空間異型雙曲鋼結構箱梁制作施工工法

1、空間異型雙曲鋼結構箱梁制作施工工法1、前言鋼結構素有“綠色建筑”之稱，近年來在我國建筑等行業(yè)中得到了快速發(fā)展，很多大型公共建筑的屋面、外立面都喜歡用鋼結構做成優(yōu)美、大氣、別具一格的造型，我公司承建的貴港文化藝術中心工程項目的群藝館、科技館及大劇院兩側都有大面積造型獨特的鋼結構流水表皮。為了體現(xiàn)“流水”造型，該鋼結構大量采用曲率多變的空間彎扭構件，其中較重要的箱梁因彎曲度及彎曲方向都不同，是個空間雙曲結構，施工時加工難度大要求精度高。本工法可以在施工現(xiàn)場對鋼板精準下料、制作和安裝，不僅施工速度快，加工后的波浪弧線光滑圓順滿足設計要求，同時還可節(jié)約成本縮短工期，具有一定的先進性，通過在群藝館、科技

2、館及大劇院三個單體工程中的應用取得了很好的效果，可以在類似的建筑中推廣應用。2、工法特點2.1本工法應用BIM進行三維建模，精確把握雙曲鋼梁各節(jié)點位置，為準確下料提供詳細數(shù)據，在保證質量的同時降低了材料的浪費，節(jié)省了成本。2.2本工法為空間異型鋼結構箱梁的制作施工，有效解決了雙曲鋼結構箱梁在下料及焊接精度不高等問題；箱梁在施工現(xiàn)場加工，有效解決了雙曲鋼結構箱梁在工廠制作不方便及運輸至現(xiàn)場難度大等問題。3、適用范圍本工法適用于大型箱型鋼結構柱和箱型鋼結構梁的制作施工，特別是采用雙向彎曲鋼結構等空間異型鋼結構形式的建筑。4、工藝原理4.1工藝原理利用BIM對雙曲鋼結構箱梁進行三維建模，通過建構件精

3、確放樣詳圖精確放樣下料，對于彎扭部分分段下料，用三輥卷板機卷制成型，用油壓機將鋼板端口整形卷圓。分段總裝時，翼板直接在臨時支承上進行整體配重壓模成形，用線錘吊線定位來控制精度。組裝過程用分段模擬復位、全站儀測量三維控制點進行尺寸檢驗。尺寸檢驗合格后進行主體整體焊接，進行焊接工作時，根據已經建好的各焊接部位三維模型詳圖焊接，過程由經驗豐富的焊接工程師指導，由經驗豐富的焊接工人施焊，保障構件加工的質量。4.2鋼結構箱梁基本構造：主要由蓋板、腹板、加勁隔板及側板等組成，見圖4-1。圖4-1 箱型梁5、施工工藝流程及操作要點5.1操作要點5.1.1、施工準備（1）施工前機械設備、材料進場，有關人員持證

4、到崗。由技術員組織有關人員進行培訓和交底，使操作人員充分掌握施工的具體做法和要點；并設置專職安全檢查人員進行監(jiān)督檢查。（2）清理現(xiàn)場，將有礙拼接的材料、雜物清除干凈，場地不得有積水。（3）按拼板任務單及領料單領取所需拼接的鋼板，根據排版圖對所領取的材質、厚度、尺寸、板數(shù)進行認真的核對。（4）吊運鋼板至拼接場地，為防止鋼板彎折變形，必須使用專用吊具。5.1.2、放樣鋼板下料切割、箱型鋼組合、各部件和零件的組裝，構件預拼件組裝都利用BIM繪圖軟件按照設計圖紙要求將構件按1：1建立三維模型。再由專業(yè)放樣工在加工面上和組裝大樣板上進行精確放樣。放樣時，按1:1在樣板臺上彈出大樣。當大樣尺寸過大時,可分

5、段彈出；對一些三角形的構件,如果只對其節(jié)點有要求,則可以縮小比例彈出,但必須注意其精度,放樣彈出的十字基準線,二線必須垂直,然后據此十字線逐一劃出其他各個點及線,并在節(jié)點旁注上尺寸,以備復查及檢驗。放樣后須經檢驗員檢驗，以確保零件、部件、構件加工的幾何尺寸，形位分差、角度、安裝接觸面等的準確無誤。5.1.3、劃線及號料：對尺寸較小的板、桿材在不必要數(shù)控切割的情況下，用人工參照對應的三維詳圖進行劃線、號料。劃線、號料人員應做到熟練制作樣板、樣桿，熟悉樣板、樣桿上標注的符號和文字含意，搞清號料數(shù)量。5.1.4、下料5.1.4.1鋼板下料（氣割）（1）通過BIM三維建模確定出成型后的彎扭板的各個控制

