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企业发展大厦钢结构施工技术

作者：牛传波等    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
摘 要：本文以上海企业发展大厦钢结构为例，阐述了十字型与箱型组合钢柱的制作、小夹角支撑问题的处理及小截面十字型钢柱现场拼接节点的处理等问题。 关键词：企业发展大厦，十字型－箱型组合柱，十字型柱，支撑

    1、工程概况
    由山东莱钢建设有限公司承建的上海北大青鸟企业发展大厦工程位于长宁区江苏路愚园路交口处，该工程总建筑积面54105平方米，其中办公楼高26层，建筑高度99.8m，面积24341平方米。公寓式办公楼高17层，面积11597平方米，裙房三层以商业为主，面积9249平方米。地下室二层，总建筑面积8918平方米。
    上海北大青鸟企业发展大厦工程主体结构为钢结构框架－支撑体系，框架柱为箱型柱、十字型柱、箱型与十字型组合柱，断面为□1300×900～□400×400等规格，自下而上由大变小；钢梁为H型钢梁、桁架，断面自900×350～350×150等规格，多为焊接H型钢，加工工艺要求高，安装难度大；部分轴线设有支撑，支撑为X形、八字形等形式，箱型柱及H型钢截面；框架柱延伸至地下一层，本工程主体钢结构重量约6000吨。
    2、工程特点
    2.1本工程地下室钢柱采用十字型-箱型组合钢柱，十字型-箱型组合钢柱的制作。
    2.2十字型柱现场安装节点，由于本工程十字型柱为＋400×250，工地拼接时如何连接。
    2.3小夹角支撑问题的处理。
    2.4弧形钢梁制作技术
    2.5桁架的制作、安装
    3、施工技术
    3.1十字型－箱型组合柱的制作
    将十字型柱、箱型柱按图纸尺寸分别制作，制作完成后，再组装成整体。
    3.1.1十字型柱制作
    将十字型分解成一个H型和两个T型，两个T型再点焊在一起组成H型，后按H型钢制作工艺制作，焊接完后，将两T型分开，和H型组装成十字型。
    3.1.1.1构成十字型柱的钢板下料采用多头数控火焰切割，长度方向应加放适当的加工余量；
    3.1.1.2先将三块板组装成H型，将另四块板组装成双T型，后在组装成H型；
    3.1.1.3H型钢焊接前应预热，预热采用电子温控仪，预热时应四条焊缝同时预热，预热温度控制在120－150℃；
    3.1.1.4焊接采用H型钢焊接生产线，H型钢置放在H型钢专用焊架上，来回翻转，直至焊完；
    3.1.1.5将双T 型分解，和H型钢组成十字型；
    3.1.1.6十字型柱焊前预热；
    3.1.1.7用悬臂埋弧焊机焊接十字型柱四条焊缝，十字型柱放在专用胎具上，焊接第一道焊缝两－三遍，焊接第二道焊缝两－三遍，在依次焊接第三、第四道两－三遍，依次翻转，直至焊完；
    3.1.1.8焊后矫正。
    3.1.2箱型柱制作
    3.1.2.1构成箱型柱的板材下料采用多头数控火焰切割。长度方向加放适当的加工余量（按2‰预留）；
    3.1.2.2箱型柱的组装顺序，将箱型柱放在U型组立机上，先组装三块柱身板，再组装隔板、横隔板、柱顶板，其中隔板应在柱身板上标记焊接预定线，横隔板应标注方向；
    3.1.2.3隔板焊缝属于隐蔽焊缝，应检验合格，才能组装最后一块柱身板；
    3.1.2.4 箱型柱焊接前应预热，预热采用电子温控仪，预热时应四条焊缝同时预热，预热温度控制在120－150℃；
    3.1.2.5焊接采用双丝龙门焊，两条焊缝同时焊接，焊接2－3遍后，翻转焊另两道焊缝2－3遍，再翻转直至焊完。
    3.1.2.6矫正后，端面铣，以端面铣削面为基准点，量出总长度。
    3.1.3十字型和箱型组合柱的制作
    3.1.3.1将以加工好的十字型柱和箱型柱在自制胎具上组装，组装时注意十字型柱柱身板和箱型柱柱身板的接口的平直度；
    3.1.3.2由于十字型柱插入箱型柱内，插入深度900?－1500?不等，插入部分的焊缝焊接是施工难点，我们通过分析，自制悬臂焊接机，很好的解决了这一焊接难点；
    3.1.3.3焊前预热，预热采用电子温控仪，预热时应四条焊缝同时预热，预热温度控制在120－150℃；
    3.1.3.4用自制悬臂焊埋弧焊机焊接，焊第一道焊缝2－3遍，翻转焊第二道焊缝2－3遍，在依次焊第三、四道焊缝2－3遍，来回翻转，直至焊完。
    3.1.3.5焊接完毕后，矫正，组装牛腿。
    3.2十字型柱现场安装节点处理
    由于本工程裙房钢柱为十字型柱，规格为＋400×250，如图1所示：

    原设计十字型柱现场安装节点为焊接，十字型柱翼板焊接可以，而腹板由于没有操作空间，根本无法焊接，经于设计联系，建议改为栓接，设计同意后，栓接螺栓施工又是一大问题，电动扳手、扭矩扳手根本无法施工，我们通过分析，自制了套筒（如图2所示），并通过试验，确定扭矩系数，和设计、监理沟通，以技术核定单确定，在施工中做好施工记录，很好的解决了十字型柱现场对接问题。

