淺析36 m鋼桁架吊裝精度控制技術

唐旗旗 徐 蕓

(九江學院土木工程與城市建設學院,江西 九江 332005)

1 工程概況

某高校新建室內體育場,主屋蓋采用下弦支撐的非對稱曲線型R-C型鋼桁架體系,本工程屬于超長結構,具有整體跨度大、高差起伏大、單個構件大、構件量大、高空作業多等特點。其中橫向布置23榀跨度為36.8 m的主桁架,鋼屋架縱向長度為95 m,整個屋架是架立在鋼筋混凝土框架結構上的大跨度鋼結構,其最大高度達到13.6 m。主要施工內容包括桁架的組對、焊接、吊裝,上下弦支撐的制作安裝,檁條的安裝等。

2 施工思路

本工程的整個安裝方案是采取工廠內下料→現場拼接→主次桁架進行安裝→空中焊接。根據主次桁架的重量、尺寸及周圍鋼筋混凝土框架結構的高度,最終選定兩輛機車同時作業,主次桁架分開搭配安裝的方案,主桁架重3.11 t,長41.63 m,經過計算后決定采用一臺35 t履帶起重機用于單榀主桁架的吊裝。在主桁架就位后,兩榀主桁架之間通過次桁架連接固定,從而形成整體穩定體系。次桁架約0.32 t,次桁架采用一臺25 t汽車吊吊裝。

3 精度安裝難點

主要的難點是各個構件精確定位與變形兩方面的控制，如表1所示,鋼結構吊裝的每一步的誤差都會累積起來,最后積重難返,很容易造成后面的構件難以就位的問題。

表1 常見精度影響因素及相關規定允許偏差

4 精度控制

整個精度控制分為兩條主線進行,一條線是以構件為核心,從生產加工到運輸再到組裝與安裝以及施工后的變形監測的全程控制,主要是針對構件變形的控制與配合控制網的定位進行調整,做到精確安裝;另一條則是以控制網定位為核心,建立定位控制網,對每個構件的定位都能做到有的放矢,每一步施工都要做好充分的檢查,配合構件安裝的施工將所有誤差控制到允許范圍內,避免返工。

5 精度把控技術要點

5.1 空間定位控制網

1)控制網:本次安裝是在場地外圍四周平坦地架設測量點,以施工圖軸線為參考建立軸網,以某固定點為原點建立三維定位控制網,為關鍵構件節點做標記并建立(x,y,z)的三維坐標,方便安裝時復核位置,同時對構件采取統一編號防止混亂。

2)目的:空間定位控制網的建立是為了后面整個安裝工程精度的總把控,可以為每個構件進行位置定位與變形監測,同時每一步的安裝都可以通過控制網進行復核與校正。

3)主要工作:控制網應當對施工全程監測施工的時候要進行動態監測的方式對施工進行監測,主要工作是對柱頂埋件定位、桁架垂直度測量、桁架頂軸線偏差測量、桁架頂標高測量、桁架軸線與高差檢查、桁架底對中觀測、沉降觀測等并參考驗收規范進行實時檢查并調整;施工后還需要對吊裝好的鋼結構桁架的沉降量、側向彎曲的偏差值、撓度、垂直度、整體平面彎曲的偏差值等進行監測(條件允許可以用超聲波對焊縫進行無損檢測)。

4)難點:場地大、構件多使得建立高精度控制網難度增加的問題。

5)解決方法:采取關鍵節點標記重點監測的方法減輕工作量。同時要進行控制網精度的自我檢測,閉合水準測量計算,確保測量誤差在允許范圍內。

5.2 構件的生產及運輸監控

5.2.1生產

對于出廠構件本身就有尺寸或者質量上不過關的問題,可以在尺寸及質量上采取(廠內下料前尺寸檢查;出廠前進行全面檢查;現場進行最后的抽樣檢查)三道檢測的方法將構件的偏差控制在允許范圍內。

5.2.2運輸

1)難點:對于構件出廠到施工場地的運輸及其裝卸過程的保護問題,主桁架構件太大無法做到整體運輸,且途中保護不好就會造成變形甚至報廢;

2)解決方法:本次工程的運輸是將主桁架分成三段運輸的方法(選擇桁架中間所受軸力較小的桿件進行截斷,但是這種打斷運到現場再拼接的方式,很大可能因為現場焊接質量問題而讓主桁架出現耐久性、承載力等安全問題);采取立裝運輸的方式將制作好的桁架運至現場,利用固定工具將分段桁架立裝固定在車上,桁架下方受力點處放置枕木防止發生塑性變形,運輸路線盡量選擇平整道路,防止過大顛簸。

