鋼管桁架柱制作和安裝施工技術

1、鋼管桁架柱制作與安裝施工技術中鐵十七局建筑工程有限公司 李曉春 郭如興1.前言目前競爭激烈的建筑市場，不管設計、監(jiān)理或施工企業(yè)，必須憑借雄厚的業(yè)績和獨特、新穎的創(chuàng)意才能在激烈的市場競爭中占得一席之地，我公司施工的向莆鐵路撫州站站房工程由華南理工大學建筑設計研究院設計，結合撫州的歷史與文化特色，將正立面和側立面外形設計為“書卷”展開造型，三面為傾斜弧面，梁、柱等全部傾斜，整體結構上大下小。四個角柱寓意卷軸，將站房里面隱喻為三本打開的書卷，其中異形鋼桁架柱代表書簡。如圖1。圖1 站房效果圖2.特點2.1鋼管桁架具有優(yōu)美的外觀、合理的受力特點以及優(yōu)越的經(jīng)濟性。2.2空間鋼管桁架具有穩(wěn)定性好、扭轉剛度

2、大、跨度大的特點。2.3鍍鋅鋼管桁架內(nèi)部不會生銹，大大減少了防腐防火涂料層的材料消耗和涂裝工作量。2.4空間鋼管桁架由小型型材加工而成，便于加工及安裝。2.5鋼管桁架相比其它截面承受風力荷載作用時，荷載對鋼管結構的作用效應比其它截面形式結構的效應要低的多。3.適用范圍本工法鋼管桁架結構因其具有優(yōu)美的外觀、合理的受力特點以及優(yōu)越的經(jīng)濟性，在現(xiàn)代工業(yè)廠房、站房、倉庫、體育館、展覽館、會場、航站樓、車站及辦公樓、商住樓、賓館等建筑中得到了廣泛的應用。4.工藝原理 本施工工法的工藝原理利用門型胎架將鋼管桁架柱加工成若干段，按照次序將鋼桁架柱單點吊裝，控制好桁架柱的傾斜方向和弧形曲面，每段先臨時進行加固

3、，待鋼桁架主龍骨調(diào)整順直后再全部滿焊。5.工藝流程5.1施工工藝鋼管桁架制作 1）下料所用材料必須全部檢測合格。2）按照二次深化設計圖加工鋼管桁架構件。3）按照鋼桁架的截面尺寸制作門型胎架，根據(jù)軸線、長度、截面尺寸的要求在胎架內(nèi)將桁架單片構件進行預拼，將單片構件定位正確后焊接牢固。4）檢查焊接后的鋼管桁架是否變形，如扭曲變形采用液壓千斤頂或火焰進行矯正。5）對焊接部分打磨處理，清理完畢后涂刷防銹漆。鋼管桁架安裝1腳手架體系1）標準段鋼管桁架吊裝前，下部搭設雙排鋼管腳手架作為工作平臺；吊裝上部異型段前，及時搭設人工操作平臺。2）采用雙排鋼管腳手架，鋼管直徑48mm，壁厚3.0mm。外腳手架離開鋼

4、管桁架距離要保證吊裝能“安的上，拆得出，好操作”。根據(jù)吊裝需要分層搭設平臺。2吊裝體系1）鋼管桁架自重最大1.8T，選用25T汽車吊或5610型塔吊。2）鋼柱的剛性較好，吊裝前為了便于校正最好采用一點吊裝法。如下圖2、圖3。圖1 站房效果圖一點吊裝一點吊裝3)拼裝體系 5.2施工流程圖2 汽車吊單點吊裝 圖3 QTZ63型塔吊單點吊裝3）鋼柱底部制作時在柱底板側面打上通過安裝中心的互相垂直四個點，用三個點與基礎面十字線對準即可。3焊接 1）每兩單片構件之間焊縫長度較短，按照焊接工藝評定處理焊縫。 2)對構件外形尺寸、坡口角度、組裝外形進行檢查，復核后進行定位焊。鋼管桁架施工流程見圖4和圖5。鋼

