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大懸挑箱型梁鋼結構屋蓋安裝技術??記泉州市海峽體育中心體育場鋼結構安裝

作者：夏 克 儉    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
介紹泉州市海峽體育中心體育場鋼結構工程的安裝施工技術．特別是對大型懸挑箱型梁吊裝施工中的吊機選型，安裝定位，焊接，卸載等技術作了詳細的闡明．為以后進行同類工程安裝給予一定的借鑒． 關鍵詞：箱型梁 鋼結構 安裝技術 卸載

    1.工程概況
    泉州市海峽體育中心體育場是整個新體育中心的標準性建筑，為甲級體育建筑，總建筑面積達40753多平方米．體育場由約四萬人看臺，三個燈塔柱，一個火炬柱三部分組成，用鋼量近5千噸，體育場看臺屋蓋采用鋼結構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構采用豎向懸臂鋼衍架結構，尋求蓄勢待發的力度感．懸挑拱型條箱型條下設支撐，懸挑端部設置Ф800鋼管落地拱．懸挑箱型梁之間設聯系梁與支撐，梁上分布鋼管檁條．
    2.本工程的技術難點
    泉州市海峽體育中心體育場看臺屋蓋鋼結構由44榀懸挑箱型梁及其梁之間支撐，落地拱等結構組成的四塊雙曲面懸挑拱形結構．其箱形梁和落地拱，主懔條鋼管等都是彎曲的，構件連接有焊接的栓接的和鎖接的，結構復雜，施工過程需細致，安裝起來耗時耗工．綜合起來工程存在以下難點：
    （１）鋼管的彎制加工和管相貫線切割精度控制難．
    （２）懸挑彎曲箱型梁制作的匹配性控制．
    （３）懸挑箱型梁結構安裝精度控制．
    （４）卸載撓度值難以控制．
    3.施工關鍵技術
    項目針對工程結構特點和施工技術難點，組織技術攻關，深入到施工現場提煉施工技術和管理方法的精華，經過精心的研究和實踐，制定了五項具有代表意義的關鍵技術．即：
    （５）構件匹配制造技術．
    （６）鋼結構安裝技術．
    （７）鋼結構安裝測量定位技術．
    （８）鋼結構安裝焊接技術．
    （９）鋼結構卸載技術．
    4.構件匹配制造技術
    體育場主體鋼結構工程量約為4千噸．其中懸挑彎度箱型梁由于尺寸太大，汽運及吊裝都需分段進行，因而為保證彎曲箱型梁的流線形狀，必須進行整根梁匹配制作，再分段進行運輸，安裝．由于箱型梁最長的有40多米，則將箱型梁分為3至4段進行運輸；在安裝現場，再進行拼裝，每根梁只留2段進行吊裝，以減少空中焊接的工程量．滿足250噸吊機吊裝參數的，可將梁拼成一整根梁進行吊裝．匹配制作胎架如下：

    匹配制作工藝是將整根箱型梁進行整體側臥拼裝制作，整根梁的線形在地面拼裝平臺區放樣好．再按梁結構線形進行裝配，當梁焊接完成后，再分段拆開，噴砂，油漆工作完成后，最后裝車發運到工地現場．這樣完整的匹配制作，保證了箱型梁彎曲弧形的線形及箱型梁的制作精度．
    ５.鋼結構安裝測量定位技術
    針對工程施工的實際情況，鋼結構安裝的工序交叉多，對測量精度要求非常高，必須建立長期穩定，統一基準的測量控制體系．
    由于本工程鋼結構安裝定位點均為空間三維坐標點，鋼結構安裝時間緊迫，因而采取分層測量，作地面標記，吊裝定位測量與地標吊線核對結合確定定位坐標．形成一整套從地面看臺到空中點的施測方法的空間三維快速定位技術．并通過快速定位，精確校核的方法進行快速安裝．示意圖如下：

