异型钢结构安装

【摘要】本文以天津恒隆异型钢结构工过程为基础，对异型钢结构的优点进行分析，并对异型结构施工过程进行分析，总结异型钢结构特点。

【关键词】钢结构弧形主肋 异型钢结构

中图分类号：TU391文献标识码： A

1.前言

钢结构在建筑体系发展的优势在于，钢结构为绿色环保节能性建筑，有效提高了建筑空间利用率，其抗震性能好，施工周期短，可塑性强，这是钢混结构无法比拟的。异型结构主要利用了钢结构的这些特征，但其施工过程专业性强，质量要求高，抗火性能差成为其弊端。

2.异型结构体系：

天津恒隆广场异型钢结构主要分布于西中庭和1、2、3、11、12、13、14、20、22轴主肋，其中西中庭异型钢结构为斜圆管型钢柱（Φ900×30），从-0.075开始斜起至+35.00m柱顶，斜起角度最大为78°共计5根，变截面箱型主梁（1000（600）×900×50×50），梁顶标高+35m，共计5根，最大跨度23m，最大单重43.5t；主肋钢结构分布于1、2、3、11、12、13、14、20和22轴线，主要截面形式为圆管、H型和箱型。1、2轴线为全钢结构，3、11、12、13、14轴线为劲性钢结构，20、22轴线为部分钢结构。。该设计理念是在结构的可靠性与经济性之间选择合理性，以最经济的投入创造在规定的条件和使用年限内的安全性和耐久性要求。

西中庭钢结构布置图详见图1.主肋布置图详见图2.

图1 西中庭钢结构示意图

图2主肋钢结构示意图

3钢结构制作：

3.1钢结构制作流程

3.2钢结构构件的组装与焊接

3.2.1对接接头、角接头焊缝两端需配置板材材质及坡口型式与焊件相同的引弧板及收弧板。焊接完毕后，用气割切除引弧板及收弧板，并将焊件端面修磨平整。

3.2.2定位焊：采用二氧化碳气体保护焊，避免焊缝内部夹渣、气孔等缺陷的产生。由合格焊工按焊接工艺规程施焊，定位焊缝厚度不得超过设计厚度的2/3，要求表面无夹渣、气孔、裂纹。

3.2.3主焊缝焊接：用门型埋弧焊接机采取对称焊接，焊前要将构件垫平，防止热变形。

3.2.4节点板、连接板的组装焊接组装：节点板、连接板的组装要保证基准线与所连接构件的中心对齐，其误差小于0.5mm。

3.2.5组装过程的控制

组装后，必须检查组装形状尺寸偏差是否符合标准规定的允许值。符合规定，应填写装配质量检验表，方可转入焊接工序。

3.3.焊接过程的控制

3.3.1采用二氧化碳气体保护焊严格控制焊接顺序，采取分散焊、对称焊，避免产生角变形、扭曲、旁弯等焊接变形；

3.3.2实施多层多道焊，避免输入热量过大而形成焊接变形。

3.3.3施焊前焊工应复查组装质量和焊接区域的处理情况，对不符合要求的必须进行修整，确认合格后方可施焊。检验焊材、垫板、引弧板。焊材的牌号必须符合设计要求.

3.4.焊接工艺要求

焊接材料在使用前应按材料说明书规定的温度和时间要求进行烘焙和储存。。

3.4.1工厂制作焊接参数如下表：

3.4.2焊缝清理及处理

3.4.3多层和多道焊时，在焊接过程中应严格清除焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等，可采用砂轮、凿子及钢丝刷等工具进行清理。

3.4.4从接头的正反两面进行焊接全熔透的对接焊缝时，在反面开始焊接之前，应采用适当的方法（如碳刨、凿子等）清理根部至下面出现焊缝金属为止，清理部分的深度不得大于该部分的宽度。

