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      吉安文化藝術中心搖擺柱與焊接球網架施工技術分析

      作者:沈海英 沈志軍    
      時間:2013-01-14 10:42:50 [收藏]
      介紹了江西吉安文化藝術中心搖擺柱的制造技術,重點介紹了搖擺柱的安裝定位、焊接球網架與弧型箱梁的安裝技術。
          關鍵詞:吉安文化藝術中心 搖擺柱與焊接球網架施工技術

        摘要:介紹了江西吉安文化藝術中心搖擺柱的制造技術,重點介紹了搖擺柱的安裝定位、焊接球網架與弧型箱梁的安裝技術。
        關鍵詞:螺栓球網架、搖擺柱、箱型桁架

        1、工程概況
              吉安文化藝術中心工程是吉安市的重點工程,是集會議、展示、觀演、休閑與一體的大型綜合文化藝術建筑。屋面空間網架水平投影近似矩形,南北長172米,東西寬134米。設置163根搖擺鋼柱。網架四周采用懸挑結構,懸挑長度不等,四角最大懸挑長度達10米。網架厚度為2.5~2.8米。網架在A區與BC區局部鏤空,用箱型桁架聯系。網架結構桿件采用空心圓鋼管,連接接點采用焊接節點球。163根搖擺鋼柱與基礎和網架采用銷釘軸承組合連接。其中網架鋼結構重量約620噸,A區與BC區局部鏤空區域桁架重約280噸,搖擺鋼柱約600噸,屋面圍護結構約13000平米。A、B、C區域外露部分全部采用鋁板吊頂裝飾,見圖1。
         

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        圖1 吉安文化藝術中心效果圖


              2、制作技術
              2.1、整個工程的結構形狀
              吉安文化藝術中心,從大型樂器豎琴和管風琴的造型中找到靈感,以163根形似琴弦的搖擺柱,環繞文化藝術中心的主體建筑,支撐起形似吉它琴箱的巨大屋頂,使整個建筑象"靈動的琴弦"一樣,呈現出迷人的藝術魅力,見圖2。
         

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        圖2 吉安文化藝術中心 主體建筑 搖擺柱與焊接球網架施工技術
         

        2.2、加工制作工藝流程

        2.2.1、加工準備

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         2.2.2 、鋼材預處理
              對所有桁架鋼結構中所用的鋼管和鋼板,將在切割加工前進行預處理。鋼管在涂裝車間內進行拋丸除銹,鋼板則由鋼板預處理流水線進行預處理,使鋼材表面粗糙度達到Sa2.5級后噴涂保養底漆,以保證鋼材在加工制作期間不銹蝕及產品的最終涂裝質量。
              2.2.3、放樣、下料
              制作前根據細部設計圖紙,在放樣平臺上對搖擺柱進行1:1實物放樣,定制加工樣板、樣條,以保證搖擺住制作精度。搖擺柱的下、下耳板及弧形箱梁上的所有構件全部采用數控切割機進行切割下料,保證下料數據準確性。
              由于網架節點均為焊接球節點,桿件剖口切割質量將直接影響到構件的精度和焊接質量。對此類接頭,采用鋼管加工流水線上配置鋼管相貫線切割機進行切割下料,采用網架桿件專用剖口機進行端頭剖口,誤差控制在1毫米以內。
              箱型桁架由兩根箱梁中間加圓鋼管支撐組成,圓鋼管下料采用日本丸秀工機株會社提供的HID-600EH相貫線等離子——火焰管材數控切割機進行相貫線切割下料,本設備下料切割、坡口、精度控制均由計算機控制一次完成,精度誤差不大于1mm。
              2.2.4、裝配
              所有搖擺柱鋼管結構現場拼裝前,均需根據圖紙及規范要求制作組裝胎架,并經監理檢驗合格后,將已開坡口的鋼管和成型的斜、腹桿,按編號組裝、點焊定位。由于腹桿上、下弦管的組裝定位比較復雜,控制好腹桿的四條控制母線和相應球節點的四個控制點至關重要,定位時要保證相同的腹桿在球節點上定位的唯一性。定位時應考慮焊接收縮量及變形量,并采取措施消除變形,在組裝時還將吊裝耳板同時組裝。經檢驗合格后,進行焊接。
              箱型桁架的拼裝是在裝配平臺上放實樣進行拼裝,并應預放焊接收縮量(放至規范公差上限值即可)。采用仿形裝配法進行裝配,即先在平臺上放實樣,按此實樣裝配出第一榀桁架,并施焊進行定位,之后把此榀桁架吊走,再進行第二榀的裝配,保證桁架的外形裝配尺寸一致。依此方法逐個裝配其他桁架。
              2.2.5、焊接
              在加工制作前,進行焊接工藝試驗評定和工藝方法試驗,嚴格按焊接規范JGJ81-91要求;在坡口形式、焊接程序、電流、焊層控制、焊接速度等方面進行控制。通過焊接工藝實驗,找出適合于本工程特點的焊接工藝與方法。
              2.2.6、涂裝
              鋼結構制作驗收完畢后將在涂裝車間進行“二次噴丸除銹”,然后再進行噴涂富鋅底漆,柱腳耳板及支座采用熱噴鋅處理。

