超大平面鋼桁架高空散裝安裝工藝研究

中國建筑第八工程局有限公司 上海 200125

1 工程概況

大連中心·裕景ST1塔樓是大連裕景項(xiàng)目的最高建筑，地下4層，地上80層，建筑高度383.45 m，總建筑面積1.75×105m2。主要建筑功能為高檔寫字樓和超五星級(jí)酒店。主體結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)主要分布于塔樓的外框，外框結(jié)構(gòu)由巨型柱、轉(zhuǎn)換大桁架、斜向大支撐、框架柱與框架梁共同組成。其中，巨型柱分布于塔樓的5個(gè)角，轉(zhuǎn)換大桁架每隔15層1道，將上面14個(gè)樓層的荷載傳遞到周邊巨型柱上，每2道桁架之間設(shè)置斜向大支撐，組成結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系（圖1）。工程總用鋼量約3.45×104t[1]。

圖1 ST1塔樓結(jié)構(gòu)體系透視圖

本工程共有20榀超大平面轉(zhuǎn)換鋼桁架，轉(zhuǎn)換大桁架最長40.30 m、高8.50 m，單榀最重達(dá)291 t（圖2）[2]。

圖2 超大鋼桁架立面布置示意

2 工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→安裝桁架牛腿、臨時(shí)支撐→加固支撐底部框架梁→安裝柱頂馬凳→桁架吊裝→桁架測(cè)量校正→桁架焊接

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 安裝桁架牛腿、臨時(shí)支撐

在進(jìn)行桁架安裝之前，首先要將與巨型柱相連的桁架連接牛腿和支撐桁架下弦桿的臨時(shí)支撐安裝完畢，如圖3所示。

圖3 桁架牛腿及臨時(shí)支撐安裝示意

臨時(shí)支撐的長度根據(jù)桁架下弦桿底面與下一層鋼框梁上表面的高差確定。支撐頂部處理措施如圖4所示。

圖4 臨時(shí)支撐頂部處理措施

2.2.2 加固支撐底部框架梁

在臨時(shí)支撐生根部位需要進(jìn)行框架梁加固，采用厚20 mm板與框架梁腹板和翼緣進(jìn)行雙面角焊縫焊接。臨時(shí)支撐加勁板與外框梁焊接，待桁架安裝、焊接完成后，將它們割除，并把外框梁打磨平整。

2.2.3 安裝柱頂馬凳

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在桁架下弦桿底面與框架柱之間有150 mm的下?lián)献冃握{(diào)節(jié)空間。桁架安裝時(shí)，在框架柱頂需要增加馬凳用以調(diào)節(jié)。馬凳高度則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)框架柱的柱頂標(biāo)高與桁架下弦桿底面設(shè)計(jì)標(biāo)高的高差確定，這就要求對(duì)每一個(gè)框架柱及其對(duì)應(yīng)的馬凳進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)編號(hào)。馬凳與框架柱頂?shù)倪B接方式如圖5所示。

圖5 框架柱頂馬凳處理措施

2.2.4 桁架吊裝

1）桁架弦桿的組對(duì)就位。由于桁架弦桿截面大、質(zhì)量大，為了防止安裝過程中出現(xiàn)平面內(nèi)失穩(wěn)，保證安裝的安全并縮短吊裝及校正的時(shí)間，在桁架弦桿與連接牛腿、桁架弦桿與弦桿的對(duì)接位置設(shè)置楔合接頭進(jìn)行組對(duì)后就位。

2）桁架安裝流程如下[3,4]：

（1）安裝臨時(shí)支撐，連接節(jié)點(diǎn)牛腿焊接完畢后，吊裝桁架靠近連接節(jié)點(diǎn)牛腿的下弦桿。同時(shí)吊裝與該下弦桿連接的相關(guān)平面梁，確保該構(gòu)件在空間上形成穩(wěn)定體系。校正后，焊接與牛腿相連的下弦桿。

（2）同樣的方法依次安裝剩余的2根下弦桿，與平面梁同步安裝，確保每一段下弦桿摘鉤前均已形成空間穩(wěn)定體系。

（3）下弦桿安裝完畢后，依次安裝豎腹桿，校正后，再依次焊接。

（4）豎腹桿安裝完畢后，在每一個(gè)豎腹桿兩側(cè)各懸掛一個(gè)倒鏈，用于斜腹桿的調(diào)整。而后，再依次安裝斜腹桿，并分別與相應(yīng)的倒鏈連接，經(jīng)初步校正后，再緊固連接耳板。

（5）安裝上弦桿連接節(jié)點(diǎn)，校正固定后，開始焊接。

（6）安裝第1段上弦桿，與之相連接的平面梁同步安裝。校正固定后，焊接上弦桿與連接節(jié)點(diǎn)的對(duì)接焊縫，如圖6所示。

圖6 安裝上弦桿

（7）同樣的方式安裝剩余的上弦桿及對(duì)應(yīng)的相關(guān)平面梁。

2.2.5 桁架測(cè)量校正

1）下弦桿的測(cè)量控制。根據(jù)A′、B′點(diǎn)的標(biāo)高連線設(shè)置臨時(shí)支撐。同時(shí)，測(cè)出A、B點(diǎn)的標(biāo)高；安裝第1段下弦桿，根據(jù)A、B點(diǎn)標(biāo)高連線，復(fù)測(cè)C點(diǎn)標(biāo)高。與設(shè)計(jì)標(biāo)高有偏差時(shí)，微調(diào)臨時(shí)支撐上的千斤頂確定C點(diǎn)標(biāo)高。考慮到焊接收縮變形，在A點(diǎn)處組對(duì)時(shí)，軸線相對(duì)于設(shè)計(jì)位置預(yù)偏4 mm，用全站儀控制弦桿水平位置，用同樣的方法確定第2、3段下弦桿軸線及標(biāo)高位置（圖7）。

