大型異型鋼管格構(gòu)柱現(xiàn)場(chǎng)拼裝技術(shù)

鄭育軍,李宗平,王培清,柴 磊

(浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司,浙江 杭州 310012)

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,鋼材在建筑業(yè)中的應(yīng)用亦有很大的變化。國(guó)家建筑技術(shù)政策由以往的限制使用鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極合理推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu),從而大大推動(dòng)了建筑鋼結(jié)構(gòu)如雨后春筍般地快速發(fā)展。大型構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)拼裝已成為鋼結(jié)構(gòu)安裝的重要工序之一,該工藝已成功地應(yīng)用到國(guó)內(nèi)影響較大的代表性、標(biāo)志性工程鋼結(jié)構(gòu)安裝當(dāng)中。根據(jù)以往類(lèi)似工程的成功經(jīng)驗(yàn),大型構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)拼裝大大降低了構(gòu)件的加工和運(yùn)輸難度,于質(zhì)量、安全、工期和施工成本控制等均有利。

1 工程概況

杭州火車(chē)東站是“長(zhǎng)三角”重要的現(xiàn)代化綜合交通樞紐,集客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、城際鐵路、磁浮交通、干線(xiàn)鐵路、地鐵、公交、運(yùn)河游船等多種交通形式和配套服務(wù)設(shè)施于一體。火車(chē)東站的建筑靈感取自“錢(qián)江大潮”, 整個(gè)建筑群(站房及站臺(tái)雨棚)既具有杭州柔美優(yōu)雅的地域特征,同時(shí)，也有杭州從“西湖時(shí)代”邁向“錢(qián)江時(shí)代”的豪邁大氣,在設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)杭州“精致和諧,大氣開(kāi)放”的城市形象,體現(xiàn)面向未來(lái)的時(shí)代精神。建筑主體呈現(xiàn)“圓潤(rùn)流暢”的形態(tài),中間高、兩側(cè)低的造型優(yōu)美而富有流動(dòng)感,仿佛錢(qián)塘大潮一般。

杭州東站主站房平面尺寸284.7 m×514.8 m。鋼結(jié)構(gòu)主要由三大部分組成,分別為地下部分、高架候車(chē)層部分和屋蓋部分。其中地下部分包括大直徑鋼管柱,還有軌道層大截面焊接H型鋼鋼骨、縱橫梁格。高架候車(chē)層包括9.75 m標(biāo)高層大跨度型鋼桁架和商業(yè)夾層鋼梁。屋蓋系統(tǒng)包括復(fù)雜的變橢圓截面椎管柱、鋼管格構(gòu)柱和屋蓋管桁架結(jié)構(gòu)體系。見(jiàn)圖1。

由于鋼管格構(gòu)柱截面過(guò)大,受到運(yùn)輸限制,故采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝的方法。本現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工技術(shù)以GKZ4為例,對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)拼裝加工技術(shù)進(jìn)行闡述。

2 鋼管格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)介紹

屋蓋大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)分解圖(包括偏心橢圓臺(tái)鋼柱、鋼管格構(gòu)柱和屋蓋結(jié)構(gòu))見(jiàn)圖2。其屋面為圓弧形,最高點(diǎn)標(biāo)高為39.30 m,最低點(diǎn)標(biāo)高為22.05 m。站房屋蓋東西兩端為大型鋼管格構(gòu)柱。鋼管格構(gòu)柱采用較大直徑鋼管密排。鋼管格構(gòu)柱有兩種,分別為GKZ4、GKZ5,下面以GKZ4為例介紹其結(jié)構(gòu)概況。該格構(gòu)柱垂直高度29.474 m,最寬處達(dá)23.782 m,重量達(dá)133.134 t。

圖1 杭州東站主站房正視圖

圖2 屋蓋大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)分解圖

鋼管格構(gòu)柱GKZ4主要桿件規(guī)格及材質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 鋼管格構(gòu)柱GKZ4主要桿件規(guī)格及材質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拼裝場(chǎng)地和吊裝設(shè)備情況,將鋼柱分成三段進(jìn)行吊裝,鋼柱在地面進(jìn)行整體拼裝,鋼柱示意圖及現(xiàn)場(chǎng)吊裝分段點(diǎn)見(jiàn)圖3、圖4。

3 現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工技術(shù)[1]

3.1 拼裝前的準(zhǔn)備

1)應(yīng)選擇平整的拼裝場(chǎng)地,并在胎架底部應(yīng)鋪設(shè)厚鋼板或設(shè)置H型鋼, 以增加其承壓面積, 鋼板或H型鋼下面應(yīng)填實(shí)；

圖3 鋼柱示意圖 圖4 現(xiàn)場(chǎng)吊裝分段點(diǎn)

