胡平
中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局 四川彭山 620800
摘要： 根据超大跨度钢屋架的施工方法及特点，本文以中电建金属结构研发中心项目的钢连廊制造与安装为例，通过研究其制造安装工艺、焊接变形控制及质量控制技术、高空超大构件整体提升技术，在保证工程安全、质量、工期的基础上，创造更大的社会效益和企业效益。
关键词： 钢屋架 制造安装工艺 整体提升 质量控制
1.前言
中电建金属结构研发中心项目，位于天府新区兴隆镇宝塘村二、三组及煎茶镇五里村六组，天府大道东侧。建筑物地下2层，地上11层，建筑高度47.4m。多层部分为框架结构，高层部分为框架剪力墙结构，抗震设防烈度7度，安全等级为二级，结构设计使用年限50年。本文研究的高空超大钢屋架布置在A区的9-12层。
本工程中A区为塔楼型式，两塔楼之间九层~十二层有48.8m跨以钢结构桁架连廊相连，采用框架-剪力墙结构体系，桁架构件支承于两塔楼的混凝土钢骨柱，钢连廊平面上位于A-D轴交4-10线，共四榀主桁架，宽度23.4m，详见布置图1和立面图2。主要采用焊接H型钢，最大截面为WH800×500×50×50，榀与榀之间采用纵向焊接H型钢小梁和斜撑角钢连接。钢桁架相关区域楼盖采用钢梁、现浇钢筋混凝土板。钢桁架整体采用液压整体提升，提升总重量约934t。
2.制作总体方案
2.1 制造工艺方案的确定
为了更好的控制整个桁架的制作流程，避免各施工环节的配合不到位，同种构件同批次一次完成，故A区钢屋架构件在厂内制造工艺方案分成四个批次，第一批制作A区上、下弦杆；第二批制作A区斜撑、竖杆；第三批制作A区节点（牛腿）；第四批制作不参与大组的楼板层平台梁。上下弦杆根据工地安装和厂内制造实际情况，将其分成三段制造，两端长度均为16.9米，中间段长度为12米。
2.2总体制作工艺流程：
1）、零部件制作：板材、型材下料→部件装配（连接板钻孔）→焊接→矫形→检测、验收。
2）、整体大组：大组放样→验收放样尺寸（主要检查外形尺寸及预拱度1/750）→构件按照放样线整体装配→整体验收→拆组→机加配钻斜撑及竖杆两端的螺栓连接孔→外观打磨→防腐→编号、标识→发运
2.3具体制造工艺方案：
2.3.1部件焊接时均为H型钢焊接，对装过程及质量控制严格按照GB50205和YB3301规范执行。
2.3.2在制造过程中，为降低施工难度，在单件弦杆下料和对装时可不考虑弦杆的预拱度，其预拱度可在弦杆与牛腿大组焊接时，通过焊接变形及矫形来调节预拱度。
2.3.3为便于H型构件制造和桁架预拱度的调节，在工厂制造时将48米跨的梁分成5段制造，在所有工序完成后发货前拼焊成3段发货，其做法大大降低安装时的难度且更好的保证了焊缝的焊接质量。
2.3.4构件在钻孔时，同类型连接孔用同一模板进行配钻，提高工地现场安装时的配孔率。
2.3.5防火涂料在厂内构件制造时可进行喷涂，连接处和需焊接处不喷涂，并做好相应的保护措施，其做法大大降低了高空作业难度和作业量。
3.安装总体工艺流程
3.1安装方案的选择
大跨度钢结构桁架连廊的施工安装基本上可以分为两大类，即高空散装法和地面拼装后整体提升法。由于该钢结构桁架连廊的最大安装高度为47.4米，自重较大、杆件众多。如果采用高空散装法进行安装，则需要搭设“满堂红”形式的脚手架，该形式脚手架初期搭设及后期拆除施工周期比较长，在搭设及拆除过程中的安全风险较大，施工成本费用也相对比较高；且在钢结构桁架连廊安装过程中，脚手架还要承担钢结构桁架连廊一部分的载荷，因此对脚手架本身搭设的质量要求，以及脚手架搭设的地基要求都十分严格；同时钢结构桁架连廊在高空组装及焊接的工作量非常大，不但难以保证安装质量，而且安装施工人员一直处于30米以上的超高空作业，存在较大的安全隐患，还会对后续专业的施工带来一定的不利影响。
为了避免采用高空散装法带来的诸多不利因素。因此，研发中心项目钢屋架安装采用的是地面拼装后整体提升的施工方法。
3.2总体安装工艺流程：
