球鉸體系鑄鋼支座及巨型人字柱的空中定位安裝技術(shù)

球鉸體系鑄鋼支座及巨型人字柱的空中定位安裝技術(shù)本文詳細(xì)介紹了自行車館工程球鉸體系鑄鋼支座及巨型人字柱的空中定位安裝技術(shù)，從質(zhì)量、安全、工期、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合分析了其應(yīng)用效果。一概述**自行車館圓形鋼結(jié)構(gòu)屋蓋水平投影直徑149.536m，鋼網(wǎng)殼跨度133.06m，矢高14.69m，網(wǎng)殼厚度2.8m，頂標(biāo)高35.29m，整個(gè)屋蓋系統(tǒng)是由雙層球面焊接球網(wǎng)殼、全封閉相貫線節(jié)點(diǎn)環(huán)形管桁架、24組向外傾斜15°、高度10.35m的人字柱以及24組球鉸可轉(zhuǎn)動(dòng)鑄鋼支座組成的組合結(jié)構(gòu)體系。整個(gè)屋蓋系統(tǒng)總重量約2000噸。圖1鋼結(jié)構(gòu)外觀圖2網(wǎng)殼主要外形尺寸示意圖施工中為便于區(qū)分，將整個(gè)屋蓋系統(tǒng)分為A、B、C三個(gè)區(qū)，其中：A區(qū)為焊接球網(wǎng)殼部分，B區(qū)為環(huán)梁系統(tǒng)，C區(qū)為人字柱和鑄鋼支座（如圖3所示）。圖3屋蓋系統(tǒng)分區(qū)圖C區(qū)為人字柱和鑄鋼支座，是鋼網(wǎng)殼的支撐系統(tǒng)。人字柱共24組，材質(zhì)為Q345C，每組由兩根Φ1000×18的鋼管相貫焊接而成，單根長(zhǎng)度為12m，重量為5.3t。鑄鋼支座共24套，由于我國(guó)的鑄鋼節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，本工程鑄鋼支座按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN17182執(zhí)行，材質(zhì)為GS16Mn5N。每套鑄鋼支座總重量為8.8噸，由四個(gè)部件組成（見圖4），各部件連接部位需要采用精密機(jī)加工。鑄鋼支座總重量200噸，人字柱總重量260噸。圖4人字柱與鑄鋼支座結(jié)構(gòu)示意圖及實(shí)體照片鑄鋼支座的安裝直徑為126.282m，標(biāo)高為7.2m，24個(gè)鑄鋼底座均勻分布在以建筑主體中心為圓點(diǎn)的圓周上。人字柱和鑄鋼支座就位后均沿環(huán)向向外傾斜15°。鑄鋼支座底座與預(yù)埋板（規(guī)格：1100×900×60）通過(guò)焊接固定。預(yù)埋板材質(zhì)為Q345C－Z15，焊縫要求為角焊縫。鑄鋼支座上部與人字柱連接方式為插接焊接，接頭形式見圖5，焊縫等級(jí)為一級(jí)全熔透焊縫。圖5鑄鋼支座與人字柱焊接連接示意圖鑄鋼支座采取預(yù)先在預(yù)埋板上測(cè)量放線、設(shè)置定位擋板，將鑄鋼支座地面組裝、整體吊裝的方案安裝。地面組裝避免了逐件安裝時(shí)在傾斜狀態(tài)下難以調(diào)整、不便操作的問題。安裝人字柱后，在地面胎具上將每組人字柱組成人字形整體吊裝，下端與已經(jīng)安裝了的鑄鋼支座插接固定，調(diào)整就位后，點(diǎn)焊固定，上部用鋼絲繩與混凝土結(jié)構(gòu)拉結(jié)固定，最后完成焊縫焊接。地面組對(duì)后再吊裝避免了兩根人字柱之間相貫節(jié)點(diǎn)高空調(diào)整和高空焊接，便于保證其夾角精度，便于就位后測(cè)量定位。二、施工重點(diǎn)和難點(diǎn)1．鑄鋼支座單件重量達(dá)8.8噸，為球鉸可轉(zhuǎn)動(dòng)體系，需要在向外傾斜15°的預(yù)埋件上一次性安裝就位，定位和安裝調(diào)整的難度大。