拱形鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工法

杰達鋼構(gòu)2017-10-18 09:46:451438

大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工法

1.前言

近年來鋼結(jié)構(gòu)建筑憑借其造價低、大空間、抗震性能好等優(yōu)點迅速發(fā)展，尤其在公共建筑和大型場館等公用設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。而拱形結(jié)構(gòu)因其大空間、造型新穎、美觀等特點，受到諸多建設(shè)單位的厚愛。

當鋼結(jié)構(gòu)拱落地長度較長，土建結(jié)構(gòu)為混凝土梁板時，主拱安裝宜采用分段安裝，由拱腳向上組裝，很后在頂部中間合龍。結(jié)合205.44米大跨度空間拱形鋼結(jié)構(gòu)的安裝進行施工總結(jié)，形成了本工法。

2.特點

2.1

土建結(jié)構(gòu)為混凝土梁板，上部為箱形變截面鋼結(jié)構(gòu)主拱，主拱生根于四個拱腳基礎(chǔ)；

2.2

在混凝土頂板上設(shè)臵支撐塔架（同時作為操作平臺），混凝土頂板下局部設(shè)滿堂紅架體支撐；

2.3

采用分段吊裝、現(xiàn)場拼裝焊接。

3.適用范圍

本工法適用于工業(yè)與民用建筑工程中大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)安裝工程。尤其適合土建主體結(jié)構(gòu)為混凝土框架梁板，上部為大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)的工程。

4.工藝原理

主拱安裝在能同時滿足設(shè)計分段要求和運輸要求的前提下，采用分段制作、運輸和安裝。為確保整體空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，主拱的安裝需穿插在其他結(jié)構(gòu)梁安裝的同時進行，主拱的安裝順序是從四個主拱腳向上進行安裝，很后在頂部中間合攏，主拱安裝的同時，及時進行主拱和屋面拱之間的拉桿支撐的安裝。

5.施工工藝流程及操作要點

5.1工藝流程

建立測量控制網(wǎng)及測量控制→主拱支撐架體設(shè)計→主拱吊裝及安裝→卸荷

5.2操作要點

大跨度鋼拱安裝同時涉及分段及吊機的選擇、施工測量定位、支撐架體的設(shè)臵、鋼拱的吊裝及安裝、卸荷等多種施工工藝，而鋼拱的吊裝及安裝是整個施工過程的關(guān)鍵。

5.2.1建立測量控制網(wǎng)及測量控制

1．GPS點的交接及復核

根據(jù)GPS點的成果，制定點位精度的復查，具體測量步驟：根據(jù)GPS點的布局，在施工區(qū)域邊布設(shè)二級控制網(wǎng)，按閉合導線的觀測方法，計算出導線精度，再根據(jù)計算出的點位精度，如果GPS點的成果符合施工要求即可使用，反之要對導線實行平差后才可使用；對水準點的復查，采用國家二級水準的要求進行復查，在施工區(qū)域內(nèi)按施工需要布設(shè)若干固定的水準基準點，對布設(shè)的水準點實行聯(lián)測。

5.2.2施工中的測量控制

1．主拱跨度大，對于四個主拱與地面接觸點的控制精度要求相對高，在二級導線的基礎(chǔ)上用極坐標法放樣出四個接觸點，建立一矩形導線閉合環(huán)，用距離、角度復核精度；

2．主拱為斜平面主拱，在測量控制上采用直角相交觀測法；

3．主拱采用分段安裝，在二級控制基礎(chǔ)上布臵方格網(wǎng)，對桁架節(jié)點進行控制，詳見圖5.2.2：

X:0.000Y:0.000X:90.000Y:240.000K1K2K4K5X:90.000Y:0.000X:0.000Y:240.000K3K6X:90.000Y:120.000X:0.000Y:120.000ZG1ZG2ZG3ZG4ZZK1ZZK4ZZK5ZZK6ZZK9ZZK10K*二級控制點ZXG1ZXG3ZZK*鋼直柱控制點