3.4.5 每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度。

3.4.6同一焊缝应连续施焊，连续完成，不能连续完成的焊缝应焊后缓冷和进行重新焊接前的预热。

3.4.7 加筋板、连接板的端部焊接应采用不间断围角焊，引弧和熄灭弧点位置应距端部大于100mm，弧坑应填满。

3.4.8焊接过程中，尽可能采用平焊位置或船形位置进行焊接。

3.5工艺的选用

3.5.1 不同板厚的接头焊接时，应按较厚板的要求选择焊接工艺。

3.5.2 不同材质间的板接头焊接时，应按强度较高材料选用焊接工艺要求，焊材应按强度较低材料选配。

3.6.变形的控制

3.6.1下料装配时，根据制造工艺要求，预留焊接收缩余量，预置焊接反变形。

3.6.2 装配前，矫正每一构件的变形，保证装配符合装配公差表的要求。

3.6.3使用必要的装配胎架、工装夹具、工艺隔板及撑杆。

3.6.4 在同一构件上焊接时，应尽可能采用热量分散、对称分布的方式施焊。

3.5焊后处理

3.5.1 焊缝焊接完成后，清理焊缝表面的熔渣和金属飞溅物，焊工自行检查焊缝的外观质量。如不符合要求，应焊补或打磨，修补后的焊缝应光滑圆顺，不影响原焊缝的外观质量要求。

3.5.2组装焊接完成的构件必须检查形状尺寸，对变形进行矫正，采用火焰矫正、压力机机械矫正工艺。

图6.4.9.1-1箱型构件制造工艺流程

3.6箱型柱组装、焊接、成型

3.6.1柱体下料：我公司箱形柱板采用双定尺，原则上不拼接。下料时其宽度公差，板的对角线公差必须预以保证。如需拼板时，对柱子只允许在楼面1/3高度处用拼接板。下料采用数控切割机。

3.6.2坡口加工应严格按图和工艺文件要求，保证坡口角度。及有关尺寸的正确，清除飞溅、熔渣，打磨去表面氧化层。

3.6.3在模具上将经过加工的内隔板，焊槽衬板组装成内隔板组。其内隔板组外形尺寸误差为：0～-1，焊槽尺寸必须电渣焊孔的尺寸大小一致。

3.6.4在组立机上进行组立，以一翼板为底板，先行划线，核对翼板的宽、长、坡口情况和内隔板外形尺寸情况。

3.6.5在其上安装各隔板，保证其位置正确且与底板垂直。

3.6.6 然后安装二侧腹板，组成U型柱，保证U型柱的宽度尺寸。

3.6.7CO2气保焊焊接隔板上二条焊缝，UT控伤隔板焊缝，该焊缝为一级焊缝。GB1135-89，B级、Ⅱ级合格，100%UT。

3.6.8 组立机上，将U型柱组立成箱形柱，点固焊缝应点在两侧坡口底部，保证焊透，不得有缺陷，焊点不宜过高。

3.6.9隔板二条电渣焊缝进行焊接，焊后割去引弧、引出帽口。

3.6.10对箱形柱四主角焊缝进行双弧双丝焊，保证全熔透焊缝根部焊透，焊接应同时、同向、同工艺参数焊接两条主角焊缝。对于板厚较大的焊缝，还应按工艺要求采用多层多道焊法。

3.6.11工件转至端面铣，对箱形柱的封板端进行铣削，将预留的加工余量铣削掉。铣削箱形柱的另一端，并铣出坡口角度，加焊垫板条。控制柱长尺寸，由于柱-柱对接时，焊缝要收缩，柱还有弹性压缩变形，故一般柱长公差应取其正值，使安装后，柱顶标高能符合要求。如若安装时，发现柱长应作修正，这时应及时将要求反馈工厂，并在箱形柱铣削另一端时，将其长度尺寸予以修正。

3.6.12当箱形柱两端铣削好后，即转入装配工序。这时应以柱顶封板端为基准，在距柱高下端1m处划出各面的十字中心线，并作出标记，确定N面，作为按装时的依据。根据各面的十字中心线，划出各面的连接板、耳板等装配位置线，并进行安装。