6、點，然后將彎扭板展開，通過各控制點定出鋼板的放樣定位圖，確定鋼板下料形狀。（2）切割前應用矯正機對鋼板或型材進行矯正；對焊接鋼板或型鋼進行檢驗和探傷，確認合格后才準切割。（3）待鋼板及小車的軌道放置好后，將小車沿切割線試走一遍，并隨時調整軌道的位置，確保割矩始終按切割線行走。（4）切割前，先預熱鋼板邊緣12分鐘，鋼板預熱處呈紅色，打開切割氧閥門，按下行走按鈕，開始氣割。（5）氣割過程中，應隨時觀察割矩的火焰是否正常，切割速度是否合適，切割縫是否漏氣，切割走向是否按切割線行進，并作隨時調整。（6）切割完成后按公司內控標準檢驗切割面、幾何尺寸、形狀公差、切口截面等，檢驗合格后作上合格標識，寫上工程

7、名稱、數(shù)量、下料尺寸等并分類堆放在一起。5.1.4.2其它零件下料一般情況下，鋼結構其他零件均應使用余料按設計圖紙、制作清單或拼接圖進行劃線下料。對于能在剪切機上下料的零件則在剪切機上下料；無法在剪切機上下料的，則采用半自動切割機或手工切割的方法進行下料并作好標識。下料后的零件必須進行校平或校直。5.1.5、彎扭板加工本工程彎扭板加工采用“三輥卷板機卷制成形為主，局部配以油壓機整形”的加工方案。鋼板主要由三輥卷板機卷制成形，由于卷板機輥軸直徑較大，鋼板端頭無法卷圓，因此端頭采用油壓機壓制。本工法主要通過外協(xié)加工對鋼板進行卷圓加工。5.1.6、雙曲箱梁組裝及焊接：雙曲箱梁的組裝在專用拼裝鋼板上組

8、裝，采用臥拼組裝的方式進行。焊接方法主要采取埋弧焊及CO2氣體保護對稱施焊。（1）將開好坡口的翼板放置于鋼板平臺上；（2）根據圖紙要求，選取整齊的一端劃出封頭板的基準線，以封頭板位置線為基準線劃出內隔板、工藝隔板的位置線；（3）將封頭板、內隔板、工藝隔板按相應位置線垂直放置于翼板上，并將封頭板、工藝隔板臨時點固；如設計沒有布置內隔板處，一般相隔25003000mm加入一塊工藝隔板；圖5-7BIM模擬封頭板及內隔板放置固定（4）用卷尺檢測內隔板、工藝隔板、封頭板的間距；用角尺檢測封頭板、內隔板、工藝隔板的垂直度，待確定各個尺寸都合格后進行點固焊；（5）將兩腹板放在內隔板兩側，并用夾具固定，調節(jié)好

9、位置及尺寸并進行點固焊接；當內隔板與腹板間隙大于3mm，要將隔板取下堆焊返工或更換；（6）內隔板襯條面一般統(tǒng)一高出腹板面23mm；（7）在腹板上引出內隔板與封頭板的位置線，并在封頭板位置線上敲上樣沖（打一個點）；（8）內隔板與翼腹板進行焊接，焊接時按下列參數(shù)進行焊接：I=200240A，U=2832V，V=2035cm/min；（9）對設計要求探傷的焊縫進行探傷；（10）在全熔透區(qū)域裝焊襯條，要求襯條一面與內隔板襯條面平齊；（11）蓋板：將上翼板吊至U型柱上，并從基準端開始，向另一端點固上翼板與腹板的連接縫，特別是隔板處應壓緊上翼板后，再點固；（12）蓋板后進行自檢，檢驗其截面尺寸、構件長度、

10、坡口間隙等是否符合要求，確認合格后報檢驗員檢驗，檢驗員檢驗合格后進行蓋板焊接。5.1.6.1焊縫超聲波探傷超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一端截面進入另一端截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法。當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波來，在熒光屏上形成脈沖波形，根據這些脈沖波形來判斷焊縫缺陷位置和大小。根據焊縫缺陷位置及大小來判斷是否影響結構的質量，不影響結構質量為合格焊縫，否則不合格。5.1.7 、平直及矯正（1）鋼材和型鋼通過機械平直后鋼材表面不得有凹痕和其它損傷，深度不得大于0.5mm。（2）鋼材、型鋼用火焰矯正時，矯

11、直、矯平的材料必須通過自然狀態(tài)冷卻，不可強制冷卻。（3）火焰矯正前要預先了解結構材質及其特點，以確定能否使用火焰矯正，并根據不同材質正確掌握矯正過程中的溫度，避免因火焰矯正而導致材料機械性能的嚴重下降。（4）分析結構的變形情況，考慮加熱方式，加熱位置和矯正步驟，選擇最佳的矯正方案。（5）火焰矯正溫度應控制在900度內。（6）彎曲成形的零件應采用弧形樣板檢查。當零件弦長小于或等于1500mm時，樣板弦長不應小于零件弦長的2/3；零件弦長大于1500mm時，樣板弦長不應小于1500mm。成形部位與樣板的間隙不得大于2.0mm。（7）矯正好構件必須按規(guī)格編號分類，不能混放。5.1.8 、鉆孔（1）用

