馬拉維國際會議中心項目鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

顧亞君

（上海建工集團股份有限公司海外事業(yè)部，上海 200032）

一、工程概況

（一）項目總述

馬拉維國際會議中心位于馬拉維共和國首都利隆圭，分為會議中心、宴會廳、配套賓館等幾個部分。建筑面積33687平方米，基礎(chǔ)為樁基獨立承臺，上部為現(xiàn)澆框架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。會議中心屋面采用了鋼結(jié)構(gòu)桁架的結(jié)構(gòu)形式。在會議中心和宴會廳屋面上方采用了鋼結(jié)構(gòu)框架作為裝飾結(jié)構(gòu)。本工程鋼結(jié)構(gòu)總重量約1200噸。會議中心桁架結(jié)構(gòu)形式見圖1、屋面裝飾鋼結(jié)構(gòu)實景見圖2。

圖1 會議中心屋面鋼結(jié)構(gòu)三維圖

圖2 屋面裝飾鋼結(jié)構(gòu)實景圖

（二）鋼結(jié)構(gòu)概況

本工程鋼結(jié)構(gòu)主要分為裝飾構(gòu)架和會議中心屋面兩部分。屋面裝飾構(gòu)架采用鋼管柱加H型鋼梁的框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式相對簡單。會議中心屋面桁架采用倒三角結(jié)構(gòu)形式，桁架最大高度3.1m，寬度2.6m，最大跨度41.5m，單件最大重量約25噸，桁架支座安裝高度11.5m。桁架采用鋼管進行制作，所有連接節(jié)點均采用焊接連接節(jié)點。

二、施工難點

（一）鋼結(jié)構(gòu)形式主要為三維空間管桁架形式，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，很多位置為六根次管與主管同一部位、不同角度連接。對精度和質(zhì)量的控制比較困難。所有鋼管焊口均為相貫線焊口，加工精度要求高。

（二）構(gòu)件采用集裝箱運輸，構(gòu)件長度受到限制，造成現(xiàn)場拼裝焊接工作量大，焊縫質(zhì)量控制成為關(guān)鍵工作。

（三）工程地處非洲內(nèi)陸國家，當?shù)亟ㄔO(shè)資源匱乏，缺少大型起重設(shè)備。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)桁架加工主要工藝流程圖

三、總體施工方案的選擇

根據(jù)以上工程特點難點，結(jié)合工程地處非洲現(xiàn)實情況，針對三維空間管桁架的結(jié)構(gòu)形式，采用CAD/CAM集成技術(shù)作為管桁架結(jié)構(gòu)制作加工工藝，以相貫線切割為重點，提高加工精度，保證加工質(zhì)量。

針對運輸長度的限制，對于管桁架構(gòu)件采用工廠制作，預(yù)拼裝檢驗合格后拆卸成散件裝箱運輸，現(xiàn)場再次拼裝、焊接的施工方法。

針對當?shù)亟ㄖ袌銎鹬卦O(shè)備缺乏的現(xiàn)實，結(jié)合項目已經(jīng)有的吊裝條件，選擇土建施工塔機以及小型汽車吊輔助分段安裝的吊裝方法，完成大跨度桁架以及所有屋面裝飾構(gòu)架的安裝。

四、鋼結(jié)構(gòu)制作工藝

本工程主要構(gòu)件的主要結(jié)構(gòu)形式為焊接H型鋼梁、鋼管柱及鋼管桁架三種，難度較大的是鋼管桁架構(gòu)件加工。

鋼結(jié)構(gòu)桁架加工主要工藝流程：

鋼管桁架在加工制作前，采用Xsteel程序進行建模，出具桿件詳圖及加工數(shù)據(jù)文件。根據(jù)程序提供的數(shù)據(jù)文件及加工清單，采用多功能數(shù)控相貫線切割機進行鋼管相貫線加工。構(gòu)件一次加工后進行桁架整體預(yù)拼裝，桁架工廠整體預(yù)拼裝形式見圖4。

五、鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝

（一）安裝方案選擇

（二）施工機械選擇

根據(jù)施工總體安排，現(xiàn)場設(shè)置一臺C6020塔式起重機和一臺25噸汽車吊。塔吊設(shè)置在會議中心和宴會廳中間位置。

（三）鋼結(jié)構(gòu)吊裝

1 構(gòu)件吊裝分段

根據(jù)運輸條件，所有長度超過12m的構(gòu)件均分段，散件運輸至施工現(xiàn)場后進行拼裝焊接。

2 吊裝區(qū)域劃分

根據(jù)施工總體安排，現(xiàn)場吊裝可按照吊裝機械的不同使用情況分為塔吊吊裝區(qū)域、汽車吊吊裝區(qū)域、自治拔桿吊裝區(qū)域。

3 構(gòu)件吊裝工藝

（1）會議中心桁架的安裝

由于桁架的長度41.5m，單件重量25噸，故不能采用現(xiàn)有的吊裝設(shè)備進行吊裝。在安裝過程中采用現(xiàn)場搭設(shè)承重腳手架，在承重平臺進行二次拼裝、焊接、節(jié)點涂裝工作。現(xiàn)場搭設(shè)承重腳手架形式見圖5。

