大空間展廳屋蓋桁架拼裝焊接質(zhì)量控制案例

李 武，梁先軍，劉 力，魏 振，潘櫻桃，張 露

（1、中建四局華南建設(shè)有限公司 廣州510663；2、中國(guó)建筑第四工程局有限公司 廣州510665）

0 引言

在我國(guó)建筑業(yè)中，使用鋼結(jié)構(gòu)作為整個(gè)建筑的框架十分普及，鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工技術(shù)還存在許多問題，經(jīng)常會(huì)因?yàn)楹附游恢?、外形以及尺寸等多種不同因素的影響，出現(xiàn)焊縫缺陷或者是焊件變形等一些問題，造成鋼結(jié)構(gòu)焊接施工的質(zhì)量一直無法進(jìn)一步保障［1］，因此，研究出有效的拼裝焊接質(zhì)量控制措施，對(duì)確保整個(gè)建筑工程施工的質(zhì)量［2］具有重要的作用。

1 項(xiàng)目概況

某會(huì)展中心首期工程用地面積約16 萬m2，建筑面積12 萬m2，無地下建筑，總工期僅為243 d，鋼構(gòu)單館吊裝工期為45 d，僅為正常工期的20%。

本工程是與德國(guó)某知名展覽公司合作的重型展覽館，設(shè)計(jì)荷載為10 t/m2，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)同類展館空白。

主要結(jié)構(gòu)形式為PHC管樁（局部地鐵轉(zhuǎn)換區(qū)域?yàn)樾跇叮?大跨鋼桁架地上結(jié)構(gòu)體系+金屬屋蓋系統(tǒng)。

首期工程包括5個(gè)單層展廳、登陸廳及會(huì)議中心，平面呈L 形布局。其中單層展廳包括豎向支撐鋼結(jié)構(gòu)、屋面鋼結(jié)構(gòu)以及抗風(fēng)柱，屋面結(jié)構(gòu)為倒三角鋼桁架結(jié)構(gòu)體系，豎向鋼結(jié)構(gòu)為雙排鋼管方形鋼柱。鋼結(jié)構(gòu)凈跨80 m，長(zhǎng)128 m，寬81 m，屋面鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)標(biāo)高為17～25 m，單個(gè)展廳用鋼量3 600 t。

單榀三角桁架高4.5 m，半榀起吊長(zhǎng)度40.5 m，通過質(zhì)量控制減小拼裝誤差與內(nèi)應(yīng)力，提高拼裝效率［3］。

2 拼裝類型

本工程共有5個(gè)展館，每個(gè)展館主桁架共有8榀，其中6 榀中間桁架以及2 榀邊桁架（見圖1）。展館邊桁架根據(jù)三角懸挑結(jié)構(gòu)外挑長(zhǎng)度不同，又分為長(zhǎng)懸挑邊桁架以及短懸挑邊桁架2種。

圖1 主桁架Fig.1 Main Truss

6 榀中間桁架結(jié)構(gòu)分段一致，可共用拼裝胎架；2 榀邊桁架主體部分結(jié)構(gòu)分段一致，僅懸挑部分有差異，拼裝胎架稍作調(diào)整便可共用［4］。中間桁架單榀桿件數(shù)量100 余根、邊桁架單榀桿件數(shù)量200 余根，考慮工期及拼裝量大，單個(gè)展廳共設(shè)置6 組中間鋼結(jié)構(gòu)桁架拼裝胎架與2組邊桁架拼裝胎架。每組拼裝胎架包含1套高區(qū)分段拼裝胎架（見圖2a）以及1套低區(qū)分段拼裝胎架（見圖2b）。

圖2 邊桁架Fig.2 Fringe Truss

3 拼裝單元姿態(tài)

拼裝胎架所用型鋼包括HW350×350×12×19 及HN400×200×8×13 兩種，以及25c 槽鋼和多種厚度鋼板，單個(gè)展廳所用拼裝胎架材料用量如表1所示。

表1 單個(gè)展廳拼裝胎架材料用量Tab.1 The Ammount of Material for Single Exhibition Frame

屋蓋桁架單元的拼裝姿態(tài)的確定主要遵循以下3個(gè)原則：

⑴控制地面拼裝的高度，以減少拼裝胎架的高度和高空作業(yè)工作量［5］；

⑵保證單元擺放規(guī)整，便于胎架架設(shè)和拼裝測(cè)控；

⑶便于吊裝時(shí)起吊和調(diào)整安裝姿態(tài)［6］。

4 屋蓋主桁架胎架內(nèi)拼裝流程流程

鋼屋蓋主桁架拼裝流程：胎架定位測(cè)量放線胎，搭設(shè)拼裝支撐架（見圖3a）?吊裝屋蓋桁架，校正后進(jìn)行焊接固定弦桿（見圖3b）?吊裝腹桿構(gòu)件，拼裝2 道弦桿間桁架腹桿并焊接固定（見圖3c）?上弦桿構(gòu)件吊裝至胎架支撐上，校正后焊接固定各分段弦桿（見圖3d）?吊裝腹桿構(gòu)件，拼裝下弦桿與新拼好的上弦桿間腹桿并焊接（見圖3e）?吊裝腹桿構(gòu)件，拼裝2 道上弦桿間腹桿并焊接固定。

5 影響桁架焊接合格率主要因素與對(duì)策

5.1 銷軸影響桁架吊裝定位

原吊裝方案為先施工柱頂銷軸，因桁架跨度大，銷軸細(xì)微偏差影響桁架鋼管對(duì)接間隙［7］。

圖3 鋼屋蓋主桁架拼裝流程Fig.3 Steel Roof Main Truss Assembly Process

調(diào)整銷軸安裝順序，先安裝至桁架上，再與柱頭連接（由支座限制兩榀桁架對(duì)接轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^控制桁架對(duì)接定位調(diào)整銷軸支座定位）。

調(diào)整胎架數(shù)量，由單胎架調(diào)整為兩胎架，有利于定位微調(diào)。

5.2 焊接順序

為減少鋼桁架在焊接過程中產(chǎn)生較小的焊接殘余應(yīng)力以及便于調(diào)整尺寸，因此采取合理的焊接施工順序。

焊接施工順序應(yīng)從中間向兩邊或從中間向四周進(jìn)行焊接。禁止在焊接過程中形成封閉圈，即先焊接桁架單元的四周［8］，若采用封閉圈焊接方式，會(huì)導(dǎo)致桁架單元內(nèi)部產(chǎn)生很大的焊接收縮應(yīng)力。本項(xiàng)目的桁架單元只有兩排弦桿，采用從中間向兩端的總體焊接順序進(jìn)行焊接［8］。

為了合理利用焊接收縮應(yīng)力對(duì)整個(gè)桁架單元變形的控制，桁架焊接時(shí)優(yōu)先焊接下弦，促使下弦收縮而略上拱，然后焊接腹桿，最后焊接上弦，鋼結(jié)構(gòu)桁架焊接順序?yàn)橄孪?腹桿?上弦，若先焊接上弦會(huì)造成不易消除的下?lián)隙龋?］。

6 總結(jié)

大空間展廳鋼桁架焊接施工中，胎架輔助措施、操作水平、施工工藝等是屋蓋桁架拼裝焊接影響質(zhì)量的關(guān)鍵，本工程探討研究鋼屋蓋桁架焊接要因，針對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量問題，采取有效應(yīng)對(duì)措施，繼續(xù)提高焊接質(zhì)量合格率［10］，創(chuàng)造更多的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，全面提高整體施工質(zhì)量。