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大懸挑箱型梁鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝技術(shù)??記泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)安裝

作者：夏 克 儉    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
介紹泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)工程的安裝施工技術(shù)．特別是對(duì)大型懸挑箱型梁吊裝施工中的吊機(jī)選型，安裝定位，焊接，卸載等技術(shù)作了詳細(xì)的闡明．為以后進(jìn)行同類(lèi)工程安裝給予一定的借鑒． 關(guān)鍵詞：箱型梁 鋼結(jié)構(gòu) 安裝技術(shù) 卸載

    1.工程概況
    泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)是整個(gè)新體育中心的標(biāo)準(zhǔn)性建筑，為甲級(jí)體育建筑，總建筑面積達(dá)40753多平方米．體育場(chǎng)由約四萬(wàn)人看臺(tái)，三個(gè)燈塔柱，一個(gè)火炬柱三部分組成，用鋼量近5千噸，體育場(chǎng)看臺(tái)屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)箱型梁懸臂梁加支撐體系鋼屋蓋，猶如正在綻放的花瓣；燈塔和火炬柱上部柱身結(jié)構(gòu)采用豎向懸臂鋼衍架結(jié)構(gòu)，尋求蓄勢(shì)待發(fā)的力度感．懸挑拱型條箱型條下設(shè)支撐，懸挑端部設(shè)置Ф800鋼管落地拱．懸挑箱型梁之間設(shè)聯(lián)系梁與支撐，梁上分布鋼管檁條．
    2.本工程的技術(shù)難點(diǎn)
    泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)看臺(tái)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由44榀懸挑箱型梁及其梁之間支撐，落地拱等結(jié)構(gòu)組成的四塊雙曲面懸挑拱形結(jié)構(gòu)．其箱形梁和落地拱，主懔條鋼管等都是彎曲的，構(gòu)件連接有焊接的栓接的和鎖接的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工過(guò)程需細(xì)致，安裝起來(lái)耗時(shí)耗工．綜合起來(lái)工程存在以下難點(diǎn)：
    （１）鋼管的彎制加工和管相貫線(xiàn)切割精度控制難．
    （２）懸挑彎曲箱型梁制作的匹配性控制．
    （３）懸挑箱型梁結(jié)構(gòu)安裝精度控制．
    （４）卸載撓度值難以控制．
    3.施工關(guān)鍵技術(shù)
    項(xiàng)目針對(duì)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工技術(shù)難點(diǎn)，組織技術(shù)攻關(guān)，深入到施工現(xiàn)場(chǎng)提煉施工技術(shù)和管理方法的精華，經(jīng)過(guò)精心的研究和實(shí)踐，制定了五項(xiàng)具有代表意義的關(guān)鍵技術(shù)．即：
    （５）構(gòu)件匹配制造技術(shù)．
    （６）鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)．
    （７）鋼結(jié)構(gòu)安裝測(cè)量定位技術(shù)．
    （８）鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接技術(shù)．
    （９）鋼結(jié)構(gòu)卸載技術(shù)．
    4.構(gòu)件匹配制造技術(shù)
    體育場(chǎng)主體鋼結(jié)構(gòu)工程量約為4千噸．其中懸挑彎度箱型梁由于尺寸太大，汽運(yùn)及吊裝都需分段進(jìn)行，因而為保證彎曲箱型梁的流線(xiàn)形狀，必須進(jìn)行整根梁匹配制作，再分段進(jìn)行運(yùn)輸，安裝．由于箱型梁最長(zhǎng)的有40多米，則將箱型梁分為3至4段進(jìn)行運(yùn)輸；在安裝現(xiàn)場(chǎng)，再進(jìn)行拼裝，每根梁只留2段進(jìn)行吊裝，以減少空中焊接的工程量．滿(mǎn)足250噸吊機(jī)吊裝參數(shù)的，可將梁拼成一整根梁進(jìn)行吊裝．匹配制作胎架如下：

