55m大跨度钢结构管桁架施工技术

55m大跨度钢结构管桁架施工技术韩伟杨国泉苏州第一建筑集团有限公司【摘要】苏州大学王健法学院工程北连廊为55m钢结构管桁架结构，拼装工艺困难，相贯焊接节点复杂，焊接质量要求高，在施工中采用高空拼装，由于采取科学、合理、可靠的技术和有效的质量监控，成功地施工了该项工程，满足了施工和设计要求。【关键词】大跨度管桁架预拼高空拼装相贯焊接1、工程概况：苏大王健法学院工程位于苏州大学本部钟楼南侧，建筑面积16423m2，地下一层，地上三层。整体建筑物分为东、西区，中间有圆弧连廊及钢结构连廊相连接。1.1本工程北部钢结构连廊位于5～8/F～E轴部位，采用4个φ800×25钢管立柱，内浇注C50砼。连廊的两榀主梁采用大跨度的管桁架结构，总跨度为54.94m，上、下弦杆采用φ600×18钢管，腹杆采用φ351和φ299钢管。走廊楼面采用钢砼组合型楼面，楼面梁采用H450×250×18×14，楼承板采用HG-240型，楼面标高为9.76m。屋面采用双坡型板，屋面板采用HV-450型。根据设计要求，钢廊主桁架、钢管柱中所有钢管、方钢管、节点板、连接板均采用Q345B级钢制造。桁架中节点的支弦杆、腹杆与节点相应开坡口等强焊接为一级焊缝，其余均为二级焊缝，由苏州一建负责总承包施工。1.2结合本工程施工时的特点：①原先考虑采用1台120T汽车吊和1台80T汽车吊共同完成吊装，由于本工程位于校园内，原有道路狭窄，现有场地限制，周边绿化、百年古树的保护，大型吊机无法进场，基于上述因素，放弃了大型吊装，运输设备进场的方案，后调整改为高空拼装方法施工，但在工程整体进度上受到一定影响。②由于本工程钢结构为管桁架结构，其拼装工艺难度较大，节点复杂，相贯焊接等难题，因此构件在制作后事先在加工车间预拼，及时对构件调整和校正，消除一些拼装难题，避免了现场拼装过程出现的一些问题，减少了现场高空拼装的工作量，但在空中拼装对三维的控制（中心线、起拱、垂直度）将是施工的重点和难点。2、施工准备：2.1根据设计图纸进行深化细化设计，结合施工现场、工厂及运输的要求来进行构件的分批、分段处理，深化设计完成后，请设计及相关单位人员审核确认。2.2由技术负责人组织施工技术人员共同审图，明确其中制作安装的重点及难点，对制作高、难度大的节点制定相应的措施，编制了详细的加工工艺计划。2.3根据钢结构施工进度计划，相应制定了材料采购、检验及用工计划，落实大型机械进场计划。2.4由于本工程工期紧，施工难度大，精度要求高、管形相贯拼装焊接量大。因此对制作、安装人员进行了详细的施工技术交底。3、工厂加工3.1材料检测①对到货的材料核对证书、炉批号、数量、规格品质、技术条件、主要标志等是否符合要求，不符合材料标准的严禁使用。②材料进厂后进行外观检查和尺寸检查，表面无明显锈蚀、麻坑等缺陷，并对原材料进行抽检，合格的材料做好材质和工程色标，并摆放整齐。3.2下料、切割①根据工程总体部署，现场施工场地及运输条件的限制，桁架只能在工厂内分段制作后运至现场，为确保制作质量能满足结构设计要求，所以在工厂内进行预拼，然后散件运至现场，为了满足运输，将上、下弦杆各分成五段进行下料制作。②桁架结构主管直段采用切管机和美国peddinghaus公司生产的锯床下料，支管采用日本生产是数控管子相贯线切割机直接下料，节点板和加劲板用剪板机或数控切割机下料，对主管原则上长度按定尺采购，每段放焊接收缩余量2-5mm。③对桁架腹杆等杆件，下料时根据工艺实验所得值放焊接收缩余量1mm，下料后必须立即对构件或杆件进行检验，当钢管不平直及有局部凹陷时，应对钢管进行矫正。对达不到长度要求的应重新下料。支管的检验应以首件为样品，检验后，根据图纸对构件或杆件进行编号，以便装配。3.3工厂预拼、校正由于本工程管桁架结构相贯拼装节点复杂，工程量大，为了保证现场钢结构的顺利拼装，加快施工进度，减少现场拼装工期，因此工厂预拼尤其关键和重要。①工厂预拼的顺序根据已确定的现场拼装方案进行，由于主桁架部位十字加劲板与腹杆相互拼接，腹杆钢管十字切割开槽后，钢管变形较大，因此在拼装过程中需不断矫正，同时，保证腹杆与上下弦杆相贯连接吻合，节点拼装时难度大。②预拼完成后，对整体桁架进行矫正，其它允许偏差必须满足规范要求。3.4构件的除锈及涂装工艺：①除锈：钢构件表面除锈前对构件边缘进行半径R≥3mm圆弧处理，边缘处理直接影响涂装使用寿命，应认真处理和检查合格后，方能进行喷砂处理。②涂装工件的表面应有良好的干燥度，任何锈、焊渣、砂尘、油脂都应清除，严重的油污应采用溶剂除油。③钢结构表面采用喷丸除锈方法。④除锈质量要求：钢结构表面清洁应要求其除锈度等级达到GB8923-88标准，Sa2.5级，现场补漆，采用电动工具除锈达到ST3级。⑤当喷丸作业全部完成，并经过检验合格后，开动真空吸砂机，进行表面清理工作，即吸丸、吸尘、全面清除钢材表面的灰尘及杂质。