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无锡尚能一期钢结构工程施工技术

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    祝天东
    （上海宝冶建设有限公司，上海 200941）
    [摘要] 针对无锡尚能研发楼异形框架及平面桁架的结构特点，经过仿真模拟计算，采取相应的施工措施，既保证了安装精度，又经济合理的完成了此类结构的安装。
    [关键词] 钢桁架 、箱形梁、测量控制网、焊接变形

    1、结构特点
    尚德公司研发大楼设计在我国建筑领域首次引进了“零能耗”、“功能型”、“生态建筑”的概念，是一座光伏技术应用示范、建筑审美等多种功能于一体的综合性、零能耗、绿色建筑示范项目。
    生产研发楼二~八层为组合楼面钢框架结构，檐高34.90m。每层结构形状各异，各层平台外框框架梁在转角处为圆弧形式且煨弯半径较小。框架钢柱为圆形钢管柱，整个框架结构由31根固定钢柱和26根吊柱做支撑。由抗风桁架与屋面钢桁组成的结构体系作为框架结构的外围结构，桁架构件均为方钢管，主桁架为平面桁架，次桁架既有平面桁架，也有空间桁架。
    2、施工特点、难点分析
    2.1构件数量多、焊接变形大、安装精度要求高
    研发楼框架结构2-5层结构大部分钢梁有钢柱做支撑，6-8层为悬吊结构，每层框架梁均由形状各异的方钢管经煨弯制作而成，见图1。

    由于方管钢梁每个接口均需焊接，如不对安装顺序和焊接顺序进行合理的组织，采取相应的减小焊接应力技术措施，将造成很大的焊接变形及焊接应力，很难保证最终的安装精度要求。
    2.2 外围抗风桁架和屋面桁架长度大，刚性差
    由于屋面桁架长度达35.2米，抗风桁架最长为36.5米。如果先吊装抗风桁架，再吊装屋面桁架，需要增加大量的临时支撑，增加施工成本的同时也影响施工进度。经过分析，采用双机抬吊、一次就位的施工工艺。经过因此采用分两段加工现场拼装的施工工艺。
    2.3 屋面结构挠度的控制
    由于框架结构6-8层为悬吊结构，上吊点大多设在屋面结构的次桁架上，各层钢梁安装完成后需铺设楼层板再浇筑120mm的砼。因此，在桁架制作时要对桁架进行预起拱，起拱值的计算必须与现场施工工艺相结合。利用专业设计软件对现场施工工序进行仿真模拟计算，最后确定出各桁架合理的起拱数据。
    3、钢结构安装
    3.1 安装工艺流程如下：

    3.2 吊装工况分析
    根据钢梁及拼装后的桁架重量、吊装设备的起重性能以及构件的吊装高度，在吊装前进行详细的工况分析，以确定吊机的行走路线、构件的吊装方式和起吊位置。
    4 安装措施
    4.1 抗风桁架和屋面桁架的吊装要点
    研发楼屋面桁架采用150吨和50吨两台履带吊机双机抬吊的方式进行安装，50吨吊机先把抗风桁架起吊，柱脚连接固定好后将抗风桁架调整至设计角度。然后150吨吊机将屋面桁架起吊至设计高度，与墙体支座连接固定后与抗风桁架用临时固定卡板进行连接，单榀桁架安装完成后，用揽风绳固定后吊机方可松钩。然后吊装第二榀桁架，临时固定后安装两榀桁架间的次桁架形成稳定的结构体系后方可将揽风绳拆除。照此方法逐步推进，直至全部主次桁架安装完成，吊装示意图见图2。

    桁架高空对接时为保证对接精度，桁架弦杆在制作时需预先安装好定位卡板，见图3。

    4.2悬吊结构安装要点
    悬吊结构安装前屋面桁架必须全部安装到位并焊接完成。屋面桁架安装完成后，先将悬吊柱安装在屋面桁架上，悬吊钢梁安装顺序是先安装八层结构，再安装七层，最后安装六层结构；每层结构先安装内部结构，再逐步向外扩展。局部结构安装示意图见图4。

    5 施工技术措施
    5.1 桁架起拱措施
    由于6－8层为悬吊结构，上吊点均设在屋面桁架的主次桁架上，因此，在桁架拼装或桁架制作式必须进行预起拱，起拱值是经过通过STEEL设计模型，按照现场施工工序进行逐步计算机方针模拟计算得来的。起拱在桁架制作时完成，采用火焰起拱工艺，具体方法是在桁架弦杆起拱位置进行火焰烘烤，见图5。

