来源:建筑钢结构网  作者:夏 克 俭  时间:2009-12-22   关键词:  

摘要：介绍泉州市海峡体育中心体育场钢结构工程的安装施工技术．特别是对大型悬挑箱型梁吊装施工中的吊机选型，安装定位，焊接，卸载等技术作了详细的阐明．为以后进行同类工程安装给予一定的借鉴． 关键词：箱型梁 钢结构 安装技术 卸载

1.工程概况
泉州市海峡体育中心体育场是整个新体育中心的标准性建筑，为甲级体育建筑，总建筑面积达40753多平方米．体育场由约四万人看台，三个灯塔柱，一个火炬柱三部分组成，用钢量近5千吨，体育场看台屋盖采用钢结构箱型梁悬臂梁加支撑体系钢屋盖，犹如正在绽放的花瓣；灯塔和火炬柱上部柱身结构采用竖向悬臂钢衍架结构，寻求蓄势待发的力度感．悬挑拱型条箱型条下设支撑，悬挑端部设置Ф800钢管落地拱．悬挑箱型梁之间设联系梁与支撑，梁上分布钢管檩条．
2.本工程的技术难点
泉州市海峡体育中心体育场看台屋盖钢结构由44榀悬挑箱型梁及其梁之间支撑，落地拱等结构组成的四块双曲面悬挑拱形结构．其箱形梁和落地拱，主懔条钢管等都是弯曲的，构件连接有焊接的栓接的和锁接的，结构复杂，施工过程需细致，安装起来耗时耗工．综合起来工程存在以下难点：
（１）钢管的弯制加工和管相贯线切割精度控制难．
（２）悬挑弯曲箱型梁制作的匹配性控制．
（３）悬挑箱型梁结构安装精度控制．
（４）卸载挠度值难以控制．
3.施工关键技术
项目针对工程结构特点和施工技术难点，组织技术攻关，深入到施工现场提炼施工技术和管理方法的精华，经过精心的研究和实践，制定了五项具有代表意义的关键技术．即：
（５）构件匹配制造技术．
（６）钢结构安装技术．
（７）钢结构安装测量定位技术．
（８）钢结构安装焊接技术．
（９）钢结构卸载技术．
4.构件匹配制造技术
体育场主体钢结构工程量约为4千吨．其中悬挑弯度箱型梁由于尺寸太大，汽运及吊装都需分段进行，因而为保证弯曲箱型梁的流线形状，必须进行整根梁匹配制作，再分段进行运输，安装．由于箱型梁最长的有40多米，则将箱型梁分为3至4段进行运输；在安装现场，再进行拼装，每根梁只留2段进行吊装，以减少空中焊接的工程量．满足250吨吊机吊装参数的，可将梁拼成一整根梁进行吊装．匹配制作胎架如下：

匹配制作工艺是将整根箱型梁进行整体侧卧拼装制作，整根梁的线形在地面拼装平台区放样好．再按梁结构线形进行装配，当梁焊接完成后，再分段拆开，喷砂，油漆工作完成后，最后装车发运到工地现场．这样完整的匹配制作，保证了箱型梁弯曲弧形的线形及箱型梁的制作精度．
５.钢结构安装测量定位技术
针对工程施工的实际情况，钢结构安装的工序交叉多，对测量精度要求非常高，必须建立长期稳定，统一基准的测量控制体系．
由于本工程钢结构安装定位点均为空间三维坐标点，钢结构安装时间紧迫，因而采取分层测量，作地面标记，吊装定位测量与地标吊线核对结合确定定位坐标．形成一整套从地面看台到空中点的施测方法的空间三维快速定位技术．并通过快速定位，精确校核的方法进行快速安装．示意图如下：

