异形单体钢结构的设计和技术措施

来源：核心期刊咨询网时间：2017-11-06 14:5812

摘要：这篇工艺设计论文发表了异形单体钢结构的设计和技术措施，论文探讨了展览中心钢结构的概况，分析了水文、气象和地质情况，通过合理的施工组织和技术工艺设计来解决满足展览中心钢结构的施工要求，那么其中主要施工技术难点是什么呢?论文探讨了其实施过程。

　　这篇工艺设计论文发表了异形单体钢结构的设计和技术措施，论文探讨了展览中心钢结构的概况，分析了水文、气象和地质情况，通过合理的施工组织和技术工艺设计来解决满足展览中心钢结构的施工要求，那么其中主要施工技术难点是什么呢?论文探讨了其实施过程。
 

　　关键词：工艺设计论文,钢结构工程,复杂异形,加工与制作

　　1工程概况

　　1.1展览中心钢结构概况

　　浙江省绍兴市天马汽车试驾体验场02#展览中心为4层钢框架结构，建筑高度19.65m，建筑面积12614m2，外挂玻璃及铝板幕墙，平面为L形布置(图1)，横向长约180.4m，纵向长约100.4m，横断面跨度长约20.4m。5.27、10.27、15.20m层楼板采用压型钢板组合楼板，屋面设计为高光雅白铝镁锰板金属屋面。展览中心钢结构主要包括钢柱、钢梁、屋面檩条、钢楼梯及钢桁架。构件截面采用圆管、矩形管、H型钢、角钢、槽钢及钢板，总量约1420t。

　　1.2水文、气象、地质情况

　　本工程位于浙北平原区，拟建场地由3条公路环绕，岩层稳定无大深断裂、断层经过，地势较平坦，地面高程在4.5～5.0m之间，地下水类型有浅部土层中的潜水和侏罗系凝灰岩(第⑩层)中的裂隙水。因本工程不涉及深基坑开挖，故仅浅部的潜水与本工程建设相关。

　　1.3主要施工技术难点

　　1.3.1外观造型前卫复杂本工程建筑理论设计为英国建筑设计师设计，外观造型前卫复杂、异形大斜面较多，对钢结构工程的设计制作、吊装施工均提出了较高的要求[1]。

　　1.3.2钢结构焊缝质量、安装焊接变形的控制要求高展览中心为4层钢框架结构，其焊接质量是钢结构质量控制的重点，焊缝质量一方面影响构件的安全性能，另一方面影响结构的使用功能。

　　1.3.3属于高空作业，施工期间安全风险大展览中心建筑高度19.65m，屋面斜面呈异形，钢结构吊装属高空作业施工，高空坠物风险较大，吊装过程需严控风险、确保安全。

　　2主要技术措施

　　2.1深化设计

　　施工准备及施工进行期间，使用TEKLA软件技术对展览中心钢结构进行深化(图2)，建立3D模型模拟施工，有效协同各参建单位，依照相应设计及控制流程进行钢结构图纸深化设计，经设计、监理、业主审核确认深化图，合理安排施工工序流程。加工期间对材料资源进行合理安排和统筹，有效节约了钢材、锚栓、焊接料等材料。

　　2.2施工部署及吊装工艺

　　考虑场地范围、吊装分布以及钢结构施工工程中构件吊装的特点，考虑现场采用2台QTZ63D(5710)塔式起重机和1台25t汽车吊相互配合的方案进行施工分块同步施工吊装。根据吊车的起重能力，结合进度要求，现场灵活选择吊装方式进行施工。

　　3实施过程

　　3.1钢结构加工及制作

　　3.1.1放样为保证构件精度，本工程所有构件采用计算机放样。桁架在放样、下料前按图样和技术要求必须起拱，起拱的高度按设计要求执行。允许偏差不大于构件长度的l/5000。