5、管桁架制作及安裝總體原則為“先分段制作，后分段拼接安裝”。由于桁架柱外裝修鋁板上部和下部“凹”型裝飾，與中間標準段桁架截面尺寸不一，上、下部截面尺寸偏大且異型，制作工藝復雜，如一次性加工，則制作平臺難以控制，且建造費用偏高，因此需分段制作。先制作標準段桁架，再制作上、下部異型桁架，先吊裝標準段桁架，再吊裝下部桁架，最后再吊裝上部桁架，可確保鋼管桁架的質(zhì)量和安全，實現(xiàn)鋼管桁架外觀設計效果。施工詳圖圖單下料、除銹拼裝、成型焊 接矯正型鋼焊縫打磨材料檢驗清理、噴漆驗 收圖4 鋼管桁架加工制作工藝流程基礎復測圖單構件中心及標高檢查校 正安裝鋼管桁架鋼管桁架間玻璃橫龍骨焊接軸線復測檢驗橫龍骨打磨、噴漆驗

6、 收圖5 鋼管桁架安裝工藝流程6.操作要點6.1鋼管桁架制作  本工程鋼管桁架是以鍍鋅方鋼為主，在鋼結構制作過程中必須考慮構件的長度是否便于運輸?shù)跹b，如果采用現(xiàn)場塔吊作垂直運輸和吊裝工具，塔吊起重荷載能否承受，制作時須充分驗算，目前根據(jù)鋼結構用材，經(jīng)過計算本工程具有代表性鋼桁架符合運輸及現(xiàn)場塔吊承載條件。（一）構件的加工制作  1.下料圖單此工序為材料檢驗部分，其內(nèi)容包括對工程所選用的型號、規(guī)格的確認以及材料的質(zhì)量檢查。 質(zhì)量檢測應符合設計要求及國家現(xiàn)行標準的規(guī)定。按設計圖紙計算出所有下料材料的工程量，提取材料施工計劃，根據(jù)吊裝的要求將鋼管桁架

7、深化成若干段進行加工。2.下料、除銹 放樣劃線時，在門型胎架上清楚標明裝配標記。注意預留制作、安裝時的焊接收縮余量。按照桁架柱平面定位的相對關系，計算出每個鋼桁架的加工長度，根據(jù)長度的不同在門型胎架上標明裝配標記。局部桁架柱平面定位圖見下圖6。下料前對原材進行打磨除銹，噴涂防銹底漆，如在涂底漆前已返銹，需重新除銹。造型柱圖6 桁架柱平面定位3.拼裝、成型鋼材在拼裝前應矯正其變形，并達到符合控制偏差范圍內(nèi)，接觸毛面應無毛刺、污物和雜物，以保證構件的組裝緊密結合，符合質(zhì)量標準。組立時應有適量的工具和設備，如直角鋼尺，以保證組立后有足夠的精度。點焊時所采用焊材與焊件匹配，焊縫厚度為設計厚度

8、的23且不大于6mm，焊縫長度不小于25 mm，位置在焊道以內(nèi)。預組立的構件必須進行檢查和確定是否符合圖紙尺寸，以及構件的精度要求成型。 組立成型時，構件應在自由狀態(tài)下進行，其結構應符合鋼結構工程施工及驗收規(guī)范及有關標準規(guī)定。經(jīng)檢查合格后進行編號。 質(zhì)量檢驗標準：允許偏差符合鋼結構工程施工及驗收規(guī)范有關規(guī)定。     4.焊接 因鍍鋅方管具有截面小、壁厚薄的特點，該工序采用交流電焊機。 焊接工藝焊接采用手工焊接，應滿足以下幾點：（1）焊接邊緣3050mm范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺污垢等必須清除干凈，以減

