大跨度焊接球网架施工技术的应用_行业资讯_长沙中扬钢结构有限公司
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    大跨度焊接球网架施工技术的应用

    现阶段网架安装的施工方法有很多,常用的有整体提升安装法、高空散装法和高空滑移法等,在进行网架施工时选择一个合理的安装方法,对加快工程进度、降低工程成本具有重要的意义。本文以某室内运动场为例,就大跨度焊接球网架的施工方法选择、满堂脚手架设计,以及施工工艺进行阐述,为今后类似项目提供参考依据。 

    1 工程概况 

      该工程为某室内运动场,规划为一个篮球场、两个羽毛球场,屋面为正放四角锥网架,中间一跨为焊接球(如图1所示),其他均为螺栓球。网架长45.5米,宽38.4米,矢高2.485米,面积1747.2平方米,网架钢构件整体重193.48t,网架安装高度距离地面14米。網架支承形式为上弦柱点支承,共设26个支座,支座类型为球铰压力支座。网架结构设计安全等级为二级,防火极限为1.0小时。网架横向按3%进行放坡,网架上铺设15cm厚预应力屋面板,屋面板上现浇5cm后碎石混凝土。 

      根据本工程结构特点和现场平面布置情况,网架四周均有建筑物,可使用场地有限,为了加快网架安装施工进度,并能很好的和主体施工配合,选择地面预拼、高空散装法与满堂支架相结合的施工方法。 

      2 网架焊接球区域满堂脚手架设计 

      2.1 计算说明 

      (1)钢网架支撑区域如图1。 

      (2)网架搭设主要为焊接球设立支撑点,为单点集中受力;简化计算模型,不考虑一端与支座焊接受力,考虑整个起步架全部搭设为最大受力情况,验算支撑主梁的挠度,支撑钢管的稳定性。 

      (3)选取杆件、螺栓球、焊接球最大自重区域为计算单元。 

      (4)简化计算模型如图2。对受力体系进行简化,如图模型一为实际受力体系,计算主梁挠度时,以两跨为计算单元,简化模型为模型二(考虑一部分安全储备),计算立杆稳定性时选取模型为模型三。 

      2.2 参数信息 

      (1)基本参数。 

      钢管类型:Φ48×3.0mm,搭设高度H=12.05m。 

      立柱间距:横距la=1.1m,纵距lb=0.83m。 

      脚手架步距:h=1.6m,考虑搭设偏差按h=1.8m来计算。 

      扣件抗滑承载力折减系数:0.8。 

      主梁为60*80*5mm钢管,横向安放于支撑球体正下方,用于安放千斤顶,支撑焊球。 

      (2)荷载参数。 

      脚手板自重:0.300kN/m2; 

      栏杆(包括安全网)自重:0.160kN/m2; 

      横向立杆顶部顶托上设60*80*5mm方钢做主梁,自重0.1kN/m; 

      施工均布荷载标准值:2.000kN/m2; 

      焊接球区域内(起步架)网架自重35821KG,支撑点一共20个;经计算荷载计算单元自重为1630KG=16.3KN 

      2.3 主梁挠度计算 

      (1)依据选取的计算模型,q=2*1.1+0.1+(0.3+0.16)* 1.1=2.8KN/m; 

      (2)方钢基本参数:E=206000N/mm2;I=1131000mm4; 

      (3)Wmax=0.521qL4/(100*EI)=0.03mm 

      (4)允许挠度=L/250=3.3mm>Wmax; 

      主梁挠度满足规范要求。 

      2.4 立杆的稳定性验算 

      (1)根据JGJ130-2011,立杆计算长度lo=kμh 

      其中,查表,k=1.155,μ=1.2,取横杆步距h=1800mm;得lo=2495mm; 

      (2)长细比λ=lo/i=156.9; 

      (3)查表φ=0.284; 

      (4)根据模型二计算支座反力=0.125*ql2=0.125*2.8* 0.83*0.83=0.24; 

      (5)P1=16.3+0.24=16.54;考虑现场施工其他因素影响取P=20KN,得计算模型三。 

      (6)f=P/φ*A=166N/mm2<205N/mm2, 

      立杆稳定性满足规范要求! 