（2）會議中心屋面裝飾構(gòu)架的安裝

該部分構(gòu)件在塔吊吊裝作業(yè)范圍內(nèi)且滿足起重量要求的，用塔吊進行吊裝。塔吊工作半徑范圍外的，用汽車吊及自制拔桿進行吊裝。

（四）施工安全措施

會議中心構(gòu)件全部在搭設(shè)的腳手架平臺上進行安裝，安全能夠得到保障。屋面構(gòu)件安裝過程中，登高采用防墜繩、防墜器確保登高人員的安全。焊接過程采用自制吊籠作為焊接操作平臺，保障施工安全。

（五）承重腳手架驗算

鋼管腳手架的計算參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》。計算的腳手架為雙排腳手架，立桿采用單立管。搭設(shè)尺寸為：立桿的縱距1米，立桿的橫距1米，立桿的步距1.8米，腳手板共鋪設(shè)1層。施工均布荷載為3.0kN/m2。

大橫桿強度驗算選擇支座彎矩和跨中彎矩的最大值進行強度驗算：

σ=0.182×106/5080.0

=35.8N/mm2<205.0N/mm2，滿足要求

大橫桿撓度驗算選擇三跨連續(xù)梁均布荷載作用下的最大撓度：

V=（0.677×0.155+0.990×1.000）×1000.04/（100×2.06×105×21900.0）=0.43mm<6.6mm ，滿足要求

小橫桿抗彎強度計算選擇小橫桿自重均布荷載與荷載的計算值最不利分配的彎矩和：

=0.392×106/5080.0

=77.1N/mm2<205.0N/mm2，滿足要求

小橫桿最大撓度考慮為小橫桿自重均布荷載與荷載的計算值最不利分配的撓度和

扣件抗滑力R=1.4×0.038+1.4×0.175+1.6×1.500=2.698kN單扣件抗滑承載力滿足要求。

立桿穩(wěn)定性按照不考慮風荷載時，立桿的穩(wěn)定性計算 σ=40.9 N/mm2<205.00N/mm2，滿足要求。

（六） 焊接質(zhì)量控制

根據(jù)運輸條件，構(gòu)件在廠內(nèi)分段制作，現(xiàn)場拼裝、組裝、焊接。本工程鋼桁架焊接特點與難點有：主桁架跨度大、鋼管管徑大、管壁厚、焊接量大、焊接變形難以控制；焊縫均為單面焊，焊接位置復(fù)雜。

圖4 桁架工廠預(yù)拼裝實景圖

圖5 會議中心承重腳手架示意圖

針對以上特點與難點，采取以下措施進行施焊，以控制焊接質(zhì)量：

1 采用合理的安裝、焊接順序。先將主弦桿接長至設(shè)計尺寸后進行焊接，再安裝桁架腹桿，使其可自由收縮，這樣既可減小應(yīng)力，又可保證精度。

2 主弦管管徑大，每個管口由兩名焊工同時同步對稱焊接，采用多層多道焊，以防發(fā)生角變形。腹桿與弦桿的對接或相貫焊縫由多名焊工由中間往兩端對稱施焊，以防發(fā)生扭曲等變形。

3 采用合理的焊接工藝參數(shù)焊接時，控制線能量。要求焊工采用的焊接工藝參數(shù)盡可能一致。由于現(xiàn)場大多數(shù)為全位置焊縫，焊接難度大，對焊工的技能要求高。焊工不僅要持證，且必須通過現(xiàn)場模擬考試方可上崗。

表1

4 焊接設(shè)備檢查處于良好狀態(tài)。加強焊接材料管理。焊接材料嚴格按規(guī)定保管、烘烤、發(fā)放。

5 加強工序管理。正式焊接前，分別對裝配質(zhì)量、坡口清理、臨時支撐或固定設(shè)施、預(yù)熱、焊條烘烤等焊前準備工作逐項確認。

6 露天作業(yè)，做好防風防雨措施。

結(jié)語

本工程針對非洲地區(qū)的施工條件，采取高空散裝的施工方法，取得了良好的施工效果。通過項目體精心組織施工，嚴格質(zhì)量控制，不但提前交付外方投入使用，而且質(zhì)量也達到了國家優(yōu)質(zhì)工程的標準，入圍2103年國家優(yōu)質(zhì)工程獎。結(jié)合當?shù)厍闆r，通過馬拉維鋼結(jié)構(gòu)加工制作及安裝施工技術(shù)的研究與實踐，我們也獲取了很多在非洲地區(qū)施工的寶貴經(jīng)驗。

[1]關(guān)長參.簡訊[J].材料工程，1980（02）.