9、少產(chǎn)生焊接氣孔等缺陷的因素。（2）桁架橫龍骨不能與豎龍骨垂直焊接，考慮外裝修鋁板的安裝的需求，橫龍骨與豎龍骨的夾角與設計桁架傾斜角度一致。（3）使用狀態(tài)良好、功能齊全的電焊機，選用的焊條需用烘干箱進行烘干。 5.矯正方鋼 鋼結構焊接時很容易變形，局部變形會造成整體桁架彎曲，必須對鋼管桁架進行矯正。使用設備：采用液壓千斤頂或火焰進行矯正。工藝要求：操作人員熟悉工藝內(nèi)容并熟悉掌握操作規(guī)程，矯正完成后，應進行自檢，允許偏差符合鋼結構施工及驗收規(guī)范有關規(guī)定。6.焊縫打磨焊接完成的鋼管桁架要按照鋼結構施工及驗收規(guī)范有關規(guī)定對焊縫進行打磨，除去表面的焊渣、毛刺、焊接飛濺物、油污、塵土等

10、雜物。7.清理、噴漆本工程施涂的方法采用噴涂法。噴涂順序為：先上后下、先難后易、先左后右、先內(nèi)后外，以保持涂層厚度均勻一致，不漏涂。調(diào)合油漆，控制油漆的粘度、稠度、稀度、兌制時充分的攪拌，使油漆色澤、粘度均勻一致。噴涂時對構件焊接部位進行保護，噴漆時不得與底漆方向一致，接搓整齊。待第一遍干燥后，再刷第二遍，第二遍涂刷方向與第一遍涂刷方向垂直，這樣會使漆膜厚度均勻一致。涂刷完畢后在構件上按原編號標注：重大構件還需要標明重量、重心位置和定位標號。8.涂層檢查與驗收表面涂裝施工時和施工后，對涂裝過的工件進行保護，防止飛揚塵土和其他雜物。涂裝后處理檢查，應該是涂層顏色一致，色澤鮮明，光亮，不起皺皮，不

11、起疙瘩。涂裝漆膜厚度的測定，用觸點式漆膜測厚儀測定漆膜厚度，漆膜測厚儀一般測定3點厚度，取其平均值。9驗收 鋼構件出廠前，應提交以下資料： 產(chǎn)品出場合格證 鋼材、連接材料和涂料的質(zhì)量證明書構件發(fā)運清單資料（二）成品保護鋼構件涂裝后加以臨時圍護隔度，防止踏踩，損傷涂層。鋼構件涂裝后，在4小時之內(nèi)遇有大風或下雨時，則加以覆蓋，防止粘染塵土和水氣，影響涂層的附著力。涂裝后的構件需要運輸時，要注意防止磕碰，防止在地面拖拉，防止涂層損壞。涂裝后的鋼構件勿接觸酸類液體，防止咬傷涂層。6.2鋼管桁架安裝  本工程鋼結構安裝，首先復核鋼桁架底部基礎的軸線及頂面

12、標高是否正確，采用分段吊裝的方法，先吊裝標準段桁架，待校正固定后，再依次進行吊裝下部桁架，最后吊裝上部桁架。 1.現(xiàn)場測量. 豎向控制軸線的放樣根據(jù)土建單位提供的軸線和+0.00標高為依據(jù)，進行閉合測量工作，各基準點之間連接并呈閉合態(tài)，用全站儀在傾斜弧線梁側面上放出每個桁架柱的中心線，并且用卷尺復測兩桁架中心線的水平距離，尺寸在允許偏差范圍內(nèi)，用水鉆在梁體上鉆孔，M32高強螺栓對拉固定。圖7 桁架柱根據(jù)埋板平面定位. 水平標高及軸線控制高度和水平軸線測量采用全站儀作為主測量工具，水平儀輔測，測出樓層每個桁架柱根部和頂部鋼板的水平標高，并且用全站儀放出每個桁架柱底部的十字控制線。.桁架

