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企業發展大廈鋼結構施工技術

作者：牛傳波等    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
摘 要：本文以上海企業發展大廈鋼結構為例，闡述了十字型與箱型組合鋼柱的制作、小夾角支撐問題的處理及小截面十字型鋼柱現場拼接節點的處理等問題。 關鍵詞：企業發展大廈，十字型－箱型組合柱，十字型柱，支撐

    1、工程概況
    由山東萊鋼建設有限公司承建的上海北大青鳥企業發展大廈工程位于長寧區江蘇路愚園路交口處，該工程總建筑積面54105平方米，其中辦公樓高26層，建筑高度99.8m，面積24341平方米。公寓式辦公樓高17層，面積11597平方米，裙房三層以商業為主，面積9249平方米。地下室二層，總建筑面積8918平方米。
    上海北大青鳥企業發展大廈工程主體結構為鋼結構框架－支撐體系，框架柱為箱型柱、十字型柱、箱型與十字型組合柱，斷面為□1300×900～□400×400等規格，自下而上由大變小；鋼梁為H型鋼梁、桁架，斷面自900×350～350×150等規格，多為焊接H型鋼，加工工藝要求高，安裝難度大；部分軸線設有支撐，支撐為X形、八字形等形式，箱型柱及H型鋼截面；框架柱延伸至地下一層，本工程主體鋼結構重量約6000噸。
    2、工程特點
    2.1本工程地下室鋼柱采用十字型-箱型組合鋼柱，十字型-箱型組合鋼柱的制作。
    2.2十字型柱現場安裝節點，由于本工程十字型柱為＋400×250，工地拼接時如何連接。
    2.3小夾角支撐問題的處理。
    2.4弧形鋼梁制作技術
    2.5桁架的制作、安裝
    3、施工技術
    3.1十字型－箱型組合柱的制作
    將十字型柱、箱型柱按圖紙尺寸分別制作，制作完成后，再組裝成整體。
    3.1.1十字型柱制作
    將十字型分解成一個H型和兩個T型，兩個T型再點焊在一起組成H型，后按H型鋼制作工藝制作，焊接完后，將兩T型分開，和H型組裝成十字型。
    3.1.1.1構成十字型柱的鋼板下料采用多頭數控火焰切割，長度方向應加放適當的加工余量；
    3.1.1.2先將三塊板組裝成H型，將另四塊板組裝成雙T型，后在組裝成H型；
    3.1.1.3H型鋼焊接前應預熱，預熱采用電子溫控儀，預熱時應四條焊縫同時預熱，預熱溫度控制在120－150℃；
    3.1.1.4焊接采用H型鋼焊接生產線，H型鋼置放在H型鋼專用焊架上，來回翻轉，直至焊完；
    3.1.1.5將雙T 型分解，和H型鋼組成十字型；
    3.1.1.6十字型柱焊前預熱；
    3.1.1.7用懸臂埋弧焊機焊接十字型柱四條焊縫，十字型柱放在專用胎具上，焊接第一道焊縫兩－三遍，焊接第二道焊縫兩－三遍，在依次焊接第三、第四道兩－三遍，依次翻轉，直至焊完；
    3.1.1.8焊后矯正。
    3.1.2箱型柱制作
    3.1.2.1構成箱型柱的板材下料采用多頭數控火焰切割。長度方向加放適當的加工余量（按2‰預留）；
    3.1.2.2箱型柱的組裝順序，將箱型柱放在U型組立機上，先組裝三塊柱身板，再組裝隔板、橫隔板、柱頂板，其中隔板應在柱身板上標記焊接預定線，橫隔板應標注方向；
    3.1.2.3隔板焊縫屬于隱蔽焊縫，應檢驗合格，才能組裝最后一塊柱身板；
    3.1.2.4 箱型柱焊接前應預熱，預熱采用電子溫控儀，預熱時應四條焊縫同時預熱，預熱溫度控制在120－150℃；
    3.1.2.5焊接采用雙絲龍門焊，兩條焊縫同時焊接，焊接2－3遍后，翻轉焊另兩道焊縫2－3遍，再翻轉直至焊完。
    3.1.2.6矯正后，端面銑，以端面銑削面為基準點，量出總長度。
    3.1.3十字型和箱型組合柱的制作
    3.1.3.1將以加工好的十字型柱和箱型柱在自制胎具上組裝，組裝時注意十字型柱柱身板和箱型柱柱身板的接口的平直度；
    3.1.3.2由于十字型柱插入箱型柱內，插入深度900?－1500?不等，插入部分的焊縫焊接是施工難點，我們通過分析，自制懸臂焊接機，很好的解決了這一焊接難點；
    3.1.3.3焊前預熱，預熱采用電子溫控儀，預熱時應四條焊縫同時預熱，預熱溫度控制在120－150℃；
    3.1.3.4用自制懸臂焊埋弧焊機焊接，焊第一道焊縫2－3遍，翻轉焊第二道焊縫2－3遍，在依次焊第三、四道焊縫2－3遍，來回翻轉，直至焊完。
    3.1.3.5焊接完畢后，矯正，組裝牛腿。
    3.2十字型柱現場安裝節點處理
    由于本工程裙房鋼柱為十字型柱，規格為＋400×250，如圖1所示：