    匹配制作工藝是將整根箱型梁進(jìn)行整體側(cè)臥拼裝制作，整根梁的線(xiàn)形在地面拼裝平臺(tái)區(qū)放樣好．再按梁結(jié)構(gòu)線(xiàn)形進(jìn)行裝配，當(dāng)梁焊接完成后，再分段拆開(kāi)，噴砂，油漆工作完成后，最后裝車(chē)發(fā)運(yùn)到工地現(xiàn)場(chǎng)．這樣完整的匹配制作，保證了箱型梁彎曲弧形的線(xiàn)形及箱型梁的制作精度．
    ５.鋼結(jié)構(gòu)安裝測(cè)量定位技術(shù)
    針對(duì)工程施工的實(shí)際情況，鋼結(jié)構(gòu)安裝的工序交叉多，對(duì)測(cè)量精度要求非常高，必須建立長(zhǎng)期穩(wěn)定，統(tǒng)一基準(zhǔn)的測(cè)量控制體系．
    由于本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝定位點(diǎn)均為空間三維坐標(biāo)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)間緊迫，因而采取分層測(cè)量，作地面標(biāo)記，吊裝定位測(cè)量與地標(biāo)吊線(xiàn)核對(duì)結(jié)合確定定位坐標(biāo)．形成一整套從地面看臺(tái)到空中點(diǎn)的施測(cè)方法的空間三維快速定位技術(shù)．并通過(guò)快速定位，精確校核的方法進(jìn)行快速安裝．示意圖如下：

    鋼結(jié)構(gòu)的安裝測(cè)量，為保證構(gòu)件安裝控制點(diǎn)的相對(duì)精度．首先采用全鉆儀在體育場(chǎng)原點(diǎn)進(jìn)行全場(chǎng)44榀梁和燈，火炬柱的軸線(xiàn)測(cè)量劃線(xiàn)，并作好控制點(diǎn)的垂直地面投影標(biāo)記．再進(jìn)行軸線(xiàn)之間控制點(diǎn)水平距離的復(fù)核，采用鋼卷尺拉側(cè)復(fù)查．
    當(dāng)構(gòu)件吊裝時(shí)，再采用全鉆儀多構(gòu)件控制點(diǎn)進(jìn)行定位測(cè)量，同時(shí)從定位點(diǎn)處用線(xiàn)錘吊線(xiàn)復(fù)核看臺(tái)上軸線(xiàn)標(biāo)記點(diǎn)，這種天地結(jié)合的施測(cè)方法，即快又準(zhǔn)地保證了三維空間位置的精確定位的精度要求．
    ６.鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)
    ６.１　體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的吊裝
    體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋工程，共有大懸挑箱型44榀，其中最長(zhǎng)45.5米，型高13米．箱型的吊裝分段很重要，不僅要考慮各分段重量，安裝作業(yè)半徑和采用最經(jīng)濟(jì)合理的吊裝，用時(shí)各分段吊裝中的支撐塔架的穩(wěn)定性，吊裝順序的確定都是施工的關(guān)鍵．根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，工期緊迫的要求及吊裝機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，將大懸挑箱型梁分為每段兩段安裝，在高空只有一處對(duì)接縫施工．吊裝分段最長(zhǎng)為22.6米，型高12.5米，最重一段為42.8噸，作業(yè)半徑最小15米．箱醒梁分段工分成80吊，斜支撐有36吊，將能滿(mǎn)足吊機(jī)參數(shù)的盡量合拼，見(jiàn)少吊數(shù)，以縮短工期．燈塔，火炬柱分成1~2段進(jìn)行吊裝．
    綜合考慮體育場(chǎng)箱型梁，燈塔，火炬柱等大構(gòu)件的吊裝，主大構(gòu)件最終選用一臺(tái)250噸履帶吊機(jī)和一臺(tái)100噸履帶吊．250噸履帶吊機(jī)在體育場(chǎng)外圍圈進(jìn)行吊裝，箱型梁采用250噸履帶吊機(jī)吊裝參數(shù)如下：

    大懸挑箱型梁吊裝步驟如下：
    步驟一：四個(gè)區(qū)大懸挑箱型梁吊裝，將箱型梁第一和第二在地面拼裝好后，安裝好斜撐。箱型梁第一和第二兩段合成一段采用250t履帶吊進(jìn)行吊裝，當(dāng)梁段吊裝落位時(shí)梁座板套進(jìn)錨栓后，拉動(dòng)斜撐上的手拉胡蘆，安裝好斜撐下端銷(xiāo)軸，調(diào)整箱梁晃繩的手拉胡蘆，調(diào)整好梁段坐標(biāo)，將梁段左右晃繩錨固在看臺(tái)上，用手拉胡蘆拉緊，保證箱梁的平面穩(wěn)定性。

    步驟二：四個(gè)區(qū)大懸挑箱型梁第三段在場(chǎng)內(nèi)拼裝好后用1臺(tái)100t級(jí)履帶吊吊裝，箱型懸臂梁端點(diǎn)加支撐架；箱型懸臂梁第三段與第二段焊接采用吊籃或腳手架操作臺(tái)操作；示意圖如下：