    鋼結構的安裝測量，為保證構件安裝控制點的相對精度．首先采用全鉆儀在體育場原點進行全場44榀梁和燈，火炬柱的軸線測量劃線，并作好控制點的垂直地面投影標記．再進行軸線之間控制點水平距離的復核，采用鋼卷尺拉側復查．
    當構件吊裝時，再采用全鉆儀多構件控制點進行定位測量，同時從定位點處用線錘吊線復核看臺上軸線標記點，這種天地結合的施測方法，即快又準地保證了三維空間位置的精確定位的精度要求．
    ６.鋼結構安裝技術
    ６.１　體育場鋼結構屋蓋的吊裝
    體育場鋼結構屋蓋工程，共有大懸挑箱型44榀，其中最長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，安裝作業半徑和采用最經濟合理的吊裝，用時各分段吊裝中的支撐塔架的穩定性，吊裝順序的確定都是施工的關鍵．根據現場施工情況，工期緊迫的要求及吊裝機的經濟性，將大懸挑箱型梁分為每段兩段安裝，在高空只有一處對接縫施工．吊裝分段最長為22.6米，型高12.5米，最重一段為42.8噸，作業半徑最小15米．箱醒梁分段工分成80吊，斜支撐有36吊，將能滿足吊機參數的盡量合拼，見少吊數，以縮短工期．燈塔，火炬柱分成1~2段進行吊裝．
    綜合考慮體育場箱型梁，燈塔，火炬柱等大構件的吊裝，主大構件最終選用一臺250噸履帶吊機和一臺100噸履帶吊．250噸履帶吊機在體育場外圍圈進行吊裝，箱型梁采用250噸履帶吊機吊裝參數如下：

    大懸挑箱型梁吊裝步驟如下：
    步驟一：四個區大懸挑箱型梁吊裝，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履帶吊進行吊裝，當梁段吊裝落位時梁座板套進錨栓后，拉動斜撐上的手拉胡蘆，安裝好斜撐下端銷軸，調整箱梁晃繩的手拉胡蘆，調整好梁段坐標，將梁段左右晃繩錨固在看臺上，用手拉胡蘆拉緊，保證箱梁的平面穩定性。

    步驟二：四個區大懸挑箱型梁第三段在場內拼裝好后用1臺100t級履帶吊吊裝，箱型懸臂梁端點加支撐架；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操作；示意圖如下：

    四個區箱型懸臂梁第三段吊裝前，需用油漆在看臺上和梁端口作好中心線、軸線及定位點等的標記。并在箱型懸臂梁第一段端口底板下面焊接上兩塊定位板，在一邊腹板外側上焊接兩塊限位擋板。
    箱型梁最端點高度坐標需加下撓值。其支撐架的支撐點需墊高個下撓值。支撐架落在看臺上的，其看臺下相應位置斜梁下進行加固支撐一層，作為看臺強度的加強保險。
    大懸挑箱型梁第三段吊裝落位后，調準定位坐標，梁段左右晃繩錨固在看臺上，用手拉胡蘆拉緊，保證箱梁的平面穩定性；在進行箱型梁第二段與第三段對接縫的施焊，先焊上面板對接縫，再對稱焊兩腹板對接縫，最后焊底板對接縫。
    當本區箱梁第二段連續吊裝好三榀以上后，需在前一二榀之間吊裝一根水平支撐鋼管，增加箱梁平面穩定性。
    ６.２　燈塔，火炬柱的吊裝
    在體育場四個角均在著三個燈塔，一個火炬柱．塔柱均?架結構最高標高為70米．由于塔柱?架結構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，分節段進行一節一節的吊裝．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，火炬柱的線型精度．
    燈塔，火炬柱吊裝步驟如下．
    燈柱火炬為格構桁架結構，拼裝時先分片拼裝，在整體拼裝。
    燈柱分片拼裝胎架示意圖如下：



