钢结构连廊大跨度钢梁施工技术

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钢结构连廊大跨度钢梁施工技术

山东茂隆新材料 2020-11-16 1574


上海百联国际广场工程是一坐综合型兼备购物、数码影院、百货超市、家电、电脑、餐饮、商务展示文化功能为一体的商业中心,建筑面积43.15万平方米,地下二层,地上28层。整体分A、B、C三区,其中A区酒店(一)与写字楼(二) 55.050~58.250m标高处用34.5米大跨度钢连廊连接。

1.1本工程钢连廊位于11~14/A~C轴55.050~58.250m标高部位,采用6根H 350×250×10×12钢立柱,外包C50钢筋混凝土。连廊的18榀主梁采用大跨度的H1500×250×25×40型钢,总跨度为34.5米。连廊楼面采用钢砼组合型楼面,楼面次梁采用H 500×200×8×12,楼承板采用1.2厚U51型压型钢板,楼面标高为55.250m。屋面采用HV-450型双坡型板。根据设计要求,钢廊主次梁、柱节点板、连接板均采用Q345B级钢制造。钢柱、钢梁的主材工厂拼接焊缝及现场对接焊缝节点相应开坡口等强焊接为一级焊缝,其余均为二级焊缝。钢梁与框架梁连接处刚节点采用高强度螺栓连接,钢连廊工程由南通建筑总承包有限公司负责总承包施工。

1. 2结合本工程施工的难点

1.2.1吊装难度大:原先考虑采用1台200 T汽车吊和1台50T汽车吊共同完成吊装,由于附近中环线施工改造及真光路道路狭窄,现有场地限制,周边绿化、百年古树的保护,大型吊机无法进场,基于上述因素,放弃了大型吊装运输设备进场的方案,调整为整体拼装“土工”吊装方法施工,但在工程整体进度上受到一定影响。

1.2.2由于本工程钢结构跨度大,其拼装工艺难度较大,节点复杂焊接标准高等难题,因此构件在制作后事先在加工车间预拼,及时对构件调整和校正,消除一些拼装难题,避免了现场拼装过程出现的一些问题,减少了现场拼装的工作量。

1.2.3在运到现场拼装对三维的控制(中心线、起拱、垂直度)也是施工的重点和难点。

2.安装方案的选择

2.1针对现场不利条件,在进行大量的现场调研,查阅结构施工图纸,并对原有结构梁板进行复核验算,几经优化采用工厂预制现场拼装土法吊装的施工方案。

2.2总体施工顺序:

施工准备→工厂加工→现场拼装、安装→检测

3.主要安装施工技术

3.1施工准备

3.1.1根据北京中铁工建筑设计院提供的设计图纸进行深化细化设计,结合施工现场、工厂及运输的要求来进行构件的分批、分段处理,深化设计完成后,请设计及相关单位人员审核确认。

3.1.2由分公司技术科组织项目部施工技术人员共同审图,明确其中制作安装的重点及难点,对制作高、难度大的节点制定相应的措施,编制了详细的加工工艺计划。

3.1.3根据钢结构施工进度计划,相应制定了材料采购、检验及用工计划,落实大型机械进场计划。

3.1.4由于本工程工期紧,施工难度大,精度要求高、拼装焊接量大、三维控制要求高,针对上述条件并邀请相关专家一起会同技术科对制作、安装人员进行了详细的施工技术交底。

4.工厂加工

4.1材料检测

4.1.1对采构进场(厂)的材料按进场清单核对证书、炉批号、数量、规格品质、技术条件、主要标志等是否符合要求,不符合材料标准的严禁使用。

4.1.2材料进厂后进行外观检查和尺寸检查,表面无明显锈蚀、麻坑等缺陷,并对原材料进行抽检,合格的材料做好材质和工程色标,并摆放整齐。

4.2下料、切割

4.2.1根据工程总体部署,现场施工场地及运输条件的限制,连体部分的大梁等只能在工厂内分段制作后运至现场,为确保制作质量能满足结构设计要求,所以构件加工完后在工厂内进行预拼,然后散件运至现场,为了满足运输,将H型钢柱、梁各分成三段进行下料制作。

4.2.2板材切割采用数控切割机下料,节点板和加劲板用剪板机下料,坡口加工采用半自动数控切割机或刨边机加工。对主梁原则上长度按定尺采购,每段放焊接收缩余量2-5mm

