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企業(yè)發(fā)展大廈鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

作者：牛傳波等    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
摘 要：本文以上海企業(yè)發(fā)展大廈鋼結(jié)構(gòu)為例，闡述了十字型與箱型組合鋼柱的制作、小夾角支撐問題的處理及小截面十字型鋼柱現(xiàn)場(chǎng)拼接節(jié)點(diǎn)的處理等問題。 關(guān)鍵詞：企業(yè)發(fā)展大廈，十字型－箱型組合柱，十字型柱，支撐

    1、工程概況
    由山東萊鋼建設(shè)有限公司承建的上海北大青鳥企業(yè)發(fā)展大廈工程位于長(zhǎng)寧區(qū)江蘇路愚園路交口處，該工程總建筑積面54105平方米，其中辦公樓高26層，建筑高度99.8m，面積24341平方米。公寓式辦公樓高17層，面積11597平方米，裙房三層以商業(yè)為主，面積9249平方米。地下室二層，總建筑面積8918平方米。
    上海北大青鳥企業(yè)發(fā)展大廈工程主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)框架－支撐體系，框架柱為箱型柱、十字型柱、箱型與十字型組合柱，斷面為□1300×900～□400×400等規(guī)格，自下而上由大變小；鋼梁為H型鋼梁、桁架，斷面自900×350～350×150等規(guī)格，多為焊接H型鋼，加工工藝要求高，安裝難度大；部分軸線設(shè)有支撐，支撐為X形、八字形等形式，箱型柱及H型鋼截面；框架柱延伸至地下一層，本工程主體鋼結(jié)構(gòu)重量約6000噸。
    2、工程特點(diǎn)
    2.1本工程地下室鋼柱采用十字型-箱型組合鋼柱，十字型-箱型組合鋼柱的制作。
    2.2十字型柱現(xiàn)場(chǎng)安裝節(jié)點(diǎn)，由于本工程十字型柱為＋400×250，工地拼接時(shí)如何連接。
    2.3小夾角支撐問題的處理。
    2.4弧形鋼梁制作技術(shù)
    2.5桁架的制作、安裝
    3、施工技術(shù)
    3.1十字型－箱型組合柱的制作
    將十字型柱、箱型柱按圖紙尺寸分別制作，制作完成后，再組裝成整體。
    3.1.1十字型柱制作
    將十字型分解成一個(gè)H型和兩個(gè)T型，兩個(gè)T型再點(diǎn)焊在一起組成H型，后按H型鋼制作工藝制作，焊接完后，將兩T型分開，和H型組裝成十字型。
    3.1.1.1構(gòu)成十字型柱的鋼板下料采用多頭數(shù)控火焰切割，長(zhǎng)度方向應(yīng)加放適當(dāng)?shù)募庸び嗔浚?br /> 3.1.1.2先將三塊板組裝成H型，將另四塊板組裝成雙T型，后在組裝成H型；
    3.1.1.3H型鋼焊接前應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱采用電子溫控儀，預(yù)熱時(shí)應(yīng)四條焊縫同時(shí)預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在120－150℃；
    3.1.1.4焊接采用H型鋼焊接生產(chǎn)線，H型鋼置放在H型鋼專用焊架上，來回翻轉(zhuǎn)，直至焊完；
    3.1.1.5將雙T 型分解，和H型鋼組成十字型；
    3.1.1.6十字型柱焊前預(yù)熱；
    3.1.1.7用懸臂埋弧焊機(jī)焊接十字型柱四條焊縫，十字型柱放在專用胎具上，焊接第一道焊縫兩－三遍，焊接第二道焊縫兩－三遍，在依次焊接第三、第四道兩－三遍，依次翻轉(zhuǎn)，直至焊完；
    3.1.1.8焊后矯正。
    3.1.2箱型柱制作
    3.1.2.1構(gòu)成箱型柱的板材下料采用多頭數(shù)控火焰切割。長(zhǎng)度方向加放適當(dāng)?shù)募庸び嗔浚ò?‰預(yù)留）；
    3.1.2.2箱型柱的組裝順序，將箱型柱放在U型組立機(jī)上，先組裝三塊柱身板，再組裝隔板、橫隔板、柱頂板，其中隔板應(yīng)在柱身板上標(biāo)記焊接預(yù)定線，橫隔板應(yīng)標(biāo)注方向；
    3.1.2.3隔板焊縫屬于隱蔽焊縫，應(yīng)檢驗(yàn)合格，才能組裝最后一塊柱身板；
    3.1.2.4 箱型柱焊接前應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱采用電子溫控儀，預(yù)熱時(shí)應(yīng)四條焊縫同時(shí)預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在120－150℃；
    3.1.2.5焊接采用雙絲龍門焊，兩條焊縫同時(shí)焊接，焊接2－3遍后，翻轉(zhuǎn)焊另兩道焊縫2－3遍，再翻轉(zhuǎn)直至焊完。
    3.1.2.6矯正后，端面銑，以端面銑削面為基準(zhǔn)點(diǎn)，量出總長(zhǎng)度。
    3.1.3十字型和箱型組合柱的制作
    3.1.3.1將以加工好的十字型柱和箱型柱在自制胎具上組裝，組裝時(shí)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內(nèi)，插入深度900?－1500?不等，插入部分的焊縫焊接是施工難點(diǎn)，我們通過分析，自制懸臂焊接機(jī)，很好的解決了這一焊接難點(diǎn)；
    3.1.3.3焊前預(yù)熱，預(yù)熱采用電子溫控儀，預(yù)熱時(shí)應(yīng)四條焊縫同時(shí)預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在120－150℃；
    3.1.3.4用自制懸臂焊埋弧焊機(jī)焊接，焊第一道焊縫2－3遍，翻轉(zhuǎn)焊第二道焊縫2－3遍，在依次焊第三、四道焊縫2－3遍，來回翻轉(zhuǎn)，直至焊完。
    3.1.3.5焊接完畢后，矯正，組裝牛腿。
    3.2十字型柱現(xiàn)場(chǎng)安裝節(jié)點(diǎn)處理
    由于本工程裙房鋼柱為十字型柱，規(guī)格為＋400×250，如圖1所示：

