卢森堡项目钢结构详图转化及施工技术

【摘 要】本文重点介绍了世博会卢森堡馆钢结构的详图转化和施工技术，通过实例详细阐述了工程的建筑特点与重点，介绍了钢结构构件详图转化和制作及高强螺栓的施工技术措施，可为钢结构施工人员提供借鉴。

【关键词】卢森堡馆；钢结构；高强螺栓

引言

世博会卢森堡馆以展现“小也是美”为主题，分为和中心塔楼两部分，均为视觉效果比较震撼的异型建筑。其主体结构采用钢结构，总量约500吨左右。整个框架连接形式全部由高强螺栓配合现场焊接的刚接形式，内部平台及楼梯等结构采用高强螺栓连接的铰接形式。上海宝冶集团有限公司承建，详图是根据同济大学设计研究院提供的原设计图纸进行的。

1工程概况

本项目为2010年上海世博会卢森堡馆钢结构工程，本工程采用钢结构框架梁柱体系。其中使用了大量斜柱，分中心塔和框架二个主要部分，主要包括柱、梁、支撑等。主要构件均采用轧制H型钢，节点连接主要采用螺栓连接和焊接。

2项目审图及施工重点、特点分析

本工程钢结构深化设计采用TeklaStructures深化设计软件进行三维模型放样，准确的统计出本工程所需的材料，螺栓，油漆等内容，对整个工程能直观的进行分区、分项处理。对于复杂部分的节点能够配合三维视图来进行叙述，这样在加工、安装时看图纸更加直观，更好理解。

在模型绘制时，每一个设计图纸中节点连接方式都经过仔细推敲，其许多部位由于形状的差异太大等因素无法满足实际要求。针对于每一种节点形式，都与结构设计师进行当面沟通，将模型中的实际情况演示出来，共同制定出比较合理的连接节点形式。对于构造部分的内容，严格按照规范要求进行深化设计，并将完成后的模型提供与结构设计师核对。保证施工模型与设计部分的一致性。确保无误。

对于整个工程，部分主要由轧制H型钢梁与倾斜的钢柱构成，钢梁跨度大部分为6m～8m，在的四周为菱形的转角结构，在转角处的钢柱牛汇处分别错开，且存在不同的角度。因而视图很难绘制出真实的剖面，工厂在加工制作时也常常分不清楚，很容易将牛腿的方向搞反，对此，专门针对于此种情况采用了零件图逐步拆分细化，组装图按顺序将牛腿用剖面表达的方式进行一步步的分解，最后再将分解后的牛腿按编号分类，组合成从整体。形成一个完整的构件图纸，工厂在识图过程中由整体构件图反推，最终落实到每一个零件图纸，在零件加工完成后先对其牛腿进行拼装，最终完成整个构件拼装。塔楼部分是整个工程的核心，也是难点，整个塔楼由大小不等高度不一的面组成一个有很多棱角的异型结构如图1。塔楼部分在杆件点交汇处存在着面扭曲的情况，杆件焊接难度很大，螺栓现场施拧空间不够的特点。为此，工厂技术人员及现场施工人员共同参与牛腿节点的焊接、高强螺栓连接的操作空间的确定以及吊装定位、图纸的形式表达等内容，部分特别复杂的部分采用空间转换的方式进行模型的绘制，根据实际情况合理的避开焊接空间过小，焊接变形等情况。典型部分的节点配合制作安装给出定位所用的控制坐标，核对角度如图2。

焊接部分在深化过程中也需要特别考虑，因本工程杆件在斜交，扭转交汇时，焊接的先后及方式对于变形的影响特别大。因此，对特别部位由工厂进行焊接工艺评定，根据工艺评定确定焊接的形式及顺序，在模型绘制中，保证焊接的顺序及形式正确，将焊缝破口在模型中绘制出来，比较直观的显示出焊接位置以及焊脚高度的大小等，如图3。

3钢构件施工技术分析

3.1焊接H钢的矫正

允许进行热矫正和机械矫正，先矫正旁弯变形然后矫正扭转变形。在热矫形开始前，应先确定加热区域。

3.2组装和焊接的一般规定

3.2.1零部件和构件的组装

零部件和构件组装前应先检查组装用零件的编号、材质、尺寸、数量和加工精度等是否符合图纸和工艺要求，组装时应严格按照施工图纸和工艺要求进行。组装的偏差要求如表1：

3.2.2焊接施工

1）焊前，必须去除施焊部位及其附近50mm～80mm范围内的氧化皮、渣皮、水份、油污、铁锈和毛刺等影响焊缝质量的杂质，并显露出金属光泽。焊接H型构件板材之间的组装焊缝按下列要求执行：

当腹板厚度>14mm时，非节点区采用部分熔透双面坡口焊缝，坡口深度为1/3板厚，焊缝余高为1/6板厚，焊缝质量要求按二级标准操作，但不要求超声波探伤，节点区及延伸300mm的范围内的组合焊缝为全熔透焊缝，焊缝等级为二级焊缝。

