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裙房屋盖高空大跨度弧形钢箱梁施工技术

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施工技术裙房屋盖高空大跨度弧形钢箱梁施工技术周保平金燕飞黄化瞿海雁吕黄兵100089)李毅(中建钢构有限公司,北京摘要:工程裙房屋盖整体为“波浪”形式,为局部采光种植屋面,结构由不同弧度的箱型钢梁组成,屋盖结构投影面积为126.6m×25.5m,结构地下4层,地上3层。具有钢弧梁跨度大、单重较大且不能过多分段、混凝土楼板上设置点式支承架体用于高空拼装、城市中心场地狭小等难点。工程采用大型汽车吊结构外侧站住,单根整体吊装与散件吊装高空拼装相结合的施工工艺,优质、经济、高效地完成屋盖结构安装。关键词:大型汽车吊;大跨度弧形钢箱梁;钢结构;点式支承架体DOI:10.3969/J.issn.1007-9963.2013.10.014THECONSTRUCTIoNTECHNIQUEoFoVERHEADLoNG—SPANCURVEDSTEELBOXBEAMFORTHEANNEXROoFZhouBaopingJinYanfeiHuangHuaQuHaiyanLOHuangbingLiY(ChinaConstructionSteelStructureCo.Ltd.Beijing100089,China)ABSTRACT:Thewavestyleplantingroofoftheannexannexbuildingiscomposedofdifferentroofprojectioncurvedboxbeams.Theis126.6includes4layersundergroundand3layerstheontheground,whosespanonaream×25.5m.notThedifficultiesofprojectwereasbelow:longandsingleheavycurvedsteelbeamtheconcretewhichcouldbedividedintomanycomponents.pointsupportingframefloorwaserectedforhighaltitudeassemblingtandthenarrowspaceinthedowntownofthecity.Finally,themethodof350lorry—mountedcranestandingontheedgeofthefoundationpitwassuccessfullyusedinthisproject,whichcombinedwithsingleintegralliftingandunitcomponentsliftingforhighaltitudeassembling.Thesuccessofthishighquality,economyandefficiencykindofhoistingmethodhasaccumulatedvaluableexperienceforthesamekindofprojects.KEYWORDS:largelorry—mountedcrane;longspancurvedsteelboxbeam;steelstructure;pointsupportingframe1工程概况北京奥南3号地项目位于北京市朝阳区安定路与北土城东路交叉口,裙房南北长126.6m,东西宽25.58.42施工概述及平面规划2.1施工组织及场地规划裙房夹层结构完成,汽车吊站位区域基坑回填至场内地面标高后,使用大型汽车吊靠近裙楼结构两侧站位,进行屋盖弧形大梁、外框梁及次梁安装。