    原設(shè)計(jì)十字型柱現(xiàn)場(chǎng)安裝節(jié)點(diǎn)為焊接，十字型柱翼板焊接可以，而腹板由于沒有操作空間，根本無法焊接，經(jīng)于設(shè)計(jì)聯(lián)系，建議改為栓接，設(shè)計(jì)同意后，栓接螺栓施工又是一大問題，電動(dòng)扳手、扭矩扳手根本無法施工，我們通過分析，自制了套筒（如圖2所示），并通過試驗(yàn)，確定扭矩系數(shù)，和設(shè)計(jì)、監(jiān)理溝通，以技術(shù)核定單確定，在施工中做好施工記錄，很好的解決了十字型柱現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接問題。

    3.3小夾角支撐的處理
    在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)中，鋼支撐在構(gòu)造上兩端應(yīng)剛接。但正如本工程所遇到的支撐體系一樣，由于柱間距與層高的限制，會(huì)出現(xiàn)部分支撐與柱（或梁）之間的夾角偏小，從而給剛接焊縫的焊接帶來一定的困難，引起一部分設(shè)計(jì)和施工人員深感此焊縫質(zhì)量要求的實(shí)現(xiàn)有一定難度，但往往又忽視了規(guī)范允許的支撐節(jié)點(diǎn)細(xì)部變化處理。
    同時(shí)，由于是高層鋼結(jié)構(gòu)，其下部結(jié)構(gòu)中就會(huì)有部分構(gòu)件（如柱）壁厚較厚，因而也就產(chǎn)生施工過程中的夾角交點(diǎn)與板厚處理問題，其將對(duì)焊接坡口和加勁肋（隔板）位置產(chǎn)生變化，如不引起注意，將減弱加勁肋（隔板）的作用。因此，開展對(duì)小夾角支撐節(jié)點(diǎn)處理的分析和探討就顯得非常重要。
    小夾角支撐節(jié)點(diǎn)如不分柱梁位置，其基本形式會(huì)出現(xiàn)如圖3所示的三種情況。

    現(xiàn)就本工程支撐桿件采用H形截面和箱形截面時(shí)，節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)小夾角的情況分別作一分析。
    3.3.1H形截面支撐節(jié)點(diǎn)的處理
    在高層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防設(shè)計(jì)中，H形截面支撐在構(gòu)造上兩端應(yīng)剛接，則在節(jié)點(diǎn)上的懸伸支承桿與柱梁連接時(shí)，上下翼緣應(yīng)采用坡口全熔透焊縫連接。在實(shí)際工程中由于出現(xiàn)如圖三所示的支撐小夾角，因此會(huì)產(chǎn)生坡口加工的方法選擇和節(jié)點(diǎn)細(xì)部的處理。
    當(dāng)出現(xiàn)如圖2中a或c節(jié)點(diǎn)時(shí)，一般可作單純的坡口處理的形式來解決，即如圖四所示。在編制工藝文件時(shí)，應(yīng)考慮焊縫處翼板的板厚而調(diào)整焊接坡口的角度，以達(dá)到既不加大坡口角度，又達(dá)到焊縫全熔透的目的。

    當(dāng)出現(xiàn)如圖2中b（或c）的情況時(shí)，由于翼板焊縫與另一側(cè)桿件（柱或梁）過近，會(huì)引起焊接不便，同時(shí)過多的靠近柱與梁的連接焊縫，焊接時(shí)將產(chǎn)生焊縫重疊，從焊縫外觀和內(nèi)部質(zhì)量均不利。因此在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)或工藝編制中應(yīng)對(duì)懸伸支承桿改變形狀，如圖五所示進(jìn)行細(xì)部處理，改變焊縫所處位置，以達(dá)到方便焊接和離開柱與梁的連接焊縫。此工作雖然增加了一定的制作工作量，但從整個(gè)工程來說是必要的。