钢结构的安装测量，为保证构件安装控制点的相对精度．首先采用全钻仪在体育场原点进行全场44榀梁和灯，火炬柱的轴线测量划线，并作好控制点的垂直地面投影标记．再进行轴线之间控制点水平距离的复核，采用钢卷尺拉侧复查．
当构件吊装时，再采用全钻仪多构件控制点进行定位测量，同时从定位点处用线锤吊线复核看台上轴线标记点，这种天地结合的施测方法，即快又准地保证了三维空间位置的精确定位的精度要求．
６.钢结构安装技术
６.１　体育场钢结构屋盖的吊装
体育场钢结构屋盖工程，共有大悬挑箱型44榀，其中最长45.5米，型高13米．箱型的吊装分段很重要，不仅要考虑各分段重量，安装作业半径和采用最经济合理的吊装，用时各分段吊装中的支撑塔架的稳定性，吊装顺序的确定都是施工的关键．根据现场施工情况，工期紧迫的要求及吊装机的经济性，将大悬挑箱型梁分为每段两段安装，在高空只有一处对接缝施工．吊装分段最长为22.6米，型高12.5米，最重一段为42.8吨，作业半径最小15米．箱醒梁分段工分成80吊，斜支撑有36吊，将能满足吊机参数的尽量合拼，见少吊数，以缩短工期．灯塔，火炬柱分成1~2段进行吊装．
综合考虑体育场箱型梁，灯塔，火炬柱等大构件的吊装，主大构件最终选用一台250吨履带吊机和一台100吨履带吊．250吨履带吊机在体育场外围圈进行吊装，箱型梁采用250吨履带吊机吊装参数如下：

大悬挑箱型梁吊装步骤如下：
步骤一：四个区大悬挑箱型梁吊装，将箱型梁第一和第二在地面拼装好后，安装好斜撑。箱型梁第一和第二两段合成一段采用250t履带吊进行吊装，当梁段吊装落位时梁座板套进锚栓后，拉动斜撑上的手拉胡芦，安装好斜撑下端销轴，调整箱梁晃绳的手拉胡芦，调整好梁段坐标，将梁段左右晃绳锚固在看台上，用手拉胡芦拉紧，保证箱梁的平面稳定性。

步骤二：四个区大悬挑箱型梁第三段在场内拼装好后用1台100t级履带吊吊装，箱型悬臂梁端点加支撑架；箱型悬臂梁第三段与第二段焊接采用吊篮或脚手架操作台操作；示意图如下：

四个区箱型悬臂梁第三段吊装前，需用油漆在看台上和梁端口作好中心线、轴线及定位点等的标记。并在箱型悬臂梁第一段端口底板下面焊接上两块定位板，在一边腹板外侧上焊接两块限位挡板。
箱型梁最端点高度坐标需加下挠值。其支撑架的支撑点需垫高个下挠值。支撑架落在看台上的，其看台下相应位置斜梁下进行加固支撑一层，作为看台强度的加强保险。
大悬挑箱型梁第三段吊装落位后，调准定位坐标，梁段左右晃绳锚固在看台上，用手拉胡芦拉紧，保证箱梁的平面稳定性；在进行箱型梁第二段与第三段对接缝的施焊，先焊上面板对接缝，再对称焊两腹板对接缝，最后焊底板对接缝。
当本区箱梁第二段连续吊装好三榀以上后，需在前一二榀之间吊装一根水平支撑钢管，增加箱梁平面稳定性。
６.２　灯塔，火炬柱的吊装
在体育场四个角均在着三个灯塔，一个火炬柱．塔柱均?架结构最高标高为70米．由于塔柱?架结构Ｈ型钢杆件较多，高空散装，片装的支撑架太大且高，因而采用?架地面整体拼装，分节段进行一节一节的吊装．这样即减少了空中工程量，又缩短了施工周期，并保证了灯塔，火炬柱的线型精度．
灯塔，火炬柱吊装步骤如下．
灯柱火炬为格构桁架结构，拼装时先分片拼装，在整体拼装。
灯柱分片拼装胎架示意图如下：



７.钢结构安装焊接技术
针对钢结构安装的实际情况，在地面采用ＣＯ2气焊和手工电弧焊；在高空全部采用手工电弧焊．　　
本工程使用低合金高强度Ｑ345Ｂ级钢材，焊缝质量要求高，箱型梁在空间组对焊缝均为平，立，横，仰焊，圆钢管为全位置焊，制定了完善的组对构件焊接工艺流程，减少焊接变形是施工的技术难点．
根据构件实际使用的强度等级，接头约束度大小及焊接方法，防止焊缝及热影响区形成脆性金相组织和焊缝冷裂纹问题．
制定合理的焊接方法和焊接顺序来控制焊接变形，箱梁空中对接，采用了对称焊接，先焊上部，再焊下部的焊接工艺，保证焊接质量．箱梁地面拼装，搭设挡风蓬，采用ＣＯ2气体保护焊，对称施焊，控制焊接质量．
箱型梁端部落地拱钢管的焊接．按照吊装顺序，对钢管落地拱的焊接采用＂从两端到中间施焊＂的方法进行焊接作业．另外，由于管径较大采取两名焊工同时对称施焊的方法，有效缩短单个焊缝的焊接时间．
悬臂梁安装两三榀完毕后，进行悬臂梁落地拱钢管的吊装。采用100和250吨履带吊，场内外吊车同时作业。示意图如下：