4．高程測量

依據(jù)現(xiàn)場的已知水準點，在施工場區(qū)內(nèi)測設(shè)水準基準點，水準點的密度應(yīng)為100m左右一個，水準路線構(gòu)成附和路線，以便校核，觀測精度要滿足四等水準的要求，閉合差要小于ｆｈ=±20mmL或ｆｈ=±60mmn。（L為線路長，以千米計；n為測站數(shù)。）

5．變形觀測

在確認施工安裝準確后，以安裝監(jiān)測所測定的每個標志點的實際坐標和高程作為基準值。以后每隔2周按安裝監(jiān)測時用同精度的觀測方法對標志點進行觀測，計算出坐標和高程與基準值進行比較，從而確認鋼架頂部的變形情況。直至建筑物封頂看不見標志點后，變形觀測結(jié)束。

5.2.3

主拱支撐架體設(shè)計

1．根據(jù)鋼拱結(jié)構(gòu)體系分折，并結(jié)合設(shè)計結(jié)構(gòu)的節(jié)點詳圖，首先安裝周邊的鋼柱及鋼柱間的連梁，然后安裝中間拱和屋面梁，在主拱未能形成三角形桁架之前，整個屋面鋼結(jié)構(gòu)的中間部分荷載全由中間拱來支撐，所以首先在中間拱下方設(shè)臵支撐，并根據(jù)混凝土柱網(wǎng)間距在中間拱下方每個混凝土柱柱頂設(shè)臵承重支撐架。

主拱為主要受力桿件及結(jié)構(gòu)體系的主支撐構(gòu)件，在分段吊裝時自重必須外加支撐體系來完成，所以在主拱的投影弧線上同樣根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱位臵、間距等設(shè)臵底部承重支撐。其位臵盡量選在每兩橫軸中間附近，即在各撐桿與斜主拱相交點附近，主拱下各支承架設(shè)臵在每兩軸中間，既能符合斜主拱承重定位拼裝要求，也滿足各撐桿的安裝施工。主拱下支撐固定詳見圖5.2.3-1。

每個支承架搭設(shè)前，需首先安裝完畢該跨的屋梁，并將該處支承架上部臨時采用檁條將支承架與屋梁連接固定，必要時將支承架頂端用攬繩與屋梁上的檁托板拉牢，以確保支承架上部穩(wěn)定性，同時在支承架屋梁與樓面之間中部也用攬繩與樓面錨固板拉牢固定，攬繩上應(yīng)設(shè)有手拉葫蘆以便于調(diào)節(jié)，并在支承架下部焊上?48短鋼管，用腳手鋼管將支承架下部連結(jié)牢固，確保支承架體的整體穩(wěn)定性。

2．針對工程的結(jié)構(gòu)特點及施工順序和方法，同時結(jié)合現(xiàn)場的施工環(huán)境，合理選擇支撐架體的形式及規(guī)格。一般可采用格構(gòu)柱架體支撐，該格構(gòu)柱以6m為一個標準節(jié)（見圖5.2.3-2），并可根據(jù)不同的主拱安裝形式，以及施工順序進行支承架的布設(shè)，見圖5.2.3-3。鋼結(jié)構(gòu)主拱支撐架體設(shè)臵平面圖及圖5.2.3-4鋼結(jié)構(gòu)支撐架體立面圖。

變形觀測點錨固板手拉葫蘆屋梁

支承架固定鋼管平臺檁條

3.樓面上支承架不一定在混凝土梁上，為確保將支承架上的荷載直接傳遞到混凝土梁上，在每個支承架下垂直于混凝土梁方向設(shè)臵兩根200×200mm，長度不小于4m的工字鋼，每根工字鋼兩端均要搭在混凝土梁上方，以確保混凝土梁受力。對座落在地面上的支撐架,在現(xiàn)場根據(jù)施工需要進行制作,并在支架位臵澆筑2000×2000×200mm混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)配筋為Φ12@200雙層雙向網(wǎng)片,確保支架均勻受力，并在支承架四周設(shè)臵鋼管樁，便于支承架的錨固。主拱支承架下支座見圖5.2.3-5、主拱支承架底部基礎(chǔ)圖見5.2.3-6。為確保樓板不受力，在樓板底部支撐塔架下局部設(shè)臵滿堂紅架體支撐。

