宋甜
(浙江金鑫鋼結(jié)構(gòu)集團有限公司,杭州 311407)
場地的建筑面積為22 749 m2,地下第1 層是鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu),地面以上的第1 層是鋼結(jié)構(gòu),整體為葉形,地上部分由4 種單體A、B、C、D 組成,其中B 和D 單體的基礎(chǔ)是地下室,而單體A 和C 是獨立的混凝土基礎(chǔ)。體育場的每個主體都是大跨度的不規(guī)則空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu),結(jié)合了網(wǎng)格墻、管狀桁架和網(wǎng)狀殼體,最大桁架跨度為68 m,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)由單層網(wǎng)狀殼組成,而該單層網(wǎng)狀殼位于由縱向和橫向的拱形三角形圓形鋼管桁架與鋼管桁架之間,材料為Q345C,共有14 284 根棒材,總計2 000 t。
工程為全焊接鋼結(jié)構(gòu)。因此,在施工過程中應(yīng)特別注意控制焊接應(yīng)力,以防止因焊接不當造成鋼結(jié)構(gòu)件異常變形而產(chǎn)生間隙??臻g相交節(jié)點和支管末端的焊縫位置分為A、B 和C 3 個區(qū)域,其中A 區(qū)域?qū)儆诘谝患墝雍缚p,B 區(qū)域?qū)儆诘?級對接焊縫,C 區(qū)域?qū)儆诘? 級角焊縫。各種焊縫都適合斜切,且坡口的形式隨支管的厚度和焊縫在管端的位置而變化。根據(jù)鋼板的厚度,可確定焊接前的預(yù)熱和焊接后的加熱,并用紅外溫度計測量控制層的溫度。
由于工程涉及的接口很多,施工時需要將接口處焊接完全。該工程對焊接質(zhì)量要求嚴格。在焊接過程中,需要注意以下5 個要點:(1)選擇代表性的焊接接頭形狀進行焊接測試和工藝鑒定;(2)模擬現(xiàn)場的實際工作環(huán)境條件,做采取預(yù)防措施的焊接和不采取任何措施進行焊接的試驗,以評估焊接施工的環(huán)境條件對現(xiàn)場人員焊接技術(shù)的影響;(3)焊接技術(shù)人員的代表性檢查,如項目焊接人員的資格、焊接人員對工程焊接項目的適應(yīng)性;(4)通過相應(yīng)的測試方法對焊接后的焊接零件質(zhì)量進行鑒定;(5)通過評估確定實際生產(chǎn)的具體步驟、方法及參數(shù)。
工程的焊接需由專業(yè)人員進行,施工過程中需記錄每組的焊接位置。完成焊接后,出于對焊接工作質(zhì)量的責任,需委托第三方檢測吊裝前的焊接質(zhì)量,以更好地發(fā)現(xiàn)問題并及時解決,從而防止出現(xiàn)質(zhì)量問題[1]。在焊接過程中,應(yīng)實時監(jiān)控組件的高度、水平度和垂直度。若發(fā)現(xiàn)異常,則須立即停止并更改焊接順序,同時采取加熱校正等措施。此外,在一個區(qū)域內(nèi)焊接主要零件后,方可進入下一個區(qū)域進行焊接。焊接后,要及時測量收縮率數(shù)據(jù),并與模擬結(jié)果進行核對,進而分析產(chǎn)生差異的原因并采取相應(yīng)措施。
場地由4 個單體A、B、C 和D 組成,其中單體B 和D 位于地下室。組件提升分為2 個施工區(qū)域,單體B 和D 為Ⅰ區(qū)(BD 區(qū)),單體A 和C 為Ⅱ區(qū)(AC 區(qū))。在I 區(qū)的安裝完成后,Ⅱ區(qū)的結(jié)構(gòu)將通過一個連接組件推向兩側(cè)。在BD 區(qū)域吊裝時,于場館外使用150 t 履帶式起重機(在AC 區(qū)域中行走),東側(cè)的建筑物使用50 t 起重機。在AC 區(qū)域吊裝時,使用150 t履帶式起重機將50 t 起重機移至建筑物的西側(cè),以組成2 組。同時,組裝單個結(jié)構(gòu)A 和C,并在起重機出入口南壁上的±0.000 m 處預(yù)先預(yù)留一個網(wǎng),然后在起重機離開現(xiàn)場后分別補齊。
2.2.1 吊裝單元劃分
工程中,屋頂上有112 個水平管桁架,地板上有58 個垂直管桁架,150 個單層網(wǎng)狀殼,側(cè)壁上有50 個管桁架。在滿足裝配設(shè)備性能和控制零件變形的前提下,需盡量減少高空裝配的數(shù)量,并將零件劃分為適當?shù)膮^(qū)域。水平管桁架段長約26 m,重6.2 t,屋脊管桁架的最大長度為12 m,重10 t,共267 個吊裝單元。
2.2.2 吊重復(fù)核
工程以垂直水平管桁架作為討論對象,吊裝的高度為-0.1~21.00 m,質(zhì)量達到6.64 t。鑒于此,工程使用50 t 履帶式起重機,動臂長度為36 m,工作半徑12 m,最大起重量11.7 t,足以滿足吊裝的要求。如屋頂水平管桁架,吊裝高度為29.81 m,斷面長度22 m,質(zhì)量7.2 t。再如使用150 t 履帶起重機,主臂和副臂分別為51.8 m 和18 m,工作臂旋轉(zhuǎn)有32 m,最大起重量12 t,可以滿足吊裝的需求。
2.2.3 吊索具復(fù)核
以最大的吊裝物約12.2 t 起重裝置為例,采用4 點組裝法,每個提升點都配備有繩索,著陸點采用綁扎的形式。鋼絲繩角度為60°,西側(cè)用26.5 mm 鋼絲繩吊起,核對安全系數(shù)為8,根據(jù)3 個吊點,復(fù)核安全系數(shù)為6,滿足要求。
