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酒店。主體結構形式為型鋼混凝土組合結構。鋼結構主要分布于塔樓的外框，外框結構由巨型柱、轉換大桁架、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個角，轉換大桁架每隔15層1道，將上面14個樓層的荷載傳遞到周邊巨型柱上，每2道桁架之間設置斜向大支撐，組成結構的抗側力體系（圖1）。工程總用鋼量約3.45×104t[1]。

圖1 ST1塔樓結構體系透視圖

本工程共有20榀超大平面轉換鋼桁架，轉換大桁架最長40.30 m、高8.50 m，單榀最重達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

2.1 工藝流程

施工準備→安裝桁架牛腿、臨時支撐→加固支撐底部框架梁→安裝柱頂馬凳→桁架吊裝→桁架測量校正→桁架焊接

2.2 操作要點

2.2.1 安裝桁架牛腿、臨時支撐

在進行桁架安裝之前，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支撐安裝完畢，如圖3所示。

圖3 桁架牛腿及臨時支撐安裝示意

臨時支撐的長度根據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 臨時支撐頂部處理措施

2.2.2 加固支撐底部框架梁

在臨時支撐生根部位需要進行框架梁加固，采用厚20 mm板與框架梁腹板和翼緣進行雙面角焊縫焊接。臨時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

根據設計要求，在桁架下弦桿底面與框架柱之間有150 mm的下撓變形調節空間。桁架安裝時，在框架柱頂需要增加馬凳用以調節。馬凳高度則根據現場每個框架柱的柱頂標高與桁架下弦桿底面設計標高的高差確定，這就要求對每一個框架柱及其對應的馬凳進行一一對應編號。馬凳與框架柱頂的連接方式如圖5所示。

圖5 框架柱頂馬凳處理措施

2.2.4 桁架吊裝

1）桁架弦桿的組對就位。由于桁架弦桿截面大、質量大，為了防止安裝過程中出現平面內失穩，保證安裝的安全并縮短吊裝及校正的時間，在桁架弦桿與連接牛腿、桁架弦桿與弦桿的對接位置設置楔合接頭進行組對后就位。

2）桁架安裝流程如下[3,4]：

（1）安裝臨時支撐，連接節點牛腿焊接完畢后，吊裝桁架靠近連接節點牛腿的下弦桿。同時吊裝與該下弦桿連接的相關平面梁，確保該構件在空間上形成穩定體系。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，在每一個豎腹桿兩側各懸掛一個倒鏈，用于斜腹桿的調整。而后，再依次安裝斜腹桿，并分別與相應的倒鏈連接，經初步校正后，再緊固連接耳板。

（5）安裝上弦桿連接節點，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點的對接焊縫，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應的相關平面梁。

2.2.5 桁架測量校正

1）下弦桿的測量控制。根據A′、B′點的標高連線設置臨時支撐。同時，測出A、B點的標高；安裝第1段下弦桿，根據A、B點標高連線，復測C點標高。與設計標高有偏差時，微調臨時支撐上的千斤頂確定C點標高。考慮到焊接收縮變形，在A點處組對時，軸線相對于設計位置預偏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段下弦桿軸線及標高位置（圖7）。

圖7 下弦桿安裝測量示意

2）豎腹桿的測量控制。在豎腹桿安裝前，對各腹桿的設計標高進行計算；復測下弦桿上各腹桿的標高，并對各腹桿的加工尺寸進行復核。若腹桿高度與下弦桿上的腹桿底標高之和大于設計標高，則須在安裝之前對腹桿進行處理后再吊裝。根據與框架柱對應的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，根據豎腹桿底端的標高與設計標高的差值控制該吊裝單元豎腹桿和下弦桿的對口。同時每吊裝1根豎腹桿即對其進行垂直度的校正調整（圖8）。

圖8 豎腹桿安裝標高控制示意

3）連接節點的測量控制。以斜支撐E點作為其安裝標高與平面位置的測控點。

4）上弦桿的測量控制。安裝上弦桿，根據E、F點標高連線，確定G點平面位置與標高，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，控制應力為輔。采用多人對稱同步施焊，以“錘擊法”消除焊接應力。施工前編制焊接工藝卡，采取焊前預熱、焊后保溫、層間打磨等各項措施保證焊接質量。焊接工藝流程如下：

1）K形節點牛腿、下弦桿、豎腹桿的焊接分別根據其安裝流程，各對接焊口逐步焊接。

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

3）第1段上弦桿安裝后，其水平對接口及與豎腹桿的對接口分別焊接（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，焊接斜腹桿各對接焊縫。

施焊前用電加熱板將焊縫兩側2倍板厚范圍加熱至140 ℃以上，對于加熱溫度達不到要求的區域，用火焰加熱進行補償。焊接完成后，立即將加熱板覆蓋焊縫并通電，對距焊縫中心線50 mm位置進行溫度測量，溫度達到250 ℃時，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，外觀質量檢查應無裂紋、氣孔、夾渣，焊縫兩側比坡口略寬0.50～2.00 mm，焊縫要按規范規定及設計要求進行超聲波探傷，發現缺陷要及時返修。焊縫返修時，應對照缺陷位置，采用砂輪機或碳弧氣刨將缺陷除掉。采用碳弧氣刨處理時，氣刨完畢后須用砂輪機打磨刨口至刨口平滑后，方可進行補焊。

3 質量保證措施

在低溫環境下，保證桁架大量厚100 mm鋼板的焊縫一次性檢測合格是質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，繼續通電，保證焊接過程溫度。焊接過程中定時對層間溫度進行檢查，如果發現層間溫度過低，應馬上停止施焊，并用火焰烤槍進行熱補償，測溫達到200 ℃左右后，方可繼續施焊。

2）焊接小錘的應用。每層焊接結束后，用自制焊接小錘均勻敲打焊縫，既清除焊渣，又消除焊接應力，簡便易行，成本低。

3）焊接過程記錄。在防護棚內懸掛溫濕度計、紅外測溫儀、風速儀等，實時對焊接環境進行監控，焊接過程中對焊接參數定時記錄，保證焊接環境符合要求。

4 結語

超大平面鋼桁架高空散裝安裝工藝具有構件分段標準化，安裝過程安全可靠，便于制作、運輸及現場生產等特點。該施工工藝將工程施工難點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量，且該工藝對于大型平面鋼桁架施工有較強的通用性，是大型鋼結構工程施工工藝及質量保證措施的有效探索成果[7]。