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無錫尚能一期鋼結構工程施工技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    祝天東
    （上海寶冶建設有限公司，上海 200941）
    [摘要] 針對無錫尚能研發樓異形框架及平面桁架的結構特點，經過仿真模擬計算，采取相應的施工措施，既保證了安裝精度，又經濟合理的完成了此類結構的安裝。
    [關鍵詞] 鋼桁架 、箱形梁、測量控制網、焊接變形

    1、結構特點
    尚德公司研發大樓設計在我國建筑領域首次引進了“零能耗”、“功能型”、“生態建筑”的概念，是一座光伏技術應用示范、建筑審美等多種功能于一體的綜合性、零能耗、綠色建筑示范項目。
    生產研發樓二~八層為組合樓面鋼框架結構，檐高34.90m。每層結構形狀各異，各層平臺外框框架梁在轉角處為圓弧形式且煨彎半徑較小。框架鋼柱為圓形鋼管柱，整個框架結構由31根固定鋼柱和26根吊柱做支撐。由抗風桁架與屋面鋼桁組成的結構體系作為框架結構的外圍結構，桁架構件均為方鋼管，主桁架為平面桁架，次桁架既有平面桁架，也有空間桁架。
    2、施工特點、難點分析
    2.1構件數量多、焊接變形大、安裝精度要求高
    研發樓框架結構2-5層結構大部分鋼梁有鋼柱做支撐，6-8層為懸吊結構，每層框架梁均由形狀各異的方鋼管經煨彎制作而成，見圖1。

    由于方管鋼梁每個接口均需焊接，如不對安裝順序和焊接順序進行合理的組織，采取相應的減小焊接應力技術措施，將造成很大的焊接變形及焊接應力，很難保證最終的安裝精度要求。
    2.2 外圍抗風桁架和屋面桁架長度大，剛性差
    由于屋面桁架長度達35.2米，抗風桁架最長為36.5米。如果先吊裝抗風桁架，再吊裝屋面桁架，需要增加大量的臨時支撐，增加施工成本的同時也影響施工進度。經過分析，采用雙機抬吊、一次就位的施工工藝。經過因此采用分兩段加工現場拼裝的施工工藝。
    2.3 屋面結構撓度的控制
    由于框架結構6-8層為懸吊結構，上吊點大多設在屋面結構的次桁架上，各層鋼梁安裝完成后需鋪設樓層板再澆筑120mm的砼。因此，在桁架制作時要對桁架進行預起拱，起拱值的計算必須與現場施工工藝相結合。利用專業設計軟件對現場施工工序進行仿真模擬計算，最后確定出各桁架合理的起拱數據。
    3、鋼結構安裝
    3.1 安裝工藝流程如下：

    3.2 吊裝工況分析
    根據鋼梁及拼裝后的桁架重量、吊裝設備的起重性能以及構件的吊裝高度，在吊裝前進行詳細的工況分析，以確定吊機的行走路線、構件的吊裝方式和起吊位置。
    4 安裝措施
    4.1 抗風桁架和屋面桁架的吊裝要點
    研發樓屋面桁架采用150噸和50噸兩臺履帶吊機雙機抬吊的方式進行安裝，50噸吊機先把抗風桁架起吊，柱腳連接固定好后將抗風桁架調整至設計角度。然后150噸吊機將屋面桁架起吊至設計高度，與墻體支座連接固定后與抗風桁架用臨時固定卡板進行連接，單榀桁架安裝完成后，用攬風繩固定后吊機方可松鉤。然后吊裝第二榀桁架，臨時固定后安裝兩榀桁架間的次桁架形成穩定的結構體系后方可將攬風繩拆除。照此方法逐步推進，直至全部主次桁架安裝完成，吊裝示意圖見圖2。

    桁架高空對接時為保證對接精度，桁架弦桿在制作時需預先安裝好定位卡板，見圖3。

    4.2懸吊結構安裝要點
    懸吊結構安裝前屋面桁架必須全部安裝到位并焊接完成。屋面桁架安裝完成后，先將懸吊柱安裝在屋面桁架上，懸吊鋼梁安裝順序是先安裝八層結構，再安裝七層，最后安裝六層結構；每層結構先安裝內部結構，再逐步向外擴展。局部結構安裝示意圖見圖4。

    5 施工技術措施
    5.1 桁架起拱措施
    由于6－8層為懸吊結構，上吊點均設在屋面桁架的主次桁架上，因此，在桁架拼裝或桁架制作式必須進行預起拱，起拱值是經過通過STEEL設計模型，按照現場施工工序進行逐步計算機方針模擬計算得來的。起拱在桁架制作時完成，采用火焰起拱工藝，具體方法是在桁架弦桿起拱位置進行火焰烘烤，見圖5。

