鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
摘要：介紹了江西吉安文化藝術中心搖擺柱的制造技術，重點介紹了搖擺柱的安裝定位、焊接球網架與弧型箱梁的安裝技術。
關鍵詞：螺栓球網架、搖擺柱、箱型桁架
1、工程概況
吉安文化藝術中心工程是吉安市的重點工程，是集會議、展示、觀演、休閑與一體的大型綜合文化藝術建筑。屋面空間網架水平投影近似矩形，南北長172米，東西寬134米。設置163根搖擺鋼柱。網架四周采用懸挑結構，懸挑長度不等，四角最大懸挑長度達10米。網架厚度為2.5～2.8米。網架在A區與BC區局部鏤空，用箱型桁架聯系。網架結構桿件采用空心圓鋼管，連接接點采用焊接節點球。163根搖擺鋼柱與基礎和網架采用銷釘軸承組合連接。其中網架鋼結構重量約620噸，A區與BC區局部鏤空區域桁架重約280噸，搖擺鋼柱約600噸，屋面圍護結構約13000平米。A、B、C區域外露部分全部采用鋁板吊頂裝飾，見圖1。
圖1 吉安文化藝術中心效果圖
2、制作技術
2．1、整個工程的結構形狀
吉安文化藝術中心，從大型樂器豎琴和管風琴的造型中找到靈感，以163根形似琴弦的搖擺柱，環繞文化藝術中心的主體建筑，支撐起形似吉它琴箱的巨大屋頂，使整個建筑象"靈動的琴弦"一樣，呈現出迷人的藝術魅力，見圖2。
圖2 吉安文化藝術中心 主體建筑 搖擺柱與焊接球網架施工技術
2．2、加工制作工藝流程
2．2．1、加工準備
2．2．2 、鋼材預處理
對所有桁架鋼結構中所用的鋼管和鋼板，將在切割加工前進行預處理。鋼管在涂裝車間內進行拋丸除銹，鋼板則由鋼板預處理流水線進行預處理，使鋼材表面粗糙度達到Sa2.5級后噴涂保養底漆，以保證鋼材在加工制作期間不銹蝕及產品的最終涂裝質量。
2．2．3、放樣、下料
制作前根據細部設計圖紙，在放樣平臺上對搖擺柱進行1:1實物放樣，定制加工樣板、樣條，以保證搖擺住制作精度。搖擺柱的下、下耳板及弧形箱梁上的所有構件全部采用數控切割機進行切割下料，保證下料數據準確性。
由于網架節點均為焊接球節點，桿件剖口切割質量將直接影響到構件的精度和焊接質量。對此類接頭，采用鋼管加工流水線上配置鋼管相貫線切割機進行切割下料,采用網架桿件專用剖口機進行端頭剖口，誤差控制在1毫米以內。
箱型桁架由兩根箱梁中間加圓鋼管支撐組成，圓鋼管下料采用日本丸秀工機株會社提供的HID-600EH相貫線等離子——火焰管材數控切割機進行相貫線切割下料，本設備下料切割、坡口、精度控制均由計算機控制一次完成，精度誤差不大于1mm。
2．2．4、裝配
所有搖擺柱鋼管結構現場拼裝前，均需根據圖紙及規范要求制作組裝胎架，并經監理檢驗合格后，將已開坡口的鋼管和成型的斜、腹桿，按編號組裝、點焊定位。由于腹桿上、下弦管的組裝定位比較復雜，控制好腹桿的四條控制母線和相應球節點的四個控制點至關重要，定位時要保證相同的腹桿在球節點上定位的唯一性。定位時應考慮焊接收縮量及變形量，并采取措施消除變形，在組裝時還將吊裝耳板同時組裝。經檢驗合格后，進行焊接。
箱型桁架的拼裝是在裝配平臺上放實樣進行拼裝，并應預放焊接收縮量（放至規范公差上限值即可）。采用仿形裝配法進行裝配，即先在平臺上放實樣，按此實樣裝配出第一榀桁架，并施焊進行定位，之后把此榀桁架吊走，再進行第二榀的裝配，保證桁架的外形裝配尺寸一致。依此方法逐個裝配其他桁架。
2．2．5、焊接
在加工制作前，進行焊接工藝試驗評定和工藝方法試驗，嚴格按焊接規范JGJ81-91要求；在坡口形式、焊接程序、電流、焊層控制、焊接速度等方面進行控制。通過焊接工藝實驗，找出適合于本工程特點的焊接工藝與方法。
2．2．6、涂裝
鋼結構制作驗收完畢后將在涂裝車間進行“二次噴丸除銹”，然后再進行噴涂富鋅底漆，柱腳耳板及支座采用熱噴鋅處理。
3、安裝施工技術
3．1、現場鋼結構主體安裝部署
現場土建實際施工進度安排是BC區域先完成，緊接著完成A區域，結合工期與經濟合理性考慮，擬定主體鋼結構施工分為三大塊進行（見圖3）。
圖3 吉安文化藝術中心體分區圖 搖擺柱與焊接球網架施工技術
首先安裝BC區域的網架結構，接著安裝A區域網架結構，最后安裝鏤空區域的桁架結構。
網架結構主要施工方法：考慮到充分利用腳手架等施工措施，降低施工成本，確保施工安全。本工程施工基本采用搭設滿堂腳手架、在高空散裝的方法進行施工。
