雙曲面鋼屋架安裝施工技術

葉俊煌

（身份證號碼：350628198507 295510）

1 工程概況

漳州市圖書館、科技館工程位于漳州佰翔圓山酒店東側和南江濱路南側，總建筑面積為63113.10m2，結構形式為框剪結構，地上6層，地下室為1 層，圖書館和科技館建筑高度分別為31.5m 和34.1m，屋面層以上裝飾構架均采用鋼框架結構。鋼柱采用圓形和箱型等截面，圓形鋼柱規格為Φ400mm×15mm，箱型鋼柱規格為□400mm×400mm×16mm×16mm，鋼梁采用H 型鋼和箱型鋼，H 型鋼規格主要為HN400mm×200mm×8mm×13mm 和HN500mm×200mm×8mm×13mm，箱型鋼的規格主要有□400mm×250mm×8mm×8mm、550mm×250mm×15mm×15mm 和900mm×250mm×15mm×15mm，材質均為Q345B 級。鋼屋架為雙曲面相交而成，鋼柱與鋼框梁、鋼框梁與鋼梁、鋼梁與鋼梁連接均采用剛性連接，除了梁頂增設連接板與鋼柱、鋼梁采用角焊縫之外，其余焊接均采用坡口全熔透焊縫。

2 施工技術難點分析

（1）雙曲面鋼屋架平面布置不規則（如圖1），弧度較大，測量定位難度較大。

圖1 科技館鋼屋架平面布置圖

（2）鋼柱和鋼梁截面形式為圓形、箱型和H 型等，鋼構件預制精度要求較高。

（3）鋼屋架所在樓層較高，節點構造相對復雜，高空拼裝精度要求較高，工作半徑較大，吊裝難度相對較大。

（4）鋼屋架結構體系較為獨特，鋼框梁與鋼梁相互依托，屋面結構無法形成獨立的結構靜定體系，需要采取妥善措施來支撐鋼屋架。

（5）鋼構件之間連接均為剛性連接，圓形柱與箱型梁相貫線均采用坡口滿焊，焊縫質量要求高，整個鋼屋架均采用焊接形式進行連接，焊接變形控制難度較大。

3 雙曲面鋼屋架安裝方案

根據鋼屋架組成的鋼柱、鋼梁的長度、重量、高度和無法整體起吊等情況，經過項目部討論與研究后建議采用高空散裝和分段吊裝方案，所有鋼構件均采用塔吊進行吊裝。根據鋼構件所在位置、重量和長度以及相應位置塔吊的起重量情況對鋼構件進行拆分，再逐一按照吊裝順序進行吊裝就位。鑒于鋼屋架在整體體系形成之前無法單獨成為穩定結構體系，決定在屋面層搭設滿堂扣件式鋼管架作為鋼屋架下弦節點的支撐體系和操作平臺。鋼構件在加工廠統一預制，散件進場，鋼構件運至施工現場后再進行高空散裝和拼接，鋼構件連接部位應焊接牢固。

4 雙曲面鋼屋架安裝施工技術

4.1 塔吊型號確定

根據塔吊覆蓋范圍、鋼屋架構件位置、鋼屋架平面布置和鋼構件最大重量等因素確定塔吊型號為QTZ80（TC5512）和QTZ100（6012-8），在圖書館和科技館分別布置2 臺，共布置4 臺，QTZ80（TC5512）塔吊的臂長為60m，QTZ100（6012-8）塔吊的臂長為55m，1#和4#塔吊為6012，2#和3#塔吊為5512，圖書館鋼構件采用1#、2#和4#塔吊進行吊裝，科技館鋼構件采用3#和4#塔吊進行吊裝。圖書館鋼梁最大重量為3.89t，長度為14.471m，距離4#塔吊32m，塔吊在該處的起重量為2.96t，無法滿足吊裝需求，須對鋼梁進行拆分，拆分為9.9m 和4.571m，拆分后重量分別為2.66t 和1.23t，拆分后構件重量均在塔吊起重量范圍內。圖書館共拆分23 根鋼梁，其余鋼構件最大重量均在相應塔吊的起重量范圍內，塔吊型號的確定滿足鋼構件吊裝需求。

4.2 鋼構件加工與制作

弧形H 型鋼梁屬于非標準構件，腹板采用數控火焰切割機切割成直條形，翼緣板采用數控多頭等離子切割機切割成弧形板[1]，鋼板彎曲采用自動三輥卷板加工設備進行冷彎。在地面上設置胎架，根據組裝定位線對T 型部件進行組裝，翼緣板和腹板的垂直度應符合設計要求，采用附加工藝板進行臨時固定。接著進行翼緣板的組裝，腹板與翼緣板采用液壓定位系統進行定位，相關構件拼裝校正后點焊固定，接著采用半自動埋弧焊機對弧形H 型鋼進行對稱焊接，焊縫應飽滿。箱型鋼柱的鋼板采用數控火焰切割機進行下料成條形鋼板，鋼板應二次矯平，采用裝配樣板對底板進行定位，在腹板和下翼板位置測放隔板的定位線，在胎架上裝好下翼板，內隔板采用分步退裝法進行組裝，組裝順序為自中間向兩邊對稱安裝，每安裝兩塊即可將下翼板與內隔板進行平焊，內隔板垂直度應符合設計要求。接著安裝兩側腹板，內隔板與腹板之間連接采用電渣焊，腹板與翼板的垂直度應符合設計要求，U 型箱型柱組裝后及時對構件變形情況進行檢查，檢查合格即可安裝最后一塊翼板。4 條主焊縫采用門式全自動埋弧焊[2]，以同一方向對稱同時施焊2 條焊縫，焊接后應及時矯正。在箱型鋼柱上將牛腿位置測放出來，在組裝平臺上將牛腿對準定位線進行組裝，點焊固定后進行校核。柱腳位置應安裝柱腳板，同樣采用點焊進行臨時固定。牛腿和柱腳板的尺寸復核無誤后，采用CO2氣體保護進行對稱焊接，焊接應牢固可靠。鋼構件焊接工藝應事先進行評定，焊接質量應符合設計要求，焊縫探傷結果應符合施工規范要求。鋼構件加工完成后應拋丸噴砂除銹，除銹等級應達到Sa2.5 級標準，接著做好鋼構件的防銹漆噴涂工作，噴涂厚度應符合設計要求。