    原設計十字型柱現場安裝節點為焊接，十字型柱翼板焊接可以，而腹板由于沒有操作空間，根本無法焊接，經于設計聯系，建議改為栓接，設計同意后，栓接螺栓施工又是一大問題，電動扳手、扭矩扳手根本無法施工，我們通過分析，自制了套筒（如圖2所示），并通過試驗，確定扭矩系數，和設計、監理溝通，以技術核定單確定，在施工中做好施工記錄，很好的解決了十字型柱現場對接問題。

    3.3小夾角支撐的處理
    在高層鋼結構住宅的抗震設防結構中，鋼支撐在構造上兩端應剛接。但正如本工程所遇到的支撐體系一樣，由于柱間距與層高的限制，會出現部分支撐與柱（或梁）之間的夾角偏小，從而給剛接焊縫的焊接帶來一定的困難，引起一部分設計和施工人員深感此焊縫質量要求的實現有一定難度，但往往又忽視了規范允許的支撐節點細部變化處理。
    同時，由于是高層鋼結構，其下部結構中就會有部分構件（如柱）壁厚較厚，因而也就產生施工過程中的夾角交點與板厚處理問題，其將對焊接坡口和加勁肋（隔板）位置產生變化，如不引起注意，將減弱加勁肋（隔板）的作用。因此，開展對小夾角支撐節點處理的分析和探討就顯得非常重要。
    小夾角支撐節點如不分柱梁位置，其基本形式會出現如圖3所示的三種情況。

    現就本工程支撐桿件采用H形截面和箱形截面時，節點出現小夾角的情況分別作一分析。
    3.3.1H形截面支撐節點的處理
    在高層鋼結構抗震設防設計中，H形截面支撐在構造上兩端應剛接，則在節點上的懸伸支承桿與柱梁連接時，上下翼緣應采用坡口全熔透焊縫連接。在實際工程中由于出現如圖三所示的支撐小夾角，因此會產生坡口加工的方法選擇和節點細部的處理。
    當出現如圖2中a或c節點時，一般可作單純的坡口處理的形式來解決，即如圖四所示。在編制工藝文件時，應考慮焊縫處翼板的板厚而調整焊接坡口的角度，以達到既不加大坡口角度，又達到焊縫全熔透的目的。

