浅析36 m钢桁架吊装精度控制技术

唐旗旗 徐 芸

(九江学院土木工程与城市建设学院,江西 九江 332005)

1 工程概况

某高校新建室内体育场,主屋盖采用下弦支撑的非对称曲线型R-C型钢桁架体系,本工程属于超长结构,具有整体跨度大、高差起伏大、单个构件大、构件量大、高空作业多等特点。其中横向布置23榀跨度为36.8 m的主桁架,钢屋架纵向长度为95 m,整个屋架是架立在钢筋混凝土框架结构上的大跨度钢结构,其最大高度达到13.6 m。主要施工内容包括桁架的组对、焊接、吊装,上下弦支撑的制作安装,檩条的安装等。

2 施工思路

本工程的整个安装方案是采取工厂内下料→现场拼接→主次桁架进行安装→空中焊接。根据主次桁架的重量、尺寸及周围钢筋混凝土框架结构的高度,最终选定两辆机车同时作业,主次桁架分开搭配安装的方案,主桁架重3.11 t,长41.63 m,经过计算后决定采用一台35 t履带起重机用于单榀主桁架的吊装。在主桁架就位后,两榀主桁架之间通过次桁架连接固定,从而形成整体稳定体系。次桁架约0.32 t,次桁架采用一台25 t汽车吊吊装。

3 精度安装难点

主要的难点是各个构件精确定位与变形两方面的控制，如表1所示,钢结构吊装的每一步的误差都会累积起来,最后积重难返,很容易造成后面的构件难以就位的问题。

表1 常见精度影响因素及相关规定允许偏差

4 精度控制

整个精度控制分为两条主线进行,一条线是以构件为核心,从生产加工到运输再到组装与安装以及施工后的变形监测的全程控制,主要是针对构件变形的控制与配合控制网的定位进行调整,做到精确安装;另一条则是以控制网定位为核心,建立定位控制网,对每个构件的定位都能做到有的放矢,每一步施工都要做好充分的检查,配合构件安装的施工将所有误差控制到允许范围内,避免返工。

5 精度把控技术要点

5.1 空间定位控制网

1)控制网:本次安装是在场地外围四周平坦地架设测量点,以施工图轴线为参考建立轴网,以某固定点为原点建立三维定位控制网,为关键构件节点做标记并建立(x,y,z)的三维坐标,方便安装时复核位置,同时对构件采取统一编号防止混乱。

2)目的:空间定位控制网的建立是为了后面整个安装工程精度的总把控,可以为每个构件进行位置定位与变形监测,同时每一步的安装都可以通过控制网进行复核与校正。

3)主要工作:控制网应当对施工全程监测施工的时候要进行动态监测的方式对施工进行监测,主要工作是对柱顶埋件定位、桁架垂直度测量、桁架顶轴线偏差测量、桁架顶标高测量、桁架轴线与高差检查、桁架底对中观测、沉降观测等并参考验收规范进行实时检查并调整;施工后还需要对吊装好的钢结构桁架的沉降量、侧向弯曲的偏差值、挠度、垂直度、整体平面弯曲的偏差值等进行监测(条件允许可以用超声波对焊缝进行无损检测)。

4)难点:场地大、构件多使得建立高精度控制网难度增加的问题。

5)解决方法:采取关键节点标记重点监测的方法减轻工作量。同时要进行控制网精度的自我检测,闭合水准测量计算,确保测量误差在允许范围内。

5.2 构件的生产及运输监控

5.2.1生产

对于出厂构件本身就有尺寸或者质量上不过关的问题,可以在尺寸及质量上采取(厂内下料前尺寸检查;出厂前进行全面检查;现场进行最后的抽样检查)三道检测的方法将构件的偏差控制在允许范围内。

5.2.2运输

1)难点:对于构件出厂到施工场地的运输及其装卸过程的保护问题,主桁架构件太大无法做到整体运输,且途中保护不好就会造成变形甚至报废;

2)解决方法:本次工程的运输是将主桁架分成三段运输的方法(选择桁架中间所受轴力较小的杆件进行截断,但是这种打断运到现场再拼接的方式,很大可能因为现场焊接质量问题而让主桁架出现耐久性、承载力等安全问题);采取立装运输的方式将制作好的桁架运至现场,利用固定工具将分段桁架立装固定在车上,桁架下方受力点处放置枕木防止发生塑性变形,运输路线尽量选择平整道路,防止过大颠簸。