4.3 滿堂扣件式鋼管架搭設

在屋面層鋼筋混凝土樓板上搭設滿堂扣件式鋼管架，立桿的間距為1.3m×1.3m，橫桿的間距為1.5m，立桿底部應設置墊板，立桿頂端根據鋼屋架下弦節點高程進行設置，立桿頂端設置可調螺桿和定位鋼板。在立桿底端以上20cm 處設置掃地桿，在架體四周和內部縱橫向每隔4m 設置1 道剪刀撐，圖書館位置的滿堂腳手架應在架體頂部設置水平剪刀撐，科技館則應設置2 道，剪刀撐的寬度為6m。操作平臺位置應滿鋪腳手板，按照規定設置防護欄桿。滿堂架應在鋼柱安裝后進行搭設，搭設質量應符合施工規范要求，架體應保證整體穩定。

4.4 鋼屋架測量放線

由于鋼屋架為雙曲面形狀，各個支撐點平面位置和高程均不同，測量放線難度較大。為了精準定位，本工程采用AutoCAD 繪圖軟件進行三維立體建模，直觀地顯示鋼屋架的定位情況，讀取定位點的坐標，采取全站儀將鋼梁與鋼柱連接節點測放出來，并將標高引測到鋼柱上。根據鋼梁拆分情況將分段位置軸線和高程控制線測放出來，通過調整立桿頂端定位鋼板的高程來準確確定分段處的高程，使得鋼梁對接拼裝準確。

4.5 鋼屋架安裝

待鋼柱安裝完成且滿堂扣件式鋼管架搭設完成后，即可開始鋼屋架吊裝。鋼框梁和鋼梁應事先按照吊裝順序做好編號，鋼梁吊裝順序為從中間往兩邊進行擴展，從而形成具有一定剛度和穩定性的鋼構空間架構。直線形鋼梁采用2 點吊法，吊點設置在距離鋼梁端部1/3 位置，確保吊點均勻受力，在吊點鋼絲繩位置應墊上橡膠護角，避免鋼梁上的防銹漆被磨損破壞[3]。弧形鋼梁采用3 點吊法，在鋼梁中部和兩端設置吊點，從而防止弧形鋼梁吊運過程中出現晃動現象。為了防止鋼梁吊裝過程中碰撞到鋼柱或者已安裝的鋼梁，在鋼梁的兩端捆綁好麻繩，由2 名操作人員牽引控制狀態。鋼梁吊離地面約50cm 時應停吊，確保吊點位置鋼絲繩固定牢固和鋼梁平穩后，將鋼梁垂直起吊至安裝位置上方，對準定位線緩慢下放，根據軸線及高程控制線對鋼梁平面位置和垂直度進行校正，校正無誤后即可先點焊臨時固定[4]，接著進行坡口焊接，鋼梁與鋼柱應焊接牢固，鋼梁焊接完成確保安全方可卸除吊具。拆分鋼梁采用2 臺塔吊分別吊運2 個分段的鋼梁，在空中進行對接，分段口應設置焊接襯套，2段鋼梁的軸線和垂直度經復核正確后，分段口應點焊，接著焊接鋼梁兩端與鋼柱連接部位，再焊接鋼梁分段口連接部位，分段口處的高程由滿堂架立桿頂端的定位鋼板進行控制，焊縫應飽滿連續，焊接應牢固可靠。邊跨存在單側懸挑鋼梁情況下，在鋼梁頂和鋼柱頂增設規格為1000mm×300mm×15mm 連接板。邊跨存在單側懸挑次鋼梁情況下，在主次鋼梁頂部增設規格850mm×300mm×10mm 連接板。主鋼梁安裝后應及時安裝次鋼梁，從而形成穩定的空間結構。

4.6 鋼屋架焊接變形控制措施

在鋼屋架焊接過程中應嚴格控制電焊機的電壓與電流，盡量減少焊接的熱輸入量，從而達到控制焊接變形目的[5]。本工程焊接均采用坡口全熔透焊接方式，箱型鋼梁與鋼柱焊接時，應先焊接上下截面連接處焊縫，再焊接兩側截面連接處焊縫，同一條焊縫施焊完成后再焊接另一條焊縫，鋼梁兩端不得同時施焊。H 型鋼梁與鋼柱焊接時，先焊接鋼柱與下翼緣板連接部位，再焊接鋼柱與上翼緣板連接部位，接著焊接左右側腹板與鋼柱連接部位。鋼屋架采用分段跳焊方法，使得焊接變形值符合設計要求。

5 結束語

本工程雙曲面鋼屋架造型獨特，根據結構體系特征和現場實際情況，采用高空散裝和分段吊裝的施工方案，搭設滿堂扣件式鋼管架作為鋼屋架下弦節點的支撐體系和操作平臺，采用AutoCAD 繪圖軟件三維立體建模，采用全站儀測放鋼構件連接點位置，鋼屋架采用分段跳焊方法，使得焊接變形得到有效控制。本工程雙曲面鋼屋架安裝完成后，按照規定進行焊縫探傷檢測，檢測結果符合設計要求，軸線、高程和垂直度偏差均在施工規范允許范圍內，取得良好施工效果。