2．鑄鋼支座精確定位的關(guān)鍵在于底座與預(yù)埋件準(zhǔn)確連接。由于其就位位置不能與場(chǎng)館中心點(diǎn)通視，需要利用外控法設(shè)置二級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行定位。確保測(cè)量精度直接影響到后續(xù)鑄鋼支座、人字柱及上部環(huán)梁系統(tǒng)的安裝，是施工重點(diǎn)之一。3．人字柱每組重量達(dá)10.6噸，外形尺寸19m×12m，安裝定位后與水平面的夾角為69.495°。需要在傾斜狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)空中定位，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)與鑄鋼支座的精確對(duì)接，安裝精度要求高。4．人字柱材質(zhì)為Q345C、鑄鋼支座材質(zhì)為GS16Mn5N、預(yù)埋板材質(zhì)為Q345C-Z15。所以，鑄鋼支座與人字柱的焊縫、鑄鋼支座與預(yù)埋板的焊縫均為異種材料焊縫，并且構(gòu)件規(guī)格大，預(yù)埋板壁厚達(dá)60㎜，焊接位置作業(yè)極不方便，鑄鋼支座與人字柱焊縫厚度大、長(zhǎng)度大，需要連續(xù)施焊完成。三施工工藝1．鑄鋼支座安裝鑄鋼支座每套重量8.8噸，由四個(gè)部件組成，為球鉸可轉(zhuǎn)動(dòng)體系，安裝在標(biāo)高為7m，沿徑向向外傾斜15°的預(yù)埋件上。安裝質(zhì)量和精度直接影響到整個(gè)屋蓋體系的安裝精度。安裝工藝要點(diǎn)如下：1.1由于鑄鋼支座位置與極坐標(biāo)中心點(diǎn)不能通視，在7m平臺(tái)上建立2級(jí)平面控制網(wǎng)，共由9個(gè)控制點(diǎn)組成。1.2用全站儀在預(yù)埋件上放出鑄鋼支座中心控制點(diǎn)和控制軸線，根據(jù)控制軸線放出控制邊線并焊接定位板。圖6鑄鋼支座底座中心線示意圖圖7鑄鋼支座底座安裝定位擋板1.3將鑄鋼支座各部件在地面組成整體，用50噸汽車吊吊裝就位，通過(guò)定位板初步定位，再用千斤頂和倒鏈進(jìn)行精確調(diào)整，準(zhǔn)確就位后與預(yù)埋件點(diǎn)焊。為防止傾覆，在外側(cè)用木方支墊，并用鋼絲繩將支座上部與內(nèi)側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)拉緊。1.4焊接鑄鋼支座底座與預(yù)埋板的焊縫，焊前預(yù)熱、焊接過(guò)程中火焰加熱以保證層間溫度，焊后用玻璃絲綿包裹保溫。圖8鑄鋼支座在地面組裝圖9預(yù)先設(shè)置定位擋板,將鑄鋼支座整體吊裝到位圖10將鑄鋼支座與預(yù)埋件焊接牢固圖11焊后保溫2．人字柱安裝人字柱由兩根長(zhǎng)度為12米，規(guī)格為Φ1000×18的鋼管相貫連接而成，每組重量10.6噸。下端與鑄鋼支座插接后焊接連接，上端與Φ1200環(huán)梁相貫焊接。安裝時(shí)需要在傾斜狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)空中定位，安裝工藝要點(diǎn)如下：2.1在地面定型胎具上組對(duì)人字柱，用套模（Φ1200）檢查相貫口，焊接相貫焊縫。為防止結(jié)構(gòu)變形，在人字柱要不設(shè)置支撐。2.2根據(jù)據(jù)電腦放樣樣，在水平平胎架組拼拼時(shí)以柱的的下端面為為基準(zhǔn)，在在距人字柱柱下端面110.055m的位置置上安裝觀觀測(cè)點(diǎn)，并并在混凝土土樓面上放放出其投影影點(diǎn)。