異形多面體鋼屋蓋結(jié)構(gòu)施工成套技術(shù)

詹其章

(徐州飛虹網(wǎng)架建設(shè)科技有限公司廣州分公司， 廣東 廣州 510510）

伴隨社會經(jīng)濟與文化建設(shè)的加速發(fā)展， 大型公共建筑如博物館、 展覽館等應(yīng)用性能逐漸完整， 建筑造型方面也開始強調(diào)融合環(huán)境文化與地域文化， 建筑形體呈個性化和美觀化趨勢。 異形多面體鋼屋蓋屬于特殊建筑結(jié)構(gòu)。 通過多架空或者懸挑多棱邊的多面體構(gòu)成， 產(chǎn)生一個山巒疊嶂之感， 為建筑賜予立體美感。

1 異形多面體鋼屋蓋的施工難度

異形多面體鋼屋蓋的整體結(jié)構(gòu)可見圖1， 因建筑物的整體鋼蓋是由諸多異形多面體結(jié)構(gòu)組成， 每個異形多面體各個棱邊的長度、 地面垂直的夾角存在偏差， 各個棱角具有不同平面夾角。 而且每個階段的匯集處都銜接了3 ～8 根不對稱梯形、 矩形、 方形等截面鋼管， 容易加大加工構(gòu)件、 定位測量、 安裝施工的難度。

圖1 異形多面體鋼屋蓋的整體結(jié)構(gòu)示意圖

施工現(xiàn)場全部鋼構(gòu)件正在選用人工在現(xiàn)場的焊接方式， 結(jié)構(gòu)和異形構(gòu)件導致鋼屋蓋結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力與變形無法協(xié)調(diào)控制。 復雜結(jié)構(gòu)的形體導致桿件和節(jié)點相同， 讓管理施工現(xiàn)場構(gòu)件堆場與施工精度無法明確控制。

鋼屋蓋結(jié)構(gòu)在具體施工中， 下部分的混凝土構(gòu)架已經(jīng)基本完成了施工環(huán)節(jié)， 因展覽館屬于多層構(gòu)架，混凝土設(shè)計梁板承載能力對起重機自身重量無法承受， 如果在建筑物的外邊使用常規(guī)汽車吊、 塔吊等自行起重機， 吊裝能力無法吊裝鋼構(gòu)件到位， 而重型起重機則面臨著土基承載力不夠、 工作范圍不夠、 應(yīng)用費用較高等問題。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 異形構(gòu)件定位測量

明確定位測量作為異形多面體鋼屋蓋結(jié)構(gòu)明確安裝施工的重點， 按照土建移交測量的基準點， 運用全站儀明確放出鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的主梁標準軸線， 將此當成定位預(yù)埋件與臨時胎架的主要憑據(jù)， 將明確定位的異形節(jié)點置于臨時的胎架上作為施工重難點。 因結(jié)構(gòu)與異形構(gòu)件特點導致諸多相交在諸多相交在同一節(jié)點各根鋼管軸線無法實現(xiàn)完全匯交在一處， 而且異形節(jié)點方面銜接桿件貫口較多， 一個節(jié)點的定位測量不僅有該節(jié)點高程位置與平面， 且還包含全部和節(jié)點銜接的桿件方向， 所以測量定位鋼結(jié)構(gòu)施工的常規(guī)方法為以軸線構(gòu)件為基線的對位測量方式， 異形多面體項目施工中不可以或者不適合使用以上方法。

異形構(gòu)件發(fā)明的虛擬四面體頂點定位測量方法，基本使用方法與原理如下： 在一個異形節(jié)點的設(shè)計圖上取出四個未處于相同平面的1、 2、 3、 4 組成的虛擬四面體， 按照設(shè)計圖對以上四個三維坐標點進行計算， 然后在異形節(jié)點的實物上標注這四個節(jié)點， 不僅需要對便捷性測量讀數(shù)方法進行考慮， 在選擇虛擬四面體的過程中， 應(yīng)該讓六條邊長度盡量相近， 而且增加其長度， 通常可將一個異形節(jié)點最上端的頂點視為其上部分的主控節(jié)點， 將以點未主控點的核心實施平面與立面三位旋轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)， 直到2、 3、 4 輔控點坐標的檢測讀數(shù)和計算精準值擬合。

按照幾何學的原理可見， 位處于相同平面的四個點可明確為四面體， 待這四個點屬于唯一坐標時， 這時唯一的四面體部位和方向。 由于通過點1、 2、 3、 4組成的虛擬四面體源自特殊異形節(jié)點， 該虛擬四面體和異形節(jié)點相對的位置屬于恒定的， 因此選用此類方式對異形節(jié)點位置和方向進行定位測量屬于唯一方法。 只需確保該節(jié)點明確定位測量。 所以選用異形構(gòu)件虛擬化四面體的定位測量方法， 得以異形節(jié)點方位進行明確定位測量的理論完全成立， 且用于工程中實踐表明具有較高的實用性與便捷性。

