大跨度拱形鋼結構安裝施工工法

1.前言

近年來(lái)鋼結構建筑憑借其造價(jià)低、大空間、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)迅速發(fā)展，尤其在公共建筑和大型場(chǎng)館等公用設施中得到廣泛應用。而拱形結構因其大空間、造型新穎、美觀(guān)等特點(diǎn)，受到諸多建設單位的厚愛(ài)。

當鋼結構拱落地長(cháng)度較長(cháng)，土建結構為混凝土梁板時(shí)，主拱安裝宜采用分段安裝，由拱腳向上組裝，很后在頂部中間合龍。結合205.44米大跨度空間拱形鋼結構的安裝進(jìn)行施工總結，形成了本工法。

2.特點(diǎn)

2.1

土建結構為混凝土梁板，上部為箱形變截面鋼結構主拱，主拱生根于四個(gè)拱腳基礎；

2.2

在混凝土頂板上設臵支撐塔架（同時(shí)作為操作平臺），混凝土頂板下局部設滿(mǎn)堂紅架體支撐；

2.3

采用分段吊裝、現場(chǎng)拼裝焊接。

3.適用范圍

本工法適用于工業(yè)與民用建筑工程中大跨度拱形鋼結構安裝工程。尤其適合土建主體結構為混凝土框架梁板，上部為大跨度拱形鋼結構的工程。

4.工藝原理

主拱安裝在能同時(shí)滿(mǎn)足設計分段要求和運輸要求的前提下，采用分段制作、運輸和安裝。為確保整體空間結構的穩定性，主拱的安裝需穿插在其他結構梁安裝的同時(shí)進(jìn)行，主拱的安裝順序是從四個(gè)主拱腳向上進(jìn)行安裝，很后在頂部中間合攏，主拱安裝的同時(shí)，及時(shí)進(jìn)行主拱和屋面拱之間的拉桿支撐的安裝。

5.施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1工藝流程

建立測量控制網(wǎng)及測量控制→主拱支撐架體設計→主拱吊裝及安裝→卸荷

5.2操作要點(diǎn)

大跨度鋼拱安裝同時(shí)涉及分段及吊機的選擇、施工測量定位、支撐架體的設臵、鋼拱的吊裝及安裝、卸荷等多種施工工藝，而鋼拱的吊裝及安裝是整個(gè)施工過(guò)程的關(guān)鍵。

5.2.1建立測量控制網(wǎng)及測量控制

1．GPS點(diǎn)的交接及復核

根據GPS點(diǎn)的成果，制定點(diǎn)位精度的復查，具體測量步驟：根據GPS點(diǎn)的布局，在施工區域邊布設二級控制網(wǎng)，按閉合導線(xiàn)的觀(guān)測方法，計算出導線(xiàn)精度，再根據計算出的點(diǎn)位精度，如果GPS點(diǎn)的成果符合施工要求即可使用，反之要對導線(xiàn)實(shí)行平差后才可使用；對水準點(diǎn)的復查，采用國家二級水準的要求進(jìn)行復查，在施工區域內按施工需要布設若干固定的水準基準點(diǎn)，對布設的水準點(diǎn)實(shí)行聯(lián)測。

5.2.2施工中的測量控制

1．主拱跨度大，對于四個(gè)主拱與地面接觸點(diǎn)的控制精度要求相對高，在二級導線(xiàn)的基礎上用極坐標法放樣出四個(gè)接觸點(diǎn)，建立一矩形導線(xiàn)閉合環(huán)，用距離、角度復核精度；

2．主拱為斜平面主拱，在測量控制上采用直角相交觀(guān)測法；

3．主拱采用分段安裝，在二級控制基礎上布臵方格網(wǎng)，對桁架節點(diǎn)進(jìn)行控制，詳見(jiàn)圖5.2.2：

X:0.000Y:0.000X:90.000Y:240.000K1K2K4K5X:90.000Y:0.000X:0.000Y:240.000K3K6X:90.000Y:120.000X:0.000Y:120.000ZG1ZG2ZG3ZG4ZZK1ZZK4ZZK5ZZK6ZZK9ZZK10K*二級控制點(diǎn)ZXG1ZXG3ZZK*鋼直柱控制點(diǎn)