2.3用550噸汽車吊吊吊裝人字字柱，下部部與鑄鋼支支座插接連連接，上部部用鋼絲繩繩加倒鏈臨臨時(shí)固定。2.4在距距安裝位置置約5m處設(shè)立立測(cè)量站，用用經(jīng)緯儀校校正地面投投影點(diǎn)與人人字柱控制制標(biāo)記點(diǎn)，當(dāng)當(dāng)從不同方方向觀測(cè)標(biāo)標(biāo)記點(diǎn)與投投影點(diǎn)均在在同一豎直直面上時(shí)說(shuō)說(shuō)明人字柱柱就位準(zhǔn)確確。2.5調(diào)整整就位后鎖鎖緊臨時(shí)拉拉索，待安安裝完至少少三組人字字柱后開始始焊接人字字柱與鑄鋼鋼支座對(duì)接接焊縫。焊焊前預(yù)熱，由由兩名焊工工同時(shí)對(duì)稱稱施焊，焊焊后采用玻玻璃絲綿包包裹保溫。該該焊縫焊接接量相當(dāng)大大，兩名焊焊工焊接10個(gè)小時(shí)才才完成。圖12在地面面組裝人字字柱圖13吊裝人字字柱圖14人字柱柱與鑄鋼支支座焊接四技術(shù)保證措施1．測(cè)量技術(shù)保證措措施測(cè)量前首先在計(jì)計(jì)算機(jī)中利利用AutooCAD放樣，計(jì)計(jì)算出構(gòu)件件的準(zhǔn)確坐坐標(biāo)和構(gòu)件件上觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的投影坐坐標(biāo)等?，F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)建立二二級(jí)測(cè)量控控制網(wǎng)共設(shè)設(shè)置9個(gè)點(diǎn)，控控制網(wǎng)建立立后經(jīng)過(guò)分分包單位、總總包單位復(fù)復(fù)核無(wú)誤后后再投入使使用。2．鑄鋼支座承載力力試驗(yàn)在上海同濟(jì)大學(xué)學(xué)對(duì)一套鑄鑄鋼支座進(jìn)進(jìn)行了非破破壞性足尺尺試驗(yàn)。檢檢驗(yàn)鑄鋼支支座節(jié)點(diǎn)在在實(shí)際荷載載作用條件件下的承載載性能，并并考察人字字柱與鑄鋼鋼節(jié)點(diǎn)的連連接性能。具具體試驗(yàn)要要求如下：：2.1兩側(cè)側(cè)人字柱短短管同時(shí)受受拉，每側(cè)側(cè)拉力值不不低于12200kNN；2.2兩側(cè)側(cè)人字柱短短管同時(shí)受受壓，每側(cè)側(cè)壓力值不不低于29900kNN；2.3人字字柱短管一一側(cè)受壓、一一側(cè)受拉，壓壓力值不低低于29000kN，拉拉力值不低低于12000kN；；2.4兩側(cè)側(cè)人字柱短短管同時(shí)受受壓、但壓壓力值不等等，一側(cè)壓壓力值不低低于33880kN，另另一側(cè)壓力力值不低于于22900kN。試驗(yàn)荷載為使用用狀態(tài)下最最大荷載的的1.6倍。根據(jù)據(jù)試驗(yàn)結(jié)果果，最大應(yīng)應(yīng)力為138MMPa，結(jié)果為為合格。圖15試驗(yàn)照照片圖16鑄鋼支座座有限元模模型圖17鑄鋼支座座應(yīng)力圖3．焊接技術(shù)保證措措施鑄鋼支座－預(yù)埋埋板焊縫、鑄鑄鋼支座－－人字柱焊焊縫均為異異種材質(zhì)焊焊縫。焊接接前對(duì)鑄鋼鋼支座－人人字柱焊縫縫進(jìn)行了焊焊接工藝評(píng)評(píng)定來(lái)指導(dǎo)導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)焊接接。