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            網架鋼結構,給建筑安上“翅膀”!

            網架鋼結構,給建筑安上“翅膀”!

             

            工程背景

            長沙黃花綜合保稅區位于湖南省長沙市黃花機場附近。北卡口為其“門戶”工程,造型似“飛機”。上部主要采用單層網殼結構形式,網殼形狀為雙曲拱形,連接節點為相貫焊接節點。上部網殼“兩翼”搭設在下部兩側箱型墩柱上,截面形式為400*16,網殼“中部”設置為觀光鋼平臺,觀光鋼平臺下部設置旋轉鋼樓梯。北卡口高度約14m,鋼網殼主要截面形式為Φ400*20、Φ273*16、Φ159*10、Φ102*7;材質均為Q345B。

             

            效果圖

             

            結構三維圖

             

            現場總成圖

            北卡口造型復雜并要求一個月內完成主體結構施工,工期壓力大;結構形式為雙曲拱形網殼結構,國內罕見,部分桿件須雙向彎曲,加工難度大;網殼采用相貫線焊接節點,對施工要求精度高,現場安裝難度大。

            網殼結構一般采用高空散裝法、分條或分塊安裝法、滑移法、整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法、折疊展開式整體提升法?紤]到現場實際情況,北卡口網殼只能采用高空散裝法或者分塊吊裝法。

            高空散裝法:能夠提供較廣的作業面、單根桿件精度調節方便、起重設備選用型號較小;但是需要搭設滿堂支撐架、高空對接焊多、焊接變形難控制、且工期難以保障。

             

            分塊吊裝法:高空作業較少、地面上焊接變形容易控制、工期可以得到保障;但是拼裝時精度要求高、起重設備選型較大、分塊吊裝時高空定位難度較大。

            綜合考慮到工期、成本及精度控制等因素,采用分塊吊裝法進行北卡口施工最為合適。整體施工思路為先吊裝兩側箱型墩柱,然后分塊吊裝上部網殼結構,之后吊裝中部“觀光平臺”。

            網殼分塊及支撐胎架布置

            網殼分塊

            根據北卡口的獨特形式,現將其上部網殼分為七塊進行吊裝。塊與塊之間吊裝完成后立即進行之間的補缺桿件吊裝。

             

            支撐胎架布置

            根據現場實際情況,在各塊交接處布置如下圖所示的8個支撐胎架與兩側箱型墩柱組成施工支撐體系。經計算,支撐胎架四周立桿為Ф102*8的無縫鋼管,立桿間聯系桿件為Ф80*6的無縫鋼管,上部采用18號工字鋼制作支撐平臺。支撐平臺段也作為支撐胎架標高調節段。

             

            現場施工技術

            材料進場

             

            構件進場驗收

            北卡口結構形式獨特,為雙曲拱形鋼網殼結構,節點形式為相貫節點。工廠構件加工采用冷彎弧技術和相貫線切割技術,構件的加工精度直接影響了現場的安裝質量。故北卡口構件工廠加工階段,項目部安排專人進行駐廠,所有構件出廠時均經檢驗合格。進場時現場按照一定比例進行進場驗收。構件進場驗收時重點關注構件的尺寸大小、漆膜厚度、相貫線切割精度、彎曲精度(矢高)。構件進場后,按編號進行分類碼放,并注意成品保護。

            地面拼裝

            地面拼裝是整個網殼結構施工過程中,質量控制最方便的一道關鍵性工序。本工程采用原位拼裝方法,地面拼裝流程簡述如下:

            (1)測量放線

            根據圖紙進行坐標換算得出每個分塊網殼的水平投影坐標,之后利用全站儀放出各個節點的具體位置,要求偏差不小于1mm,并在地面上做好十字形標記,最外側可稍微外放預留焊接收縮余量。此外,為了避免儀器系統誤差,要求每次放線時室外氣候和溫度基本相同,且每個分塊網殼放線作業必須一次成型,不允許在轉換不同測站后重新放線。

            (2)拼裝胎架搭設

            根據全站儀放出的各個分塊網殼的水平投影位置,在其上部搭設各個分塊網殼的拼裝胎架,拼裝胎架采用20a工字鋼制作成倒T型拼裝胎架。然后根據坐標換算后的各個節點的標高,在拼裝胎架上部焊接支撐牛腿,并采用L50*5的角鋼進行拼裝胎架加固,防止拼裝胎架傾覆。拼裝胎架支撐牛腿標高的控制是決定分塊網殼各桿件相對位置的關鍵性因素,在拼裝胎架全部搭設完成必須進行整體復核驗收。

