構(gòu)件鋼材均采用Q345B級鋼，各構(gòu)件間均采用對接焊縫連接，焊縫等級為一級。2組件加工和生產(chǎn)的困難分析和解決措施構(gòu)件加工和制作的精度是保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)，重點(diǎn)和難點(diǎn)主要體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步深化設(shè)計和空間彎扭構(gòu)件的加工制作。2.1鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計深化步驟采用3D3S軟件及CAD二次開發(fā)深化軟件進(jìn)行彎扭構(gòu)件深化設(shè)計，深化步驟如下：空間曲線擬合→實(shí)體模型建立→構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)參數(shù)化裝配→定義構(gòu)件單元或預(yù)拼裝（吊裝）單元→構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)的編號，加工詳圖繪制→用鋼量統(tǒng)計→深化設(shè)計詳圖。2.2組件的加工2.2.1制作鋼板和錨索鋼網(wǎng)彎扭板件制作時，吊裝單元內(nèi)主方向板件通長下料以減少焊縫數(shù)量、焊接變形及焊后殘余變形影響。制作主構(gòu)件時帶一段次構(gòu)件托座段，使現(xiàn)場拼裝全部為平對接口。組成箱形截面的4塊鋼板分別在胎架上精確彎折和校正成設(shè)計位形。拼裝采用L形胎架定位，翼板腹板均通過胎架找形。2.2.2保證加工工藝的確定由于構(gòu)件數(shù)量多且彎扭類型和尺寸不一，彎扭板的成型工藝及質(zhì)量保證是制約工藝的關(guān)鍵和鋼結(jié)構(gòu)加工的難點(diǎn)。因此在彎扭板成型中，根據(jù)彎扭程度分2步進(jìn)行：（1）采用壓力機(jī)或卷板機(jī)進(jìn)行初步彎扭；（2）在定位胎架上依靠火工精確找形至鋼板與胎架完全貼合。2.2.3彎扭構(gòu)件設(shè)計構(gòu)件裝配是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作的又一關(guān)鍵工序，通過彎折和火焰校正的板件如何形成一個整體，并保證復(fù)雜的空間造型和與周邊桿件順利對接，是彎扭構(gòu)件不同于普通鋼結(jié)構(gòu)的又一難點(diǎn)。對此，制作精確定位的L形裝配胎架，胎架下底板定位下翼緣，側(cè)板定位腹板；節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格間設(shè)3塊定位隔板，所有焊接均在胎架上完成，托座裝配也在組裝架上進(jìn)行，直到構(gòu)件測量結(jié)束構(gòu)件才離開胎架，做到了一次定位，精確制作。2.2.4焊接變形與變形控制本工程構(gòu)件均采用薄壁箱形截面，桿件采用異形彎扭構(gòu)件，間距小。雖然采取措施減少了焊縫數(shù)量，但是與普通鋼構(gòu)件相比，焊縫仍相對集中，須控制減少焊接變形、焊接加熱和焊接收縮。異形彎扭構(gòu)件無法使用機(jī)械焊接，采用人工焊接時焊接量大，效率低，質(zhì)量控制要求高，成本相對較高。為此在焊接過程中采用加密剛性固定隔板，優(yōu)化焊接順序，盡可能對稱焊接。吊裝單元內(nèi)的鋼板沿主方向通長，減少了焊縫數(shù)量，僅在上翼板開槽焊接加勁板。另外，在焊縫密集區(qū)域采用局部加熱法消減殘余應(yīng)力。3施工方法3.1鋼結(jié)構(gòu)施工加工(1）鋼構(gòu)件彎扭弧度大，構(gòu)件無法整體運(yùn)輸，需根據(jù)《中華人民共和國道路運(yùn)輸條例》規(guī)定的超寬超長構(gòu)件限制條件進(jìn)行分段制作及運(yùn)輸。為此在深化設(shè)計階段根據(jù)構(gòu)件彎扭特點(diǎn)，結(jié)合運(yùn)輸尺寸限制，對構(gòu)件進(jìn)行合理分段，確定相應(yīng)加工圖，工廠按深化圖紙進(jìn)行加工。鋼構(gòu)件運(yùn)輸前查勘運(yùn)輸路線，準(zhǔn)確測量局部轉(zhuǎn)彎區(qū)域，確保運(yùn)輸安全，保證構(gòu)件運(yùn)輸質(zhì)量。(2）彎扭構(gòu)件現(xiàn)場安裝精度直接影響構(gòu)筑物整體效果，針對分段構(gòu)件及主次構(gòu)件對接質(zhì)量和焊接外觀質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，采用分段吊裝方式，在分段點(diǎn)搭設(shè)格構(gòu)式支撐胎架，胎架頂部設(shè)置工裝，通過工裝及千斤頂精確調(diào)整構(gòu)件安裝精度。選擇有類似工程焊接經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)焊工施焊，通過對稱焊接、多層多道施焊等措施保證焊接質(zhì)量，確保外觀符合要求。(3）本工程高達(dá)18m，現(xiàn)場吊裝、焊接、調(diào)整、涂裝等均在高處作業(yè)，采用臨時胎架分段吊裝，胎架頂部設(shè)操作平臺及護(hù)欄，胎架上設(shè)垂直爬梯，頂部設(shè)有防墜器確保操作人員安全。