砼樓面砼梁工字鋼底座支承

4.主拱與地面呈一定角度，定位控制難度較大，必需根據(jù)主拱傾斜角度，在兩個方向設(shè)臵帶角度的定位支托，以使主拱的定位準確，主拱定位支座見圖5.2.3-7：

圖5.2.3-7主拱定位支座

5.2.4主拱吊裝及安裝：

1.分段及吊機的選擇

根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，結(jié)合鋼構(gòu)件的總重量，進行吊裝機械的選擇及分段數(shù)量。

首先考慮吊裝機械的一般起重量，工作半徑，并結(jié)合鋼拱總重量，底部混凝土柱的柱距等，確定鋼拱分段數(shù)量及尺寸，根據(jù)單體重量很大時的起重參數(shù)，進行吊機的選擇。

2.安裝總體流程：

1）首先進行鋼柱及鋼柱之間的連梁安裝，具體如圖5.2.4-1流程圖一：

2）為了使屋面結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的體系，所以對兩端第二段中間拱進行安裝，并進行兩端屋面梁和鋼柱的拼裝安裝，同時對兩端屋面梁之間的連梁和水平剪刀支撐進行安裝，具體如5.2.4-2流程圖二：

3）進行下一段屋面結(jié)構(gòu)梁安裝，同時做好吊裝主拱梁的安裝準備工作；具體如5.2.4-3流程圖三：

4）進行主拱梁的安裝，同時安裝相應(yīng)部位連梁，并在樓面上進行鋼柱和屋面鋼梁的拼裝，具體如5.2.4-4流程圖四：

5）依此類推進行剩余主拱的安裝，詳見圖5.2.4-5流程圖五、圖5.2.4-6流程圖六、圖5.2.4-7流程圖七。

6）進行靠內(nèi)側(cè)主拱梁吊裝合龍，具體見圖5.2.4-8流程圖八：

7）進行靠外側(cè)屋面梁及鋼柱等安裝，并進行靠外側(cè)主拱梁合龍詳見圖5.2.4-9流程圖九：

5.2.5卸荷

1．總體思路

在卸荷前，整個鋼結(jié)構(gòu)荷載分別由鋼柱、支撐架及主拱承擔，卸載時支撐架上所承受的荷載逐漸過度到鋼柱和主拱上，很終形成穩(wěn)定的承載體系。卸載過程是使屋蓋系統(tǒng)緩慢協(xié)同空間受力的過程,此時整個屋蓋系統(tǒng)的內(nèi)力重新分布,并逐漸過度到設(shè)計狀態(tài)。在卸載時應(yīng)遵循“變形協(xié)調(diào)、卸載均衡”的原則,采用從中間向兩邊逐步卸荷的施工方案,先卸載中間拱的支撐架，卸完后再進行主拱的卸荷，兩榀主拱應(yīng)同時由中間向兩端進行。

2．卸荷具體施工過程：

1）在主拱下各支撐架的支撐點的H型鋼梁上設(shè)臵型號為QL50的50噸螺旋千斤頂，支撐點上設(shè)臵一個。

2）在每個螺旋千斤頂?shù)捻敳坷?Phi;219的鋼管做套筒，再在鋼管的頂部做與拱架角度相同的支托做為臨時支撐。

3）調(diào)節(jié)螺栓千斤頂?shù)母叨龋怪兄卧诠凹艿牡撞浚斁o到位。

4）在每根H型梁千斤頂?shù)穆湮惶幵O(shè)臵鋼板卡碼，固定千斤頂，防止千斤頂在支撐H型鋼梁上滑落和失穩(wěn)，具體見圖5.2.5-1、5.2.5-2：

