吉安文化艺术中心摇摆柱与焊接球网架施工技术分析

作者:沈海英 沈志军    
时间:2013-01-14 10:42:50 [收藏]
介绍了江西吉安文化艺术中心摇摆柱的制造技术,重点介绍了摇摆柱的安装定位、焊接球网架与弧型箱梁的安装技术。
    关键词:

    摘要:介绍了江西吉安文化艺术中心摇摆柱的制造技术,重点介绍了摇摆柱的安装定位、焊接球网架与弧型箱梁的安装技术。
    关键词:螺栓球网架、摇摆柱、箱型桁架

    1、工程概况
          吉安文化艺术中心工程是吉安市的重点工程,是集会议、展示、观演、休闲与一体的大型综合文化艺术建筑。屋面空间网架水平投影近似矩形,南北长172米,东西宽134米。设置163根摇摆钢柱。网架四周采用悬挑结构,悬挑长度不等,四角最大悬挑长度达10米。网架厚度为2.5~2.8米。网架在A区与BC区局部镂空,用箱型桁架联系。网架结构杆件采用空心圆钢管,连接接点采用焊接节点球。163根摇摆钢柱与基础和网架采用销钉轴承组合连接。其中网架钢结构重量约620吨,A区与BC区局部镂空区域桁架重约280吨,摇摆钢柱约600吨,屋面围护结构约13000平米。A、B、C区域外露部分全部采用铝板吊顶装饰,见图1。
     

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    图1 吉安文化艺术中心效果图


          2、制作技术
          2.1、整个工程的结构形状
          吉安文化艺术中心,从大型乐器竖琴和管风琴的造型中找到灵感,以163根形似琴弦的摇摆柱,环绕文化艺术中心的主体建筑,支撑起形似吉它琴箱的巨大屋顶,使整个建筑象"灵动的琴弦"一样,呈现出迷人的艺术魅力,见图2。
     

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    图2 吉安文化艺术中心 主体建筑 摇摆柱与焊接球网架施工技术
     

    2.2、加工制作工艺流程

    2.2.1、加工准备

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     2.2.2 、钢材预处理
          对所有桁架钢结构中所用的钢管和钢板,将在切割加工前进行预处理。钢管在涂装车间内进行抛丸除锈,钢板则由钢板预处理流水线进行预处理,使钢材表面粗糙度达到Sa2.5级后喷涂保养底漆,以保证钢材在加工制作期间不锈蚀及产品的最终涂装质量。
          2.2.3、放样、下料
          制作前根据细部设计图纸,在放样平台上对摇摆柱进行1:1实物放样,定制加工样板、样条,以保证摇摆住制作精度。摇摆柱的下、下耳板及弧形箱梁上的所有构件全部采用数控切割机进行切割下料,保证下料数据准确性。
          由于网架节点均为焊接球节点,杆件剖口切割质量将直接影响到构件的精度和焊接质量。对此类接头,采用钢管加工流水线上配置钢管相贯线切割机进行切割下料,采用网架杆件专用剖口机进行端头剖口,误差控制在1毫米以内。
          箱型桁架由两根箱梁中间加圆钢管支撑组成,圆钢管下料采用日本丸秀工机株会社提供的HID-600EH相贯线等离子——火焰管材数控切割机进行相贯线切割下料,本设备下料切割、坡口、精度控制均由计算机控制一次完成,精度误差不大于1mm。
          2.2.4、装配
          所有摇摆柱钢管结构现场拼装前,均需根据图纸及规范要求制作组装胎架,并经监理检验合格后,将已开坡口的钢管和成型的斜、腹杆,按编号组装、点焊定位。由于腹杆上、下弦管的组装定位比较复杂,控制好腹杆的四条控制母线和相应球节点的四个控制点至关重要,定位时要保证相同的腹杆在球节点上定位的唯一性。定位时应考虑焊接收缩量及变形量,并采取措施消除变形,在组装时还将吊装耳板同时组装。经检验合格后,进行焊接。
          箱型桁架的拼装是在装配平台上放实样进行拼装,并应预放焊接收缩量(放至规范公差上限值即可)。采用仿形装配法进行装配,即先在平台上放实样,按此实样装配出第一榀桁架,并施焊进行定位,之后把此榀桁架吊走,再进行第二榀的装配,保证桁架的外形装配尺寸一致。依此方法逐个装配其他桁架。
          2.2.5、焊接
          在加工制作前,进行焊接工艺试验评定和工艺方法试验,严格按焊接规范JGJ81-91要求;在坡口形式、焊接程序、电流、焊层控制、焊接速度等方面进行控制。通过焊接工艺实验,找出适合于本工程特点的焊接工艺与方法。
          2.2.6、涂装
          钢结构制作验收完毕后将在涂装车间进行“二次喷丸除锈”,然后再进行喷涂富锌底漆,柱脚耳板及支座采用热喷锌处理。

    3、安装施工技术
          3.1、现场钢结构主体安装部署
          现场土建实际施工进度安排是BC区域先完成,紧接着完成A区域,结合工期与经济合理性考虑,拟定主体钢结构施工分为三大块进行(见图3)。
     

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    图3  吉安文化艺术中心体分区图 摇摆柱与焊接球网架施工技术
     

    首先安装BC区域的网架结构,接着安装A区域网架结构,最后安装镂空区域的桁架结构。
    网架结构主要施工方法:考虑到充分利用脚手架等施工措施,降低施工成本,确保施工安全。本工程施工基本采用搭设满堂脚手架、在高空散装的方法进行施工。
          镂空区域桁架的安装方法:在BC区域和A区域网架安装完全后,在地面进行桁架组对,然后利用汽车吊安装到位。最后安装该区域外侧的网架。在安装网架之前应搭设满堂脚手架。

