论安装焊接空心球节点网架施工技术工艺①

摘要:该焊接空心球节点网架安装施工技术工艺,采用了以框架为支撑结构,网架为屋面成承重结构。

关键词:焊接 空心球节点网架 施工方案 拼焊精度

1 工程概况

该工程总建筑面积8000㎡,由办公和车间两部门组成。其中车间平面尺寸为66×75m,建筑面积近5000㎡。采用了以框架为支撑结构,网架为屋面成承重结构,预应力钢筋砼槽板为覆盖结构的结构体系。四周框架柱距6m,中间框架柱距12m(仅个别除外)。屋面结构设计荷载为3.5KN/㎡,采用了三片彼此独立的焊接空心球节点网架。其中间跨是目前淄博市跨度比较大的网架,平面尺寸42×75m,上弦标高11.20m,矢高3.5m,净重150T,含钢量47.6kg/㎡。网架采用了两向正交正放四棱锥形式,网格3m×3m。网架上弦支撑于周边框架梁上,支座采用单向弧形压力支座;焊接空心球采用Φ350×14,共计740个,其中加肋球98个;钢管采用Φ60×3.5,Φ108×4.5,Φ133×6,Φ133×8,Φ168×8,Φ219×8,Φ219×10共七个型号;钢材采用Q235、A3型,焊条采用E43型。

2 施工方案的确定

中间跨属中等跨度网架,面积大,吨位重,其施工方案的优劣,将直接影响工程的质量、进度与成本控制。考虑到施工场地空旷平整,在现场上整体拼焊,可充分利用场地条件,减少二次搬运,减少高空作业,并且便于检测,有利于拼焊精度和焊接质量的控制。整体拼焊可能存在较大的焊接应力和焊接变形,但通过合理的施工工艺,是可以减少其影响的。同时考虑到分块(分条)吊装法须搭设满堂脚手架,滑移就位法须搭设12m高10m宽的操作平台并铺设临时导轨,高空对接又十分困难,因此我认为现场整体拼焊,整体吊装或提升是有利的。

3 网架拼焊及质量保证措施

3.1 减少焊接应力和焊接变形的措施

大面积网架的整体拼焊将不可避免地产生较大的焊接应力和焊接变形,为减少其影响,采取了如下措施:

(1)确定合理预留焊接收缩量。在手工电弧焊的情况下,焊接收缩量与组对间隙、构件规格、操作电流、焊接工艺等很多因素有关。组对间隙、杆件壁厚、操作电流愈大,焊接热量愈集中,焊接收缩量愈大。由于同时受到多个因素的影响,将预留收缩量规定为一个确定的数值是不合理的。根据以往经验和现场试验,我们将预留收缩量定为2～3mm,约计为杆长的1/1000,并要求依上述原则做小范围调整,以便使不同规格,不同部位的杆件焊接收缩的差异得以均衡。

(2)确定合理的拼焊顺序。拼焊顺序的确定主要考虑以下原则:①保证焊接变形均匀一致,使变形尽可能沿正交两向单向收缩,不致产生翘曲、扭转现象。②减少主要受力杆件(特别是下弦轴向拉杆)的收缩约束,尽量使其自由收缩,使附加焊接应力得以释放。③附加焊接应力反号原则,即对不可避免产生的焊接应力人为地使其与设计应力状态反号,变不利为有利。据此,我们确定了如下的拼焊顺序,我们称之为“轴向分条对称展开法”。

(3)使网架焊前反向预变形是减少焊接变形不利影响的另一有效途径。设计网架为一平板网架,经与设计部门协商,施工中确定网架起拱80mm,约为跨长的1/500,为网架设计允许挠度值1/250的一半。由于上弦杆中存在拉应力,四角部分约束减少,网架焊接完毕后,存在四角上翘现象。通过起拱,网架焊前反向预变形,使焊接变形得以削减。同时,网架的起拱亦可抵消一部分网架受荷后产生的挠度。

