超长超宽钢框架结构合龙施工技术

作者:王鹏飞
单位:中铁十六局集团第一工程有限公司
摘要:在厂房结构施工过程中, 超长超宽钢框架结构合龙施工是施工的重点和难点。以实际工程为例, 确定了合龙点的设计方案, 对合龙技术难点及处理方法展开了详细探讨, 保证了工程的整体质量。
关键词:框架结构 合龙施工 合龙点
作者简介:王鹏飞, 工程师, E-mail:501962201@qq.com;

 

1 工程概况

阜阳市颍泉区仓储物流和加工基地项目位于阜阳市颍泉区颖东路与济东路交口东南,项目总用地面积约为131亩,总建筑面积约158 657.38m2,结构类型包含框架结构和钢结构,基础形式采用独立柱基础和筏板基础,设计合理使用年限为50年,建筑抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度,建筑结构安全等级为二级。钢结构防火等级为二级,并且钢构件耐火极限:钢柱2.5h,钢梁1.5h;人防地下室耐火等级为一级,各构件耐火极限:梁2.0h,板1.5h,柱3.0h,混凝土墙3.0h;其余建筑耐火等级为二级。

2 合龙点设计方案

1)平面分布位置合龙点的平面分布位置主要为桁架与次钢梁连接处、柱与主钢梁连接处、次桁架与主桁架连接处及钢柱与桁架连接处。

2)立面分布位置合龙点的立面分布位置主要为桁架下弦、上弦和腹杆的上面;腹杆合龙点主要分布在下弦杆位置,这样会给施工带来很大便利。

3)构件连接形式在施工阶段,施工的主要固定形式为高强螺栓固定,在温度的作用下使结构在各温度区段实现相对滑动。结构施工结束后,满足合龙温度时,使用增补焊接法完成二次连接。

4)吊点数量和吊点位置的确定根据起重机性能、钢柱形状、长度和端面情况确定吊点数量,通常情况下,钢柱的刚性和弹性都比较好,一般使用一点正吊的方法进行施工,将吊耳放置到柱顶的位置,保持柱身的垂直,以便进行校正。受其中机臂杆长度的影响,一般将吊点布置在柱长1/3的位置,在使用吊点进行斜吊时,由于钢柱存在倾斜的情况,对线校正难度相对来说比较大。

5)起吊方法根据本工程的特点,钢柱分节吊装,满足25t级汽车式起重机吊装的要求,故本方案采用单机旋转法起吊施工。在进行起吊回转时,要防止和其他已经吊好的构件产生碰撞,要保持吊索有一定的高度,首节钢柱要将其安装到柱基上,在安装钢柱之前需将挂篮、登高爬梯等挂设到预先设定好的位置,并将其绑扎好,起吊就位后将地脚螺栓固定好,并对其垂直度进行校正,钢柱两侧安装有连接板的位置,上节钢柱和下节钢柱柱顶中线对准后,使用螺栓将连接板临时固定好。

3 合龙技术难点及处理方法

3.1 钢柱吊装与校正

在卸钢柱材料时,需结合钢柱构件的编号将图纸安排到位,在构件安排就位后,立即使用单机旋转的方法进行吊装。为了保证吊装的效率,在进行柱子的堆放时,要尽可能使柱的柱脚中心和柱的绑扎点以及基础中心3点共圆弧。钢丝绳绑扎好钢柱和吊点,吊点设在距柱顶1/3处,也可设在柱顶。使用缆风绳绑扎好钢柱的一头进行辅助起吊,在进行起吊施工之前,首先进行试吊,找好吊点后即可进行起吊施工。在进行起吊施工时,将柱缓缓吊起至距离地面20cm后暂停吊装,然后对起重机和吊索的牢固性进行检查,同时将回转刹车打开,然后将钢柱下放到距离安装面40~100mm的位置,与准基准线对准,并指挥吊机下降,将柱插入到锚固螺栓中进行临时固定,在初步对钢柱进行校正后,其垂直度偏差保持在20mm以内即可进行起重机脱钩,继续按此方法吊装其余所有柱,具体如图1所示。

在放好首层钢柱后,利用柱底板的螺母对整块钢柱的标高进行调整,精度可达到±1mm以内。在柱底板下方留出一定的空隙,可使用微膨胀、高强度及无收缩砂浆填实。

图1 钢柱吊装

图1 钢柱吊装

 