m,地下4层,地上3层(在标高+4.9m/1TI处局部有夹层)。钢梁材质为Q345一B的组合钢梁和热轧型钢。共有框架钢梁54榀,其中屋架跨度钢梁28榀,包括弧形钢梁24榀和直梁4榀,跨度为25.5m;弧梁顶与钢柱顶最大高差为3.81m,所350北侧⑩一⑨轴跨度主梁、框架梁及主次梁采用t汽车吊进行吊装,采用220t汽车吊配合进行卸车及拼装工作。构件根据吊装能力采取两节运输分段,现场地面拼装或支撑胎架高空原位拼装后整体吊装。南侧由于空间较为狭长,⑩一⑥轴跨度主梁采用350t汽车吊进行吊装及拼装卸车,框架梁及主次梁采用220t汽车吊进行卸车及倒运工作。跨度主梁采用现场地面拼装或支撑胎架高空原位拼装第一作者:周保平,男,1983年出生,工程师。Email:bpzhou@vip.qq.com有框架梁均为双腹板H型钢,跨度梁箱体截面尺寸为BXl500x700×45×45,单榀质量约40t。裙楼结构情况如图1、图2所示。收稿日期:2013—05—1560钢结构2013年第10期第28卷总第177期万方数据周保平,等:裙房屋盖高空大跨度弧形钢箱梁施工技术外榧梁24根z屋面跨梁28根次梁25q根①⑦黾@@局@@@局@@@/①@@@f|①④⑩霪⑥⑩⑩⑦⑧④⑨⑨①⑧⑩⑩①⑥⑤⑥⑥图2裙楼屋盖钢梁分布后,整体吊装完成。屋盖结构中填充次梁采用现场1号、2号塔吊进行安装,塔吊盲区范围由汽车吊完成安装。2.2安装区域划分裙房屋盖结构以⑨轴为分界点分为2个吊装区域,西北角及东南侧为350t汽车吊站位区域。安装顺序为:以⑨轴为分界点,由中部向南北两侧分别延伸吊装,屋盖构件应先安装外框钢梁再安装跨中主梁,主梁安装完成后再安装主次梁,确保结构稳定框架的形成。中间④一⑩轴阴影区域为高空拼装构件,见图3。TiⅢ1、誊1螺r’F}丁、|!三分别为K划分搜拖I.帧J}图3屋盖结构施工区域划分2.3施工流程屋盖结构施工工艺流程见图4。裙楼区域地下搴封顶3主要施工技术3.1钢梁分段及节点处理l跟随结构爽层施工,安装2、3节钢骨柱考虑构件运输及吊装条件,将弧形钢梁分为两段制作运输,根据现场安装工艺的不同,在分段处焊接工艺板的设置也有所区别,具体分段及吊点设置及节点处理方式见图5、图6[13号、4号塔m拆除分段线23。+8.!m.奏层以一r劲性棒・醪向甩筋,屋盖钢完成结构+8.4nl夹层结构施工1/3梁长处设置吊点结构施工完成雹煎全{§黔⑨一⑩轴布没支撑架体北侧⑩—⑩轴构件进场l220t,i车吊卸车、拼装:矧)t汽车吊进场.北侧由迪步图5弧形钢梁分段及吊点设置轴向国轴延伸吊装3.2拼装节点焊接1)高空拼接焊接顺序。整榀弧梁安装时,应先焊接钢梁与钢牛腿连接的一端,待此部位焊缝冷却至常温,再焊接钢梁拼接处;不可在同一钢梁两端同时开焊u‘3]。高空拼接钢梁考虑焊接收缩因素,可在两侧牛腿连接焊缝处同时焊接;最后,完成顶部弧梁对接焊缝;既能保证对接坡口间隙要求,同时加快焊接速度,见图7。l南侧⑨一@轴构件进场『220【汽车吊、15mI平板车配合倒运薹图4屋盖结构施工流程SteeIConstruction-2013(10)。V01.28,No.17761万方数据施工技术临时连接夹板临时连接夹板3.3点式支承架体设计及工装措施3.3.1支承架体设计结合现场布设胎架区域楼板荷载情况,将采用HW300x300型钢作为点式支承架体的支座,架体与支座梁采取焊接或临时夹具固定。为避免破坏混凝土楼板,型钢梁架设在两侧混凝土梁上,由此形成合理的传力结构,型钢支座采用膨胀螺栓将其固定在混凝土梁上,或采用点式支架顶部拉设缆风绳的藤a高空拼装节点;b一地面拼装节点图6拼装节点处理}}:1、2为焊接J顺J≯。【gI?『岛伞拼接钢梁Ftl接顺『}L雌壁形式,避免因侧向受力对架体造成倾倒影响,具体工况见图10[4“]。