⑥涂装条件如空气条件、湿度、钢结构表面湿度、相对湿度和雾点，应符合设计和油漆供应商给予的指导。⑦完工涂装前必须对钢构件在运输过程中及安装过程中损坏的涂装层进行补漆修复，在喷涂最后一道油漆前应对钢结构外表面进行全面清洁处理去灰尘、油污及其它杂质。3.5构件运输：①本工程运输量小，共100多吨，运输日程严格按照施工进度，要求从制作工厂发出，并必须预留一定的路途时间余量。②运输过程的技术措施：所有构件均以成品的形式发运到现场。发运前的构件均进行打包捆扎，直杆件全部用钢框架进行固定，下部用垫木支承。构件与捆绑用钢丝绳之间必须放置橡胶垫之类的缓冲物，所有的包装都必须进行编号并标记在包装上，且每个包装都必须有详细的构件清单。4、现场的拼装、安装：4.1现场安装的主要顺序为：轴线复测→钢立柱安装→钢柱间水平支撑安装→支撑架胎模的基础施工→支撑胎模架的制作→桁架钢架的安装→下弦杆的安装→上弦杆、腹杆的安装→楼层梁的安装→楼层板的安装→屋面系统安装。4.2现场安装的方法，首先对钢立柱的安装，每根钢柱长为11.8m，重为6.1T，选择16T汽车吊对钢柱进行吊装。就位后，复核钢柱轴线，不断调整到准确位置，钢柱垂直度采用钢丝绳不断收放调整，采用相互垂直方向的两台经纬仪校正，完成后浇筑C50砼固定。4.3对桁架的安装，采用高空拼装法，首先根据深化工艺图，设置支撑胎模架，详见支撑架布置图，考虑桁架的上下弦杆为φ600×18的钢管，自身的刚性较好，所以首先使下弦形成整体，采用钢管对接方法，内设新管，在胎架上进行具体形状尺寸如下图，然后同步分段安装上弦杆和腹杆。当上弦杆就位后设置临时支撑，桁架的安装采用1台16T汽车吊和1台8T汽车吊完成。4.5现场相贯焊接：本工程管桁架上、下弦杆与腹杆、加劲板互相交接，拼装节点要求高，相贯焊接难度大，焊缝质量是钢廊施工成败的关键。①参加施工的焊工必须有熟练的操作技能和和专业理论知识和焊工合格证，并且要求在有效期内担任项目的焊接工作，严禁无证焊工上岗施焊。②现场使用的焊条必须有质量证明书，并根据订货要求和有关技术标准按批号对所有的焊条进行外观检查，所有的焊条药皮应干燥牢固、完整、不能有裂纹、气孔及刻痕等缺陷。③焊条使用前应根据质量证明书的规定进行烘焙和保温，焊工每次领用的焊条应存放在保温筒内，数量不得超过3kg，存放时间不得超过4h，逾时应重新进行烘干。对当天使用完的焊条应另行堆放，下次尽量使用。④施焊前对所焊工件进行清理，将焊接区边缘30~50mm范围内的铁锈、毛刺、油污等清除干净，以减少产生焊接气孔等缺陷的因素。⑤焊工在焊接时严格按照焊接工艺进行施焊。焊接坡口加工后，其尺寸应符合图样要求或焊接工艺规定，将熔渣、氧化层清除干净，并把凹凸不平处打磨平整。A-A剖面图临时支撑Ф180钢管I250工字钢千斤顶桁架AA脚手架示意图EF8.10011.900室外地面标高栏杆操作平台支撑架布置图栏杆主管对接示意图内衬钢管垫⑥焊工在施焊工程中，将每层焊缝的外表焊平滑一些，以便清渣和避免出现死角。每一层焊道焊完后应及时清理，如发现有影响焊接质量的缺陷，必须清除后再焊。⑦焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，申报焊接技术负责人，查清原因，提出修补措施后，方可处理。⑧柱梁垫板焊时，垫板要与母材底面贴紧，以保证焊接金属与垫板完全熔合。⑨焊工施焊完后，应及时清理焊渣，对焊缝的外观进行检查，要求焊缝金属表面焊接均匀，不得有裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿、孤坑和针状气孔等缺陷，并清除焊接处的飞溅物，使所有焊缝质量达到设计和规范要求。现场焊接工艺如下：5、检测及效果：本工程钢结构管桁架施工完成后，每一条焊缝均采用超场波进行检测，自检合格后报监桁架拼装根据测量结果确认焊接顺序焊前确认破口处理焊条检测衬板、引弧板安装、检测预热焊条焊接现场局部缺陷修整焊条完成碳弧气刨、砂轮打磨外观检测记录焊接外观检查打磨超声波探伤检测不合格合格工艺记录报告现场焊接工艺流程理、业主验收，业主方委托苏州市建筑质量检测中心进行第三方检测，主要对钢结构焊接超声波探伤、外观质量和焊接尺寸、主要构件变形、主体构件尺寸等检测，经检验所查钢结构节点角焊缝和对接焊接符合GB50205-2001中一级，二级焊接的要求，其余焊接外观质量及焊接尺寸，主要构件变形，主体构件尺寸，桁架起拱均符合设计及施工质量规范要求，得到了设计、质监、监理、业主方的一致好评与肯定。6、结束语：苏大王健法学院工程北连廊大跨度钢结构管桁架施工在苏州地区属罕见范例。由于采取了科学、合理、可靠、严密的技术，仔细布置与安排，进行全过程质量监控，仅在40天内圆满的完成了本工程钢结构制作、安装、焊接任务，单项工程被评为优良，并取得了良好的经济效益和社会效益，在钢结构施工中的管理经验值得同行们学习和借鉴。