        3、安裝施工技術
              3.1、現場鋼結構主體安裝部署
              現場土建實際施工進度安排是BC區域先完成,緊接著完成A區域,結合工期與經濟合理性考慮,擬定主體鋼結構施工分為三大塊進行(見圖3)。
         

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        圖3  吉安文化藝術中心體分區圖 搖擺柱與焊接球網架施工技術
         

        首先安裝BC區域的網架結構,接著安裝A區域網架結構,最后安裝鏤空區域的桁架結構。
        網架結構主要施工方法:考慮到充分利用腳手架等施工措施,降低施工成本,確保施工安全。本工程施工基本采用搭設滿堂腳手架、在高空散裝的方法進行施工。
              鏤空區域桁架的安裝方法:在BC區域和A區域網架安裝完全后,在地面進行桁架組對,然后利用汽車吊安裝到位。最后安裝該區域外側的網架。在安裝網架之前應搭設滿堂腳手架。

        3.2、 安裝前的準備工作
              3.2.1、軸線、標高復核
              結構安裝前應對基礎軸線和標高再次進行檢查。 
              3.2.2、吊裝機具的選擇
              本工程采用25噸、50噸、80噸汽車吊進行吊裝,網架主要采用25噸汽車吊和現場塔吊進行垂直和水平運輸,鏤空部分桁架采用50噸、80噸汽車吊進行吊裝安裝就位。
              3.2.3、吊欄制作
              現場高空存在部分節點焊接,在高空焊接時,節點球焊接采用吊欄操作,鋼構件安裝焊接時,操作平臺主要以吊欄為主。吊欄用直徑20mm的鋼管制作。

        3.3、鋼構件的吊裝
              本工程的大件吊裝主要分三大部分:一是屋蓋網架桿件和焊接球的吊裝,此部分吊裝數量最大,時間最長,影響整個施工進度;二是搖擺柱的吊裝,三是鏤空部分桁架的吊裝。
              3.3.1、屋蓋網架桿件和焊接球的吊裝
              此部分單件吊裝重量較輕,在現場塔吊覆蓋范圍內基本能采用塔吊進行垂直與水平搬運。在塔吊不能覆蓋的范圍內,采用25噸汽車吊進行吊裝到19米標高處的腳手架平臺上,然后利用人工搬運到安裝位置。
        根據總包提供的基準點引伸到網架的各支座或柱腳,再根據本工程支承點的復雜性和較高的要求,將采用全站儀進行測量定位,以確保各支承點預埋板的高差、中心軸線坐標滿足要求,對有超過的支承點要及時修正,對定位的誤差要求不大于2mm,對安裝前各支承點的相鄰支承點高差不大于15mm,中心偏移不大于5mm,對最高與最低點高差不大于30mm,最大中心偏移不大于25mm。
              對各預埋板采用水準儀測量,確保預埋板平整,預埋板不平度(接觸縫)不大于5mm。
              對經過測量的各支承點的中心軸線都用黑線劃出,高差都在埋件邊上用數據標出,所有測量結果都在圖紙中記錄,以便安裝時對構件進行適當的調整。 
              網架球節點的定位,由于是空間三維坐標定位,在球節點下設置一可微調(調節幅度為10cm)的自制可調螺旋千斤頂,此調節機構固定在工作平臺上,即可以作為網架安裝時的支撐點,承受施工荷載,又可以調節網架球節點的坐標(見圖4)。
         