一一一畔支承架/2)双腹板H型钢梁高空对接焊接顺序,见图8。—翼擎泌卧梁。,’乏;,支承架底座加l州梁图10支承架体与型钢支座示意⑩一⑨轴共计11榀弧形大梁需要分两段吊装,在高空进行原位拼装,型钢支座根据所处区域楼层情况支设在混凝土梁上部,分布情况见图11。诊注:1~4为焊接顺Jr。图8双腹板H型钢梁高空焊接顺序3)双腹板H型钢梁地面对接焊接顺序,见图9。箱梁卧放,I二腹板留焊接工艺板4弧外侧翼缘板——I2——●{!兰—7一]I—l弧I~侧其缘板、—\/。、——————\7—————一、一、,————一7图11支承架体布置3.3.2顶部工装钢梁吊装前应在架体上部定位中轴控制点,并做出明显标记,在钢梁宽度尺寸设置限位铁,确保吊装过程快捷准确。标高控制应采用吊装前调设工装高度,吊装后利用千斤顶、楔铁垫块、木方进行配合调整,见图12。3.3.3支承架体底座计算底座支架在标准荷载组合(1.2恒载+1.4活注:I~4为焊接顺序。图9双腹板H型钢梁地面拼装焊接顺序载)作用下的验算结果见图13、图14。支承架布置见图15。钢结构2013年第10期第28卷总第177期62万方数据周保平,等:裙房屋盖高空大跨度弧形钢箱梁施工技术50017—2003{钢结构设计规范》要求。3.3.4混凝土梁受力验算由活荷载控制组合:q一24.87kN/m,边跨M一298.49kN・Ill,跨中M一223.62kN・In。由恒荷载控制组合:q=20.98kN/m,边跨M=230.44kN・ITI,跨中M一167.28kN・m。所以边跨为298.49kN・m,跨中为223.62kN・m。A—A根据GB50010—2010{混凝土结构设计规范》图12顶部工装示意可以得出:混凝土轴心抗压强度为16.7MPa,梁截面宽度为400mm,梁截面有效高度为665mm,钢匮192812卜1216n(J筋抗拉强度360MPa,混凝土梁抗拉钢筋面积为r_6.9524q2943.75mm2,混凝土梁抗压钢筋面积为一1738121962.5mm2。截面最小配筋率为1.75%,大于0.21%,满足I最小配筋率要求。跨中最大弯矩1845.57kN・m>167.28图13底座支架计算位移mmkN・ITI。边跨最大弯矩1619.03kN・m>230.44kN・m,正截面抗弯承载力满足规范要求。混凝土梁斜截面抗剪承载力计算:均布荷载为211.395kN,集中荷载为140kN,集中荷载占均布荷载比例小于75%,故按均布荷载进行计算。剪力为175.7kN,根据GB50009—2001{建筑结构荷载工工规范》可以得出:边跨剪力为713.05kN>175.7图14底座支架计算应力比kN,故抗剪承载力满足规范要求。3.4吊装点设置及吊装索具选择/]大跨度弧形钢梁吊装时,采取在钢梁上翼缘设//置吊耳进行吊装,本工程弧梁跨度25.5In,根据制捉撑在【_4||Tl炙层l:作分段情况设置4个吊装耳板,外框箱型大梁设置k撑在{r◇呵ITI炙层I.2个吊耳,次梁将设置吊装孔满足吊装安全需求。r、、国险,.mm的钢丝绳吊装,外/1。受铲一一/屋面弧形跨度梁采用直径32末撵在{4I{l灾层l:框梁及小次梁采用直径21.5mm的钢丝绳吊装;吊装、卸载时采用13.5t的弓形卡环;对于半边弧梁良撑在;r囝√m炙层1.采用长短绳吊装,并挂设5t倒链进行就位前的角‘》黟”。r—馏融]度调整;弧形钢梁整榀吊装时采用4绳吊装,吊装如//”&撑在4南炙甚fi图16所示。—r囝<【④州图15支承架布置由图13、图14可见:支承架底座支架的最大计算跨度为9000mm,挠度的允许值为22.5mm;最大位移为19.28mm,最大应力比为0.74,满足GB图16弧形粱整榀吊装SteelConstruction.2013(10),V01.28,NO.17763万方数据施工技术3.5大型设备使用3)双面均可焊接操作时,要采用双面对称坡口,并在多层焊时采用与构件中性轴对称的焊接顺序。