13、柱傾斜角度控制依次量測桁架柱根部鋼板上十字線至結構梁的距離，先查看桁架柱在滿足傾斜角度的情況下，桁架柱能否順利安裝，如局部受影響，可考慮將桁架柱整體向外平移，然后再從桁架柱頂部吊鉛錘檢查桁架安裝的角度能否符合設計角度和距離，如距離不能滿足，可將鋼桁架進行結構驗算，驗算出可偏移的最大距離，將每個弧線面的桁架柱整體向外平移所需的的可控距離。.桁架柱弧線的控制桁架柱吊裝就位后，按安全規(guī)范的要求臨時施焊加固定位，通過相鄰兩榀桁架柱上口、下口的水平鋼板上桁架柱的中心連線控制線形，如因桁架柱變形、安裝角度和傾斜角度發(fā)生偏差，造成弧線不順直，可用火焰進行局部矯正，將桁架柱調(diào)整至圓順。圖8 桁架柱弧線線形。圖

14、7 桁架柱根據(jù)埋板平面定位圖8 桁架柱弧線線形2.埋板的埋設根據(jù)鋼管桁架柱放線的位置對埋件進行埋設，檢查基位是否滿足鋼結構安裝的要求。對于需要增加的埋件按以下步驟進行：a、根據(jù)埋件的設計尺寸1：1制作模板及標記出化學螺栓的位置間隔尺寸、孔徑。b、用沖擊鉆在砼結構的表面按照模板放樣的尺寸打孔，孔徑和深度必須參照栽筋螺栓所規(guī)定的直徑和深度。c、清理：用氣筒或空壓清孔器將孔內(nèi)灰塵清理干凈，同時用專用毛刷放入孔內(nèi)來回把砼渣清理出來。d、安裝高強螺栓：把植筋膠塞入孔內(nèi)，將高強螺栓送入孔內(nèi)并保證與植筋膠充分破碎混合，并且清理螺栓邊緣擠壓出來的植筋膠，以防安裝埋件與砼表面不平整。e、待植筋膠固化24天后（應

15、按質(zhì)保書提供的相應固化時間）且要保證砼表面平整凹凸不平面，用扁鑿子鑿平然后再用磨光機磨平。 3.鋼桁架柱吊裝 鋼結構桁架立柱安裝：立柱用于本工程外立面裝飾龍骨桁架形式，吊裝前首先確定構件吊點位置，確定綁扎方法，吊裝時做好防護措施。緩慢徐升就位。經(jīng)過初校待垂直偏差在5mm內(nèi)，臨時固定后立即調(diào)整施焊，即可脫鉤。每節(jié)鋼管桁架柱根據(jù)控制線微調(diào)桁架柱的線形后，再對柱腳焊接加固，依次對標準節(jié)上部和下部異型鋼桁架柱進行吊裝，依照相同的吊裝工藝做好線形控制。 .標準節(jié)與上部、下部異性節(jié)桁架柱連接處，要使用防銹處理的內(nèi)襯鋼管進行連接，同時對焊縫打磨、防銹處理。.鋼桁架吊裝過程中，鋼管腳手架要

16、按照吊裝方案制定的吊裝半徑進行搭設和加固，充分考慮施工中不利因素，做好鋼管腳手架與外立面結構的連墻結構。鋼管桁架上、中、下節(jié)全部定位后，要全部排查每個部位的焊縫，使鋼桁架的焊縫滿焊，并且打磨后防銹處理。4.焊接要求同一桁架柱的兩端的不得同時焊接，等一端焊接完畢后，且冷卻后，方可進行另一端的焊接。焊后消除應力處理：采用錘擊法消除中間層應力，使用圓頭手錘，不得對根部焊縫、蓋面焊縫或焊縫坡口邊緣的母材進行錘擊。7 設備及材料配置7.1主要施工機械設備：    表1 鋼桁架柱主要施工機械設備 序號機具名稱型號數(shù)量備注1拋丸除銹機QG211合格2二氧化碳