    每处只能烘烤一次，当烘烤位置不能满足拱度要求时，在吊点两侧继续进行烘烤，见图6：

    5.2 焊接变形控制
    虽然本工程需焊接的板材多为中板（12－25mm）,但焊接量极大，主要焊接节点有上下柱对接，主桁架拼接，主次桁架焊接、梁梁（箱形）焊接等，且柱梁采用栓焊结合的节点连接形式，因此，焊接变形的控制是本工程的难点和重点。
    5.2.1桁架拼接的焊接变形控制：由于主桁架长度较长且是平面桁架，焊接过程中，如控制不好很容易引起较大的变形。根据本工程为矩形管桁架的特点，我们采取如下焊接顺序来减小焊接变形:先同时对称焊接两个侧面的焊缝，然后对称焊接上下两条焊缝。
    5.2.2 框架结构的焊接变形控制：由于本工程框架梁多是箱形梁，均采用焊接连接，因此，每层结构的焊接量很大，需对焊接变形加以严格控制。采取的减少焊接应力及焊接变形措施有：
    1）确定合理的焊接顺序：结构安装到位后，先焊接结构中间的焊缝，逐步往周边焊接；
    2）对称焊接法：吊柱周围焊缝采用两人或多人对称焊接；
    3）跳焊法：焊缝较长时采用的分段焊接，每段为100-200MM;
    4）锤击焊缝法：锤击焊缝法，即用圆头小锤对焊缝敲击，可减少焊接变形和应力。因此对焊缝适当锻延，使其伸长来补偿这个缩短，就能减小变形和应力。锤击时用力要均匀，一般采用0.5Kg?1.0Kg的手锤，其端部为圆角（R=3?5mm）。底层和表面焊道一般不锤击，以免金属表面冷作硬化。其余各道焊完一道后立刻锤击，直至将焊缝表面打出均匀致密的点为止。
    5.3 施工测量控制措施
    由于本工程框架结构形状多为不规则的曲线形式，主桁架为平面桁架，加之悬吊结构对屋面桁架挠度的影响，要求施工过程的测量控制措施必须合理有效方能保证最终的安装精度。
    5.3.1测量仪器的选择
    依据结构特点及安装精度要求，施工现场配置一台TOP全站仪，用于工程平面控制网的测设、构件的拼装及安装检测及结构变形检测；一台博飞J2经纬仪，用于定线、长轴线测设；一台索佳C32Ⅱ水准仪，用于用于标高测设。这样，可以满足本工程施工全过程、全方位的测设要求。
    5.3.2平面测量控制网的建立
    根据工程的整体布置，建立控制网，测量控制网由测量基准点和各轴线主要投影点构成。同时场外应各建立了三个能相互通视的测量基准点和二个高程水准点，以便于相互校核。
    1）控制网的测量基准点满足了全站仪在施工过程中定位施测的基准、通视要求和具备定期复核精度条件。
    2）各轴线主要投影点，在吊装前即施测标识在砼结构上，并需进行闭合测量，满足了精度要求。在此基础上，根据施工要求，又增设若干辅助控制点，便于构件安装时的定位。
    5.3.3测量控制
    本工程的测量重点主要有以下几方面：
    （1）钢柱安装精度控制：钢柱安装精度控制重点有钢柱轴线偏差、垂直度偏差、钢柱牛腿标高偏差等项目；
    （2）桁架挠度控制：测量重点在每榀桁架中存在悬吊柱的节点挠度控制。分三阶段进行控制：悬吊结构未安装之前、悬吊结构安装到位后、每层悬吊结构屋面浇注砼后的最终挠度。
    以上测量成果经与计算机模拟计算结果相对比，结果基本吻合。
    6 结语
    无锡尚德太阳能研发楼钢结构工程是异形框架结构和管桁架两种结构形式的有机结合体，通过采用双机抬吊的施工工艺提高了安装工效，保证了施工进度要求；通过ANSYS、SAP2000结构分析软件和STEEL专业设计软件等对施工情况进行模拟计算分析，为构件制作精度和结构安装精度的保证提供了科学的依据，从而，获得了较高的经济效益和社会效益。
    附页：结构封顶后的局部照片

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