    四個(gè)區(qū)箱型懸臂梁第三段吊裝前，需用油漆在看臺(tái)上和梁端口作好中心線(xiàn)、軸線(xiàn)及定位點(diǎn)等的標(biāo)記。并在箱型懸臂梁第一段端口底板下面焊接上兩塊定位板，在一邊腹板外側(cè)上焊接兩塊限位擋板。
    箱型梁最端點(diǎn)高度坐標(biāo)需加下?lián)现怠Ｆ渲渭艿闹吸c(diǎn)需墊高個(gè)下?lián)现?。支撐架落在看臺(tái)上的，其看臺(tái)下相應(yīng)位置斜梁下進(jìn)行加固支撐一層，作為看臺(tái)強(qiáng)度的加強(qiáng)保險(xiǎn)。
    大懸挑箱型梁第三段吊裝落位后，調(diào)準(zhǔn)定位坐標(biāo)，梁段左右晃繩錨固在看臺(tái)上，用手拉胡蘆拉緊，保證箱梁的平面穩(wěn)定性；在進(jìn)行箱型梁第二段與第三段對(duì)接縫的施焊，先焊上面板對(duì)接縫，再對(duì)稱(chēng)焊兩腹板對(duì)接縫，最后焊底板對(duì)接縫。
    當(dāng)本區(qū)箱梁第二段連續(xù)吊裝好三榀以上后，需在前一二榀之間吊裝一根水平支撐鋼管，增加箱梁平面穩(wěn)定性。
    ６.２　燈塔，火炬柱的吊裝
    在體育場(chǎng)四個(gè)角均在著三個(gè)燈塔，一個(gè)火炬柱．塔柱均?架結(jié)構(gòu)最高標(biāo)高為70米．由于塔柱?架結(jié)構(gòu)Ｈ型鋼桿件較多，高空散裝，片裝的支撐架太大且高，因而采用?架地面整體拼裝，分節(jié)段進(jìn)行一節(jié)一節(jié)的吊裝．這樣即減少了空中工程量，又縮短了施工周期，并保證了燈塔，火炬柱的線(xiàn)型精度．
    燈塔，火炬柱吊裝步驟如下．
    燈柱火炬為格構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)，拼裝時(shí)先分片拼裝，在整體拼裝。
    燈柱分片拼裝胎架示意圖如下：



    ７.鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接技術(shù)
    針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝的實(shí)際情況，在地面采用ＣＯ2氣焊和手工電弧焊；在高空全部采用手工電弧焊．　　
    本工程使用低合金高強(qiáng)度Ｑ345Ｂ級(jí)鋼材，焊縫質(zhì)量要求高，箱型梁在空間組對(duì)焊縫均為平，立，橫，仰焊，圓鋼管為全位置焊，制定了完善的組對(duì)構(gòu)件焊接工藝流程，減少焊接變形是施工的技術(shù)難點(diǎn)．
    根據(jù)構(gòu)件實(shí)際使用的強(qiáng)度等級(jí)，接頭約束度大小及焊接方法，防止焊縫及熱影響區(qū)形成脆性金相組織和焊縫冷裂紋問(wèn)題．
    制定合理的焊接方法和焊接順序來(lái)控制焊接變形，箱梁空中對(duì)接，采用了對(duì)稱(chēng)焊接，先焊上部，再焊下部的焊接工藝，保證焊接質(zhì)量．箱梁地面拼裝，搭設(shè)擋風(fēng)蓬，采用ＣＯ2氣體保護(hù)焊，對(duì)稱(chēng)施焊，控制焊接質(zhì)量．
    箱型梁端部落地拱鋼管的焊接．按照吊裝順序，對(duì)鋼管落地拱的焊接采用＂從兩端到中間施焊＂的方法進(jìn)行焊接作業(yè)．另外，由于管徑較大采取兩名焊工同時(shí)對(duì)稱(chēng)施焊的方法，有效縮短單個(gè)焊縫的焊接時(shí)間．
    懸臂梁安裝兩三榀完畢后，進(jìn)行懸臂梁落地拱鋼管的吊裝。采用100和250噸履帶吊，場(chǎng)內(nèi)外吊車(chē)同時(shí)作業(yè)。示意圖如下：