4．高程測量

依據現場(chǎng)的已知水準點(diǎn)，在施工場(chǎng)區內測設水準基準點(diǎn)，水準點(diǎn)的密度應為100m左右一個(gè)，水準路線(xiàn)構成附和路線(xiàn)，以便校核，觀(guān)測精度要滿(mǎn)足四等水準的要求，閉合差要小于ｆｈ=±20mmL或ｆｈ=±60mmn。（L為線(xiàn)路長(cháng)，以千米計；n為測站數。）

5．變形觀(guān)測

在確認施工安裝準確后，以安裝監測所測定的每個(gè)標志點(diǎn)的實(shí)際坐標和高程作為基準值。以后每隔2周按安裝監測時(shí)用同精度的觀(guān)測方法對標志點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)測，計算出坐標和高程與基準值進(jìn)行比較，從而確認鋼架頂部的變形情況。直至建筑物封頂看不見(jiàn)標志點(diǎn)后，變形觀(guān)測結束。

5.2.3

主拱支撐架體設計

1．根據鋼拱結構體系分折，并結合設計結構的節點(diǎn)詳圖，首先安裝周邊的鋼柱及鋼柱間的連梁，然后安裝中間拱和屋面梁，在主拱未能形成三角形桁架之前，整個(gè)屋面鋼結構的中間部分荷載全由中間拱來(lái)支撐，所以首先在中間拱下方設臵支撐，并根據混凝土柱網(wǎng)間距在中間拱下方每個(gè)混凝土柱柱頂設臵承重支撐架。

主拱為主要受力桿件及結構體系的主支撐構件，在分段吊裝時(shí)自重必須外加支撐體系來(lái)完成，所以在主拱的投影弧線(xiàn)上同樣根據混凝土結構梁、柱位臵、間距等設臵底部承重支撐。其位臵盡量選在每?jì)蓹M軸中間附近，即在各撐桿與斜主拱相交點(diǎn)附近，主拱下各支承架設臵在每?jì)奢S中間，既能符合斜主拱承重定位拼裝要求，也滿(mǎn)足各撐桿的安裝施工。主拱下支撐固定詳見(jiàn)圖5.2.3-1。

每個(gè)支承架搭設前，需首先安裝完畢該跨的屋梁，并將該處支承架上部臨時(shí)采用檁條將支承架與屋梁連接固定，必要時(shí)將支承架頂端用攬繩與屋梁上的檁托板拉牢，以確保支承架上部穩定性，同時(shí)在支承架屋梁與樓面之間中部也用攬繩與樓面錨固板拉牢固定，攬繩上應設有手拉葫蘆以便于調節，并在支承架下部焊上?48短鋼管，用腳手鋼管將支承架下部連結牢固，確保支承架體的整體穩定性。

2．針對工程的結構特點(diǎn)及施工順序和方法，同時(shí)結合現場(chǎng)的施工環(huán)境，合理選擇支撐架體的形式及規格。一般可采用格構柱架體支撐，該格構柱以6m為一個(gè)標準節（見(jiàn)圖5.2.3-2），并可根據不同的主拱安裝形式，以及施工順序進(jìn)行支承架的布設，見(jiàn)圖5.2.3-3。鋼結構主拱支撐架體設臵平面圖及圖5.2.3-4鋼結構支撐架體立面圖。

變形觀(guān)測點(diǎn)錨固板手拉葫蘆屋梁

支承架固定鋼管平臺檁條

3.樓面上支承架不一定在混凝土梁上，為確保將支承架上的荷載直接傳遞到混凝土梁上，在每個(gè)支承架下垂直于混凝土梁方向設臵兩根200×200mm，長(cháng)度不小于4m的工字鋼，每根工字鋼兩端均要搭在混凝土梁上方，以確保混凝土梁受力。對座落在地面上的支撐架,在現場(chǎng)根據施工需要進(jìn)行制作,并在支架位臵澆筑2000×2000×200mm混凝土基礎，基礎配筋為Φ12@200雙層雙向網(wǎng)片,確保支架均勻受力，并在支承架四周設臵鋼管樁，便于支承架的錨固。主拱支承架下支座見(jiàn)圖5.2.3-5、主拱支承架底部基礎圖見(jiàn)5.2.3-6。為確保樓板不受力，在樓板底部支撐塔架下局部設臵滿(mǎn)堂紅架體支撐。