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        圖4   吉安文化藝術中心自制可調球節點定位螺旋千斤頂 搖擺柱與焊接球網架施工技術
         

        3.3.2、桁架的吊裝:桁架最重位于東側靠近網架的一片,重約43噸,長度約40米。采用2臺80噸汽車吊抬吊(見圖5)。

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        圖5 吉安文化藝術中心 現場吊裝圖 搖擺柱與焊接球網架施工技術
         

           最重桁架吊裝相關技術參數:
              吊車型號:80噸汽車吊兩臺;每臺站位回轉半徑5米、臂長24米,其每臺額定起重量32噸,考慮不平衡系數,兩臺80噸汽車吊合計額定起重量為2臺×32噸/臺×0.75=48噸>43噸(桁架實際重量)。
         

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        圖6   吉安文化藝術中心網架與桁架視頻圖
         

        3.3.2、搖擺柱的吊裝
              搖擺柱總共有3種規格。各種規格如下:Z1規格為φ500×14,單根重約3600?,共147根、Z2規格為φ500×22,單根重約5500?,共10根、Z3規格為φ600×14,單根重約4300?,共6根。吊裝采用25噸汽車吊(見圖7)。
         

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        圖7   吉安文化藝術中心吊裝立面圖
         

        25噸汽車吊在回轉半徑為10米,臂長25.5米時額定起重量為6.1噸,單根搖擺柱最大重量為5.5噸。25噸汽車吊能滿足搖擺柱吊裝要求。
              搖擺柱臨時固定:對于直立搖擺柱采用腳手架進行固定,在搖擺柱安裝到位后,利用腳手架鋼管和鋼絲繩固定在已經搭設穩固的腳手架上;對于斜向搖擺柱,采用鋼絲繩和鋼管支撐進行固定,鋼絲繩一端與搖擺柱連接,另一端固定在腳手架或混凝土梁柱上。

        4、結語
              吉安文化藝術中心工程制造工藝復雜、安裝施工難度大。中南鋼構公司精心組織、精心施工、解決了制造與安裝施工中的一系列技術與工藝難題。質量好,進度快,安全施工。受到了吉安市政府的表揚和各方一致好評。為大型綜合文化藝術類建筑建設積累了寶貴的經驗。
         

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        圖8   吉安文化藝術中心俯視圖

        參考文獻
              [1]尹顯奇主編.鋼結構制作安裝工藝手冊.ISBN7-80177-538-4.
              [2] 中華人民共和國國家標準.鋼結構工程施工質量驗收規范(GB50205-2001).北京:中國計劃出版社,2001.
              [3]傅積和,孫玉林.焊接數據資料手冊.ISBN7-111-03862-2/TG•854.
              [4]中華人民共和國行業標準.建筑鋼結構焊接技術規程(JGJ81-2002,J218-2002).北京:中國建筑工業出版社,2002.
              [5]李星榮,魏才昂,李和華等.鋼結構連接節點設計手冊.ISBN7-112-07076-7.

        作者簡介:沈海英(1975-),浙江中南建設集團鋼結構有限公司綜合計劃處處長,主要從事計劃調度管理工作。
              聯系地址:浙江省杭州市濱江區長河街道(310052)。
         


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