4.2.3对次梁等杆件,下料时根据工艺实验所得值放焊接收缩余量1mm,下料后必须立即对构件进行检验,当构件不平直时,应进行矫正。对达不到长度要求的应重新下料。检验后,根据图纸对构件或杆件进行编号,以便装配。

4.3工厂预拼、校正

由于本工程三维要求高、节点复杂,工程量大,为了保证现场钢结构的顺利拼装,加快施工进度,减少现场拼装工期,因此工厂预拼尤其关键和重要。

4.3.1工厂预拼的顺序根据已确定的现场拼装方案进行。

4.3.2预拼完成后,对整体进行矫正,其它允许偏差必须满足规范要求。

4.4构件的除锈及涂装工艺:

4.4.1除锈:

钢结构表面清洁应要求其除锈度等级达到GB8923-88标准,中Sa2.5级标准,现场补漆,采用电动工具除锈达到ST3级标准。

4.4.2涂装工件的表面应有良好的干燥度,任何锈、焊渣、砂尘、油脂都应清除,严重的油污应采用溶剂除油。

4.4.3钢结构表面采用喷丸除锈方法。

4.4.4当喷丸作业全部完成,并经过检验合格后,开动真空吸砂机,进行表面清理工作,即吸丸、吸尘、全面清除钢材表面的灰尘及杂质。

4.4.5涂装条件如空气条件、湿度、钢结构表面湿度、相对湿度和雾点,应符合设计和油漆、涂料的使用说明要求。

4.4.6完工涂装前必须对钢构件在运输过程中及安装过程中损坏的涂装层进行补漆修复,在喷涂最后一道油漆前应对钢结构外表面进行全面清洁处理去灰尘、油污及其它杂质。

4.5构件运输:

4.5.1本工程运输量大,共150多吨,运输日程严格按照施工进度,要求从制作工厂发出,并必须预留一定的路途时间余量。

4.5.2运输过程的技术措施:

所有构件均以成品的形式发运到现场。发运前的构件均进行打包捆扎,直杆件全部用钢框架进行固定,下部用垫木支承。构件与捆绑用钢丝绳之间必须放置橡胶垫之类的缓冲物,所有的包装都必须进行编号并标记在包装上,且每个包装都必须有详细的构件清单。

5.胎架的设置与现场的拼装

5.1现场安装的主要顺序为:轴线复测→钢立柱安装→钢柱外包钢筋混凝土施工→钢梁的安装→楼层次梁的安装→楼层板的安装→屋面系统安装。

5.2现场的拼装

5.2.1钢立柱的安装:

5.2.1.1钢柱吊装前的准备工作:为确保柱的拼装连接点的安装质量和架设的安全,在柱的拼接处设置适当的耳板作为临时固定 如 图5-1。耳板的厚度根据现场各因素厚度取10㎜;焊脚尺寸取双面8㎜;连接螺栓上柱和下柱各3个,直径20㎜。

图5-1 耳板临时固定图示意图

5.2.1.2钢柱吊装:钢柱的吊装选择现场QTZ125塔吊。起吊时钢柱的根部要垫实,保证 根部在不离地的情况下,通过吊钩的起开,变幅及吊臂的回转,逐步将钢柱扶直,等钢柱停止晃动后再继续提升。为确保吊装平稳,应在钢柱上端柱两根白综绳牵引,单根绳长取柱长的1.2倍,如图示:5-2

图 5-2钢柱吊装示意图

5.2.1.2 钢柱固定:钢柱吊装就位后,通过临时耳板和连接板,用合适的高强度螺栓进行临时固定。固定前要调整钢柱的标高, 位移和扭转等参数满足规范要求。

5.2.1.3钢柱表标高调整:吊装就位后,用大六角高强度螺栓固定连接单板,不夹紧,通过起落塔吊与撬棍调节柱间间隙,量取上柱预先标定的控制线和下柱标示线间距离,符合要求后打入钢橛,点焊限制钢柱下落,考虑到焊缝收缩及压缩变型标示偏差调整在5mm以内。