4.3屋盖双曲结构测量控制1)弧梁地面拼装测控。采用水准仪进行钢梁拼装平台的平面抄平;采用经纬仪放出弧梁几何控制轴线进行弧梁拼装过程中几何尺寸的控制;使用千斤顶及临时连接夹板对弧梁对接口及整体水平度进行精确调校;并按照设计要求对弧梁标高进行现场预调(起拱25ram);最后,复测弧梁水平度及控制线精度,达到图纸几何尺寸后,进行焊接工序的操作‘6。。2)弧梁高空对接测控。建立裙房结构三级控制线,弧梁吊装前复测钢柱牛腿标高及轴线,同时在胎架顶部采用经纬仪测放弧梁中轴线,并根据图纸标高初测胎架顶标高,弧梁就位后,采用全站仪配合千斤顶及楔铁、枕木进行弧梁预起拱及标高的精校[6]。4.4质量控制分析1)拼装焊接控制数据分析。通过在地面拼装及本工程采用350t大型汽车吊吊装,吊装时应注意以下事宜[7。9]:1)汽车吊支腿位置主要为场地原有土地和结构回填区域,支腿前应铺设路基箱,分散荷载。2)屋顶钢梁施工过程的汽车吊站位严格按照设计图纸示意。3)吊装前对汽车吊进行检查,确保不出现吊装绳断丝和机械性能危险因素。4)吊装前必须让相关人员了解构件重量及汽车吊性能,明确吊装的轨迹,保证吊装过程中汽车吊均在安全荷载范围内。5)将钢梁吊离地面500mm时停止提升,检查无误后方可继续提升。6)起吊时,不得使构件在地面上有拖拉现象,回转时,需要一定的高度;起钩、旋转、移动3个动作交替缓慢进行,就位时缓慢下落。4质量控制措施及检测数据4.1低温焊接预热1)当焊接作业环境温度低于0℃且不低于一10℃时,应采取加热和防护措施,将焊接接头和焊接表面各方向大于或等于钢板厚度的2倍且不小于100mm范围内母材,加热到规定的最低预热温高空对接施工中对测控方法及焊接措施的应用,大跨度弧形钢梁各阶段检测数据口3见表2。表2弧梁检测数据mm度且不低于20℃或规定的最低预热温度二者的较高值,且在焊接过程中不应低于这一温度口]。2)焊前预热及道间温度的保持采用火焰加热法,并采用专用测温仪测温。3)焊后保温采用在焊缝区域加盖保温性能好、耐高温的厚5~10em、高60cm的保温棉,在钢柱接头焊接部位采用密封围护棚阻止空气流通,使其缓慢冷却达到常温后再除去保温措施,预热温度见表1。表1钢材注:长度、截面错口和钢梁弧高的允许偏差分别为±10,+2+10mm。弧形钢梁完成后的结构尺寸可达到设计要求,允许偏差符合国家相关规范要求。2)裙房屋盖结构质量数据。本工程依照实际情常用钢材最低预热温度要求接头最厚部件的板厚况,每日对原材料、测量及连接、涂装等方面的质量数£>8080100120150类别IⅡⅢⅣ6£≤2020<t≤4040<£≤6060<t≤80据通过数据折线图体现,每月针对问题进行分析整改,确保工程质量高效管控。结构施工效果见图17。5结语在本工程中,因地制宜地围绕弧形钢梁的分段、4.2焊接变形控制1)在同一构件上焊接时,应尽可能采用热量分散,对称分布的方式施焊E10]。2)采用多层多道焊代替单层焊。64节点处理、低温厚板焊接、弧梁测控、楼板上部设置大型支承架体、大型吊装设备使用等施工技术,工期历时1个月,现场焊接一次探伤合格率达到98%,(下转第68页)钢结构2013年第10期第28卷总第177期万方数据施工技术55.1焊接工艺方法及其质量控制焊接工艺方法本桥现场安装焊缝为纵梁与横梁翼板、横梁与5.3焊缝检测所有焊缝应沿焊缝全长进行超声波探伤,焊缝等级必须达到超声波探伤B工级标准[8]。对于存在严重缺陷的焊缝应查明原因,再用碳弧气刨清除缺陷后重新施焊,并按原焊缝质量要求进行检验[9j。