    ７.鋼結構安裝焊接技術
    針對鋼結構安裝的實際情況，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度Ｑ345Ｂ級鋼材，焊縫質量要求高，箱型梁在空間組對焊縫均為平，立，橫，仰焊，圓鋼管為全位置焊，制定了完善的組對構件焊接工藝流程，減少焊接變形是施工的技術難點．
    根據構件實際使用的強度等級，接頭約束度大小及焊接方法，防止焊縫及熱影響區形成脆性金相組織和焊縫冷裂紋問題．
    制定合理的焊接方法和焊接順序來控制焊接變形，箱梁空中對接，采用了對稱焊接，先焊上部，再焊下部的焊接工藝，保證焊接質量．箱梁地面拼裝，搭設擋風蓬，采用ＣＯ2氣體保護焊，對稱施焊，控制焊接質量．
    箱型梁端部落地拱鋼管的焊接．按照吊裝順序，對鋼管落地拱的焊接采用＂從兩端到中間施焊＂的方法進行焊接作業．另外，由于管徑較大采取兩名焊工同時對稱施焊的方法，有效縮短單個焊縫的焊接時間．
    懸臂梁安裝兩三榀完畢后，進行懸臂梁落地拱鋼管的吊裝。采用100和250噸履帶吊，場內外吊車同時作業。示意圖如下：

    落地拱鋼管分段需在廠內預拼，并且接頭部位錯開箱形懸臂梁端部300?，保證落地拱鋼管弧度的光順及坐標的準確性。
    落地拱鋼管安裝是從兩邊低端開始安裝，向中間高端安裝合攏。當本區落地拱鋼管安裝到最后一條封閉合攏縫時，要采取特別的時段進行施工；落地拱鋼管最后一條封閉合攏縫焊接施工時間為：晚上九點以后，到早晨九點以前；使焊接施工期間氣溫在25℃至35℃之間，并且天氣晴朗無雨。
    落地拱鋼管封閉合攏要求：
    ①落地拱封閉合攏處：本區落地拱最高鋼管對接縫。如兩條一樣高，則任取一條鋼管對接縫。
    ②落地拱封閉合攏時間：晚上九點至早上九點。
    ③落地拱封閉合攏時機：本區落地拱除封閉縫外，其它焊縫全部焊接完。
    ④封閉縫焊接要求：封閉處鋼管對接焊縫需對稱施焊并一次焊接完成。
    ８.大懸挑箱型梁鋼結構屋蓋卸載技術
    體育場每區拱形鋼結構屋蓋在吊裝時是在每根懸挑箱型梁端部采用支撐胎架支承的空間結構體系，支撐拆除過程是一個結構體系轉換的過程．由于箱型梁懸挑較大，支撐胎架卸載過程必然使懸挑拱形屋蓋結構發生復雜的內力和變形變化，本工程的卸載方案以懸挑箱型梁結構計算分析為依據，模擬單根卸載過程對箱型梁結構下撓值的影響，保證結構內力和變形在設計及施工控制范圍內．
    卸載時荷載對整個結構的沖擊力比較大，因此卸載時一定要使荷載緩慢逐步轉移，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割除，并留有箱梁下撓空間，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。當本區每榀箱梁支撐點都換上千斤頂后，檢查支撐架，擰緊扣件螺栓，收緊支撐架各攬風繩，進行整體統一的千斤頂下降，操作時需協調統一，步調一致，達到千斤頂同步下降。整個千斤頂下降過程需全站儀測量跟蹤觀測監控。
    卸載監測：本區箱梁整體卸載時，將全站儀架設在箱梁軸線對應區中間，對本區每榀箱梁端點坐標進行測量，并記錄卸載前其各坐標點坐標值；當支撐卸載操作中時，用全站儀進行逐個箱梁端點坐標測量，即跟蹤下降數值；當支撐卸載操作到位時，用全站儀進行逐個箱梁端點坐標測量，并記錄卸載后其各坐標點坐標值，計算出下撓值。
    支撐卸載第三階段：支撐拆除。當本區箱梁卸載完后，箱梁與支撐架完全分離，開始進行腳手架拆除，拆至腳手架頂標高為馬道位置，形成一工作平臺，用于滿足馬道結構安裝時的施工。
    ９.結束語
    泉州市海峽體育中心體育場是目前國內唯一采用箱型懸挑梁鋼結構屋蓋的結構形式，特別是梁端的落地拱設計，起到平衡，加固，美觀了屋蓋拱結構的作用．這種獨特新穎空間結構形式的建筑，使施工要尋求適合此工程特點的加工制作，安裝方法及焊接技術；本文中介紹的各種技法對以后類似工程具有一定的參考借鑒作用。
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