3.2分段吊裝施工根據(jù)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用現(xiàn)場搭設(shè)臨時支撐，分段吊裝的方式施工。構(gòu)筑物分為5個單體（圖2），先安裝1號，再安裝2號和3號，最后安裝4號和5號?，F(xiàn)場施工工藝流程如圖3所示。3.3頂標(biāo)高相同構(gòu)筑物采用鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)，承臺高1m，基礎(chǔ)地梁頂標(biāo)高與承臺頂標(biāo)高相同。土建施工主要流程為：測量放線→基坑開挖→墊層施工→基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)底層鋼筋綁扎→預(yù)埋件安裝→基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)頂層鋼筋綁扎→測量校正、預(yù)埋件復(fù)核→承臺混凝土澆筑→鋼構(gòu)件底部安裝→二次澆筑→基坑回填。3.4滿堂架及腳手架搭設(shè)根據(jù)構(gòu)筑物安裝方案，采用扣件式滿堂鋼管腳手架作為安裝及焊接操作平臺，而不作為構(gòu)筑物支撐。根據(jù)構(gòu)筑物平面位置及高度搭設(shè)滿堂架，預(yù)留出構(gòu)筑物及支撐胎架的安裝空間。腳手架搭設(shè)高度為8～15m，頂面用竹跳板鋪設(shè)安全通道及站位平臺，腳手架中間設(shè)剪刀撐和水平撐。由于在土基和碎石層上搭設(shè)腳手架，每根立桿底部均需設(shè)置墊板，采用厚10cm，邊長20cm的方木底板，搭設(shè)時將木墊板鋪平，不得將立桿直接置于土基和碎石層上。3.5施工順序確定根據(jù)節(jié)段劃分，現(xiàn)場最大分段吊裝單元重量約9t，選用50t汽車式起重機(jī)進(jìn)行吊裝，起重機(jī)作業(yè)半徑約10m，構(gòu)筑物最高點(diǎn)為18m，起重機(jī)主臂長30.4m，滿足需求，對應(yīng)額定吊重為11.4t，取吊具重量為0.5t，滿足要求。5個構(gòu)筑物均采用搭設(shè)支撐胎架分段吊裝方式施工。采用兩點(diǎn)起吊，鋼絲繩吊裝角度不小于45°，各單體根據(jù)結(jié)構(gòu)主次順序依次吊裝。起重機(jī)站位根據(jù)吊裝就位位置進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，保證所有構(gòu)件吊裝工況滿足要求?，F(xiàn)場安裝順序如圖4所示，構(gòu)筑物基礎(chǔ)施工和預(yù)埋錨栓完成后，搭設(shè)1號構(gòu)筑物支撐胎架；起重機(jī)先吊弧度最大的分段彎扭梁，利用支撐胎架頂部工裝進(jìn)行微調(diào)；再依次吊裝內(nèi)部主構(gòu)件；汽車式起重機(jī)依次完成構(gòu)筑物內(nèi)部的次構(gòu)件安裝；1號汽車式起重機(jī)焊接完成后拆除支撐架，搭設(shè)2號構(gòu)筑物的胎架，按相同方法和順序完成2號、4號、5號構(gòu)筑物吊裝并及時進(jìn)行焊接補(bǔ)漆工作。具體吊裝步驟為：起重機(jī)站位→掛鉤（將吊鉤、鋼絲繩及卸扣與停放在運(yùn)輸車上的分段構(gòu)件吊耳連接牢固，并在一端設(shè)擺繩控制構(gòu)件空中旋轉(zhuǎn)的方向）→試吊（首根構(gòu)件在地面做負(fù)荷試驗(yàn)，觀察被吊構(gòu)件是否水平平穩(wěn)，起重機(jī)司機(jī)確認(rèn)機(jī)械性能無異常后開始吊裝）→起吊（緩慢起升吊點(diǎn)，用纜風(fēng)繩牽引防止構(gòu)件水平轉(zhuǎn)動）→旋轉(zhuǎn)（對構(gòu)件進(jìn)行初步定位）→落位精調(diào)（待構(gòu)件位于設(shè)計位置上方時用纜風(fēng)繩牽引落位，臨時固定連接板連接，分段構(gòu)件位于胎架頂部工裝的可用千斤頂進(jìn)行臨時支撐，根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果進(jìn)行精確調(diào)整，將胎架工裝與分段構(gòu)件焊接，保證構(gòu)件臨時穩(wěn)定，為下一個分段單元對接做準(zhǔn)備）→松鉤→固定（整體拼裝完成后用臨時纜風(fēng)繩固定，防止構(gòu)件傾覆）。3.6刀割斷工裝梁本工程臨時支撐措施為格構(gòu)式支撐胎架，胎架頂部為轉(zhuǎn)換鋼梁及精調(diào)工裝，用千斤頂進(jìn)行卸載。用千斤頂回頂主體結(jié)構(gòu)，火焰割刀割斷豎向工裝梁，拆除頂部工裝。千斤頂緩慢回收逐步釋放，直至脫離結(jié)構(gòu)完成卸載。在有多個支撐胎架（如5號構(gòu)筑物）的情況下，應(yīng)優(yōu)先卸載次構(gòu)件的胎架，最后卸載主構(gòu)件的胎架。支撐胎架卸載過程中，由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行全程監(jiān)控，監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)變形情況。支撐胎架頂部工裝卸載拆除后，可用25t汽車式起重機(jī)將胎架整體