焊接完成后对所有焊缝进行了超声波探伤检查,焊缝质量达到了GB/T124《标准的焊接缺陷质量分级》[91规定的工级焊缝的要求。下弦杆翼板的对接焊缝,所有焊缝均为主要焊缝,焊缝质量等级为1级[6j。由于河道上的风速大,湿度大,很不利于现场焊接;因此.采用YCJ501Ni一1药芯焊丝富氩气体保护焊,单面V型坡口、坡口角度为35。~40。、底部钝边1~2mm、间隙4~6mm、底面贴TG一1.0陶瓷衬垫、单面焊双面成型的工艺方法焊接。5.2焊接质量控制焊接质量主要从人、机、料、法、环5个方面进行控制:从事本工程现场施焊的焊接人员及无损检测人员必须经过培训考试取得相应的资格证书后方可上岗;焊接前应认真检查焊接设备,确保其状态完6结语本文以复新河大桥钢桁梁的架设为例,介绍了膺架法架设带预拱度钢桁梁的施工技术及其工艺、高强度螺栓的施工工艺及检查方法及现场焊接的焊接工艺及其质量控制方法,可供类似工程参考借鉴。参考文献好,性能良好;焊条施焊之前应进行烘干,并存放在保温桶内,随用随领,焊丝及陶瓷衬垫应存放在干燥、通风的地方;焊接时必须严格按照经焊接工艺评定所确定的焊接方法及焊接参数施焊,不得随意更改焊接方法和参数;焊接前应认真清理焊缝区域,不得有水、锈、油污、油漆或其他杂物;焊接过程中,若环境湿度高于80%或风速超过2m/s时,应停止施焊,或者采取良好的烘干、防风措施后,方可施焊NJ。[1]TB10002.2铁路桥涵钢结构设计规范[s].[2]TB10212—2009铁路钢桥制造规范Es].[3]TB10203—2002铁路桥涵施工规范IS].[4]TBJ21492铁路钢桥高强螺栓连接施工规定[S].[5]TB10415—2003铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].[6]TZ[7]203—2008客货共线铁路桥涵工程施工技术指南IS].王国强.铁路特大桥钢结构主弦杆焊接施工[J].城市建设理论研究,2012(8).[8]TB10415—98铁路桥涵工程质量检验评定标准Is].[9]GB/T1246标准的焊接缺陷质量分级[s].(上接第64页)E3]GB50661—2011钢结构焊接规范[s].[4]鲍广鉴,李国荣,王宏,等.现代大跨度空间钢结构施工技术[J].钢结构,2005,20(1):43—47.[5]张强.于滨,朱莹.等.深圳大运中心主体育场钢结构支撑胎架同步卸载技术[J].施工技术,2011(9):33—36.[6]郭彦林,崔晓强.大跨度复杂钢结构施工过程中的若干技术问题及探讨[J].工业建筑,2004.34(12):1—5.图17结构竣工示意[7]邱式中,桂业琨.梁的施工技术一大型设备吊装法[J].预应力技术,2007,60(1):36—41.结构几何尺寸及安装偏差得到监理及设计单位的认可,并通过结构“长城杯”验收。本工程优质、高效完成,同时为获得“鲁班奖”奠定了坚实的基础。[8]何战武,王者龙.复杂环境下钢结构吊装技术分析[J].山西建筑,2012,38(10):107一109.[9]陈飞飞,张宇,钱汉忠.大型汽车吊抬吊桁架梁安装工艺[c]//2012年全国钢结构设计与施工技术学术交流会论文集.海口:2012:259—263.参考文献[1]陈晓东,邵新宇,汪晓阳,等.沈阳市府恒隆广场大跨度巨型桁架安装技术[J].钢结构,2011,26(5):60—62.[2]GB50205—200l钢结构工程施工质量验收规范Is].[】o]亓建国,龚光宁,周保平.二氧化碳气体保护焊在钢结构施工中的应用[c]//全国焊接工程创优活动经验交流会论文集.亚安:2011:56—57.68钢结构2013年第10期第28卷总第177期万方数据

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