      3 施工工艺 

      3.1 施工工艺流程(如图3) 

      3.2 预埋件施工 

      由测量放样对预埋钢板中心线进行精确定位,要求偏差小于10mm,使用水平尺对埋件表面进行调平,使其上表面平面度偏差控制在3mm内,埋件上表面标高偏差不大于设计的±5mm,同时相邻埋件标高差不大于5mm,所有埋件最高与最低标高偏差不大于10mm。 

      施工时,在各立柱钢筋笼上方焊接一短节钢筋,使用水准仪按设计标高进行放样并在钢筋上做上标记,调整埋设标高时根据标记点进行控制。埋件完成埋设后对锚筋进行焊接固定,防止混凝土浇筑过程中埋件发生位移。沿控制轴线方向将一端埋件放样中心点至另一端埋件中心点拉一通长细线,用于控制埋件中心偏差。 

      3.3 内脚手架搭设 

      3.3.1 支撑脚手架 

      (1)支撑架搭设。在焊接球下方搭设脚手架支撑平台,钢管为48*3mm搭设高度为12.05m,立杆横距为0.8m,纵距1.1m,步距1.6m,立杆下方采用50*200*4000mm脚手板做垫板,以60*80方钢做主、次楞,主次楞交点上放置千斤顶,千斤顶正对焊接球,用于支垫及进行焊接球焊接施工;待起步架两端支座受力后及时撤掉千斤顶,以免后续网架拼装时脚手架持续偏心受力。非千斤顶支撑区域,脚手架次楞上部支垫15mm竹胶板以利于人通行,借助三层楼顶搭设安全通道上安装平台。

     (2)构造设置。沿F轴设置通长纵向剪刀撑一道,横向剪刀撑每6m设置一道。水平剪刀撑共设置三道,距垫板200mm处设第一道,距地面6m位置设第二道,距网架下弦杆1m处设置第三道,斜杆与地面的角度控制在45°~60°。在1交F轴、6交F轴处设置连墙件,每两步距设置一道。 

      3.3.2 装修脚手架 

      在螺栓球区域下方用48*3mm钢管搭设人行通道平台,用于方便螺栓球的安装及屋顶油漆的刷涂,立杆间距为1.5m,步距1.6m,顶部以48*3mm钢管做主次楞,间距为0.5m,以15mm竹胶板铺设人行通道。纵向、横向剪刀撑每6跨一道,水平剪刀撑同支撑架。 

      3.4 焊接球施工 

      由于现场起重能力限制,G轴/E轴区域焊接球网架采用满堂脚手架施工方式。搭设满堂脚手架形成临时作业平台,脚手架的搭设后第一时间吊袋装砂石料进行支架的预压,至非弹性变形消除后开展焊接球的施工作业,采用类似地面拼装的作业方式,安装焊接球区域网架。在地面焊接好一个球与一根杆件,用现场TC6015型塔吊起吊,吊至滿堂支撑架支撑点处,用千斤顶调节焊接球垂直高度后固定,然后在内支撑架上焊接其他杆件。 

      本工程焊接方法采用二氧化碳气体保护焊、手工电弧焊,确保构件的质量,焊缝质量等级为二级焊缝,采用单边V型焊。 

      (1)手工电弧焊。检验构件下料的长度和垂直度及剖口是否符合规范要求,应在定位架定位,并开始点固焊。点固焊所采用的焊接材料、型号应与焊接材质相匹配,焊接电流要比正式施焊电流大。点固焊点数和长度应以焊接过程中不致使其开裂和位置偏移为准,焊点两侧应平稳过渡,焊点高度一般不超过焊缝高度的2/3。点固焊完毕后,应清除熔渣、飞溅等。检查焊点质量,如出现开裂、气孔、熔合不良,应将其磨掉重焊。 

      施焊前将施焊处及其两侧(10mm)的水、油污等杂物清除干净。根据焊条直径选择焊接电流。第一遍焊接焊条直径选用3.2mm,焊接电流为100~130A,冷却清渣;第二遍焊接焊条直径选用4.0mm,焊接电流为160~210A,冷却清渣;第三遍焊接焊条直径选用4.0mm,焊接电流为160~210A,冷却清渣。焊接完毕,分批探伤。焊接时应作适当的调整,使焊缝在两侧母材获得良好的熔合。引弧和收弧应在施焊区内,禁止在母材上打火。 