用鑄鋼鋼支座足尺尺試驗(yàn)時(shí)底底座與試驗(yàn)驗(yàn)裝置之間間的焊接工工藝來(lái)指導(dǎo)導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鑄鋼鋼支座與預(yù)預(yù)埋板的焊焊接。五質(zhì)量控制措措施1．安裝精度保證措措施：施工工前利用計(jì)計(jì)算機(jī)AutooCAD進(jìn)行電腦腦放樣，精精確計(jì)算構(gòu)構(gòu)件就位坐坐標(biāo)點(diǎn)，保保證測(cè)量控控制點(diǎn)的準(zhǔn)準(zhǔn)確。人字字柱、鑄鋼鋼支座就位位位置與地地面傾斜，通通過(guò)優(yōu)化方方案也簡(jiǎn)化化了測(cè)量工工作的難度度。同時(shí)，控控制網(wǎng)建立立后經(jīng)過(guò)分分包單位、總總包單位復(fù)復(fù)核無(wú)誤后后再投入使使用。保證證了測(cè)量精精度。2．人字柱拼裝、鑄鑄鋼支座組組裝均在地地面及定型型胎具進(jìn)行行，避免高高空作業(yè)的的不便，易易于保證拼拼裝精度。地地面組裝減減少了空中中姿態(tài)調(diào)整整的工作量量，降低了了不利因素素的影響。3．現(xiàn)場(chǎng)施工本著樣樣板引路的的原則進(jìn)行行，通過(guò)樣樣板施工發(fā)發(fā)現(xiàn)工藝存存在的問題題，進(jìn)而完完善施工工工藝，確認(rèn)認(rèn)無(wú)誤后在在大規(guī)模展展開施工。4．鑄鋼支座與預(yù)埋埋件、人字字柱的焊縫縫均為異種種材料焊縫縫，且焊接接量大，焊焊接前根據(jù)據(jù)焊接工藝藝評(píng)定編制制焊接作業(yè)業(yè)指導(dǎo)書，認(rèn)認(rèn)真對(duì)焊工工交底。焊焊接過(guò)程中中嚴(yán)格按要要求執(zhí)行。焊焊前預(yù)熱、焊焊后保溫、并并且保證層層間溫度。組組織好焊工工，保證連連續(xù)焊接，一一次完成。焊焊后按要求求進(jìn)行外觀觀檢查和超超聲波探傷傷。六安全措施1．鑄鋼支座與人字字柱就位后后均為向外外傾斜15°，在鑄鋼鋼支座調(diào)整整到位后外外側(cè)用木方方支撐，內(nèi)內(nèi)側(cè)則用鋼鋼絲繩與混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)拉結(jié)。2．人字柱就位后與與鑄鋼支座座點(diǎn)焊固定定，上部用用三道鋼絲絲繩與混凝凝土結(jié)構(gòu)拉拉結(jié)，防止止傾倒。3．施工前仔細(xì)計(jì)算算所需鋼絲絲繩、倒鏈鏈的規(guī)格，施施工中使用用復(fù)合要求求的設(shè)備。七施工體會(huì)鑄鋼支支座和巨型型人字柱是是整個(gè)屋面面巨型鋼網(wǎng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的的支撐體系系,其安裝的的精度以及及連接的質(zhì)質(zhì)量對(duì)于結(jié)結(jié)構(gòu)的安全全起著關(guān)鍵鍵的作用。我我們針對(duì)確確保連接質(zhì)質(zhì)量和安裝裝精度兩大大目標(biāo)進(jìn)行行了充分的的方案論證證，制定了了一系列可可靠的技術(shù)術(shù)措施，比比如在7mm平臺(tái)處建建立了2級(jí)控制網(wǎng)網(wǎng)，消除了了原控制網(wǎng)網(wǎng)不能通視視帶來(lái)的影影響；由于于鑄鋼支座座和人字柱柱重量大，空空中調(diào)整位位置的難度度極大，我我們采取了了在地面組組拼，整體體吊裝的方方法，降低低了空中精精確定位的的難度；對(duì)對(duì)于預(yù)埋板板、鑄鋼支支座和人字字柱之間異異型材料焊焊接問題，我我們進(jìn)行了了專項(xiàng)工藝藝評(píng)定，編編制了焊接接工藝書，并并經(jīng)過(guò)了足