高海拔高寒地區(qū)大跨度連續(xù)腰桁架的安裝

姜 濤 李 磊 王西法 武凱強(qiáng) 杜 運(yùn)

中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概況

西藏博物館改擴(kuò)建項(xiàng)目工程總長(zhǎng)216 m，寬度144 m，建筑高度為36.525 m，外觀呈東西對(duì)稱且整體修建。大跨度連續(xù)腰桁架總質(zhì)量94.791 t，桁架寬0.3 m，高3.1 m。安裝高度距底部14.7 m，桁架下部支撐點(diǎn)為鋼骨混凝土柱，跨距（4＋40＋4）m，總長(zhǎng)48 m，為西藏地區(qū)最大跨度的腰帶形鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝工程。

2 安裝技術(shù)難點(diǎn)

鋼桁架是由上下弦工字鋼、上下弦間工字鋼斜撐組成的連續(xù)腰形桁架。腰桁架地面組裝成形的幾何尺寸及焊接變形控制難度大。采用雙機(jī)起吊時(shí)，雙機(jī)同步起吊的控制難度大。構(gòu)件就位后臨時(shí)支撐加固點(diǎn)的控制難度大。西藏地區(qū)無類似施工經(jīng)驗(yàn)，吊裝經(jīng)驗(yàn)不成熟。

3 安裝施工思路

本工程48 m跨鋼桁架跨度大、自重大、安裝精度要求高。若采用在桁架下側(cè)搭設(shè)滿堂承重腳手架，構(gòu)架散拼的安裝方法，不僅安全防護(hù)難度大、焊接質(zhì)量難以保證，而且安裝時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高[1-2]。由于西藏地區(qū)首次采用大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)，故沒有類似的工程施工經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)本工程的特點(diǎn)，經(jīng)專家論證，采取以下的安裝思路：

1）同一榀鋼桁架在地面分3段進(jìn)行拼裝，中間段長(zhǎng)度為40 m，2側(cè)錨固段長(zhǎng)度均為4 m。中間段桁架與2側(cè)錨固段桁架拼裝時(shí)，上下翼緣焊縫的焊接點(diǎn)不在同一截面。鋼桁架立面如圖1、圖2所示。

圖1 左右兩端桁架示意

圖2 中間段桁架示意

2）鋼桁架拼裝、校核完成后，分段進(jìn)行焊接，焊接完成后進(jìn)行探傷檢測(cè)。

3）3段鋼桁架焊接完成后，在地面進(jìn)行預(yù)拼裝，校核尺寸使之滿足設(shè)計(jì)要求。

4）安裝時(shí)利用汽車吊雙機(jī)抬吊兩側(cè)錨固段，錨固段安裝焊接完成后，利用汽車吊進(jìn)行中間段桁架的雙機(jī)抬吊。

5）雙機(jī)抬吊時(shí)，吊點(diǎn)位置均勻、對(duì)稱布置。雙機(jī)同速、平穩(wěn)地提升鋼桁架。

6）整榀48 m跨鋼桁架校核、焊接完成24 h后，吊點(diǎn)位置方可松開吊鉤。

4 安裝施工方法

4.1 施工復(fù)核

檢查施工場(chǎng)地是否平整，檢查吊裝起重機(jī)械的機(jī)械性能是否完好；檢查鋼構(gòu)件的外觀質(zhì)量、幾何尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求。復(fù)核預(yù)埋件的標(biāo)高、軸線位置是否準(zhǔn)確。檢查工人操作腳手架的搭設(shè)質(zhì)量；檢查臨邊操作平臺(tái)的防護(hù)措施是否符合安全要求。吊裝前嚴(yán)格檢查焊縫的焊接質(zhì)量，對(duì)焊縫表面進(jìn)行打磨、拋光處理。

4.2 桁架拼裝、焊接

構(gòu)件拼裝前，要將地面清理干凈、平整，根據(jù)鋼構(gòu)件深化圖設(shè)計(jì)尺寸，在地面進(jìn)行鋼桁架構(gòu)件拼裝。拼裝完成后進(jìn)行桁架尺寸檢查，滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行臨時(shí)固定、校核。焊接坡口位置清理干凈后，進(jìn)行桁架構(gòu)件焊接。構(gòu)件焊接完成后進(jìn)行拋光、打磨，并經(jīng)探傷檢測(cè)。

4.3 吊點(diǎn)設(shè)置

單榀鋼桁架地面拼裝、焊接完成后，為保證吊裝過程平穩(wěn)、單榀鋼桁架受力均勻，吊點(diǎn)設(shè)置位置應(yīng)均勻。吊環(huán)采用圓鋼，焊縫應(yīng)飽滿。

4.4 吊點(diǎn)布設(shè)

在地面上做好胎具，按設(shè)計(jì)要求起拱0.3%，將構(gòu)件在地面上焊接成連續(xù)腰桁架，采用整體雙機(jī)抬吊。腰桁架吊裝時(shí)采取對(duì)稱布置吊點(diǎn)的方式，每一側(cè)采取2點(diǎn)綁扎，綁扎點(diǎn)應(yīng)牢固。