    當出現如圖2中b（或c）的情況時，由于翼板焊縫與另一側桿件（柱或梁）過近，會引起焊接不便，同時過多的靠近柱與梁的連接焊縫，焊接時將產生焊縫重疊，從焊縫外觀和內部質量均不利。因此在鋼結構詳圖設計或工藝編制中應對懸伸支承桿改變形狀，如圖五所示進行細部處理，改變焊縫所處位置，以達到方便焊接和離開柱與梁的連接焊縫。此工作雖然增加了一定的制作工作量，但從整個工程來說是必要的。

    3.3.2箱形截面支撐節點的處理
    箱形截面支撐桿件節點同樣要求懸伸支承桿兩端與柱梁框架剛接，雖然在設計中通常將懸伸支承桿設計得較短，但要從內側進行角焊的話仍有一定的難度，特別是小尺寸的箱形桿件。因此在設計和施工過程中往往采用加墊板單側坡口焊，以保證焊縫的全熔透。但碰到小夾角支撐節點時，就會發現其鈍角處焊接坡口很好處理，但銳角處的焊接坡口加工時，由于板材本身的一個夾角存在，再加上一個焊接坡口角度，這樣翼板的坡口就比較難加工，特別是小夾角支撐銳角處翼板的焊接坡口加工就更難。另外小夾角處的焊縫角度也將影響焊工的操作和焊縫質量。因此有必要對箱形截面支撐的小夾角處的翼板和腹板作一下細部處理。處理方法如圖6所示。

    另外，箱形截面支撐也會碰到前面所說的H形截面支撐翼板焊縫與柱梁連接焊縫過近的狀況，因此應參照圖五進行細部處理。
    4、加勁肋（隔板）的位置移動
    高層鋼結構設計中，支撐翼板與柱（或梁）的連接時，在柱、梁處應設置加勁肋，當柱是箱形截面時，在柱內設置隔板。該板的位置應與支撐翼板位置相對應，以承受和傳遞翼板對柱和梁的水平或豎向分力。由于實際工程中小夾角的出現和柱（或梁）的下部結構構件壁板較厚，如采取將支撐桿翼板中心線延伸到柱（或梁）板連接處的另一側面，并以該點為基準設置加勁肋（隔板）的話，就會產生如圖7所示的情況。

    此時翼板所傳遞的分力不是直接垂直傳遞給加勁肋（隔板），而是通過柱（或梁）的翼板，改變力的方向后再傳遞到加勁肋（隔板），實際上改變了有關板的作用。因此，在詳圖設計和加工工藝文件編制中應將圖七中所產生的△加以處理，使其盡可能地消失，以確保支撐翼板的分力傳遞實際與理論計算相接近。具體加勁肋（隔板）位置移動如圖八所示。

    4.1本工程辦公樓外部輪廓為鴨蛋型，外部鋼梁全為弧形，為保證鋼材利用率，降低工程成本，在工程開工前，將弧形梁進行統計，采用排版套料法和合理拼接，將剛才利用率控制在90%左右，大大節省了材料。
    4.2本工程裙房為商業，在裙房為中央部位為大廳，大廳貫穿1—3樓，為保證大廳跨度及采光度，在裙房頂部采用桁架結構，桁架長28米，高2米。
    4.2.1桁架的制作
    桁架上、下弦桿為H400×400，腹桿為L140角鋼，在加工廠分兩段制作，工廠預拼裝，現場組裝。
    4.2.2桁架的安裝
    在現場制作平臺，組裝桁架，保證桁架的起拱度，桁架采用130噸汽車吊安裝，整體吊裝，見圖9。

    5、 結束語
    上海北大青鳥企業發展大廈工程整體設計富于動感，外觀氣派宏偉；設計者力求建造一個舒適、高品位的辦公、生活環境；結構形式新穎獨特，體現了現代鋼結構設計的先進理念。本工程鋼結構項目實施過程中得到了中國建筑金屬結構協會和上海市金屬結構行業協會專家的指導和支持，確保項目順利實施。該項目已榮獲2006年中國建筑鋼結構“金獎”和2006年上海金屬結構建設工程“金鋼獎”特等獎。
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