圖7 下弦桿安裝測(cè)量示意

2）豎腹桿的測(cè)量控制。在豎腹桿安裝前，對(duì)各腹桿的設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行計(jì)算；復(fù)測(cè)下弦桿上各腹桿的標(biāo)高，并對(duì)各腹桿的加工尺寸進(jìn)行復(fù)核。若腹桿高度與下弦桿上的腹桿底標(biāo)高之和大于設(shè)計(jì)標(biāo)高，則須在安裝之前對(duì)腹桿進(jìn)行處理后再吊裝。根據(jù)與框架柱對(duì)應(yīng)的3根豎腹桿的軸線，控制其余豎腹桿軸線，在豎腹桿的安裝中，根據(jù)豎腹桿底端的標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高的差值控制該吊裝單元豎腹桿和下弦桿的對(duì)口。同時(shí)每吊裝1根豎腹桿即對(duì)其進(jìn)行垂直度的校正調(diào)整（圖8）。

圖8 豎腹桿安裝標(biāo)高控制示意

3）連接節(jié)點(diǎn)的測(cè)量控制。以斜支撐E點(diǎn)作為其安裝標(biāo)高與平面位置的測(cè)控點(diǎn)。

4）上弦桿的測(cè)量控制。安裝上弦桿，根據(jù)E、F點(diǎn)標(biāo)高連線，確定G點(diǎn)平面位置與標(biāo)高，用同樣的方法控制剩余2段上弦桿（圖9）。

圖9 上弦桿安裝測(cè)量示意

2.2.6 桁架焊接

焊接總體控制思路為：以控制焊接變形為主，控制應(yīng)力為輔。采用多人對(duì)稱同步施焊，以“錘擊法”消除焊接應(yīng)力。施工前編制焊接工藝卡，采取焊前預(yù)熱、焊后保溫、層間打磨等各項(xiàng)措施保證焊接質(zhì)量。焊接工藝流程如下：

1）K形節(jié)點(diǎn)牛腿、下弦桿、豎腹桿的焊接分別根據(jù)其安裝流程，各對(duì)接焊口逐步焊接。

2）連接節(jié)點(diǎn)安裝后，其上、下段對(duì)接口及與豎腹桿的對(duì)接口分別焊接（圖10中焊口7、8）。

3）第1段上弦桿安裝后，其水平對(duì)接口及與豎腹桿的對(duì)接口分別焊接（圖10中焊口9、10）。

圖10 桁架焊接順序示意

4）第2段、第3段上弦桿安裝后，焊接順序同第1段。

5）最后，焊接斜腹桿各對(duì)接焊縫。

施焊前用電加熱板將焊縫兩側(cè)2倍板厚范圍加熱至140 ℃以上，對(duì)于加熱溫度達(dá)不到要求的區(qū)域，用火焰加熱進(jìn)行補(bǔ)償。焊接完成后，立即將加熱板覆蓋焊縫并通電，對(duì)距焊縫中心線50 mm位置進(jìn)行溫度測(cè)量，溫度達(dá)到250 ℃時(shí)，停止通電，并外覆保溫棉，使焊縫自然冷卻至常溫。焊接完畢以后，外觀質(zhì)量檢查應(yīng)無裂紋、氣孔、夾渣，焊縫兩側(cè)比坡口略寬0.50～2.00 mm，焊縫要按規(guī)范規(guī)定及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)缺陷要及時(shí)返修。焊縫返修時(shí)，應(yīng)對(duì)照缺陷位置，采用砂輪機(jī)或碳弧氣刨將缺陷除掉。采用碳弧氣刨處理時(shí)，氣刨完畢后須用砂輪機(jī)打磨刨口至刨口平滑后，方可進(jìn)行補(bǔ)焊。

3 質(zhì)量保證措施

在低溫環(huán)境下，保證桁架大量厚100 mm鋼板的焊縫一次性檢測(cè)合格是質(zhì)量控制中的重中之重，在施工過程中采用如下措施保證焊接質(zhì)量[5,6]：

1）層間溫度控制。焊接開始后，將電加熱板移至焊縫一側(cè)，繼續(xù)通電，保證焊接過程溫度。焊接過程中定時(shí)對(duì)層間溫度進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)層間溫度過低，應(yīng)馬上停止施焊，并用火焰烤槍進(jìn)行熱補(bǔ)償，測(cè)溫達(dá)到200 ℃左右后，方可繼續(xù)施焊。

2）焊接小錘的應(yīng)用。每層焊接結(jié)束后，用自制焊接小錘均勻敲打焊縫，既清除焊渣，又消除焊接應(yīng)力，簡(jiǎn)便易行，成本低。

3）焊接過程記錄。在防護(hù)棚內(nèi)懸掛溫濕度計(jì)、紅外測(cè)溫儀、風(fēng)速儀等，實(shí)時(shí)對(duì)焊接環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，焊接過程中對(duì)焊接參數(shù)定時(shí)記錄，保證焊接環(huán)境符合要求。

4 結(jié)語

超大平面鋼桁架高空散裝安裝工藝具有構(gòu)件分段標(biāo)準(zhǔn)化，安裝過程安全可靠，便于制作、運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)等特點(diǎn)。該施工工藝將工程施工難點(diǎn)一一分解并有效解決，有效地提高了大型平面鋼桁架的安裝質(zhì)量，且該工藝對(duì)于大型平面鋼桁架施工有較強(qiáng)的通用性，是大型鋼結(jié)構(gòu)工程施工工藝及質(zhì)量保證措施的有效探索成果[7]。