      (2)二氧化碳气体保护焊。CO2气体保护焊优点是电弧可见,焊接对中容易,速度快,熔渣少,焊接变形小。在起弧处应提前送气2~3秒,焊丝伸出长度为6~8mm;焊枪与焊件夹角不小于75度,喷嘴末端与焊件的距离以10mm左右为宜,焊枪以直线运走和直线往复运走,当焊缝较宽时,可稍作横向摆动。焊件结束时应填满弧坑,焊件熔池尚未冷却之前要继续通气保护熔池。 

      3.5 杆件高空散装 

      杆件散拼施工过程中,安装人员在地面拼装小拼单元,即一个螺栓球,两根上弦杆两根腹杆。两根腹杆由高强螺栓通过螺栓球组装在一起,形成一个三角锥,三角锥应按安装顺序在堆放场地有序排放。 

      高空散装时由焊接球区域向A轴、H轴同时推进,逐块拼装,每延伸拼装一个轴线,定位一轴网架,当拼到H轴时增加一台90t履带吊配合吊装。 

      3.6 油漆补涂、支托及网架板安装 

      (1)网架屋面板均为双向预应力混凝土板,自重为1.5KN/m2,使用荷载<3.0KN/m2。预应力板共110块,分12种型号,网架板需经进场验收合格后方可投入使用,并分类支垫到位,防止损坏,已经损坏的预应力板一律重新生产。 

      (2)钢网架整体安装完成,按设计要求对网架控制轴线进行调整。对网架运输、安装过程造成的防腐涂层破损部位进行打磨除锈、补涂,要求达到设计规定的厚度。采用以塔吊为主、履带吊为辅的方式吊装网架屋面板就位后将角点与支托板进行焊接,使之形成整体。 

      (3)安装过程中从屋顶斜坡向两侧顺序安装,安装一块焊接一块,每块板至少保证3个焊点,焊脚高度为6mm。 

      (4)预应力板安装加固完成后,在预应力板表面刷涂改性聚硅氧烷环氧面漆,同时对杆件刷涂最后一道防火面漆。 

      4 施工质量保证措施 

      (1)拼装前支座埋件轴线、标高进行复测,如不符合要求,应进行整改,使轴线与埋件中心线偏差小于10mm,标高差小于5mm,埋件平整度小于3mm。安装前初测所有预埋件标高,并以最高标高定为支座安装标高,由于土建施工存在偏差,准备5mm到40mm钢板若干,当预埋件标高出现偏差时,用Q345B钢板塞填,以确保支座安装标高为统一标高。 

      (2)网架的焊接顺序是先从中间跨开始对称向两端扩展,先安装上悬杆,再安装下悬杆,把累计偏差减小到最小值。拼装过程中,下弦球一定要用方木块垫实,使其标高与设计标高相对一致,以防挠度过大。 

      (3)网架拼装时,应控制拧紧螺栓的先后顺序,防止杆件因受拉或受压而使螺栓难以拧紧到位,安装过程中,必须逐个复查网架的高强螺栓的拧紧程度,要求套筒与球体和杆端之间无缝隙,无松动。网架挠度控制是安装质量的关键,在安装过程中必须严格控制网架挠度的超差,安装中在网架未形成几何不变体前,在网架下弦节点处需增加若干个临时支撑点,防止安装时网架下挠,如发现异常,必须采取措施整改。 

      (4)安装完毕后,复查网架各节点螺栓的拧紧程度,复测网架和钢结构支座的标高、轴线尺寸,测量通过网架纵横向中心轴下弦节点的初挠度,钢结构构件的弯曲偏差和安装定位偏差,并作好记录。 

      本工程网架安装后验收标准为纵横向几何尺寸允许误差为±L/2000,支座中心偏移允许最大为L/3000,相邻支座高差为15mm,支座最高最低差为30mm,网架结构挠度值不大于设计值的1.15倍。 

      5 结语 

      本工程在施工过程中,拼装的各个环节控制较好,减少了拼装误差,提高了拼装质量,不仅保证了高空安装的质量,同时也提高了工作效率,缩短了工期。经理论分析和实践证明,地面预拼、高空散装法与满堂支架相结合的施工方法是一种安全、经济、有效的钢网架快速安装方法,达到了较好的安装精度,其成功应用对大跨度钢网架施工的灵活运用具有较好的参考价值。 

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