2.2.4 吊點復(fù)核
布置吊點時,在滿足桁架強度和強度的前提下,為了減小管桁架承受的壓力以及防止桁架失去平衡跌倒,應(yīng)最大限度張開起重機與桁架之間的夾角;同時,吊鉤應(yīng)盡可能穿過桁架的重心,以防止吊裝時桁架發(fā)生偏斜[2]。
此外,需使用4 個提升點進行提升,并采取2 個5 t 鏈條調(diào)整桁架姿勢。如果將可拆卸吊耳安裝在桁架上,則可以加快吊裝過程,并避免損壞鋼絲繩上的涂層??刹鹦兜幕顒拥醵妶D1。
圖1 可拆卸活動吊耳
2.2.5 臨時支撐
每個組件都分節(jié)吊起,在達到壓力狀態(tài)之前,應(yīng)暫時支撐。在安裝結(jié)構(gòu)后,需按等比卸下支撐框架,并完成鋼結(jié)構(gòu)的安裝[3]。工程花瓣形屋頂截面支撐桿的標準截面為6 m,形狀的基本尺寸為2 m×6 m,可將其模量擴展為6 m 的任意組合。其中,標準段由標為A、B、C 的3 個組件組成,且全部由Q235 C 圓管構(gòu)成,支撐架標準節(jié)組裝見圖2。
圖2 支撐架標準節(jié)組裝
2.2.6 吊裝順序
工程的各個結(jié)構(gòu)形式相似,包括側(cè)壁結(jié)構(gòu)、屋頂橫向管桁架、屋脊管桁架和單層網(wǎng)狀殼。對此,可以根據(jù)“在2 個水平管桁架之間安裝垂直水平管桁架+在2 個垂直水平管桁架之間安裝屋頂桁架+安裝屋頂水平管桁架+在2 個水平管桁架之間安裝垂直單層網(wǎng)狀殼”的原理完成支撐框架。
另外,在“一次跨度安裝”序列構(gòu)建中,可使用相同的方法來完成其他跨度的安裝。
體育場項目的鋼結(jié)構(gòu)具有多種異形的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。由于其直接裸露在外,且受環(huán)境的影響程度很大,因此不能忽略由環(huán)境產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。在封閉結(jié)構(gòu)時,鋼結(jié)構(gòu)主體的溫度必須符合設(shè)計要求。
工程封閉設(shè)計的標準溫度為19℃,可在±4℃范圍內(nèi)工作??紤]到鋼結(jié)構(gòu)主體的溫度可能與天氣預(yù)報和所在位置的溫度不同,所以僅根據(jù)不同的溫度進行簡單的溫度調(diào)整,無法確定鋼結(jié)構(gòu)主體的溫度。因此,在關(guān)閉結(jié)構(gòu)時,應(yīng)實時檢測鋼結(jié)構(gòu)的溫度。焊接每個封閉區(qū)域時,應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)的總溫度,并控制封閉過程。若跨網(wǎng)結(jié)構(gòu)處于封閉情況,則需根據(jù)不同范圍測量電網(wǎng)溫度;同時,根據(jù)網(wǎng)格的跨度和體積的不同,應(yīng)在左右封閉的跨度內(nèi)對稱設(shè)置3~6 個測溫點,且鋼結(jié)構(gòu)主體于當日19:00 開始使用。值得注意的是,結(jié)構(gòu)必須要進行溫度測試,以確保合攏封閉時主鋼結(jié)構(gòu)的溫度能夠符合設(shè)計要求。
起重機在封閉部分的起重機就位后,除了封閉以外,其他接頭均按照“單刀雙焊,雙刀單焊”的原則焊接。在將焊接溫度冷卻至室溫之后,需進行封閉焊接。在檢查一側(cè)封閉部分的高度并調(diào)整高度后,桁架的表面是穩(wěn)定的。此外,可使用鏈條調(diào)節(jié)另一側(cè)關(guān)閉部分的高度,并將連接鋼管插入雙封閉區(qū)域,以將封閉區(qū)域的高度調(diào)整為略高于設(shè)計高度。
如果不采取任何措施,為了減少內(nèi)部應(yīng)力,則需使用焊接封口并使用拉馬承受主應(yīng)力。拉馬由鋼板制成,矩形長度在中間。在拉馬焊接到封閉部分(在U 形槽的一側(cè))時,需在調(diào)節(jié)焊接工具的高度并關(guān)閉焊接間隙后,將拉馬U 形凹槽的另一側(cè)的封閉部分與另一側(cè)的封閉部分焊接在一起,即在焊接封閉的焊縫后形成焊縫。另外,在焊接溫度降至室溫后,需移除拉馬以降低焊接溫度。其中,焊接收縮引起的內(nèi)應(yīng)力主要由拉馬限定,其中,柱桁架是指具有上、中、下弦平臺的三角形圓形管桁架,主要按上、中、下弦的順序焊接。對于相同的弦焊縫,需根據(jù)圓周對稱地焊接,且每層弧點之間的距離為30~50 mm。
鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接技術(shù)是土木工程施工中常用的施工技術(shù),由于鋼結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量輕、施工方便,因此廣泛應(yīng)用于土木工程中。鑒于此,在實際施工過程中,要結(jié)合相關(guān)特征對鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進行分析,從而運用焊接技術(shù)、起重技術(shù)以及桁架結(jié)構(gòu)封閉來進行溫度控制,以進一步保障工程項目的質(zhì)量與安全。