2)放樣和檢測(cè)所使用的卷尺必須與業(yè)主提供的標(biāo)準(zhǔn)尺進(jìn)行比對(duì),如業(yè)主未提供標(biāo)準(zhǔn)尺,應(yīng)與公司標(biāo)準(zhǔn)尺(公司標(biāo)準(zhǔn)尺需與國(guó)家或地方檢測(cè)機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)尺進(jìn)行對(duì)比,并已標(biāo)明偏差)進(jìn)行比對(duì),并貼上比對(duì)后的正負(fù)偏差。測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)偏差對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行修正。用卷尺測(cè)量較長(zhǎng)距離時(shí),應(yīng)用拉磅進(jìn)行(一般25 m以下拉5 kgf；25～50 m拉10 kgf)。

3)拼裝前應(yīng)按圖紙中心線(xiàn)投影尺寸1∶1放出大樣,再根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙劃出弦桿分段點(diǎn)(劃分段尺寸時(shí),均應(yīng)從原點(diǎn)開(kāi)始；不得分段測(cè)量, 以免造成累積誤差),放大樣時(shí)應(yīng)預(yù)放焊接收縮余量(預(yù)放余量應(yīng)根據(jù)焊接接頭數(shù)量而定,一般每個(gè)接頭預(yù)放余量1～2 mm)。

4)放樣完成后需復(fù)合放樣尺寸(露天場(chǎng)地測(cè)量時(shí)間宜在日出前、日落后定時(shí)進(jìn)行),確認(rèn)無(wú)誤后由質(zhì)檢人員對(duì)大樣進(jìn)行檢驗(yàn),檢驗(yàn)合格后,根據(jù)所放大樣搭設(shè)胎架。

5)搭設(shè)胎架時(shí),胎架應(yīng)滿(mǎn)足構(gòu)件結(jié)構(gòu)、重量、截面等需求。胎架之間距離不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)(一般控制在2～3 m),直弦桿上應(yīng)不少于2個(gè)支承點(diǎn)。弧形弦桿上不得少于3個(gè)支承點(diǎn)。

6)胎架的布置要以滿(mǎn)足桿件穩(wěn)定，避免碰到交叉桿件為原則。

7)立好胎架柱后,用水準(zhǔn)儀在每根胎架柱上劃出水平線(xiàn),以作為胎架牛腿標(biāo)高的基準(zhǔn)。

8)拼裝前,應(yīng)保證所有部件都已齊全。拼裝時(shí),應(yīng)控制連接處的密合性并應(yīng)保證焊接坡口間隙適宜。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工步驟

拼裝施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖5。

3.2.1 格構(gòu)柱平面放樣

1)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,放出鋼柱平面投影大樣線(xiàn)。

2)放樣線(xiàn)應(yīng)準(zhǔn)確、清晰,放出各桿件的中心線(xiàn)和分?jǐn)帱c(diǎn)[2]。見(jiàn)圖6。

圖5 拼裝施工現(xiàn)場(chǎng)

圖6 鋼柱平面投影大樣線(xiàn)

3.2.2 格構(gòu)柱胎架制作

1)根據(jù)鋼柱大樣線(xiàn)搭設(shè)拼裝胎架。

2)胎架搭設(shè)時(shí),先立胎架柱,用水準(zhǔn)儀在胎架柱上統(tǒng)一劃出水平基準(zhǔn)線(xiàn)。

3)根據(jù)胎架柱上的水平基準(zhǔn)線(xiàn),搭設(shè)胎架梁,局部無(wú)法搭設(shè)胎架梁或與內(nèi)部腹桿相碰處設(shè)臨時(shí)支撐。見(jiàn)圖7。

圖7 胎架柱搭設(shè)大樣圖

3.2.3 格構(gòu)柱下段弦桿拼裝

1)桿件拼裝前,可將地坪投影大樣線(xiàn)駁到胎架梁上,以方便弦桿定位。定位完成后,應(yīng)用鉛垂復(fù)測(cè)桿件與地坪大樣線(xiàn)的吻合程度。

2)胎架梁上可設(shè)置V型墊板,以避免桿件滾動(dòng)移位。見(jiàn)圖8。

圖8 格構(gòu)柱下段弦桿拼裝

3.2.4 格構(gòu)柱下段環(huán)形腹桿拼裝

1)根據(jù)弦桿和地坪投影大樣線(xiàn)進(jìn)行環(huán)形腹桿定位。

2)拼裝完成后,進(jìn)行復(fù)測(cè),確認(rèn)準(zhǔn)確無(wú)誤后進(jìn)行定位點(diǎn)焊。點(diǎn)焊高度應(yīng)不大于焊縫的1/2。見(jiàn)圖9。

