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錦州國際酒店曲線轉換鋼梁施工技術

作者：肖 遙 等    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
錦州國際酒店項目針對大型截面的曲線轉換梁施工技術制定了一系列質量保證措施，從制作、安裝、測量校正、焊接各個環節嚴格控制施工質量并取得了顯著的成績。
     
    關鍵詞：鋼結構；曲線轉換梁；分節

    引言
    錦州國際酒店是遼西五市標志性建筑，位于錦州市科技路68號，北臨80000平方米市政府廣場，與市政府辦公大樓南北相望，東至福州街，南臨科技路，西臨昆明街。結構型式為鋼骨混凝土框架-剪力墻結構體系。建筑高度為184.3m，其中地下2層，地上43層，是集五星級酒店、甲級寫字樓和高級會所為一體的綜合性建筑。酒店建筑面積101451平米，其中地上78058平米，地下23393平米，如圖1所示。

    酒店轉換層鋼梁分布在結構標高+29.05處，共18根(其中曲線轉換梁9根, 分別為3-A軸7根；4-C軸2根)。轉換梁均為H型截面，截面尺寸最大達1650mm×1200mm，用于上部結構柱（鋼骨混凝土柱）的支撐,轉換梁布置如圖2所示。
    轉換梁施工難點及特點
    1 安裝難度大
    轉換梁超大的截面和板厚使得梁的自重最大達15t，而塔吊在該部分區域內最大起重12t,現場施工不能整體吊裝，需對轉換梁進行制作分段，轉換層鋼梁分段后不能一次性吊裝，必須在梁底相應位置搭設承重腳手架作臨時支撐。
    2 安裝作業安全要求高
    轉換梁安裝在標高+19.05處，梁與柱的對接以及梁與梁的對接都必須在高空完成，在高空進行散拼和焊接首先要保證施工人員的安全，為此在梁底承重腳手架內弧搭設一排操作腳手架用于安裝和焊接。
    3 短期集中焊接工作量大
    轉換梁的施工開始于5層底板施工結束后，結束于6層梁綁扎之前，在此期間需完成轉換梁的吊裝、校正、焊接。轉換梁超大的截面（最大達1650mm×1200mm）、較厚的鋼板（翼緣厚50mm和腹板厚40mm）直接短期導致焊接工作量增大，這就需要合理的安排焊接工序，確保在有限的時間內完成焊接工作并保證焊接質量。
    4 與土建作業協調配合
    轉換梁的安裝是建立在土建5層底板施工完畢的基礎上，此時土建要進行5層豎向鋼筋的綁扎，鋼結構的吊裝和焊接都會為土建的作業帶來不便，為減少對土建的影響，鋼結構的施工隨土建的流水段進行并在豎向上與土建形成流水作業，避免與土建進行交叉作業。另外考慮5層樓板面的承載能力，第2、3、4層與轉換梁對應部分的梁、板底支撐不予拆除。
    5 結構測量控制
    轉換梁的安裝之前需要搭設承重腳手架，搭設后要對腳手架頂面標高提前進行調校，腳手架必須沿梁的長度方向根據轉換梁的弧度進行搭設；其次轉換梁安裝之前對段口部位的測量控制進行放樣，做好轉換梁的弧度控制。
    深化設計技術
    酒店鋼結構的深化設計利用xsteel軟件，根據設計施工圖提供的構件布局、構件形式、構件截面及各種有關數據和技術、工藝要求，嚴格遵守《鋼結構設計規范》（GB 50017-2003）及其它現行規范的規定。
    6構件分段依據
    在這一過程中要按照《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205-2001）的規定，根據制造加工廠的具體情況，運輸部門的運輸能力并結合施工現場，確定構件的分段。
    轉換梁分段依據：
    轉換梁受力分析（以某根典型曲線梁為例）

    鋼梁斷口考慮梁受剪、受彎承載力，避開梁受力薄弱的位置。
    6.2 考慮塔吊吊重能力
    鋼梁最重達到15t，而塔吊在該位置的起重能力為12t，考慮塔吊吊裝的安全性和可行性，構件分段后每段鋼梁自重不得超過10t。
    6.3 構件拼接要求
    焊接H型鋼的翼緣板拼接縫和腹板拼接縫的間距不應小于200mm。翼緣板拼接長度不應小于2倍板寬；腹板拼接寬度不應小于300mm，長度不應小于600mm。
    7 構件分段結果
    深化設計考慮以上三點因素，并經設計院同意，將超重轉換梁沿梁長度方向約3/5處將梁分為兩段。
    7.1 分段后鋼梁最重部分為9.7t，滿足現場吊裝條件。
    7.2 分段后斷口基本避開鋼梁最大受力部位，滿足設計要求。
    7.3 分段后翼緣板拼接縫和腹板拼接縫的間距200mm，翼緣板拼接長度2500mm大于 2倍板寬（2400mm）；腹板拼接寬度1550mm，長度2300mm，均滿足規范要求。
    8 其它
    為保證鋼梁斷開后強度要求，鋼梁采用Z型斷口，如圖所示：