落地拱钢管分段需在厂内预拼，并且接头部位错开箱形悬臂梁端部300?，保证落地拱钢管弧度的光顺及坐标的准确性。
落地拱钢管安装是从两边低端开始安装，向中间高端安装合拢。当本区落地拱钢管安装到最后一条封闭合拢缝时，要采取特别的时段进行施工；落地拱钢管最后一条封闭合拢缝焊接施工时间为：晚上九点以后，到早晨九点以前；使焊接施工期间气温在25℃至35℃之间，并且天气晴朗无雨。
落地拱钢管封闭合拢要求：
①落地拱封闭合拢处：本区落地拱最高钢管对接缝。如两条一样高，则任取一条钢管对接缝。
②落地拱封闭合拢时间：晚上九点至早上九点。
③落地拱封闭合拢时机：本区落地拱除封闭缝外，其它焊缝全部焊接完。
④封闭缝焊接要求：封闭处钢管对接焊缝需对称施焊并一次焊接完成。
８.大悬挑箱型梁钢结构屋盖卸载技术
体育场每区拱形钢结构屋盖在吊装时是在每根悬挑箱型梁端部采用支撑胎架支承的空间结构体系，支撑拆除过程是一个结构体系转换的过程．由于箱型梁悬挑较大，支撑胎架卸载过程必然使悬挑拱形屋盖结构发生复杂的内力和变形变化，本工程的卸载方案以悬挑箱型梁结构计算分析为依据，模拟单根卸载过程对箱型梁结构下挠值的影响，保证结构内力和变形在设计及施工控制范围内．
卸载时荷载对整个结构的冲击力比较大，因此卸载时一定要使荷载缓慢逐步转移，使支撑架荷载减少到零后，再拆除支撑架．卸载程序如下：
支撑卸载第一阶段：支撑点更换成千斤顶。在每榀箱梁前端支撑处装上50吨千斤顶，加力顶紧后，将箱梁相连的支撑焊接点割除，并留有箱梁下挠空间，使箱梁支撑处只与千斤顶接触；
支撑卸载第二阶段：箱梁整体卸载。当本区每榀箱梁支撑点都换上千斤顶后，检查支撑架，拧紧扣件螺栓，收紧支撑架各揽风绳，进行整体统一的千斤顶下降，操作时需协调统一，步调一致，达到千斤顶同步下降。整个千斤顶下降过程需全站仪测量跟踪观测监控。
卸载监测：本区箱梁整体卸载时，将全站仪架设在箱梁轴线对应区中间，对本区每榀箱梁端点坐标进行测量，并记录卸载前其各坐标点坐标值；当支撑卸载操作中时，用全站仪进行逐个箱梁端点坐标测量，即跟踪下降数值；当支撑卸载操作到位时，用全站仪进行逐个箱梁端点坐标测量，并记录卸载后其各坐标点坐标值，计算出下挠值。
支撑卸载第三阶段：支撑拆除。当本区箱梁卸载完后，箱梁与支撑架完全分离，开始进行脚手架拆除，拆至脚手架顶标高为马道位置，形成一工作平台，用于满足马道结构安装时的施工。
９.结束语
泉州市海峡体育中心体育场是目前国内唯一采用箱型悬挑梁钢结构屋盖的结构形式，特别是梁端的落地拱设计，起到平衡，加固，美观了屋盖拱结构的作用．这种独特新颖空间结构形式的建筑，使施工要寻求适合此工程特点的加工制作，安装方法及焊接技术；本文中介绍的各种技法对以后类似工程具有一定的参考借鉴作用。

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