4.5 吊裝機(jī)具檢查

根據(jù)鋼桁架的自重、尺寸、安裝高度及施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用2臺(tái)180 t吊車，整體提升就位。經(jīng)理論計(jì)算，結(jié)合構(gòu)件質(zhì)量、起重高度，采用6×37鋼絲繩。為避免摩擦損壞鋼絲繩，在纏繞部位應(yīng)墊橡膠物。

4.6 鋼桁架試吊

腰桁架正式吊裝前進(jìn)行試吊。將腰桁架吊裝至距離地面300 mm左右后，觀察汽車吊有無下沉現(xiàn)象、吊裝過程是否平穩(wěn)、汽車吊運(yùn)轉(zhuǎn)是否良好。

4.7 正式吊裝

先進(jìn)行左右2側(cè)錨入段的吊裝，2側(cè)錨入段安裝、焊接完成后，進(jìn)行中間段的吊裝校正時(shí)，應(yīng)對(duì)軸線、垂直度、標(biāo)高、焊縫間隙等因素進(jìn)行綜合考慮，全面兼顧，每個(gè)分項(xiàng)的偏差值都應(yīng)控制在設(shè)計(jì)及規(guī)范允許偏差之內(nèi)。臨時(shí)連接耳板作為吊點(diǎn)，必須對(duì)稱，確保鋼柱吊裝時(shí)為垂直狀。腰桁架定位后應(yīng)及時(shí)將墊板、螺帽與腰桁架底板點(diǎn)焊牢固。腰桁架與預(yù)埋板之間的連接板待焊接完畢后割掉并打磨，并涂上防銹漆。割除時(shí)不得傷及母材。

4.8 腰桁架就位

起吊時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，吊裝速度應(yīng)均勻，2臺(tái)起重機(jī)械吊裝速度一致，使構(gòu)件在吊裝過程中不擺動(dòng)。為防止腰桁架損壞預(yù)埋板的承力面，腰桁架應(yīng)緩慢落放在預(yù)埋板上，并檢查腰桁架與預(yù)埋鋼板的十字中心線是否吻合，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。設(shè)4個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)，分別焊接在兩端已安裝好的主桁架上下弦桿的下口，便于就位控制縱橫偏差。臨時(shí)支撐點(diǎn)采用300 mm×250 mm×30 mm鋼板焊接至桁架上下弦，焊接采用雙面焊，焊接長(zhǎng)度200 mm，懸挑長(zhǎng)度100 mm。

4.9 高空焊接

鋼桁架整體安裝、校正、固定后，在桁架兩端開始焊接。鋼桁架焊接時(shí)，下側(cè)設(shè)置接火盆防止焊渣飛濺。焊接時(shí)焊接速度應(yīng)均勻，防止流淌。為保證焊縫位置的連接質(zhì)量，桁架每側(cè)設(shè)置2個(gè)班組，每個(gè)班組2個(gè)人，由焊接工人輪流進(jìn)行焊接，保證每道焊縫能夠連續(xù)焊接。

4.10 焊接變形控制

采用合適的焊接坡口，盡量減小坡口的橫截面積，減少焊接填充量。構(gòu)件安裝時(shí)不得強(qiáng)行裝配，致使產(chǎn)生初始裝配應(yīng)力；預(yù)先合理設(shè)置收縮余量，采用反變形法進(jìn)行焊接。根據(jù)焊縫的分布情況，采用合理的焊接順序，對(duì)稱焊接；嚴(yán)格按照焊接工藝，采用小的焊接電流、電壓和焊接速度。

采取焊后緩冷措施，使接頭在冷卻時(shí)有足夠的塑性和寬度均勻消除殘余應(yīng)力，降低殘余應(yīng)力峰值和平均值，達(dá)到降低焊接殘余應(yīng)力的目的。為控制變形，應(yīng)對(duì)每條焊縫正反兩面分階段反復(fù)施焊，或同一條焊縫分2個(gè)時(shí)段施焊。預(yù)測(cè)板件焊后變形量，通過焊前預(yù)設(shè)反變形量來最終平衡焊接變形。

5 結(jié)語(yǔ)

西藏博物館改擴(kuò)建工程結(jié)構(gòu)形式為組合結(jié)構(gòu)，是國(guó)家一級(jí)博物館。鋼桁架在正門廳主入口位置，跨度為48 m，施工中構(gòu)件在地面整體拼裝后，采用雙機(jī)抬吊的安裝工藝，不僅保證了施工進(jìn)度，而且安全可靠，同時(shí)還降低了吊裝成本。

通過對(duì)大跨度腰桁架安裝施工的研究，對(duì)鋼桁架的設(shè)計(jì)、加工、安裝、焊接等方面有了全面的了解，為類似工程的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。