鏤空區域桁架的安裝方法：在BC區域和A區域網架安裝完全后，在地面進行桁架組對，然后利用汽車吊安裝到位。最后安裝該區域外側的網架。在安裝網架之前應搭設滿堂腳手架。
3．2、 安裝前的準備工作
3．2．1、軸線、標高復核
結構安裝前應對基礎軸線和標高再次進行檢查。
3．2．2、吊裝機具的選擇
本工程采用25噸、50噸、80噸汽車吊進行吊裝，網架主要采用25噸汽車吊和現場塔吊進行垂直和水平運輸，鏤空部分桁架采用50噸、80噸汽車吊進行吊裝安裝就位。
3．2．3、吊欄制作
現場高空存在部分節點焊接，在高空焊接時，節點球焊接采用吊欄操作，鋼構件安裝焊接時，操作平臺主要以吊欄為主。吊欄用直徑20mm的鋼管制作。
3．3、鋼構件的吊裝
本工程的大件吊裝主要分三大部分：一是屋蓋網架桿件和焊接球的吊裝，此部分吊裝數量最大，時間最長，影響整個施工進度；二是搖擺柱的吊裝，三是鏤空部分桁架的吊裝。
3．3．1、屋蓋網架桿件和焊接球的吊裝
此部分單件吊裝重量較輕，在現場塔吊覆蓋范圍內基本能采用塔吊進行垂直與水平搬運。在塔吊不能覆蓋的范圍內，采用25噸汽車吊進行吊裝到19米標高處的腳手架平臺上，然后利用人工搬運到安裝位置。
根據總包提供的基準點引伸到網架的各支座或柱腳，再根據本工程支承點的復雜性和較高的要求，將采用全站儀進行測量定位，以確保各支承點預埋板的高差、中心軸線坐標滿足要求，對有超過的支承點要及時修正，對定位的誤差要求不大于2mm，對安裝前各支承點的相鄰支承點高差不大于15mm，中心偏移不大于5mm，對最高與最低點高差不大于30mm，最大中心偏移不大于25mm。
對各預埋板采用水準儀測量，確保預埋板平整，預埋板不平度（接觸縫）不大于5mm。
對經過測量的各支承點的中心軸線都用黑線劃出，高差都在埋件邊上用數據標出，所有測量結果都在圖紙中記錄，以便安裝時對構件進行適當的調整。
網架球節點的定位，由于是空間三維坐標定位，在球節點下設置一可微調（調節幅度為10cm）的自制可調螺旋千斤頂，此調節機構固定在工作平臺上，即可以作為網架安裝時的支撐點，承受施工荷載，又可以調節網架球節點的坐標（見圖4）。
圖4 吉安文化藝術中心自制可調球節點定位螺旋千斤頂 搖擺柱與焊接球網架施工技術
3．3．2、桁架的吊裝：桁架最重位于東側靠近網架的一片，重約43噸，長度約40米。采用2臺80噸汽車吊抬吊（見圖5）。
圖5 吉安文化藝術中心 現場吊裝圖 搖擺柱與焊接球網架施工技術
最重桁架吊裝相關技術參數：
吊車型號：80噸汽車吊兩臺；每臺站位回轉半徑5米、臂長24米，其每臺額定起重量32噸，考慮不平衡系數，兩臺80噸汽車吊合計額定起重量為2臺×32噸/臺×0.75=48噸＞43噸（桁架實際重量）。
圖6 吉安文化藝術中心網架與桁架視頻圖
3．3．2、搖擺柱的吊裝
搖擺柱總共有3種規格。各種規格如下：Z1規格為φ500×14，單根重約3600?，共147根、Z2規格為φ500×22，單根重約5500?，共10根、Z3規格為φ600×14，單根重約4300?，共6根。吊裝采用25噸汽車吊（見圖7）。
圖7 吉安文化藝術中心吊裝立面圖
25噸汽車吊在回轉半徑為10米，臂長25.5米時額定起重量為6.1噸，單根搖擺柱最大重量為5.5噸。25噸汽車吊能滿足搖擺柱吊裝要求。
搖擺柱臨時固定：對于直立搖擺柱采用腳手架進行固定，在搖擺柱安裝到位后，利用腳手架鋼管和鋼絲繩固定在已經搭設穩固的腳手架上；對于斜向搖擺柱，采用鋼絲繩和鋼管支撐進行固定，鋼絲繩一端與搖擺柱連接，另一端固定在腳手架或混凝土梁柱上。
4、結語
吉安文化藝術中心工程制造工藝復雜、安裝施工難度大。中南鋼構公司精心組織、精心施工、解決了制造與安裝施工中的一系列技術與工藝難題。質量好，進度快，安全施工。受到了吉安市政府的表揚和各方一致好評。為大型綜合文化藝術類建筑建設積累了寶貴的經驗。
圖8 吉安文化藝術中心俯視圖
參考文獻
[1]尹顯奇主編.鋼結構制作安裝工藝手冊.ISBN7-80177-538-4.
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[5]李星榮,魏才昂,李和華等.鋼結構連接節點設計手冊.ISBN7-112-07076-7.
作者簡介：沈海英（1975-），浙江中南建設集團鋼結構有限公司綜合計劃處處長，主要從事計劃調度管理工作。
聯系地址：浙江省杭州市濱江區長河街道（310052）。
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