　　3.1.2号料钢结构号料时，对本工程所使用材料制订测量表格，进行材料规格复核、材料外观质量检验并加以记录。发现材料弯曲或不平须经矫正后号料，对于非标的材料应退回生产厂家。构件制作下料时，须对关键部位制作质量进行超声波检测，以保证构件质量。画线号料后应标明基准线、中心线和检验线以利于组装和检验，用样冲进行标记，但其深度应不大于0.5mm。同时，应做好材质等标记的移植工作。

　　3.1.3切割和(刨)铣削加工一般零件板可采用NC多头切割火焰机或半自动切割机。切割面切割前需清除表面油污和铁锈，切割后除去表面熔渣和飞溅物。

　　3.1.4制孔钻孔孔径按施工图要求钻制，钻孔后孔周的毛刺、污物等需用砂轮清除干净，连接板允许叠钻，但叠钻的厚度必须控制在100mm以内，块数不超过6块，以保证孔垂直于钢材的平面，孔粗糙度不应大于25μm。

　　3.1.5组装工艺要求组装所采用的平台和胎架需在使用前仔细校核，满足构件装配的精度要求，经二级以上计量部门鉴定合格才能使用。

　　3.2地脚螺栓预埋件施工

　　本工程钢柱采用地脚锚栓基础预埋施工，锚栓经深化放样按图定位，按锚栓布置图加工制作厚3mm的Q345B锚栓钢套模板，钢套模板设置角钢支撑，基础施工时与承台桩基钢筋焊接固定，确保基础混凝土施工时锚栓平面定位及高程精确度满足要求。

　　3.3钢结构吊装施工

　　3.3.1总体施工工艺展览中心为4层钢框架结构，建筑高度为19.65m。其钢结构体量较大，且根据工期要求，展览中心吊装采用QTZ63D(5710)塔式起重机，1台25t汽车吊配合吊装。钢框架先从西向东(①轴往轴)吊装，再从北向南(K轴往A轴)吊装，由靠广场车库内侧向外侧吊装安装。展览中心钢柱多为斜柱，吊装时考虑搭设支撑进行临时固定。钢柱分段考虑2层1节，局部区域1层1节，分段质量控制在6t以内[2]。

　　3.3.2钢桁架施工工艺展览中心共设2榀桁架，位于地上3层，标高为10.27～14.97m，跨度约35.25m，包括直腹杆、斜腹杆、上弦杆和下弦杆(表1)。

　　3.3.3施工准备吊装前应先参照相关图纸对地面标高、轴线、跨距等数据进行复测，应符合允许偏差要求范围。

　　3.3.4吊装施工顺序根据现场场地情况，钢框架先从①轴线往轴线吊装;再从K轴线往A轴线吊装，由内(E轴线)向外(K轴线)吊装。钢柱总质量为5.885t，柱子总长度约为15m，钢柱分2段出厂，第1节质量约3.200t，第2节质量约2.685t。用QTZ63D(5710)塔式起重机吊装，超出QTZ63D(5710)塔式起重机工作半径的用25t汽车吊。圆钢柱就位时，柱底板纵、横线应对准混凝土基础纵、横线，允许偏差为-5～5mm，这时用25t汽车吊吊装比直柱更斜的圆钢柱以连接5.27、10.27m钢平台梁，连接牢固后，QTZ63D(5710)塔式起重机方可松钩。桁架吊装采用25t汽车吊，桁架质量为9t，桁架高度约为14m，需要作临时支撑，临时支撑采用“井”字形支撑。25t汽车吊吊臂长22.1m，作业半径6m，起重质量10.25t，吊装角度74°。钩头、绳索质量共约1t。经计算，吊装工况(图3)满足安全需求。