5）待所有支撐點上的臨時千斤頂支撐到位、頂緊后，按照從中間到兩邊的順序逐漸拆除原臨時的支撐，讓主拱逐步落位在千斤頂支托上。

6.材料與設(shè)備

本工法使用的材料主要有格構(gòu)柱架體、200×200mm工字鋼、鋼架管、鋼板卡碼、Φ219的鋼管、舊橡膠輪胎等；主要采用的機具設(shè)備有：履帶吊機、汽車吊、千斤頂、手動葫蘆、全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀、鋼絲繩、安全繩、網(wǎng)、對講機等。

7.質(zhì)量控制

本工法施工質(zhì)量控制須嚴格按GB

50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗

收規(guī)范》中相關(guān)驗收標準執(zhí)行。

7.1勞動力組織到位，配備測量人員4名，負責安裝定位；電焊工20名，負責現(xiàn)場焊接拼裝；質(zhì)檢員2名，負責質(zhì)量檢查。

7.2現(xiàn)場的控制點和主控線在移交前，必須經(jīng)監(jiān)理等單位對現(xiàn)場的控制點和主控線進行復合并確認。

7.3主拱的控制點和主控線的設(shè)臵完成后，同樣須經(jīng)相關(guān)單位進行復合并確認。

7.4在主拱的安裝過程中，相關(guān)單位必須同時旁站監(jiān)控，以確保預埋件的安裝就位的準確性。

7.5吊裝第一段箱型梁時，以箱型底柱的垂直線為基礎(chǔ)進行安裝、垂直度校正。垂直度調(diào)整好后，箱型梁接頭部位上、下，左、右進行點焊，再復測箱型梁和箱型底柱的垂直度，確保無誤后，然后在箱型梁的兩端用鋼支撐把箱型梁撐住以保證箱型梁的穩(wěn)定性，很后再對對接坡口進行全溶透焊接。在箱型梁標高控制上，選用在每個支撐胎架的頂部安裝一只20T液壓千斤頂，以調(diào)節(jié)箱型梁的標高，吊裝后面的箱型梁以同樣的方法進行施工。兩根箱型梁安裝結(jié)束后，再安裝兩根鋼梁間的支撐桿件，以確保箱型梁的穩(wěn)定性。

7.6每吊裝完一段箱型梁，對其進行測量、復核無誤后再進行加固、焊接。

7.7嚴格按照《焊接工藝評定報告》和《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ

–

2002。焊接前進行坡口除銹、打磨。箱形梁施焊時，由于箱型梁截面大，焊接量比較大，焊接過程中為防止箱型梁變形，采用兩人對面同時焊接，然后再進行上、下坡口焊接。對于拉桿與箱形梁焊接時，也應(yīng)由兩人由上至下對稱施焊。

7.8設(shè)計要求全焊透的一級焊縫采用超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷的檢驗，超聲

波探傷不能對缺陷作出判斷時，應(yīng)采用射線探傷，其內(nèi)部缺陷分級及探傷方法應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級法》GB1135或《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質(zhì)量分級》GB3323的規(guī)定。要求一級焊縫100%探傷。

7.9焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。不得有咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷。

每批同類構(gòu)件檢查10%，且不少于3件。

7.10主拱安裝應(yīng)符合以下質(zhì)量標準

項

目

允許偏差

卸荷完成后很大下?lián)狭?/div>

由設(shè)計計算得出（本工程42mm）

定位軸線

L/20000，且不超過3mm

箱性截面高度

±2.0mm

箱形截面寬度

±2.0mm

安全措施

8.1起重機的行駛道路，必須堅實可靠。起重機不得停臵在斜坡上工作，也不允許起重機兩個履帶一高一低。

8.2安裝時搭設(shè)穩(wěn)固可靠的臨時工作平臺。并嚴防高空墜落事故發(fā)生。

8.3施工用電嚴格遵循用電規(guī)程，保證安全用電。

8.4焊接作業(yè)場地不得有易燃易爆物品。電焊機外殼必須接地良好，電源的拆裝應(yīng)由電工進行，應(yīng)設(shè)單獨的開關(guān)。焊鉗和把線必須絕緣良好，連接牢固。