             

             

            測量放線

            拼裝胎架搭設

            (3)桿件拼裝

            根據深化圖紙和拼裝胎架搭設的位置,配合線錘進行桿件的拼裝,先拼裝主桿件、后拼裝次桿件,節點的中心偏差不大于2mm。待主桿件拼裝定位完成后,立即用馬板將桿件和拼裝胎架進行固定,確保緊固后方可進行下一根主桿件拼裝。然后,采用鋼卷尺在主桿件上標記出次桿件安裝位置,并配合線錘、水準儀進行平面位置和標高調整;調整完成之后將次桿件與主桿件進行點焊固定。

            (4)相貫線焊接

            待每個分塊網殼拼裝完成后,并經復查尺寸、坡口等情況合格后,即可進行相貫線焊接工序。焊接順序為先焊接變形較大的桿件、后焊接變形較小的桿件,先焊中間再焊兩邊,先焊焊縫小的部位再焊焊縫多的部位,先焊受力大的桿件再焊受力小的桿件,先焊受拉桿件再焊受壓桿件,先焊大管徑桿件再焊小管徑桿件。對于主桿件對接焊,采用雙人對稱焊接。


             


             

            桿件拼裝

            相貫線焊接

            (5)焊縫檢測

            焊接完成24小時后,進行焊縫超聲波探傷,檢測焊縫內部質量。并采用焊縫量規檢測相貫線焊縫趾部、根部的焊腳尺寸。正式吊裝前,各個分塊網殼的焊縫質量均檢驗合格。


             

             

            焊縫檢測

            構件吊裝

            構件吊裝

            首先,將北卡口兩側墩柱及之間平臺鋼梁安裝完成。之后,采用全站儀放出支撐胎架搭設位置并安放支撐胎架。支撐胎架采用纜風繩進行固定,標高同分塊網殼支撐節點位置圓管最低點標高。

            采用220t汽車吊進行各分塊網殼吊裝。正式就位后,采用全站儀進行觀測,采用千斤頂進行坐標細微調整,先平面位置后標高。平面位置調整后,立即在兩側焊接馬板固定;標高調整后,在下部加設調節鐵塊。各分塊網殼吊裝順序為:第1、2塊→第3塊→第4、5塊→第6、7塊,每個分塊網殼吊裝完成后立即采用25t汽車吊進行分塊網殼之間桿件的補缺吊裝。各分塊網殼之間定位完成之后,必須待主桿件焊接完成,次桿件打底焊接完成后方可松構。

            支撐架卸載

            正式卸載前,進行網殼卸載前標高實測。

            支撐胎架卸載采用分級同步卸載,采用割刀切割分塊網殼下部調節鐵塊,一次性切割量為1-2cm。每個支撐胎架上調節鐵塊切削完成后方可進行下一次切削,F場過程中出現任何異常情況,必須立即停止卸載,待查明情況后再進行卸載。

            卸載完成后,立即進行網殼成型標高復測。確定最終下撓程度。

            仿真模擬

            支撐胎架仿真分析

            支撐胎架按集中荷載200KN進行考慮,模擬后,由應力云圖得到支撐胎架加載后最大應力為70.85MPa,小于Q235B鋼材屈服強度;最大應力比為0.3;最大位移量3.65mm。滿足規范和設計要求。

             

             

             

            加載示意

            應力云圖

            位移云圖

            網殼卸載仿真分析

            網殼正式卸載前采用有限元進行仿真分析,模擬支撐胎架卸載工況,計算出理論下撓值。由應力云圖可得知,卸載后最大應力為108.78MPa,小于Q345B鋼材屈服強度,最大應力比為0.32,滿足要求。最大下撓位置位于“飛機兩翼”中部,大小為25mm。

             

            應力云圖

             

            位移云圖

            網殼分塊及支撐胎架布置

            北卡口工程經過科學嚴謹的組織施工,最終25天內完成了主體結構施工作業,提前了5天完成了業主的要求;焊縫質量控制得當,一次性合格率達到了98%以上;卸載后兩翼中部下撓最大值為23mm,與計算值25mm基本相同,也滿足規范和設計要求;且整個施工過程中未發生任何安全事故。

            通過長沙黃花綜合保稅區北卡口雙曲拱形單層鋼管網殼結構施工方法的闡述,為類似的雙曲拱形單層鋼管網殼結構施工提供了一定的經驗。特別是對于工期要求十分緊張的雙曲拱形相貫節點單層鋼管網殼結構施工,提供了工程實例依據。



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