5.3 柱頂預埋件定位

1)難點:由于預埋件在高空,對其定位與校正都是十分困難的;

2)解決方法:首先是預埋件的測量定位(把握水平位置與高程兩方面),并且每個部件的控制線應分別從結構控制軸測量,便于安裝時的測量校正。其次是預埋件安裝過程,由于本次工程是高空預埋,故采取分步安裝預埋,即先將預埋錨栓與錨板先行澆筑到混凝土柱中,剩下部分待桁架結構安裝成功,再與預埋錨桿調整焊接,這是個很好的容錯措施,保證了預埋件在高空對其定位與校正，見圖1。

5.4 主次桁架的吊裝監測

5.4.1主桁架

1)主桁架的拼接要在鋼結構拼裝平臺上作業,開始焊接前可用水平尺與鋼尺測量一下對接處的對接是否平直,以保證主桁架對接的質量。桁架在吊裝前,應對構件的變形和尺寸進行復測,當偏差在允許范圍內方可進行安裝。主桁架采用反復微調措施精確定位:地面就位→檢驗→空中安裝→支座連接(臨時)→檢驗→垂直支撐→校正檢驗→支座最終固定;

2)由于本次工程的主桁架是超長構件且為非對稱型,故采用扁擔法(可用結構軟件提前算好變形量是否在允許范圍內,方可再進行吊裝)起吊防止桁架吊運途中發生變形,吊運時兩端加纜風繩防止桁架側向晃動,頂部設置纜風繩防滑措施;最后通過控制網對桁架關鍵節點處的標記進行定位檢查,定位完成后將纜風繩拉緊并且固定另一端,同時通過控制網對其標高,垂直度與桁架側向彎曲等參數進行再一次的復查并校正。

5.4.2次桁架

完成第一榀桁架和第二榀桁架的定位與固定后,開始搭接兩主桁架之間的次桁架。本次工程的次桁架采用掛籃搭載兩個主桁架之間的方法制作臨時的施工平臺的方法,先在掛籃上搭設木板對上弦桿對接處施工,然后拿去木板站在吊籃踏板上對下弦桿對接處進行施工,人員精確焊接,焊接過程中應當對鋼桁架的軸線進行實時監測,一旦超過允許偏差應當做好相應的調整,(垂直度與位置用全站儀檢查)完成后方可對次桁架進行最后的固定。同時采取對稱安裝次桁架的方式,防止從一側積累誤差。

5.5 高空焊接質量控制

由于此工程中腹桿要焊接固定,焊接工程量大,且多為高空作業,故焊接的質量直接影響著整個工程的精度控制,焊接采用定位焊法(定位焊接不僅牢固可靠且能保證焊接的精確性,但不能存在裂紋、夾雜物、氣孔等)。在焊接前,應進行檢查焊接技術人員的定位焊接的技術是否合格、桿件組裝的質量、將要焊接部件的清潔(清除溝槽表面的區域內的污垢、銹跡等雜物,使溝槽邊緣及溝槽內外側露出金屬光澤)三項工作。此外引弧板與襯板應按所要求的規格進行加工,以確保其尺寸合格和溝槽焊接的質量能夠達到允許偏差范圍內。最后由于是高空作業,防風措施尤為重要,防風是為了預防焊縫開裂和硬化(風加快冷卻),如果焊接區域內手工電弧焊風速大于10 m/s,則應加強風棚或其他有效的防風措施。

6 結語

通過本次工程吊裝難點的分析,不難看出鋼結構安裝的核心工作就是定位與變形兩方面的控制。首先采用控制網為每個構件確定了精確的位置,其次就是構件變形的控制,構件變形的控制則是從構件下料→出廠到施工場地的運輸及其裝卸→主桁架現場拼接→主次桁架的吊裝→高空焊接→施工后變形等等,全程每一步精細化控制并與控制網配合來保證構件的變形能控制在偏差允許范圍內,此外控制網就像一雙無形的眼睛監視著構件是否到達了預設的準確位置與是否變形超出了允許的偏差。

未來鋼結構的發展必然是朝著結構更復雜、跨度更大、施工難度更高的方向迅猛發展,與此同時鋼結構安裝的精度問題就顯得更加重要。做好精度的安裝對于整個項目的安全、經濟、質量、成本、工期等方面都起著至關重要的作用。希望本次工程能為同類施工提供相關問題解決方法或解決思路。