5.2.1.4钢柱扭转调整:扭转偏差是在制作,运输和安装过程中 产生的.因此在柱的连接单板的不同侧而夹入垫板(垫板厚0.5-1.0mm) ,拧紧大六角高强度螺栓.钢柱的扭转每次调整3mm以内.若偏差过大2-3次调整,采用相互垂直方向的两台经纬仪校正,完成后浇筑C50砼固定。

5.2.1.5垂直度调整:在钢柱偏斜方向的一侧打入钢锲或近于千斤顶,在保证单吊柱垂直度不超标的前提 下,将柱顶轴线偏移控制到零.最后拧紧临时连接板的大六角高强度螺栓至额定扭矩。

5.2.1.6垂直度监测:同一列柱的钢柱从中间跨向两端扩展,采用两台经纬仪在相互垂直方向的进行监测校正,确保各项指标受控,完成后浇筑C50砼固定。

5.2.2钢梁的安装

5.2.2.1钢梁的安装方法

①钢梁现场拼装

构件的现场拼装在11-14轴之间的裙房屋面上进行,胎架设置在连梁的下方。胎架由型钢焊制而成。钢梁运输到现场后用50T汽车吊运至支撑胎模架上,精确定位后焊接拼装。

②现场焊接:

本工程加劲板互相交接,拼装节点要求高,焊接难度大,焊缝质量是钢廊施工成败的关键。

a.参加施工的焊工必须有熟练的操作技能和和专业理论知识和焊工合格证,并且要求在有效期内担任项目的焊接工作,严禁无证焊工上岗施焊。

b.现场使用的焊条必须有质量证明书,并根据订货要求和有关技术标准按批号对所有的焊条进行外观检查,所有的焊条药皮应干燥牢固、完整、不能有裂纹、气孔及刻痕等缺陷。

c.焊条使用前应根据质量证明书的规定进行烘焙和保温,焊工每次领用的焊条应存放在保温筒内,数量不得超过3kg,存放时间不得超过4h,逾时应重新进行烘干。对当天使用完的焊条应另行堆放,下次尽量使用。

d.施焊前对所焊工件进行清理,将焊接区边缘30~50mm范围内的铁锈、毛刺、油污等清除干净,以减少产生焊接气孔等缺陷的因素。

e.焊工在焊接时严格按照焊接工艺进行施焊。焊接坡口加工后,其尺寸应符合图样要求或焊接工艺规定,将熔渣、氧化层清除干净,并把凹凸不平处打磨平整。

f.焊工在施焊工程中,将每层焊缝的外表焊平滑一些,以便清渣和避免出现死角。每一层焊道焊完后应及时清理,如发现有影响焊接质量的缺陷,必须清除后再焊。

g.焊缝出现裂纹时,焊工不得擅自处理,申报焊接技术负责人,查清原因,提出修补措施后,方可处理。

h.柱梁垫板焊时,垫板要与母材底面贴紧,以保证焊接金属与垫板完全熔合。

i.焊工施焊完后,应及时清理焊渣,对焊缝的外观进行检查,要求焊缝金属表面焊接均匀,不得有裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿、孤坑和针状气孔等缺陷,并清除焊接处的飞溅物,使所有焊缝质量达到设计和规范要求。

现场焊接工艺如下:

拼装

根据测量结果确认焊接顺序

焊前确认

破口处理

沥青木丝板主要用于道路、基建等伸缩缝,沉降缝等工程的建设,安放在构件中能长时间使用不腐败,基建因环境温度变化变形时不被自己的应力所破坏的作用,现国内很多基建往往是因为伸缩缝中材料使用不当,导致基建工程出现被自己的应力涨开,或材料弹性不够,收缩时随着尘土等杂质的进入后等再膨胀时涨开裂缝,在安装后能阻止水流通过收缩缝进入构件内部,冲刷基建基础层,导致基建受力不平衡出现裂缝、塌陷等现象。

条检测

衬板、引弧板安装、检测

预热

焊条焊接

现场局部缺陷修整

焊条完成

碳弧气刨、砂轮打磨

外观检测记录

焊接外观检查

打磨

超声波探伤检测

不合格

合格

工艺记录报告

现场焊接工艺流程

③钢梁的提升

大梁现场拼装完成后,除去梁与胎架间的临时点焊固定点,经质检部门检查认可后进行提升施工。

吊装拔杆梁是提升用主要设备,由混凝土拔杆梁、卷扬机与滑轮组系统组成。混凝土拔杆梁截面如图(有中铁工建筑设计院负责计算复核)。

滑轮组的选用:

钢丝绳采用6×19Φ20,查表此类钢丝绳的破断拉力F=211.5KN,钢丝绳的安全系数,选用K=7,

则 T= aF/K = 0.85×211.5/7=25.68KN

钢丝绳数量 n=g/T=102.762/25.68=4根 (g=20.97/2=102.762)

选用三槽滑轮组,即用6根6×19Φ20钢丝绳(俗称走三)。

钢丝绳受力验算:

单根钢丝绳所受拉力:T=g/6=102.762/6=170.13 KN

钢丝绳的安全系数 K= aF/K=0.85×211.5/17.13=10.49﹥[K]

能满足要求。

吊装拔杆梁设置提升单元2端的屋面上,吊点位置设置在钢梁1端的上弦另一端距钢梁上弦700位置(如图)。

调整滑轮组吊索的松紧程度基本一致。现场由一人总指挥,2台拔杆吊统一服从指挥。开动卷扬机,将提升单元缓缓提升,使之脱离胎体20-30㎝,停止提升,作一次全面检查,确认一切正常后,开动卷扬机进行提升,注意2台拔杆的同点提升,高差大时,在统一指挥下进行调整,使整个提升均保持基本水平与同步。

提升到安装标高上方500后,利用其上弦上的吊钩,另挂20T的手拉起重葫芦进行钢梁的水平转向和吊点位置的转换,直到钢梁就位至设计的位置。如下图:

5.2.2.2梁柱的节点形式,如下图:

5.2.3焊接变形及结构安装误差的控制

5.2.3.1焊接变形控制

焊接顺序控制不当易产生变形和应力集中,根据经验和反复论证,采取以下的技术措施来控制和减少焊接变形:

(1)焊接由中间向两边进行; (2)先焊焊缝少的部位再焊焊缝多的部位; (3)先焊端部再焊根部。

焊内应力主要采用以下的方法来控制和消除:

减少焊缝的尺寸:在满足设计要求的条件小,尽可能的减少焊缝尺寸。

采取合理的焊接顺序:在焊缝较多的拼装条件下,应根据构件形状和焊缝的布置,采取先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝;先焊约束较大而不能自由收缩的焊缝,后焊约束较小而能自由收缩的焊缝的原则。

锤击法减少焊接应力:在每层焊道焊完后立即用小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属,使其产生塑性延伸变形,并抵消冷却后承受的局部拉应力。

5.2.3.2现场安装误差的控制

本工程钢结构跨度大,必须对钢结构的安装误差严格控制,尽最大可能接近设计所要求的位形。

(1)平面轴线位置的控制:首先确保定位放线的准确。在构件就位时,应缓慢就位,一端先行就位并对接准确,而后另一端缓慢就位。就位后随时复测,确认无误后方可进行焊接固定。

(2)标高误差控制:临时支撑是控制标高的关键所在。对于临时支撑进行详细的计算,确保其强度、刚度及稳定性符合要求。对于直接支承在地面上的支撑,还要验算地基承载力和沉降量;对于支承在看台混凝土结构上的支撑,要验算屋面混凝土构件的承载力。

6.检测及效果:

本工程钢结构施工完成后,每一条焊缝均采用超声波进行检测,自检合格后报监理、业主验收,业主方委托上海市建筑质量检测中心进行第三方检测,主要对钢结构焊接超声波探伤、外观质量和焊接尺寸、主要构件变形、主体构件尺寸等检测,经检验所查钢结构节点角焊缝和对接焊接符合GB50205-2001中一级,二级焊接的要求,其余焊接外观质量及焊接尺寸,主要构件变形,主体构件尺寸,起拱均符合设计及施工质量规范要求,得到了设计、质监、监理、业主方的一致好评与肯定。

7.结束语:

上海兴力达国际广场工程酒店(一)与写字楼(一)间连廊大跨度钢结构施工在上海地区属罕见范例。由于采取了科学、合理、可靠、严密的技术,仔细布置与安排,进行全过程质量监控,仅在58天内圆满的完成了本工程钢结构制作、安装、焊接任务,单项工程一次性通过验收,并取得了良好的经济效益和社会效益,在钢结构施工中的管理经验值得同行们学习和借鉴。


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