    3.2、 安装前的准备工作
          3.2.1、轴线、标高复核
          结构安装前应对基础轴线和标高再次进行检查。 
          3.2.2、吊装机具的选择
          本工程采用25吨、50吨、80吨汽车吊进行吊装,网架主要采用25吨汽车吊和现场塔吊进行垂直和水平运输,镂空部分桁架采用50吨、80吨汽车吊进行吊装安装就位。
          3.2.3、吊栏制作
          现场高空存在部分节点焊接,在高空焊接时,节点球焊接采用吊栏操作,钢构件安装焊接时,操作平台主要以吊栏为主。吊栏用直径20mm的钢管制作。

    3.3、钢构件的吊装
          本工程的大件吊装主要分三大部分:一是屋盖网架杆件和焊接球的吊装,此部分吊装数量最大,时间最长,影响整个施工进度;二是摇摆柱的吊装,三是镂空部分桁架的吊装。
          3.3.1、屋盖网架杆件和焊接球的吊装
          此部分单件吊装重量较轻,在现场塔吊覆盖范围内基本能采用塔吊进行垂直与水平搬运。在塔吊不能覆盖的范围内,采用25吨汽车吊进行吊装到19米标高处的脚手架平台上,然后利用人工搬运到安装位置。
    根据总包提供的基准点引伸到网架的各支座或柱脚,再根据本工程支承点的复杂性和较高的要求,将采用全站仪进行测量定位,以确保各支承点预埋板的高差、中心轴线坐标满足要求,对有超过的支承点要及时修正,对定位的误差要求不大于2mm,对安装前各支承点的相邻支承点高差不大于15mm,中心偏移不大于5mm,对最高与最低点高差不大于30mm,最大中心偏移不大于25mm。
          对各预埋板采用水准仪测量,确保预埋板平整,预埋板不平度(接触缝)不大于5mm。
          对经过测量的各支承点的中心轴线都用黑线划出,高差都在埋件边上用数据标出,所有测量结果都在图纸中记录,以便安装时对构件进行适当的调整。 
          网架球节点的定位,由于是空间三维坐标定位,在球节点下设置一可微调(调节幅度为10cm)的自制可调螺旋千斤顶,此调节机构固定在工作平台上,即可以作为网架安装时的支撑点,承受施工荷载,又可以调节网架球节点的坐标(见图4)。
     

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    图4   吉安文化艺术中心自制可调球节点定位螺旋千斤顶 摇摆柱与焊接球网架施工技术
     

    3.3.2、桁架的吊装:桁架最重位于东侧靠近网架的一片,重约43吨,长度约40米。采用2台80吨汽车吊抬吊(见图5)。

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    图5 吉安文化艺术中心 现场吊装图 摇摆柱与焊接球网架施工技术
     

       最重桁架吊装相关技术参数:
          吊车型号:80吨汽车吊两台;每台站位回转半径5米、臂长24米,其每台额定起重量32吨,考虑不平衡系数,两台80吨汽车吊合计额定起重量为2台×32吨/台×0.75=48吨>43吨(桁架实际重量)。
     

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    图6   吉安文化艺术中心网架与桁架视频图
     

    3.3.2、摇摆柱的吊装
          摇摆柱总共有3种规格。各种规格如下:Z1规格为φ500×14,单根重约3600?,共147根、Z2规格为φ500×22,单根重约5500?,共10根、Z3规格为φ600×14,单根重约4300?,共6根。吊装采用25吨汽车吊(见图7)。
     

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    图7   吉安文化艺术中心吊装立面图
     

    25吨汽车吊在回转半径为10米,臂长25.5米时额定起重量为6.1吨,单根摇摆柱最大重量为5.5吨。25吨汽车吊能满足摇摆柱吊装要求。
          摇摆柱临时固定:对于直立摇摆柱采用脚手架进行固定,在摇摆柱安装到位后,利用脚手架钢管和钢丝绳固定在已经搭设稳固的脚手架上;对于斜向摇摆柱,采用钢丝绳和钢管支撑进行固定,钢丝绳一端与摇摆柱连接,另一端固定在脚手架或混凝土梁柱上。

    4、结语
          吉安文化艺术中心工程制造工艺复杂、安装施工难度大。中南钢构公司精心组织、精心施工、解决了制造与安装施工中的一系列技术与工艺难题。质量好,进度快,安全施工。受到了吉安市政府的表扬和各方一致好评。为大型综合文化艺术类建筑建设积累了宝贵的经验。
     

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    图8   吉安文化艺术中心俯视图

    参考文献
          [1]尹显奇主编.钢结构制作安装工艺手册.ISBN7-80177-538-4.
          [2] 中华人民共和国国家标准.钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001).北京:中国计划出版社,2001.
          [3]傅积和,孙玉林.焊接数据资料手册.ISBN7-111-03862-2/TG•854.
          [4]中华人民共和国行业标准.建筑钢结构焊接技术规程(JGJ81-2002,J218-2002).北京:中国建筑工业出版社,2002.
          [5]李星荣,魏才昂,李和华等.钢结构连接节点设计手册.ISBN7-112-07076-7.

    作者简介:沈海英(1975-),浙江中南建设集团钢结构有限公司综合计划处处长,主要从事计划调度管理工作。
          联系地址:浙江省杭州市滨江区长河街道(310052)。
     



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