3.2 保证拼焊精度措施

网架的拼焊是利用原场地砌筑240×240×500砖垛,在砖垛上进行的。保证拼焊精度须首先保证砖垛的轴线和标高。另外是精确的杆件下料长度、合理的预留焊接收缩量、合理的拼焊顺序、合理的反向预变形措施,将减少焊接中的累积误差,有利于拼焊精度的控制。

3.3 保证焊接质量措施

对焊缝质量的控制重要的是对过程的控制而不是对结果的检验。对过程的控制在于及时地发现并纠正问题。因此我们对焊接质量进行了跟踪检查,对存在的问题及时返修,并找出原因,以便积累经验,避免问题再现。

4 网架的吊装

4.1 吊点的布置

吊点的布置一要考虑使网架吊装时受力状态尽量与设计接近,二要考虑使各吊点受力均衡。据此,我们在框架梁上分散设置10T手动葫芦20个,在网架纵横四分点处设4根起重能力为5T的轻型拔杆,总起重能力为20×10+4×5=220T,考虑动力影响及吊装不同步等因素乘以折减系数0.75,实际起重能力为220×0.75=165T×150T。四根拔杆的设置主要为了控制网架吊装的稳定性,增加吊装工作的安全度。

4.2 吊架的设置

由于吊点固定在框架上,需考虑减小其对支撑结构的不利影响。为此我们设计了一个“Ⅱ”形吊架,使其骑跨在框架上,并以钢丝绳与高低跨框架梁同时扎牢,以减小其对每个梁的扭矩。在吊架横梁的一个悬挑端悬挂手动葫芦,以减小吊索的倾斜角度,减小其水平分力,在另一悬挑端固定缆绳(缆绳以地锚固定于建筑物的东西两侧),用以平衡吊索的水平分力。这样框架的侧向弯矩就可大为减小。

4.3 网架的临时加固

虽然本方案与原受力状态较为接近,但沿长跨两边未设吊点,吊装过程中就需考虑其自重挠度变形对整个网架的影响,同时由于网架的刚度不均匀,其变形是不均匀的,在薄弱部位就会出现相邻球节点的相对转动使杆件出现“～”状变形。所以我们采取了简单的临时加固措施来增大四周边网格的刚度,以制约这种变形的出现与发展。

4.4 吊装的同步控制

吊装的同步控制,即保证各吊点同起同落是吊装中须解决的关键问题。各吊点的吊升差异将使网架产生附加应力,使吊装设备负荷不均,而个别吊点的超载失效将严重影响吊装的安全与稳定。由于本方案吊点多达24个,而且采用人工拉索,其同步控制是相当困难的。最理想的办法是用应力测定装置(如电阻应变仪)测定吊索的拉应力,经调整使其与理论计算值保持一致,但实际操作时难度较大。考虑到起吊前网架是水平的,吊升过程中的不同步将使吊索的拉力发生变化,网架将产生一定角度的倾斜。所以实际操作时,我们采用了控制网架的吊升行程(即竖向位移),观测网架的水平位移来判断吊装是否同步,我们称之为“等步间歇,观察纠偏法”。

需要说明的是,由于网架较重,其高空平移或转动会给支撑结构造成很不利的影响。因而从结构总体安全考虑,网架是安排在场地上原位拼装、重直吊升就位的,四周网格全部余留高空拼焊。这样支承球标高就不可能精确地预先测定,支座调整只能安排在网架高空到位,边网格补焊完成后进行,这无疑加长了网架的空中等待时间。因此边网格补焊与支座调整须综合考虑,精心安排,以使网架尽早就位。

参考文献

[1]张欣天.《工程施工项目质量管理》丛书(中国标准出版社).

[2]刘昭如.《房屋建筑与结构》丛书(同济大学出版社).

①刘祥(1957年3月),男,大学本科,工程师,研究方向:建筑工程技术;工作单位:淄博职业学院。