    3.3.2箱形截面支撐節(jié)點(diǎn)的處理
    箱形截面支撐桿件節(jié)點(diǎn)同樣要求懸伸支承桿兩端與柱梁框架剛接，雖然在設(shè)計(jì)中通常將懸伸支承桿設(shè)計(jì)得較短，但要從內(nèi)側(cè)進(jìn)行角焊的話仍有一定的難度，特別是小尺寸的箱形桿件。因此在設(shè)計(jì)和施工過程中往往采用加墊板單側(cè)坡口焊，以保證焊縫的全熔透。但碰到小夾角支撐節(jié)點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其鈍角處焊接坡口很好處理，但銳角處的焊接坡口加工時(shí)，由于板材本身的一個(gè)夾角存在，再加上一個(gè)焊接坡口角度，這樣翼板的坡口就比較難加工，特別是小夾角支撐銳角處翼板的焊接坡口加工就更難。另外小夾角處的焊縫角度也將影響焊工的操作和焊縫質(zhì)量。因此有必要對(duì)箱形截面支撐的小夾角處的翼板和腹板作一下細(xì)部處理。處理方法如圖6所示。

    另外，箱形截面支撐也會(huì)碰到前面所說的H形截面支撐翼板焊縫與柱梁連接焊縫過近的狀況，因此應(yīng)參照?qǐng)D五進(jìn)行細(xì)部處理。
    4、加勁肋（隔板）的位置移動(dòng)
    高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，支撐翼板與柱（或梁）的連接時(shí)，在柱、梁處應(yīng)設(shè)置加勁肋，當(dāng)柱是箱形截面時(shí)，在柱內(nèi)設(shè)置隔板。該板的位置應(yīng)與支撐翼板位置相對(duì)應(yīng)，以承受和傳遞翼板對(duì)柱和梁的水平或豎向分力。由于實(shí)際工程中小夾角的出現(xiàn)和柱（或梁）的下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件壁板較厚，如采取將支撐桿翼板中心線延伸到柱（或梁）板連接處的另一側(cè)面，并以該點(diǎn)為基準(zhǔn)設(shè)置加勁肋（隔板）的話，就會(huì)產(chǎn)生如圖7所示的情況。

    此時(shí)翼板所傳遞的分力不是直接垂直傳遞給加勁肋（隔板），而是通過柱（或梁）的翼板，改變力的方向后再傳遞到加勁肋（隔板），實(shí)際上改變了有關(guān)板的作用。因此，在詳圖設(shè)計(jì)和加工工藝文件編制中應(yīng)將圖七中所產(chǎn)生的△加以處理，使其盡可能地消失，以確保支撐翼板的分力傳遞實(shí)際與理論計(jì)算相接近。具體加勁肋（隔板）位置移動(dòng)如圖八所示。

    4.1本工程辦公樓外部輪廓為鴨蛋型，外部鋼梁全為弧形，為保證鋼材利用率，降低工程成本，在工程開工前，將弧形梁進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用排版套料法和合理拼接，將剛才利用率控制在90%左右，大大節(jié)省了材料。
    4.2本工程裙房為商業(yè)，在裙房為中央部位為大廳，大廳貫穿1—3樓，為保證大廳跨度及采光度，在裙房頂部采用桁架結(jié)構(gòu)，桁架長(zhǎng)28米，高2米。
    4.2.1桁架的制作
    桁架上、下弦桿為H400×400，腹桿為L(zhǎng)140角鋼，在加工廠分兩段制作，工廠預(yù)拼裝，現(xiàn)場(chǎng)組裝。
    4.2.2桁架的安裝
    在現(xiàn)場(chǎng)制作平臺(tái)，組裝桁架，保證桁架的起拱度，桁架采用130噸汽車吊安裝，整體吊裝，見圖9。

    5、 結(jié)束語
    上海北大青鳥企業(yè)發(fā)展大廈工程整體設(shè)計(jì)富于動(dòng)感，外觀氣派宏偉；設(shè)計(jì)者力求建造一個(gè)舒適、高品位的辦公、生活環(huán)境；結(jié)構(gòu)形式新穎獨(dú)特，體現(xiàn)了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念。本工程鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目實(shí)施過程中得到了中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)和上海市金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)協(xié)會(huì)專家的指導(dǎo)和支持，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。該項(xiàng)目已榮獲2006年中國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)“金獎(jiǎng)”和2006年上海金屬結(jié)構(gòu)建設(shè)工程“金鋼獎(jiǎng)”特等獎(jiǎng)。
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