施工平台的搭建及加固→地样线放样→验收放样尺寸→D榀构件按照放样线整体装配→DC榀间构件装配→C榀构件按照放样线整体装配→CB榀间构件装配→B榀构件按照放样线整体装配→BA榀间构件装配→A榀构件按照放样线整体装配→预拱度调节→焊接→整体验收→涂料补涂（接头处和受损处补涂）→整体提升150mm左右静置12h→无问题后继续提升至5m左右→装配9F倒挂的弦杆、立柱及楼板层平台梁和浇筑板→预拱度调节→焊接→整体验收→涂料补涂（接头处和受损处补涂）→整体继续提升1米→静候12h →整体继续提升至安装高程→装配后装段→焊接并加固→整体验收（后装段对接处无损探伤）→涂料补涂（接头处和受损处补涂）→清理钢屋架上作业辅助器材→逐级卸载→拆除液压提升设备及提升平台。
3.3安装过程中的注意事项：
3.3.1施工平台的搭建应充分考虑混凝土楼面载荷，以免对楼面造成损伤。
3.3.2安装的构件应形成稳定的空间的体系，构件本身无法满足的情况下，可采取相应的加固措施。
3.3.3单件构件安装时应检查其垂直度，就位后检查其高程。
3.3.4后装段焊缝的质量关系到整体钢屋架的承重，焊缝质量必须满足要求。
3.3.5大风天、雨天等恶劣天气应停止施工，此过程很难保障施工安全和产品质量。
4.整体提升技术应用
4.1 液压整体提升原理
“液压同步提升技术”采用液压提升器作为提升设备，柔性钢绞线作为承重索具。液压提升器为穿芯式结构，以钢绞线作为提升索具，有着安全、可靠、承重件自身重量轻、运输安装方便、中间不必镶接等优点。液压提升器两端的楔型锚具具有单向自锁作用，当锚具工作时，会自动锁紧钢绞线，锚具不工作时，放开钢绞线，此时钢绞线可以上下活动。液压提升器通过液压油缸不断的伸缸和缩缸，不停的周期重复运动，使提升重物一步步向上移动，直至到达目标高程。
4.2液压整体提升流程
4.2.1 钢屋架提升单元在其投影面正下方的地下室顶板上拼装成整体，包括加固杆件、提升临时措施等。
4.2.2 在屋面层（12F，高程47.4）利用混凝土钢骨柱和牛腿设置8组提升平台，提升平台示意图如下
4.2.3安装液压同步提升系统设备，包括液压泵源系统、提升器、传感器、液压油管等。
4.2.4在已拼装完成的钢屋架的上弦杆两端安装下吊点，在提升平台上安装上吊点提升吊具，并在提升上下吊点之间安装专用钢绞线及专用底锚。
4.2.5调试液压同步提升系统，张拉钢绞线，使得所有钢绞线均匀受力，检查钢屋架结构提升单元及液压同步提升的所有临时措施是否满足要求。
4.2.6确认无误后，按照设计荷载的20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的顺序逐级加载，直至提升单元脱离拼装平台，在提升单元提升约150mm后，暂停提升。见立面提升示意图4和图5
4.2.7再次检查钢屋架提升单元及提升临时加固措施有无异常，并静置12小时。无异常情况，继续提升构件单元，在距离标高约900mm时，暂停提升。
4.2.8各提升吊点通过计算机系统的“微调”、“点动”功能，使各提升吊点均达到设计图纸位置，满足对接要求。
4.2.9后装段对接完成焊接后，液压提升系统各吊点同步分级卸载。拆除液压提升设备，钢屋架结构整体提升安装完成。
4.3液压整体提升的优点
4.3.1使得安装过程更加简单，促进工程安全快速优质完建，顺利履约。
4.3.2钢连廊整体拼装的操作面在1F楼面，易于操作，更好保证安装精度、焊接质量和防腐防火涂料涂装质量。
4.3.3减少了高空作业，降低了安全隐患。
4.3.4摈弃了传统钢连廊单根构件的吊装，采用整体提升在地面大组成形，比传统钢连廊单根构件作业大大节省了工期。
4.3.5操作安全性高，人力资源、材料投入量少，降低施工成本。
4.3.6整体提升采用钢丝绳锁具提升，只要吊点设置合理，提升高度完全不受限制，省去大型吊机作业，节省设备、人力成本。
4.3.7传统安装方法由于是高空作业，需设置大量的加固杆件和作业平台，整体提升相应就节省了材料成本。