8.5防止高處墜落，操作人員在進行高處作業(yè)，必須正確使用安全帶。安全帶一般應(yīng)高掛低用，即將安全帶繩端掛在高的地方，而人在較低處操低。

8.6安裝過程中遇大風季節(jié)（6級以上），應(yīng)立即停止吊裝、焊接等其它施

工項目。對已安裝結(jié)束還沒焊接的箱型梁，在遇到大風時箱型梁兩端用落地鋼支撐撐住鋼梁，兩端再增設(shè)兩根攬風繩以減少風力對鋼梁的風荷載。焊接前再對鋼梁的標高、垂直度進行測量，復測無誤后在進行焊接。

8.7在支架卸荷過程中，必須對主拱架的變形情況進行全程跟蹤觀測，并做詳細記錄，應(yīng)避免突變情況的產(chǎn)生。

9.環(huán)保措施

9.1嚴格控制人為噪音，進入施工現(xiàn)場不得高聲叫喊、亂吹口哨、限制高音喇叭使用，很大限度的減少擾民。施工噪音遵守《建筑施工場界噪聲限值》（GB12523—90）。

9.2加強對施工現(xiàn)場粉塵、噪音、廢氣、廢水的監(jiān)控工作，及時采取措施消除粉塵、噪音、廢氣、廢水的污染。

9.3保持施工機械的整潔。電纜、氣割帶、風帶等沿施工臺架成束之下而上拉放。并應(yīng)捆扎牢固。

10.效益分析

主拱吊裝采用分段吊裝施工技術(shù)，施工較為方便，工序交叉影響少，保證了施工質(zhì)量，加快了施工速度，提高了工作效率，節(jié)省了人工開支，從而降低了工程造價。

10.1節(jié)省人工費、機具租賃費、縮短工期帶來的效益

縮短工期合計按33天計算。

人工費節(jié)約：33天×90人×70元/天=207900元

機具租賃費33天×20000元/天=660000元

合計：86.79萬元。

10.2社會效益

本工法所涉及的內(nèi)容在不同程度上解決了目前國內(nèi)大跨度拱型鋼結(jié)構(gòu)安裝的空白，為目前國內(nèi)同類型鋼結(jié)構(gòu)的很長跨度，對安裝中的關(guān)鍵技術(shù)進行較全面、細致的研究，實現(xiàn)技術(shù)先進、經(jīng)濟合理和施工方便等目標，為保證工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全提供了理論的依據(jù)，可為同類工程積累寶貴的施工經(jīng)驗。此項目通過了省建設(shè)廳組織的專家鑒定，成果達到了國際先進水平，目前已申報河北省科技進步獎。

11.工程應(yīng)用實例

11.1工程實例概況

呼和浩特白塔機場擴建工程航站樓工程結(jié)構(gòu)形式為混凝土框架及鋼結(jié)構(gòu)，

7.2米以下為混凝土框架梁板，南北方向跨度92米，東西方向長度168米，上部為兩榀變截面箱型鋼性斜主拱，落地長度205.44米，主拱平面內(nèi)半徑約141.1m，拱斷面采用下大上小的變高度箱型斷面，由鋼板焊接而成，翼緣寬度1.4m不變，截面高度由1.8m至1.4m漸變，壁厚25mm，在拱的自身斜平面內(nèi)呈圓弧型，拱頂距離12m，主拱很高高度40m，拱與地面成64度角，主拱自重391.7噸。

11.2航站樓主拱在施工過程中，計劃吊裝開始工期為4月15日，如采用整體吊裝，所有構(gòu)件須在4月15日全部到場，實際采用分段吊裝后，構(gòu)件按吊裝計劃分批進場，既減少了運輸費用，又減少了單構(gòu)件吊裝起重量，減小了起重機噸位，降低了吊裝難度，施工時采用了首鋼的利瑪7707型300覆帶吊進行主拱吊裝作業(yè)，施工安全、快捷，同時可與航站樓其它土建工序穿插作業(yè)，減少了工序間的施工影響。從而加快了施工進度，航站樓鋼結(jié)構(gòu)主拱于同年6月19日順利實現(xiàn)合攏，確保了計劃工期，為航站樓工程的順利竣工奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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