砼樓面砼梁工字鋼底座支承

4.主拱與地面呈一定角度，定位控制難度較大，必需根據主拱傾斜角度，在兩個(gè)方向設臵帶角度的定位支托，以使主拱的定位準確，主拱定位支座見(jiàn)圖5.2.3-7：

圖5.2.3-7主拱定位支座

5.2.4主拱吊裝及安裝：

1.分段及吊機的選擇

根據施工現場(chǎng)的實(shí)際情況，結合鋼構件的總重量，進(jìn)行吊裝機械的選擇及分段數量。

首先考慮吊裝機械的一般起重量，工作半徑，并結合鋼拱總重量，底部混凝土柱的柱距等，確定鋼拱分段數量及尺寸，根據單體重量很大時(shí)的起重參數，進(jìn)行吊機的選擇。

2.安裝總體流程：

1）首先進(jìn)行鋼柱及鋼柱之間的連梁安裝，具體如圖5.2.4-1流程圖一：

2）為了使屋面結構形成穩定的體系，所以對兩端第二段中間拱進(jìn)行安裝，并進(jìn)行兩端屋面梁和鋼柱的拼裝安裝，同時(shí)對兩端屋面梁之間的連梁和水平剪刀支撐進(jìn)行安裝，具體如5.2.4-2流程圖二：

3）進(jìn)行下一段屋面結構梁安裝，同時(shí)做好吊裝主拱梁的安裝準備工作；具體如5.2.4-3流程圖三：

4）進(jìn)行主拱梁的安裝，同時(shí)安裝相應部位連梁，并在樓面上進(jìn)行鋼柱和屋面鋼梁的拼裝，具體如5.2.4-4流程圖四：

5）依此類(lèi)推進(jìn)行剩余主拱的安裝，詳見(jiàn)圖5.2.4-5流程圖五、圖5.2.4-6流程圖六、圖5.2.4-7流程圖七。

6）進(jìn)行靠?jì)葌戎鞴傲旱跹b合龍，具體見(jiàn)圖5.2.4-8流程圖八：

7）進(jìn)行靠外側屋面梁及鋼柱等安裝，并進(jìn)行靠外側主拱梁合龍詳見(jiàn)圖5.2.4-9流程圖九：

5.2.5卸荷

1．總體思路

在卸荷前，整個(gè)鋼結構荷載分別由鋼柱、支撐架及主拱承擔，卸載時(shí)支撐架上所承受的荷載逐漸過(guò)度到鋼柱和主拱上，很終形成穩定的承載體系。卸載過(guò)程是使屋蓋系統緩慢協(xié)同空間受力的過(guò)程,此時(shí)整個(gè)屋蓋系統的內力重新分布,并逐漸過(guò)度到設計狀態(tài)。在卸載時(shí)應遵循“變形協(xié)調、卸載均衡”的原則,采用從中間向兩邊逐步卸荷的施工方案,先卸載中間拱的支撐架，卸完后再進(jìn)行主拱的卸荷，兩榀主拱應同時(shí)由中間向兩端進(jìn)行。

2．卸荷具體施工過(guò)程：

1）在主拱下各支撐架的支撐點(diǎn)的H型鋼梁上設臵型號為QL50的50噸螺旋千斤頂，支撐點(diǎn)上設臵一個(gè)。

2）在每個(gè)螺旋千斤頂的頂部利用Φ219的鋼管做套筒，再在鋼管的頂部做與拱架角度相同的支托做為臨時(shí)支撐。

3）調節螺栓千斤頂的高度，使支托支撐在拱架的底部，頂緊到位。

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4）在每根H型梁千斤頂的落位處設臵鋼板卡碼，固定千斤頂，防止千斤頂在支撐H型鋼梁上滑落和失穩，具體見(jiàn)圖5.2.5-1、5.2.5-2：