　　3.4压型钢板施工工艺流程

　　钢结构主体验收→搭设支承桁架→压型板安装焊接→栓钉焊接→封边、堵头板安装焊接→清理验收→下部钢筋敷设及管道、电气线路安装→上部钢筋绑扎→混凝土浇筑→养护

　　3.5大跨度悬挑钢结构施工

　　02#展览中心钢结构东北转角处存在长近20m悬挑结构，为了便于施工及确保施工期间钢结构稳定性，经验算，在悬挑构件最远端设立临时钢支撑柱，并对钢构件进行预抛处理(抛高8cm)，在吊装过程中还须实时测量监控该处标高。在整体钢构吊装完成形成整体后，拆除临时支撑钢柱，复测标高，确保无明显沉降后，方可浇筑楼层板混凝土。

　　3.6一种钢结构连接板钻孔夹具装置施工

　　本工程钻孔数量多、工序繁琐，在合理安排好工序的同时又能保证施工质量和进度是制作的重点，在加工过程中使用了由中华人民共和国国家知识产权局授权的实用新型专利“一种钢结构连接板钻孔夹具装置”，使加工精度和制作质量都得到了有效的控制。1)先将钢结构连接板钻孔夹具放在较为平整的地面上，然后将需要钻孔的临时钢结构连接钢板放在钢结构连接板夹具平台的底座支杆上面，如果连接钢板较薄，则可以一次多层叠几块一起钻孔。2)待连接钢板放置妥当之后，将2个楔形部件按照一个正、一个反的方向切入卡件和连接钢板之间，使连接钢板被牢牢固定住。3)使钻孔机坐落于底座钢板上，调整其角度，然后对连接钢板进行钻孔作业，所钻出的铁渣由底座钢板的开孔落下。

　　3.7焊接施工

　　展览中心钢桁架跨度约40m，钢构件现场焊接安装时，严格按焊接工艺评定进行，通过成熟的焊接工艺、合理的焊接顺序等来减少构件变形。对重要结构的焊缝进行重点检查与检测，确保结构安全。

　　4实施效果

　　1)测量检测情况：比较实测坐标与设计坐标，最终的各项点位差均控制在5mm以内;比较实测标高与设计标高，最终差值均控制在3mm以内，且以上数据均符合设计规范要求。2)经济效益：使用BIM技术对钢结构进行深化，模拟施工，有效协同各参建单位，合理安排施工工序流程，加工期间对材料资源的合理安排统筹，有效节约了钢材、锚栓、焊接料等材料。通过合理的施工流程布置、实施，直接节约成本10%(主要包括人工费、机械台班费等)，间接减少了钢材、电、油的能源损耗。3)施工进度：通过合理规划施工流程、分块吊装机械、组织流水施工，提前1个月完成了绍兴天马汽车试驾体验场02#展览中心钢结构的吊装施工。4)质量安全：展览中心钢结构工程通过全面的质量安全管理与监督，在施工中无任何安全及质量事故，确保了工程质量并成功申报获评2016年上海市“金钢奖”优质工程(图4)。

　　5结语

　　本工程中我们在有限的空间和时间里，通过合理的技术优化及合理的施工方法，施工过程中切实落实设计和规范要求，加上人、机、料的合理搭配，最后工程得以保质、保量按时完成。从现场实施情况来看，展览中心钢结构各项数据符合要求并通过验收，通过合理的施工方案实施及施工组织安排，节约了工期及成本，得到了业主等单位的好评。

　　参考文献

　　[1]弓永胜.谈大跨度异形钢结构正装倒置法施工方法[J].山西建筑,2016(14):90-91.

　　[2]李小萍,牙马忠.某单体工程大跨度超高超大钢结构吊装技术[J].山西建筑,2010(17):154-156.

　　作者：卫军明 郭延义 赵欣 单位：上海建工二建集团有限公司

　　推荐阅读：《热加工工艺》杂志创刊于1972年，1986年公开发行，2004年以前为双月刊，2004年起改为月刊，2006年起改为半月刊。本刊由国家科委批准，中国船舶重工集团公司主管，热加工工艺研究所和中国造船工程学会船舶材料学术委员会主办。

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