12、模板打孔構件首先校對模板的孔徑、編號、行距與要求相符合方可打孔。（2）模板中心線必須對準構件中心線，并用軋緊器軋緊。（3）螺栓孔的分組應符合下列規(guī)定：1）在節(jié)點中連接板情形一根桿件相連的所有螺栓孔為一組；2）對接接頭在拼接板一側的螺栓孔為一組；3）在兩相鄰節(jié)點或接頭間的螺栓孔為一組，但不包括上述兩款所規(guī)定的螺栓孔；4）受彎構件翼緣上的連續(xù)螺栓孔，每米長度范圍內的螺栓孔為一組。5.1.9、摩擦面處理（1）高強度螺栓摩擦面處理后的抗滑移系數(shù)值應符合設計的要求；（2）采用砂輪打磨處理摩擦面時，打磨范圍不應小于螺栓孔徑的4倍，打磨方向與構件受力方面垂直；（3）處理好的摩擦面，應作抗滑移系數(shù)試驗，最小值

13、應符合設計的要求。（4）處理好的摩擦面，不得有飛邊、毛刺、焊疤或污損等。5.1.10 、涂裝（1）除銹采用噴丸，除銹等級達到Sa2級。經表面處理的鋼結構應清潔無灰塵，46小時內應上底漆，防止腐蝕。濕度大于80%時，嚴禁噴丸。（2）當鋼材表面溫度低于露點以上3度時，相對濕度大于85%，不得油漆，露天作業(yè)涂覆時，出現(xiàn)雨、霜或環(huán)境溫度在5度以下時，均應停止作業(yè)，涂后四小時內嚴防雨淋。（3）高強螺栓連接的摩擦面、埋入砼內的鋼結構表面，密封的內表面等部位不涂漆。（4）各種涂料必需具備產品合格證書和混合材料的配料說明書。因存放過久，超過使用期限的涂料，應取樣進行質量檢測，檢測項目按產品標準的規(guī)定或設計部門

14、要求。（5）涂料色澤按設計要求，涂料調制應攪拌均勻，防止沉淀，影響色澤。當天使用的涂料當天配置。（6）不得隨意添加稀釋劑，當粘度過大不便涂刷時，可適量加入，但不得超過5%。（7）目測涂裝質量應均勻、細致，無明顯色差，無流掛、失光、起皺、針孔、氣泡、裂紋、脫落、臟物粘附、漏涂等，必須附著良好。（8）損傷涂膜應根據損傷的情況，砂、磨、鏟后重新按層涂刷。（9）最短涂裝間隔8小時以上。6、效益分析6.1 經濟效益在貴港市文化藝術中心建設項目中，流水表皮為空間異型曲面，桿件多為雙曲箱型桿件，且節(jié)點全部為相貫面焊接，加工精度要求高；鋼板厚度薄，加工時變形控制難度大。應用空間異型雙曲鋼結構箱梁制作施工工法不

15、僅縮短制作工期，在現(xiàn)場施工過程中產生的余料用了生產其他零件，節(jié)省了大量原材料及人工費，最終使造價成本得到很大程度的降低，給施工帶來顯著的經濟效益。經濟效益分析（以流水表皮及大劇院工程共300T計算）：1）在該項目施工中，節(jié)省材料費約2500（11+10）=52500元。2）在該項目施工中，節(jié)省運輸費220（150+150）=66000元。3）在該項目施工中，大約節(jié)約800工日，節(jié)省人工費800220=176000元。其中流水表皮工程500工日（下料節(jié)省300工日，焊接節(jié)省150工日，其他工作節(jié)約50工日。）；大劇院工程300工日（下料節(jié)省200工日，焊接節(jié)省80工日，其他工作節(jié)約20工日。）。4）節(jié)約費用合計： 52500+66000+176000=294500元6.2 社會效益使用本工法可以降低材料損耗、節(jié)能減排，達到環(huán)保綠色施工要求，有利于文明施工。本工法的編制、推廣和應用，符合國家節(jié)能、環(huán)保的建筑發(fā)展方向要求，對行業(yè)的類似工程形成良好帶動效果。雙向彎曲鋼結構箱梁的現(xiàn)場制作過程及質量獲得了監(jiān)理單位、建設單位的一致好評，對外展示了工程建設新形象，提高公司創(chuàng)新能力，更提高公司的市場競爭力。7、應用實例某文化藝術中心建設項目位于*市迎賓大道與荷城路交匯處東南角?？偨ㄖ娣e為115324。建設內容包括：科技館、群眾藝