圖9 格構(gòu)柱下段環(huán)形腹桿拼裝

3.2.5 格構(gòu)柱下段其他腹桿拼裝

1)根據(jù)弦桿、環(huán)形腹桿和地坪投影大樣線(xiàn)進(jìn)行腹桿定位。

2)拼裝時(shí),應(yīng)合理安排桿件的拼裝順序,先拼裝空間位置小、桿件直徑大的桿件,以確保所有桿件均能準(zhǔn)確地完成拼裝。

3) 拼裝完成后進(jìn)行點(diǎn)焊。見(jiàn)圖10。

圖10 格構(gòu)柱下段其他腹桿拼裝

3.2.6 格構(gòu)柱中段弦桿拼裝

1)以地坪投影大樣和下段鋼柱弦桿為基準(zhǔn)進(jìn)行中段鋼柱弦桿拼裝。

2)拼裝時(shí),兩段弦桿對(duì)接口的錯(cuò)邊和離縫應(yīng)控制在允許偏差范圍內(nèi)。

3)拼裝完成后,可在兩段對(duì)接口處進(jìn)行點(diǎn)焊,以起到臨時(shí)固定、避免弦桿移位的作用。見(jiàn)圖11。

圖11 格構(gòu)柱中段弦桿拼裝

3.2.7 格構(gòu)柱中段環(huán)形腹桿拼裝

拼裝注意事項(xiàng)參見(jiàn)格構(gòu)柱下段鋼柱環(huán)形腹桿拼裝要求。見(jiàn)圖12。

圖12 格構(gòu)柱中段環(huán)形腹桿拼裝

3.2.8 格構(gòu)柱中段其他腹桿拼裝

1)中段鋼柱拼裝完成后,可進(jìn)行下段鋼柱焊接。

2)焊接時(shí),應(yīng)采取從中間向兩邊或四周擴(kuò)散的順序進(jìn)行,并應(yīng)同時(shí)采用間隔焊法(即一個(gè)節(jié)點(diǎn)焊接完成后,跳過(guò)與之相鄰的節(jié)點(diǎn),使前后焊接的節(jié)點(diǎn)之間間隔1～2個(gè)節(jié)點(diǎn),最后再焊接這些節(jié)點(diǎn)),以減少焊接變形和避免焊接應(yīng)力集中。見(jiàn)圖13。

圖13 格構(gòu)柱中段其他腹桿拼裝

3.2.9 格構(gòu)柱上段弦桿拼裝

1)上段鋼柱拼裝空間高度較高,應(yīng)做好安全防護(hù)。

2)弦桿局部分叉部位,加設(shè)臨時(shí)支撐。

3)弦桿之間的豎向腹桿可同步進(jìn)行拼裝。見(jiàn)圖14。

圖14 格構(gòu)柱上段弦桿拼裝

3.2.10 格構(gòu)柱上段環(huán)形腹桿拼裝

格構(gòu)柱上段環(huán)形腹桿拼裝見(jiàn)圖15。

圖15 格構(gòu)柱上段環(huán)形腹桿拼裝

3.2.11 格構(gòu)柱上段其他腹桿拼裝

1)上段鋼柱拼裝完成后,可進(jìn)行中段鋼柱和上段鋼柱的焊接。

2)焊接完成后,應(yīng)對(duì)鋼柱整體外觀尺寸進(jìn)行復(fù)測(cè),并在各段鋼柱弦桿對(duì)接口處打上沖印,合格后,可進(jìn)行脫模。見(jiàn)圖16。

4 結(jié) 語(yǔ)

1)站房西側(cè)屋蓋4根鋼格構(gòu)柱已順利吊裝完成(圖17),通過(guò)實(shí)踐證明,本次現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工技術(shù)根據(jù)格構(gòu)柱的受力特點(diǎn)進(jìn)行的分段拼裝,安全可靠,施工便捷,吊裝方便,并較好地控制了施工成本[3]。

圖16 格構(gòu)柱上段其他腹桿拼裝

2)本次施工技術(shù)中對(duì)于大體積格構(gòu)柱胎架的放線(xiàn)、拼裝等工作是進(jìn)行格構(gòu)柱拼裝的重要技術(shù)保障,合理、科學(xué)、準(zhǔn)確的胎架，是保證傳力合理、變形可控、確保格構(gòu)柱拼裝成功的保證。

3)根據(jù)本工程異型格構(gòu)柱體積大、重量大的特點(diǎn),采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工工藝,安全、高效,并確保了工程質(zhì)量,同時(shí)，為此類(lèi)大體積異型格構(gòu)體系的施工提供了一定的參考。杭州東站已于2013年完成驗(yàn)收并且通車(chē)運(yùn)行,至目前為止,主站房使用情況良好,各方面運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

圖17 GKZ4吊裝完成后圖片