    3.3小夹角支撑的处理
    在高层钢结构住宅的抗震设防结构中，钢支撑在构造上两端应刚接。但正如本工程所遇到的支撑体系一样，由于柱间距与层高的限制，会出现部分支撑与柱（或梁）之间的夹角偏小，从而给刚接焊缝的焊接带来一定的困难，引起一部分设计和施工人员深感此焊缝质量要求的实现有一定难度，但往往又忽视了规范允许的支撑节点细部变化处理。
    同时，由于是高层钢结构，其下部结构中就会有部分构件（如柱）壁厚较厚，因而也就产生施工过程中的夹角交点与板厚处理问题，其将对焊接坡口和加劲肋（隔板）位置产生变化，如不引起注意，将减弱加劲肋（隔板）的作用。因此，开展对小夹角支撑节点处理的分析和探讨就显得非常重要。
    小夹角支撑节点如不分柱梁位置，其基本形式会出现如图3所示的三种情况。

    现就本工程支撑杆件采用H形截面和箱形截面时，节点出现小夹角的情况分别作一分析。
    3.3.1H形截面支撑节点的处理
    在高层钢结构抗震设防设计中，H形截面支撑在构造上两端应刚接，则在节点上的悬伸支承杆与柱梁连接时，上下翼缘应采用坡口全熔透焊缝连接。在实际工程中由于出现如图三所示的支撑小夹角，因此会产生坡口加工的方法选择和节点细部的处理。
    当出现如图2中a或c节点时，一般可作单纯的坡口处理的形式来解决，即如图四所示。在编制工艺文件时，应考虑焊缝处翼板的板厚而调整焊接坡口的角度，以达到既不加大坡口角度，又达到焊缝全熔透的目的。

    当出现如图2中b（或c）的情况时，由于翼板焊缝与另一侧杆件（柱或梁）过近，会引起焊接不便，同时过多的靠近柱与梁的连接焊缝，焊接时将产生焊缝重叠，从焊缝外观和内部质量均不利。因此在钢结构详图设计或工艺编制中应对悬伸支承杆改变形状，如图五所示进行细部处理，改变焊缝所处位置，以达到方便焊接和离开柱与梁的连接焊缝。此工作虽然增加了一定的制作工作量，但从整个工程来说是必要的。

    3.3.2箱形截面支撑节点的处理
    箱形截面支撑杆件节点同样要求悬伸支承杆两端与柱梁框架刚接，虽然在设计中通常将悬伸支承杆设计得较短，但要从内侧进行角焊的话仍有一定的难度，特别是小尺寸的箱形杆件。因此在设计和施工过程中往往采用加垫板单侧坡口焊，以保证焊缝的全熔透。但碰到小夹角支撑节点时，就会发现其钝角处焊接坡口很好处理，但锐角处的焊接坡口加工时，由于板材本身的一个夹角存在，再加上一个焊接坡口角度，这样翼板的坡口就比较难加工，特别是小夹角支撑锐角处翼板的焊接坡口加工就更难。另外小夹角处的焊缝角度也将影响焊工的操作和焊缝质量。因此有必要对箱形截面支撑的小夹角处的翼板和腹板作一下细部处理。处理方法如图6所示。

    另外，箱形截面支撑也会碰到前面所说的H形截面支撑翼板焊缝与柱梁连接焊缝过近的状况，因此应参照图五进行细部处理。
    4、加劲肋（隔板）的位置移动
    高层钢结构设计中，支撑翼板与柱（或梁）的连接时，在柱、梁处应设置加劲肋，当柱是箱形截面时，在柱内设置隔板。该板的位置应与支撑翼板位置相对应，以承受和传递翼板对柱和梁的水平或竖向分力。由于实际工程中小夹角的出现和柱（或梁）的下部结构构件壁板较厚，如采取将支撑杆翼板中心线延伸到柱（或梁）板连接处的另一侧面，并以该点为基准设置加劲肋（隔板）的话，就会产生如图7所示的情况。

    此时翼板所传递的分力不是直接垂直传递给加劲肋（隔板），而是通过柱（或梁）的翼板，改变力的方向后再传递到加劲肋（隔板），实际上改变了有关板的作用。因此，在详图设计和加工工艺文件编制中应将图七中所产生的△加以处理，使其尽可能地消失，以确保支撑翼板的分力传递实际与理论计算相接近。具体加劲肋（隔板）位置移动如图八所示。

    4.1本工程办公楼外部轮廓为鸭蛋型，外部钢梁全为弧形，为保证钢材利用率，降低工程成本，在工程开工前，将弧形梁进行统计，采用排版套料法和合理拼接，将刚才利用率控制在90%左右，大大节省了材料。
    4.2本工程裙房为商业，在裙房为中央部位为大厅，大厅贯穿1—3楼，为保证大厅跨度及采光度，在裙房顶部采用桁架结构，桁架长28米，高2米。
    4.2.1桁架的制作
    桁架上、下弦杆为H400×400，腹杆为L140角钢，在加工厂分两段制作，工厂预拼装，现场组装。
    4.2.2桁架的安装
    在现场制作平台，组装桁架，保证桁架的起拱度，桁架采用130吨汽车吊安装，整体吊装，见图9。

    5、 结束语
    上海北大青鸟企业发展大厦工程整体设计富于动感，外观气派宏伟；设计者力求建造一个舒适、高品位的办公、生活环境；结构形式新颖独特，体现了现代钢结构设计的先进理念。本工程钢结构项目实施过程中得到了中国建筑金属结构协会和上海市金属结构行业协会专家的指导和支持，确保项目顺利实施。该项目已荣获2006年中国建筑钢结构“金奖”和2006年上海金属结构建设工程“金钢奖”特等奖。
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