当腹板厚度

2）牛腿与其他构件的连接焊缝要求：

H型构件强轴平面（与腹板平行的平面）即平面内的牛腿翼缘与其他构件的连接焊缝为全熔透坡口焊缝，焊缝等级不低于二级焊缝，图殊注明的部位为一级焊缝。H型构件强轴平面（与腹板平行的平面）即平面内的牛腿腹板与其他构件的连接按焊接H型构件板材之间的组装焊缝的要求执行。H型构件弱轴平面（与翼缘平行的平面）即平面外的牛腿腹板和翼缘与其他构件的连接按焊接H型构件板材之间的组装焊缝的要求执行。

3）加劲板的连接焊缝按焊接H型构件板材之间的组装焊缝的要求执行，所有垫板焊坡口角度为30°～35°，非垫板坡口焊角度为40°～45°，现场翼缘坡口对接焊缝要求一级焊缝，腹板坡口对接焊缝要求为二级焊缝，角焊缝及其他未说明的焊缝均为三级焊缝，双向井字组合梁，连接板和梁腹板焊接，采用全熔透坡口焊接。

3.2.3焊接变形的控制

1）对于有探伤要求的焊缝，必须经探伤合格后，方可进入下道工序，焊接完毕，焊工应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅物。所有焊缝焊后冷却至常温后，应进行100%外观检查，具体焊缝尺寸和外观质量要求参见焊缝外观质量等级及缺陷分级表：所有材料的对接焊缝为坡口全熔透焊：一级焊缝，100%UT。

2）焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应查清原因，订出修补工艺后方可处理，焊缝同一部位的返修次数，不宜超过两次。

3）构件的矫正：构件组装焊接完成后，应及时进行矫正。

4高强度螺栓的施工技术分析

4.1制孔标准

高强螺栓孔优先采用数控钻床。若采用划线钻孔，钻孔时，孔中心应打出冲印，以利钻孔和检验。制孔精度应符合表2要求：

螺栓孔孔距允许偏差要求如表3：

对于连接板，若同一规格数量较多时，可考虑套模钻孔，套模要经常检查，若发现孔径磨大0.5mm以上时，必须更换。零件板和构件制孔应在矫正完毕后进行。对于应力孔，应严格按照施工图纸的要求进行开设，并尽量使用数控切割，避免手工切割。图中未注明应力孔为弧形倒角为R=35，直倒角为25*25。

4.2高强螺栓施工顺序

1）高强度螺栓穿入方向应以便于施工操作为准，设计有要求的按设计要求，框架周围的螺栓穿向结构内侧，框架内侧的螺栓沿规定方向穿入，同一节点的高强螺栓穿入方向应一致。

2）各楼层高强度螺栓竖直方向拧紧顺序为先上层梁，后下层梁。待三个节间全部终拧完成后方可进行焊接。

3）对于同一层梁来讲，先拧主梁高强螺栓，后拧次梁高强螺栓。

4）对于同一个节点的高强螺栓，顺序为从中心向四周扩散。

4.3施工要点

1）高强螺栓连接安装时，必须用3～4个冲钉将栓孔与连接板的栓孔对正，达到冲钉能自由通过，再放入高强螺栓。个别不能通过的，可采用电动绞刀扩孔或更换连接板的方式处理。

2）冲钉用于施工时，应用安装套链套于施工人员手臂，以防止冲钉高空失手坠落。

3）主梁高强螺栓安装，是在主梁吊装就位之后，每端用二根冲钉将连接板栓孔与梁栓孔对正，装入临时安装螺栓（临时安装螺栓采用高强螺栓兼做，兼做临时螺栓的高强螺栓不得再用于节点的永久性连接），并摘钩。随后由专职工人将其余孔穿入高强螺栓，用扳手拧紧，再将安装螺栓换成高强螺栓；

4）次梁高强螺栓在次梁安装到位后，用二冲钉将连接板栓孔与梁栓孔对正，一次性投放高强螺栓，用扳手拧紧，摘钩后取出冲钉，安装剩余高强螺栓；

5）高强螺栓安装时严禁强行穿入，个别不能自由穿入的孔，可采用电动绞刀扩孔，严禁气割或锥杆锤击扩孔。

6）铰孔前应先将其四周的螺栓全拧紧，使板叠密贴紧后进行，防止铁屑落入叠缝中。扩孔后的孔经不应超过1.2d，扩孔数量不应超过同节点孔总数的1/5，如有超出需征得设计同意。

5结语

钢结构的建筑项目在近几年发展迅猛，而构件与高强螺栓作为钢结构的主要连接件，掌握其组装焊接的施工技术，对于钢结构施工具有重要意义。文章结合世博会卢森堡馆实例深入研究了钢结构施工技术，为类似工程提供施工技术参考。

参考文献：

[1]黄佩兵；肖士燕；万月英.浅析设计与施工中的高强螺栓连接.钢结构2012-04-22

[2]邝伯初.浅谈建筑工程中钢结构构件的制作.中国新技术新产品2011-12-10