2.2 控制異形結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量

因多數(shù)異形多面體的結(jié)構(gòu)為非軸對稱， 為了避免節(jié)點和桿件殘余的焊接應(yīng)力以及焊接變形非常不利于施工質(zhì)量， 在完成節(jié)點的定位測量后， 需要及時將臨時點焊固定于胎架之上， 在和該節(jié)點銜接中最少三個方向應(yīng)該保證吊裝桿件到位、 做好臨時加固后， 才能焊接節(jié)點和桿件。 焊接主梁需使用以節(jié)點為核心、 節(jié)點和桿件同時焊接方式； 焊接次梁矩形鋼管的方法為選用兩側(cè)異側(cè)進行同時焊接， 清除焊接流程中的應(yīng)力與變形情況， 從而為安裝精準度提供保障。

3 異形多面體鋼屋蓋的施工工藝

3.1 施工前期的準備工作

1） 臨時胎架， 按照土建移交基準點的測量， 明確放出建筑標準軸線當作臨時胎架與預(yù)埋件定位憑據(jù)， 以此對預(yù)埋件與臨時胎架進行明確裝置； 臨時胎架應(yīng)該置于結(jié)構(gòu)各節(jié)點與主梁臨時的支撐體。 胎架的截面積是1 ×1m， 高度按照異形節(jié)點尺度和裝置標高來明確， 主肢、 綴條、 腹桿實際型號需按照胎架可以承受的荷載進行明確計算， 為確保胎架更穩(wěn)固， 需要從頂端拉攬風繩連接地面的加固物， 并且鄰近胎架中間使用衍架進行銜接， 促進其穩(wěn)固性增強。 胎架上裝置混凝土樓板的過程中， 由于胎架和吊裝構(gòu)件二者重量總和大于樓板可承受的重力， 因此在點樓板下安裝胎架后需設(shè)置格構(gòu)柱， 將大多荷載傳遞于厚板的基礎(chǔ)上。

2） 安裝拔桿和垂直運輸。 拔桿底端設(shè)在±0.000的平臺露面上。 為了確保樓面不會受損， 可在樓板表層設(shè)置600mm截面高度的Ⅱ字型鋼并進行鋼板上鋪，拔桿底端支部會在鋼板的表層發(fā)生移位， 以此來符合改變吊裝點的要求。 拔桿和樓面夾角超過60°， 與拔桿頂端攬風繩銜接在地面的固定物上錨固， 選用滑輪組與卷揚機組開展吊裝操作。

3） 構(gòu)件進入現(xiàn)場和運輸水平。 構(gòu)件的堆放位置需按照施工步驟和現(xiàn)場條件進行合理部署。 構(gòu)件在進場時需使用氣吊車， 型號為25t， 停機點以最近的安裝間距為宜， 由于25t型氣吊車很難一次性運送很多構(gòu)件至吊裝位置， 因此， 可以將臨時水平的運輸體系裝置于樓板上。

3.2 安裝鋼屋蓋結(jié)構(gòu)

1） 安裝主結(jié)構(gòu)， 在臨時胎架上逐一吊裝異形節(jié)點， 選用異形構(gòu)件虛擬四面體定位測量頂點方式， 對其進行分別定位測量。 考慮其項目中， 制作構(gòu)件、 安裝、 測量工作具有無法規(guī)避的偏差， 對虛擬四面虛擬頂點的定位測量中， 可以在節(jié)點上選擇第1 和第2 點實施校正復核。 在明確安放測量節(jié)點后， 將其點焊于胎架固定的設(shè)備上實施臨時加固。

2） 安裝檁條， 在包括主次梁主體的全部鋼結(jié)構(gòu)完成以后再次進行支撐玻璃采光頂檁條的安裝。 出于對制作構(gòu)件和裝置中無法規(guī)避偏差的考慮， 為確保玻璃采光頂能夠準確施工， 選用異形鋼屋蓋玻璃折板的板面當成基準對定位檁條部位進行反向控制。 具體操作流程有以下幾個： ①按照極坐標的放樣方法通過全站儀放出多面體中各玻璃面的相交交點坐標， 在具體操作中， 選用正倒鏡的觀測方法促進測量偏差進一步減少； ②在鋼結(jié)構(gòu)主體層面對短鋼筋進行焊接， 并標注各交點的位置， 通過鋼絲線將全部交點進行拉接，組成多面玻璃采光頂； ③通過鋼尺對每個面的實際交線長度進行測量， 并通過全站儀對各個交點具體坐標測量， 雙方數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)一校驗后， 將數(shù)據(jù)向設(shè)計方移交。 設(shè)計方的工程師按照數(shù)據(jù)在AutoCAD中實施建模， 明確玻璃采光頂?shù)臋_條分隔尺度和構(gòu)件的加工圖； ④按照設(shè)計放供應(yīng)的檁條分割尺度標志在鋼絲線上， 根據(jù)標記安裝檁條。

4 結(jié)語

總之， 異形多面體鋼屋蓋結(jié)構(gòu)作為一種建筑結(jié)構(gòu)， 針對施工中存在的問題采取相應(yīng)的成套施工技術(shù)， 專門研究出異形構(gòu)件虛擬化四面體的頂點檢測定位方式， 對施工測量定位的安裝問題實施了有效處理。 本文首先分析了異形多面體鋼屋蓋的施工難度，然后分析其關(guān)鍵施工技術(shù)， 提出異形多面體鋼屋蓋的具體施工工藝， 意在保證異形多面體鋼屋蓋結(jié)構(gòu)采取有效的成套技術(shù)。