3.6.13钢柱进入抛丸前必须对柱两端内隔板中开孔处进行封闭，保证柱内清洁无异物。

3.7 管结构加工制作工艺

3.7.1 管结构加工流程图如下：图3

3.7.2管结构组装、焊接、成型

3.7.3根据本工程管管相贯的特点，故采相贯线设备进行切割下料。

3.7.4管件的对接工艺措施：所有管件应尽最大长度下料，若需拼接，应符合设计要求，钢管杆件节间间最多可设一个拼接接头，拼接位置应留在内力较小处，一般接头位于节间长度1/3附近。钢管与钢管之间的对接，内设衬管，对接在专用的钢管对接胎架上进行。

4异型钢结构安装流程

4.1 西中庭安装流程

流程一、安装靠近2轴线的钢柱及混凝土间的钢梁并用缆风绳临时固定。

流程二、安装相邻的钢柱并用缆风绳临时固定。

流程三、安装钢柱间钢梁并用缆风绳临时固定。

流程四、重复上述步骤安装剩余第一节钢柱及钢梁，并用缆风绳临时固定。

流程五、安装第二节主肋及与2轴线主肋之间的钢梁，使其形成稳定结构。

流程六、安装第三节主肋及与2轴线主肋之间的钢梁。

流程七、重复上述步骤完成剩余钢柱及其钢梁的安装。

流程八、分段安装外框柱之间的钢梁，并在地面拼装屋面主钢梁。

流程九、使用200t汽车吊整体吊装屋面主钢梁。

流程十、安装主梁间的次梁，使其形成稳定结构。

流程十一、重复流程（八、九、十）完成剩余屋面钢梁的安装。

流程十二、安装1轴线主肋及与2轴线主肋之间的钢梁，完成西中庭及主肋安装。

西中庭弧型柱的定位方案

根据弧形钢柱本身外型特点制定测控方法，即在柱的顶部，由制作厂确定的在钢柱柱顶四边做好四个十字标记，再用油漆笔做上现场的控制记号，事先在图纸上计算出柱子顶部标记好的三维坐标值(x、y、z)。

在弧形钢柱安装前找到弧形钢柱顶部上设定4个点的x、y、z的坐标，再根据弧形钢柱模型上确定x、y、z的相对整个建筑物的位置，获得其坐标值。用全站仪极坐标法定位x、y、z的位置，在弧形钢柱安装时将对应点的x、y、z与之相对应并校正到位。

在柱子吊装到位后，将全站仪架设到视野开阔平整能够便于大面积观测的平面上，在柱子校正过程中，将反射片置于柱子顶部逐一测量各点，全站仪可以准确测定空间指定三维坐标的任意点。采用全站仪测定构件上定位好的三维坐标点可保证弧形柱的精度需求。

4.2主肋的安装流程

11轴～14轴线的主肋安装流程：

流程一、安装11轴和14轴线1层劲性主肋，并采取支撑措施。

1、2、3轴线的主肋安装流程与11轴线的安装流程相同。

现针对安装难度最大的12、13轴主肋进行说明，其余主肋安装方法相同。

弧形主肋截面最大为13轴的主肋，钢箱梁截面1150*1350mm，每米重量达1.7t。在以后的安装过程中，13轴主肋难度最大，下面对13轴主肋安装方法进行简单描述。根据塔吊的起重能力和构件的位置，将13轴主肋进行分段，总共分为13节，见下图：

黑粗线位为临时刚性支撑截面为H700*500*25*30，临时支撑钢结构主肋。主肋钢结构测量：

根据主肋的图纸及模型，在主肋安装前找到主肋上设定的8个点（上口4个，下口4个）的x、y、z的坐标，再根据该主肋模型上确定x、y、z的相对整个建筑物的位置，获得其坐标值。用全站仪极坐标法定位x、y、z的位置，在主肋安装时将对应点的x、y、z与之相对应并校正到位。见下图：

5结语

近年来，随着建筑外观的形式层出不穷，异型钢结构的施工技术成为研究的热点。异型钢结构施工中采用的主要施工方法有拼装施工法、整体吊装法、整体提升法和整体顶升法等。不同结构形式、不同场地条件应分别进行不同施工方案的选择与优化。天津恒隆广场结构是一种结构新颖、受力复杂的结构体系，其成功的深化设计和施工经验将为今后类似的工程建设提供有益的参考及借鉴。

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