3.2 钢梁吊装

钢梁吊装时,需进行试吊并及时调整吊点位置,在进行试吊时要缓慢将钢梁升起,做到各个吊点可均匀受力,并在达到要求后吊升至设计位置,然后人工在地面上拉动预先扣在大梁上的控制绳,转动到位后,即可使用板钳对柱梁的孔位进行确定,并使用高强度的螺栓固定好。第一榀钢梁就位后设置4根临时固定缆风绳,第二榀钢梁就位后利用水平支撑及连系梁与第一榀钢梁加以临时固定,利用水平支撑、剪刀撑调整梁柱轴线及垂直度稳固整个节间。将该节间设置为固定跨,以方便后续钢梁安装过程中梁柱安装调整。

在吊装钢梁时还须对钢柱进行复核,此时一般采用葫芦拉钢丝绳缆索进行检查,待大梁安装完后方可松开缆索。对钢梁中心线也必须控制,使钢梁与柱两端中心线等值偏差,这样各跨钢梁均在同一中心线上。

根据以上施工工序安装完第一节后再安装第二节,待第二施工区域完成后为加快施工进度,第一、三区同时施工。

3.3 合龙顺序

3.3.1 合龙方案

通过对合龙发生的季节进行认真分析后,合龙过程的温差变化在±8℃,因此采取以下3种合龙顺序: (1) 先对纵向3个温度区段的钢结构进行合龙,接着对横向的两个温度区段进行合龙,最后对合龙段混凝土楼板施工; (2) 先对横向的2个温度区段进行合龙,接着对纵向3个温度区段的钢结构进行合龙,最后对合龙段混凝土楼板施工; (3) 先对2层混凝土结构进行合龙,接着对纵向3个温度区段的钢结构进行合龙,再对横向的2个温度区段进行合龙,最后对合龙段混凝土楼板施工。

3.3.2 分析不同合龙顺序

使用合龙顺序 (1) 进行施工时,伴随着纵向温度区段的合龙,厂房在两个方向上的温度变形会不断增加,应力也会增加。使用合龙顺序 (2) 进行施工时,钢结构应力与横向温度区段合龙前进行比较,呈现出减小的趋势。究其原因,主要是合龙前,此处钢柱位于角部,纵向两个方向的温度变形会给其造成影响,在横向温度区段钢结构合龙以后,此处钢柱位于角部中部位置,纵向温度变形会给其造成严重影响。使用合龙顺序 (3) 进行施工时,先合龙2层混凝土结构,在同样的温度差情况下,厂房两个方向上的温度变形与结构完全合龙后的变形值比较接近,应力也是这样的情况。在合龙纵向温度区段时,在温差的影响下,厂房的应力峰值与变形不明显。

经过对以上3种情况的详细分析,合龙顺序 (3) 最合理,在钢结构温度区段内,横向温度区段先进行合龙,纵向温度区段后进行合龙。

3.4 焊接施工

焊接前施焊人员必须详细查看图纸和焊接工艺,对焊接设备进行检查;施焊人员对上道工序进行检查,如材料规格、坡口类型及尺寸、材料变形情况等,如发现问题,应及时反映并停止施焊。焊接施工后进行自检,合格后,焊接人员应对所焊接的焊缝进行标识(如打钢印),以便焊缝具有可追溯性。焊缝的焊波应均匀,焊道与焊道、焊道与母材间过渡平滑,飞溅残留物和药皮必须清理干净,焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。一、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷;且一级焊缝不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。焊缝要外形均匀、成型较好。

3.5 合龙监测

在施工过程中,在钢框架结构的相应位置设置54个测温点。在两层合龙间的钢结构钢柱和腹杆上设置测温点,从而有效地将本体温度反映出来。

成立专门的测温小组,每隔1h检查一次,并做好记录,主要的测温设备是传感测温仪和红外线测温仪。对结构本体温度和环境温度进行分别统计,比较本体温度和环境温度。该工程的内部钢结构比较长且比较大,因此外界温度要比本体温度高。当外界温度达到设计基准温度值后,需对温度变化情况进行记录和比较,从而绘出准确的温度变化曲线图。通过对天气情况的分析,确定出详细的合龙窗口期。

4 结语

以实际工程为例,详细分析了超长超宽钢框架结构的实际情况,对屋面进行整体吊装施工,有效避免了合龙带屋面处理不当及二次施工不合理出现的渗漏情况,通过对合龙温度进行有效控制,使钢结构的合龙时间显著缩短,同时也减少了混凝土合龙段施工时间,提高了钢框架结构的施工效率。

 

 

参考文献[1]郑江, 郝际平, 王宇, 等.大跨度钢屋盖卸载过程力学模拟与分析[J].建筑科学, 2014 (3) :80-84, 112.
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