17、氣體保護焊機NBC3504合格3砂輪切割機3KW2合格4氣割工具2合格5直流弧焊機ZX7-3155合格6手拉葫蘆2T4合格7塔吊56101合格8吊車25T1合格9液壓千斤頂1合格7.2主要材料配置：    表2鋼桁架柱主要材料配置 序號材料名稱單位數(shù)量備注1鋼桁架柱標準節(jié)節(jié)83合格2上部鋼桁架柱節(jié)節(jié)83合格3下部鋼桁架柱節(jié)節(jié)83合格4M32高強螺栓及配套螺帽套512合格5植筋膠kg150合格62T手拉葫蘆套4合格7直徑12mm×6m鋼絲繩條4合格816#花籃螺絲套20合格9后置埋板套166合格8 施工質(zhì)量控制8.1質(zhì)量控制重點材料控制

18、桁架為主體受力結構，選材必須嚴格按照設計并進行復檢。由于處于全面裝修階段，材料種類繁多，外形非常近似，場地狹小，工人素質(zhì)參差不齊，不合格材料很容易混淆。所以，首先必須認真檢查每個鋼管桁架柱的備用材料，從源頭控制質(zhì)量。8.1.2單構件下料由于本桁架柱傾斜，每榀桁架柱所用主龍骨長度不等，結合每個柱子的定位尺寸，實際量測長度才可下料。主桁架高度都大于6米，需要對接。要根據(jù)實測數(shù)據(jù)配料，切忌接頭處于同一截面。.斜腹桿與主桿為對角連接，接觸面為斜角，準確計算好每段每格長度，鎖定切割機角度，以免下料過長或過短。.由于柱子傾斜，兩個柱腳連接耳板也是不等長的，提前做好計算避免施工過程中重復加長或切短耳板的現(xiàn)象

19、。8.1.3構件組裝構件組裝前首先放樣，重復比對圖紙，仔細檢查尺寸對應關系，確保準備無誤。焊接時必須保證每個桿件的直線度，焊接很容易變形，局部變形會造成整體桁架彎曲，此類問題在施工中也遇到過，桿件彎曲，會影響玻璃無法密貼框架，無法安裝，必須對桁架肢解或千斤頂矯正，費工費時，影響施工質(zhì)量和施工進度。.桁架安裝后，鋁板分縫為水平縫，橫龍骨必須水平。橫龍骨不能垂直于豎龍骨，必須根據(jù)每個桁架柱傾斜角度定位橫豎龍骨夾角，圖9所示。.龍骨對接部位必須套芯或增加加強板。焊接過程中，嚴禁燒穿、燒壞主型材，確保焊接質(zhì)量。圖9 橫豎龍骨安裝定位8.1.4鋼桁架吊裝吊裝前必須考慮好鋼桁架臨時固定措施，保證鋼管腳手架

20、隨桁架的吊裝半徑搭設，保證工作面的展開。吊裝前，必須確定柱腳埋板的標高和水平定位，確保各弧形立面裝飾一致。.在柱腳、柱頂結構位置，彈出控制弧線，確保每支龍骨的平滑順直，否則將會影響玻璃、鋁板的安裝，甚至影響開啟窗的使用。.桁架安裝好后，必須采取可靠的臨時固定措施，確保安全。認真檢查每個焊點（三面圍焊）飽滿，并進行防腐防銹處理，包括方管內(nèi)部和連接板等，完后封閉上下端口。8.2質(zhì)量控制的標準鋼桁架用鋼管桿件加工鋼桁架用鋼管桿件加工的允許偏差應符合表3的規(guī)定。表3 鋼桁架用鋼管桿件加工的允許偏差（mm）項目允許偏差檢驗方法長度±1.0用鋼尺和百分表檢查端面對管軸的垂直度0.005r用百分表