    每處只能烘烤一次，當烘烤位置不能滿足拱度要求時，在吊點兩側繼續進行烘烤，見圖6：

    5.2 焊接變形控制
    雖然本工程需焊接的板材多為中板（12－25mm）,但焊接量極大，主要焊接節點有上下柱對接，主桁架拼接，主次桁架焊接、梁梁（箱形）焊接等，且柱梁采用栓焊結合的節點連接形式，因此，焊接變形的控制是本工程的難點和重點。
    5.2.1桁架拼接的焊接變形控制：由于主桁架長度較長且是平面桁架，焊接過程中，如控制不好很容易引起較大的變形。根據本工程為矩形管桁架的特點，我們采取如下焊接順序來減小焊接變形:先同時對稱焊接兩個側面的焊縫，然后對稱焊接上下兩條焊縫。
    5.2.2 框架結構的焊接變形控制：由于本工程框架梁多是箱形梁，均采用焊接連接，因此，每層結構的焊接量很大，需對焊接變形加以嚴格控制。采取的減少焊接應力及焊接變形措施有：
    1）確定合理的焊接順序：結構安裝到位后，先焊接結構中間的焊縫，逐步往周邊焊接；
    2）對稱焊接法：吊柱周圍焊縫采用兩人或多人對稱焊接；
    3）跳焊法：焊縫較長時采用的分段焊接，每段為100-200MM;
    4）錘擊焊縫法：錘擊焊縫法，即用圓頭小錘對焊縫敲擊，可減少焊接變形和應力。因此對焊縫適當鍛延，使其伸長來補償這個縮短，就能減小變形和應力。錘擊時用力要均勻，一般采用0.5Kg?1.0Kg的手錘，其端部為圓角（R=3?5mm）。底層和表面焊道一般不錘擊，以免金屬表面冷作硬化。其余各道焊完一道后立刻錘擊，直至將焊縫表面打出均勻致密的點為止。
    5.3 施工測量控制措施
    由于本工程框架結構形狀多為不規則的曲線形式，主桁架為平面桁架，加之懸吊結構對屋面桁架撓度的影響，要求施工過程的測量控制措施必須合理有效方能保證最終的安裝精度。
    5.3.1測量儀器的選擇
    依據結構特點及安裝精度要求，施工現場配置一臺TOP全站儀，用于工程平面控制網的測設、構件的拼裝及安裝檢測及結構變形檢測；一臺博飛J2經緯儀，用于定線、長軸線測設；一臺索佳C32Ⅱ水準儀，用于用于標高測設。這樣，可以滿足本工程施工全過程、全方位的測設要求。
    5.3.2平面測量控制網的建立
    根據工程的整體布置，建立控制網，測量控制網由測量基準點和各軸線主要投影點構成。同時場外應各建立了三個能相互通視的測量基準點和二個高程水準點，以便于相互校核。
    1）控制網的測量基準點滿足了全站儀在施工過程中定位施測的基準、通視要求和具備定期復核精度條件。
    2）各軸線主要投影點，在吊裝前即施測標識在砼結構上，并需進行閉合測量，滿足了精度要求。在此基礎上，根據施工要求，又增設若干輔助控制點，便于構件安裝時的定位。
    5.3.3測量控制
    本工程的測量重點主要有以下幾方面：
    （1）鋼柱安裝精度控制：鋼柱安裝精度控制重點有鋼柱軸線偏差、垂直度偏差、鋼柱牛腿標高偏差等項目；
    （2）桁架撓度控制：測量重點在每榀桁架中存在懸吊柱的節點撓度控制。分三階段進行控制：懸吊結構未安裝之前、懸吊結構安裝到位后、每層懸吊結構屋面澆注砼后的最終撓度。
    以上測量成果經與計算機模擬計算結果相對比，結果基本吻合。
    6 結語
    無錫尚德太陽能研發樓鋼結構工程是異形框架結構和管桁架兩種結構形式的有機結合體，通過采用雙機抬吊的施工工藝提高了安裝工效，保證了施工進度要求；通過ANSYS、SAP2000結構分析軟件和STEEL專業設計軟件等對施工情況進行模擬計算分析，為構件制作精度和結構安裝精度的保證提供了科學的依據，從而，獲得了較高的經濟效益和社會效益。
    附頁：結構封頂后的局部照片

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