    四、加工制作技術
    3 加工技術難點
    曲線轉換鋼梁與傳統構件的加工流程上有明顯不同，主要體現在構件腹板的弧度加工、構件焊接以及斷口部位的預拼裝。其難點主要體現在：
    3.1 截面和板厚都比較大，9根曲線轉換梁的截面分別為1650*1200和1650*1100的H型鋼，翼緣和腹板厚分別為50mm和40mm。
    3.2 鋼梁截面形式為弧形，其弧度為6°13′。
    3.3 由于受施工現場實際情況的限制，對鋼梁采用分節，需對分接后的轉換梁進行預拼裝，保證轉換梁的整體加工精度。
    3.4 弧形腹板與翼緣拼接焊縫不同于傳統的直線焊接

    裝轉換梁→轉換梁校正→轉換梁焊接→轉換梁之間連梁安裝→連梁校正、焊接→轉換梁上柱安裝→轉換梁上柱校正焊接
    6 支撐腳手架搭設
    超重轉換梁的安裝需要提前搭設支撐腳手架，腳手架滿布于梁底，考慮支撐腳手架主要用于豎向承重，使用碗扣式腳手架。腳手架兩端用鋼管抱柱，增加側向穩定性；支撐腳手架內側搭設單排操作腳手架，用于轉換梁安裝、焊接及無損檢測。支撐腳手架如圖8所示。
    7 支撐腳手架計算
    8 采用100×100木方，沿短軸方向布置，間距900mm，支撐采用雙排碗口式。鋼管，立桿間距900mm，水平桿步距1200mm。

    9 鋼梁自重:

    9.1.1 主梁木方驗算
    100×100木方

    結論：主梁承載力和撓度符合要求。
    9.1.2 鋼管支撐驗算

    結論：支撐穩定性滿足要求
    10 測量校正技術
    構件在吊裝前要將承重腳手架上木方的標高調整到指定高度，木方的頂面標高為+27.25。
    構件安裝就位后，在梁兩端鋼柱翼緣中心位置之間拉測量控制線，通過測量斷口邊緣與控制線間距來校正轉換梁。

    11 焊接技術
    11.1 鋼材材質及節點特征
    轉換梁部分鋼構件全部采用Q345B級鋼材，力學性能及化學含量須符合《低合金高強度結構鋼》（GB/T1591-1994）的要求。鋼材抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.2；鋼材應有明顯的屈服臺階，且伸長率應大于20%；鋼材應有良好的可焊性和沖擊韌性。翼緣延板厚方向的斷面收縮率為Z15。
    轉換梁部分現場連接主要是柱與柱、柱與梁、梁與梁連接，連接形式采用焊接方法。柱與柱對接轉換梁與鋼柱牛腿對接為腹板翼緣全熔透焊接；轉換梁與連梁一端采用翼緣腹板全熔透焊接，另一端只對腹板進行全熔透焊接。
    11.2 焊接特點
    11.2.1 焊接工作量大。整個轉換層共計鋼結構446噸，包括28根柱和28根梁，且構件截面尺寸都較大，整個轉換梁焊縫約180m。轉換梁焊縫及截面如圖10所示。

    11.2.11 焊縫質量等級高,所有焊縫全部為一級焊縫。
    11.2.12 焊接位置復雜，包括平焊、立焊、橫焊等。
    11.3 焊接方法
    錦州國際酒店鋼結構基本采用Q345B低合金高強度結構鋼，其焊接方式為二氧化碳氣體保護焊和手工電弧焊。
    11.4 焊接質量保證措施
    11.4.1 預熱及后熱
    根據《建筑鋼結構焊接技術規程》，轉換梁翼緣和腹板的預熱溫度要達到80℃以上。
    11.4.2 防止層狀撕裂措施
    轉換梁板厚較厚（板40mm，翼緣50mm），特別是腹板延板厚方向有Z15性能。轉換梁腹板與翼緣間焊縫為T型焊縫，為防止層狀撕裂，腹板采用雙面坡口焊接并將預熱溫度提高20℃。
    11.4.3 控制焊接變形措施
    轉換梁在施焊前使用手工焊機點焊固定，整體施焊順序為先焊接中間斷口部位，后焊接梁兩端，轉換梁截面焊接順序為先焊接翼緣后焊接腹板。對于腹板，現場采用雙坡口對稱焊接以減小焊接變形。
    11.4.4 減小焊接應力措施
    在焊接過程中先焊接翼緣（考慮翼緣板比腹板厚10mm）后焊接腹板，減小焊接應力，且在焊接結束后采用敲擊法消除焊接應力。
    六、結束語
    通過對轉換梁深化設計、加工制作、現場施工等多個環節的嚴格控制，在設計、制作、施工三方的共同努力下，在未增加其它吊裝機具和影響其它工序的情況下，轉換梁一次安裝就位合格率100％，一次焊接合格率100％，錦州國際酒店轉換梁施工圓滿完成。

    參 考 文 獻
    ［1］ 中華人民共和國建設部.鋼結構工程施工質量驗收規范. 中國計劃出版社.2001.
    ［2］ 中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范.中國計劃出版社.2003.
    ［3］ 鮑廣鰹.鋼結構施工技術及實例.中國建筑工業出版社. 2005.
    ［4］ 中國鋼結構協會.建筑鋼結構施工手冊.北京:中國計劃出版社.2002.
    ［5］《建筑施工手冊》編委會.建筑施工手冊.中國建筑工業出版社.2003.
    ［6］ 中國建筑工程總公司.鋼結構工程施工工藝標準.中國建筑工業出版社.2003
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