21、V形塊檢查管口曲線1.0用套模和游標卡尺檢查鋼鋼構件外形尺寸鋼構件外形尺寸主控項目的允許偏差應符合表4的規(guī)定。表4鋼構件外形尺寸主控項目的允許偏差（mm）項目允許偏差單層柱、梁、桁架受力支托（支承面）表面至第一安裝孔距離±1.0多節(jié)柱銑平面至第一安裝孔距離±1.0實腹梁兩端最外側安裝孔距離±3.0構件連接處的截面幾何尺寸±3.0柱、梁連接處的腹板中心線偏移2.0受壓構件（桿件）彎曲矢高l/1000,且不應大于10.08.2.3鋼構件外形尺寸單層鋼結構主體結構的整體垂直度和整體平面彎曲的允許偏差符合表5的規(guī)定。表5整體垂直度和整體平面彎曲的允許偏差（mm）

22、項       目允  許  偏  差檢驗方法主體結構的整體垂直度H/1000,且不應大于25.0用鋼尺檢查主體結構的整體平面彎曲L/1500,且不應大于25.0用鋼尺檢查8.2.4鋼構件外形尺寸柱子安裝的允許偏差應符合表6的規(guī)定。表6柱子安裝的允許偏差（mm）項目允許偏差檢驗方法底層柱柱底軸線對定位軸線偏移3.0用鋼尺檢查柱子定位軸線1.0用鋼尺檢查單節(jié)柱的垂直度h/1000，且應大于10.0用鋼尺檢查8.2.5鋼構件外形尺寸柱子安裝的允許偏差應符合表7的規(guī)定。表7柱子安裝的允許偏差（mm）鋼構件預拼裝

23、的允許偏差項目允許偏差檢驗方法多節(jié)柱預拼裝單元總長±5.0用鋼尺檢查預拼裝單元彎曲矢高l/1500，且不應大于10.0用拉線和鋼尺檢查接口錯邊20用焊縫量規(guī)檢查預拼裝單元柱身扭曲h/200,且不應大于5.0用拉線、吊線和鋼尺檢查頂緊面至任一牛腳距離±2.0用鋼尺檢查管構件預拼裝單元總長±5.0用鋼尺檢查預拼裝單彎曲矢高l/1500，且不應大于10.0用拉線和鋼尺檢查對口錯邊t/10，且不應大于3.0用焊縫量規(guī)檢查坡口間隙+2.0,-1.09. 筒體施工技術措施9.1工藝質(zhì)量保證措施 鋼結構制作此結構所選用的鋼材必須有出廠合格證及產(chǎn)品質(zhì)量證明書，方可使用。

24、 選擇性能良好，使用功能齊全的加工設備，要求廠內(nèi)制作部分采用單面45度坡口焊接。 .焊條應具有出廠合格證，要求電焊條使用前應用烘干箱進行烘干，使用焊條材質(zhì)必須與所用的母材相配套。 .此鋼構件制作完成后需進行拋丸除銹，要求除銹后24小時之內(nèi)涂上底漆，底漆采用噴涂，要求保證油漆的漆膜厚度滿足設計要求。 所有操作人員必須嚴格按技術、質(zhì)量、安全交底內(nèi)容執(zhí)行，要求焊接人員必須持證上崗。 號料時，針對本工程的使用材料特點，我們將復核所使用材料的規(guī)格，檢查材料外觀質(zhì)量，制訂測量表格加以記錄。凡發(fā)現(xiàn)材料規(guī)格不符合要求或材質(zhì)外觀不符要求者，須及時報質(zhì)管、技術部門處理；遇有材料彎曲或不平值超差影響號料質(zhì)量者，須經(jīng)矯正后號料，對于超標的材料退回生產(chǎn)廠家。鋼結構安裝 鋼結構吊裝過程嚴格執(zhí)行GB502052001鋼結構施工及驗收規(guī)范及GB5022195鋼結構工程質(zhì)量檢驗評定表標準 開工前必須對定位縱橫軸線及水