    落地拱鋼管分段需在廠內(nèi)預(yù)拼，并且接頭部位錯(cuò)開(kāi)箱形懸臂梁端部300?，保證落地拱鋼管弧度的光順及坐標(biāo)的準(zhǔn)確性。
    落地拱鋼管安裝是從兩邊低端開(kāi)始安裝，向中間高端安裝合攏。當(dāng)本區(qū)落地拱鋼管安裝到最后一條封閉合攏縫時(shí)，要采取特別的時(shí)段進(jìn)行施工；落地拱鋼管最后一條封閉合攏縫焊接施工時(shí)間為：晚上九點(diǎn)以后，到早晨九點(diǎn)以前；使焊接施工期間氣溫在25℃至35℃之間，并且天氣晴朗無(wú)雨。
    落地拱鋼管封閉合攏要求：
    ①落地拱封閉合攏處：本區(qū)落地拱最高鋼管對(duì)接縫。如兩條一樣高，則任取一條鋼管對(duì)接縫。
    ②落地拱封閉合攏時(shí)間：晚上九點(diǎn)至早上九點(diǎn)。
    ③落地拱封閉合攏時(shí)機(jī)：本區(qū)落地拱除封閉縫外，其它焊縫全部焊接完。
    ④封閉縫焊接要求：封閉處鋼管對(duì)接焊縫需對(duì)稱(chēng)施焊并一次焊接完成。
    ８.大懸挑箱型梁鋼結(jié)構(gòu)屋蓋卸載技術(shù)
    體育場(chǎng)每區(qū)拱形鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在吊裝時(shí)是在每根懸挑箱型梁端部采用支撐胎架支承的空間結(jié)構(gòu)體系，支撐拆除過(guò)程是一個(gè)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的過(guò)程．由于箱型梁懸挑較大，支撐胎架卸載過(guò)程必然使懸挑拱形屋蓋結(jié)構(gòu)發(fā)生復(fù)雜的內(nèi)力和變形變化，本工程的卸載方案以懸挑箱型梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析為依據(jù)，模擬單根卸載過(guò)程對(duì)箱型梁結(jié)構(gòu)下?lián)现档挠绊?，保證結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形在設(shè)計(jì)及施工控制范圍內(nèi)．
    卸載時(shí)荷載對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的沖擊力比較大，因此卸載時(shí)一定要使荷載緩慢逐步轉(zhuǎn)移，使支撐架荷載減少到零后，再拆除支撐架．卸載程序如下：
    支撐卸載第一階段：支撐點(diǎn)更換成千斤頂。在每榀箱梁前端支撐處裝上50噸千斤頂，加力頂緊后，將箱梁相連的支撐焊接點(diǎn)割除，并留有箱梁下?lián)峡臻g，使箱梁支撐處只與千斤頂接觸；
    支撐卸載第二階段：箱梁整體卸載。當(dāng)本區(qū)每榀箱梁支撐點(diǎn)都換上千斤頂后，檢查支撐架，擰緊扣件螺栓，收緊支撐架各攬風(fēng)繩，進(jìn)行整體統(tǒng)一的千斤頂下降，操作時(shí)需協(xié)調(diào)統(tǒng)一，步調(diào)一致，達(dá)到千斤頂同步下降。整個(gè)千斤頂下降過(guò)程需全站儀測(cè)量跟蹤觀測(cè)監(jiān)控。
    卸載監(jiān)測(cè)：本區(qū)箱梁整體卸載時(shí)，將全站儀架設(shè)在箱梁軸線(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)中間，對(duì)本區(qū)每榀箱梁端點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，并記錄卸載前其各坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)值；當(dāng)支撐卸載操作中時(shí)，用全站儀進(jìn)行逐個(gè)箱梁端點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量，即跟蹤下降數(shù)值；當(dāng)支撐卸載操作到位時(shí)，用全站儀進(jìn)行逐個(gè)箱梁端點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量，并記錄卸載后其各坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)值，計(jì)算出下?lián)现怠?br /> 支撐卸載第三階段：支撐拆除。當(dāng)本區(qū)箱梁卸載完后，箱梁與支撐架完全分離，開(kāi)始進(jìn)行腳手架拆除，拆至腳手架頂標(biāo)高為馬道位置，形成一工作平臺(tái)，用于滿(mǎn)足馬道結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的施工。
    ９.結(jié)束語(yǔ)
    泉州市海峽體育中心體育場(chǎng)是目前國(guó)內(nèi)唯一采用箱型懸挑梁鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的結(jié)構(gòu)形式，特別是梁端的落地拱設(shè)計(jì)，起到平衡，加固，美觀了屋蓋拱結(jié)構(gòu)的作用．這種獨(dú)特新穎空間結(jié)構(gòu)形式的建筑，使施工要尋求適合此工程特點(diǎn)的加工制作，安裝方法及焊接技術(shù)；本文中介紹的各種技法對(duì)以后類(lèi)似工程具有一定的參考借鑒作用。
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