5.3 柱顶预埋件定位

1)难点:由于预埋件在高空,对其定位与校正都是十分困难的;

2)解决方法:首先是预埋件的测量定位(把握水平位置与高程两方面),并且每个部件的控制线应分别从结构控制轴测量,便于安装时的测量校正。其次是预埋件安装过程,由于本次工程是高空预埋,故采取分步安装预埋,即先将预埋锚栓与锚板先行浇筑到混凝土柱中,剩下部分待桁架结构安装成功,再与预埋锚杆调整焊接,这是个很好的容错措施,保证了预埋件在高空对其定位与校正，见图1。

5.4 主次桁架的吊装监测

5.4.1主桁架

1)主桁架的拼接要在钢结构拼装平台上作业,开始焊接前可用水平尺与钢尺测量一下对接处的对接是否平直,以保证主桁架对接的质量。桁架在吊装前,应对构件的变形和尺寸进行复测,当偏差在允许范围内方可进行安装。主桁架采用反复微调措施精确定位:地面就位→检验→空中安装→支座连接(临时)→检验→垂直支撑→校正检验→支座最终固定;

2)由于本次工程的主桁架是超长构件且为非对称型,故采用扁担法(可用结构软件提前算好变形量是否在允许范围内,方可再进行吊装)起吊防止桁架吊运途中发生变形,吊运时两端加缆风绳防止桁架侧向晃动,顶部设置缆风绳防滑措施;最后通过控制网对桁架关键节点处的标记进行定位检查,定位完成后将缆风绳拉紧并且固定另一端,同时通过控制网对其标高,垂直度与桁架侧向弯曲等参数进行再一次的复查并校正。

5.4.2次桁架

完成第一榀桁架和第二榀桁架的定位与固定后,开始搭接两主桁架之间的次桁架。本次工程的次桁架采用挂篮搭载两个主桁架之间的方法制作临时的施工平台的方法,先在挂篮上搭设木板对上弦杆对接处施工,然后拿去木板站在吊篮踏板上对下弦杆对接处进行施工,人员精确焊接,焊接过程中应当对钢桁架的轴线进行实时监测,一旦超过允许偏差应当做好相应的调整,(垂直度与位置用全站仪检查)完成后方可对次桁架进行最后的固定。同时采取对称安装次桁架的方式,防止从一侧积累误差。

5.5 高空焊接质量控制

由于此工程中腹杆要焊接固定,焊接工程量大,且多为高空作业,故焊接的质量直接影响着整个工程的精度控制,焊接采用定位焊法(定位焊接不仅牢固可靠且能保证焊接的精确性,但不能存在裂纹、夹杂物、气孔等)。在焊接前,应进行检查焊接技术人员的定位焊接的技术是否合格、杆件组装的质量、将要焊接部件的清洁(清除沟槽表面的区域内的污垢、锈迹等杂物,使沟槽边缘及沟槽内外侧露出金属光泽)三项工作。此外引弧板与衬板应按所要求的规格进行加工,以确保其尺寸合格和沟槽焊接的质量能够达到允许偏差范围内。最后由于是高空作业,防风措施尤为重要,防风是为了预防焊缝开裂和硬化(风加快冷却),如果焊接区域内手工电弧焊风速大于10 m/s,则应加强风棚或其他有效的防风措施。

6 结语

通过本次工程吊装难点的分析,不难看出钢结构安装的核心工作就是定位与变形两方面的控制。首先采用控制网为每个构件确定了精确的位置,其次就是构件变形的控制,构件变形的控制则是从构件下料→出厂到施工场地的运输及其装卸→主桁架现场拼接→主次桁架的吊装→高空焊接→施工后变形等等,全程每一步精细化控制并与控制网配合来保证构件的变形能控制在偏差允许范围内,此外控制网就像一双无形的眼睛监视着构件是否到达了预设的准确位置与是否变形超出了允许的偏差。

未来钢结构的发展必然是朝着结构更复杂、跨度更大、施工难度更高的方向迅猛发展,与此同时钢结构安装的精度问题就显得更加重要。做好精度的安装对于整个项目的安全、经济、质量、成本、工期等方面都起着至关重要的作用。希望本次工程能为同类施工提供相关问题解决方法或解决思路。