5.钢屋架焊接变形控制
钢屋架制造和安装的焊接变形有：1)纵向收缩变形；2)横向收缩变形；3)角变形；4)弯曲变形；5)扭曲变形；6)波浪变形。针对这些焊接变形可采取如下工艺措施加以控制：
5.1由于设计图纸要求坡口焊需焊透，故对于需清根焊透的坡口焊，采用不对称坡口形式，先焊大坡口，清根小坡口，减小焊接变形。
5.2由于焊缝截面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，采取合理的坡口大小，避免坡口过大。
5.3减小热输入，采用合理的焊接参数，减小焊接变形。
5.4对于角焊缝大和坡口大的焊缝采用多层多道焊接，减小热影响区域，减小焊接变形。
5.5钢屋架大组完成后，通过对称施焊、间断跳焊，先立焊，再平焊，后仰焊的顺序进行焊接，以控制焊接变形。
5.6幕墙板焊接过程中，由于是36mm与6mm板对接焊，焊缝长度12米，此过程中，通过加固，减小热输入，对称焊等措施，减小变形。
6.钢屋架质量控制
钢屋架整体质量应对制作的各个环节加以监控和把关，使其最终成形符合设计图纸和相应规范的要求。
6.1.材料检验
钢屋架主要采用的是Q345B材质的钢材，材料检验过程主要包括对板材、型材、焊材、涂料的进厂复验，并按照《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001要求进行焊接工艺评定。
6.2.下料、加工尺寸检验
下料过程中，对材质、炉批号、零件编号、坡口、下料尺寸、零件表面的坑洼等进行检验。加工过程中，对零件精度、表面粗糙度、铣面加工量等进行检验。
6.3.H型钢制作检验
焊前对装整体尺寸、对装间隙检查。焊后成形尺寸，焊缝外观检查、焊缝无损检验、矫正、标记、标识等检查。
6.4.整体放样地样线的检验
按放样图对地样线进行检查，并在平台上用样冲对基准点和基准线做好标记。
6.5.大组检验
焊前对产品标记标识、总装尺寸、定位焊等进行检查。焊后成形尺寸，焊缝外观检查、焊缝无损检验、矫正、标记、标识等检查。
6.6.防腐涂装检验
喷砂表面清洁度、粗糙度，防腐及防火涂料涂层漆膜厚度、附着力检测，涂装保护，分段出厂标记标识检查。
6.7.整体标高的控制
在液压提升设备提升钢屋架距离标高900mm左右时，应通过“点动”功能控制，确保其对接的标高。
6.8.整体预拱度的控制
在工厂加工大组时，调节其达到预期的拱度，对于不满足的部位，通过火焰矫形，控制其预拱度，安装就位后反复调试其预拱度，以满足设计图纸和规范的要求。
7.总结
钢屋架制作过程主要由切割下料、装配、焊接、矫正、探伤等工序组成，安装过程主要由整体拼装、焊接、矫正、探伤、起重、整体提升、防腐等工序组成。对每个工序进行控制是保证最终产品质量的关键。通过此次钢屋架的制造，对建筑、市政方向的钢结构制造安装会有很多的经验积累。而且，近年来，随着高层钢结构建筑技术的高速发展，建筑形式日趋多样化。连体建筑由于其宏伟的气势，现代化的气息而被建筑师们所喜爱，钢结构屋架必然会被广泛运用，掌握此门技术就意味着在钢屋架建设领域有了核心竞争力，能为后续类似工程项目在整体提升领域积累理论与实践经验，最终为合同顺利履约提供可靠的技术保障。
参考文献:
1.GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》；
2.GB50661-2011《钢结构焊接规范》；
3.JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》；
4.YB3301-2005《焊接H型钢》；
作者简介：胡平，(1979.8.4),男，本科，工程师，从事水电站金属结构制作及安装技术管理工作。
论文作者:胡平
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/28
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