5）待所有支撐點(diǎn)上的臨時(shí)千斤頂支撐到位、頂緊后，按照從中間到兩邊的順序逐漸拆除原臨時(shí)的支撐，讓主拱逐步落位在千斤頂支托上。

6.材料與設備

本工法使用的材料主要有格構柱架體、200×200mm工字鋼、鋼架管、鋼板卡碼、Φ219的鋼管、舊橡膠輪胎等；主要采用的機具設備有：履帶吊機、汽車(chē)吊、千斤頂、手動(dòng)葫蘆、全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀、鋼絲繩、安全繩、網(wǎng)、對講機等。

7.質(zhì)量控制

本工法施工質(zhì)量控制須嚴格按GB

50205-2001《鋼結構工程施工質(zhì)量驗

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收規范》中相關(guān)驗收標準執行。

7.1勞動(dòng)力組織到位，配備測量人員4名，負責安裝定位；電焊工20名，負責現場(chǎng)焊接拼裝；質(zhì)檢員2名，負責質(zhì)量檢查。

7.2現場(chǎng)的控制點(diǎn)和主控線(xiàn)在移交前，必須經(jīng)監理等單位對現場(chǎng)的控制點(diǎn)和主控線(xiàn)進(jìn)行復合并確認。

7.3主拱的控制點(diǎn)和主控線(xiàn)的設臵完成后，同樣須經(jīng)相關(guān)單位進(jìn)行復合并確認。

7.4在主拱的安裝過(guò)程中，相關(guān)單位必須同時(shí)旁站監控，以確保預埋件的安裝就位的準確性。

7.5吊裝第一段箱型梁時(shí)，以箱型底柱的垂直線(xiàn)為基礎進(jìn)行安裝、垂直度校正。垂直度調整好后，箱型梁接頭部位上、下，左、右進(jìn)行點(diǎn)焊，再復測箱型梁和箱型底柱的垂直度，確保無(wú)誤后，然后在箱型梁的兩端用鋼支撐把箱型梁撐住以保證箱型梁的穩定性，很后再對對接坡口進(jìn)行全溶透焊接。在箱型梁標高控制上，選用在每個(gè)支撐胎架的頂部安裝一只20T液壓千斤頂，以調節箱型梁的標高，吊裝后面的箱型梁以同樣的方法進(jìn)行施工。兩根箱型梁安裝結束后，再安裝兩根鋼梁間的支撐桿件，以確保箱型梁的穩定性。

7.6每吊裝完一段箱型梁，對其進(jìn)行測量、復核無(wú)誤后再進(jìn)行加固、焊接。

7.7嚴格按照《焊接工藝評定報告》和《建筑鋼結構焊接技術(shù)規程》JGJ

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2002。焊接前進(jìn)行坡口除銹、打磨。箱形梁施焊時(shí)，由于箱型梁截面大，焊接量比較大，焊接過(guò)程中為防止箱型梁變形，采用兩人對面同時(shí)焊接，然后再進(jìn)行上、下坡口焊接。對于拉桿與箱形梁焊接時(shí)，也應由兩人由上至下對稱(chēng)施焊。

7.8設計要求全焊透的一級焊縫采用超聲波探傷進(jìn)行內部缺陷的檢驗，超聲

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波探傷不能對缺陷作出判斷時(shí)，應采用射線(xiàn)探傷，其內部缺陷分級及探傷方法應符合現行國家標準《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級法》GB1135或《鋼熔化焊對接接頭射線(xiàn)照相和質(zhì)量分級》GB3323的規定。要求一級焊縫100%探傷。

7.9焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。不得有咬邊、未焊滿(mǎn)、根部收縮等缺陷。

每批同類(lèi)構件檢查10%，且不少于3件。

7.10主拱安裝應符合以下質(zhì)量標準

項

目

允許偏差

卸荷完成后很大下?lián)狭?/div>