北京體育館大跨度桁架空中對接施工技術(shù)總結(jié)

連接體大跨度桁架空中對接施工技術(shù)1工程概況連接體是連接資格賽館與決賽館之間的觀眾集散廣場，東西長60米，南北進(jìn)深38.9米，面積達(dá)2334平方米，能容納近萬人，是目前北京最大的室外有頂無柱空間廣場，是奧運比賽期間的觀眾集散廣場。連接體鋼結(jié)構(gòu)部分是由5榀鋼桁架、次梁及C型鍍鋅檁條構(gòu)成。單榀桁架自重約30噸，跨度59.750米的倒三角型管桁架，一端支承于資格賽館柱頂并懸挑7.5米,上弦寬度為1.84米、高度2.1米（1-37軸）；另一端支承于決賽館梁頂,室外地面至檐口高度為21.5米，上弦寬度2.3米、高度2.6米（2-1軸）。詳見下圖主要材料：兩根上弦主桿由Φ325×10、Φ325×14、Φ325×16無縫鋼管對接而成，中間水平腹桿由Φ89×3、Φ70×3無縫鋼管組成；一根下弦主桿由Φ402×14、Φ402×16無縫鋼管對接而成，中間腹桿由Φ146×10、Φ133×8、Φ121×6無縫鋼管組成。桁架鋼管均采用軋制無縫鋼管(材質(zhì)為Q345B級鋼、20#)，除注明外鋼板和型鋼均采用Q235B鋼。2安裝施工控制點(1)根據(jù)施工需要及材料限制，需對節(jié)點進(jìn)行合理的深化設(shè)計；(2)連接體鋼管桁架跨度大，總長為67.250米又是倒三角型變截面鋼管桁架，桁架僅一點與支座連接，高空臨時固定難，連接處焊縫質(zhì)量控制難，是整個工程控制的關(guān)鍵。3施工前控制3.1鋼材原材料論證對連接體鋼管伸長率的市場材料不能滿足設(shè)計20%的要求，經(jīng)專家論證，針對現(xiàn)場鋼材具體所使用的部位、及桿件受力情況分析，采用相應(yīng)材質(zhì)的無縫鋼管代替，并對桁架鋼管壁厚市場無法滿足設(shè)計要求進(jìn)行了調(diào)整。3.2廠內(nèi)加工、制作質(zhì)量控制要求，(1)半成品本工程加工廠家在杭州，“2008”工程指揮部要求鋼結(jié)構(gòu)原材料取樣復(fù)試率為100%見證，加工、制作、焊接質(zhì)量全過程嚴(yán)格按規(guī)范要求執(zhí)行，無損檢測量應(yīng)大于規(guī)范要求，鋼材半成品出場時資料齊全，為滿足以上要求必須派專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)檢人員和監(jiān)理質(zhì)檢人員住廠監(jiān)督。(2)住廠監(jiān)督員主要任務(wù)是負(fù)責(zé)所有進(jìn)場原材料取樣、封樣運到北京金冶檢測中心復(fù)試，同時金冶檢測中心也派專業(yè)人員住廠與施工方、監(jiān)理，負(fù)責(zé)所有在現(xiàn)場加工制作過程中無損檢測抽樣工作。(3)為把好奧運工程質(zhì)量關(guān)，施工方與監(jiān)理、冶金院共同針對射擊館工程鋼結(jié)構(gòu)原材料情況，制定了原材料取樣見證試驗計劃，對鋼結(jié)構(gòu)成品、半成品焊縫制定了無損檢測方案，連接體鋼結(jié)構(gòu)一級焊縫、二級焊縫的第三方超聲波探傷檢查。由三方住廠監(jiān)督員監(jiān)督實施。(4)檢測內(nèi)容：檢測內(nèi)容包括一級熔透焊縫和二級熔透焊縫檢測比例：經(jīng)監(jiān)督總站、監(jiān)理、業(yè)主、施工方研究,根據(jù)奧運08指揮部辦公室精神及參照其它奧運場館工程決定，工廠制作焊縫檢測比例為5%；現(xiàn)場組裝焊縫檢測比例為10%。第三方檢測均在自檢合格的基礎(chǔ)上進(jìn)行，檢測位置由監(jiān)理指定。3.3連接體方案專家論證本工程連接體鋼桁架安裝方案經(jīng)專家論證后確定為：吊裝時考慮撓度變形及結(jié)構(gòu)剛度問題，采用分兩段吊裝，中間采用搭設(shè)塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為臨時支點的施工方法。其中3-E軸桁架（北面第一榀）正下方5.5米標(biāo)高處，連廊已經(jīng)施工完畢，采用雙機抬吊，中間搭設(shè)鋼管操作架用于人員焊接操作，待鋼結(jié)構(gòu)焊接完畢全部可以受力后再松勾的方案施工。3.4施工前的深化設(shè)計深化設(shè)計的內(nèi)容主要有：結(jié)構(gòu)深化設(shè)計、加工圖設(shè)計、節(jié)點設(shè)計(1)加工圖設(shè)計主要是：材料清單、下料圖表、零件加工詳圖、鋼管桁架分段詳圖、構(gòu)件組裝圖等的加工圖設(shè)計相關(guān)資料。確保設(shè)計的先進(jìn)性、安全性、經(jīng)濟性、工藝性、質(zhì)量控制能力等。(2)節(jié)點設(shè)計包括桿件相貫面設(shè)計、支座設(shè)計等，本工程將連接體屋面桁架弦桿彎折處進(jìn)行了優(yōu)化，將原來直接彎折設(shè)計方法改為焊接方法，將支座處進(jìn)行了保溫加固處理，確保節(jié)點設(shè)計的工藝性、安全性、和制作加工、安裝的方便，主要拼裝節(jié)點細(xì)化設(shè)計方案須經(jīng)焊接工藝試驗，模型試驗，驗證節(jié)點的強度滿足設(shè)計要求，并通過工藝試驗評定，確定焊接工藝參數(shù)，手工焊第一層打底焊條J506直徑3.2mm、電流（Ａ）70—110、電壓（Ｖ）18—22、焊接速度5—15cm/min，第二層以上焊條為J506直徑4.0mm、焊接電流（Ａ）120—160、電壓（Ｖ）20—24、焊接速度5—15cm/min。(3)所有二次深化設(shè)計必須經(jīng)監(jiān)理、設(shè)計單位、認(rèn)可后才能用于生產(chǎn)制作。4施工過程控制4.1安裝方案的選擇(1)為了滿足設(shè)計對桁架撓度及結(jié)構(gòu)剛度的要求，本工程桁架吊裝分兩段進(jìn)行，中間利用塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支撐對接。分段示意圖如下：桁架分段示意圖(2)本工程鋼桁架結(jié)構(gòu)采用工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝，運至工地后，在連接體內(nèi)地面拼裝，70T汽車吊配合分段安裝，利用JL150型塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)在中部對接位置設(shè)置臨時支撐。(3)桁架安裝前，由1-37軸向2-1軸方向下弦第五個節(jié)點位置搭設(shè)臨時支撐，臨時支撐采用JL150型塔吊基礎(chǔ)節(jié)、底盤、壓重（四塊約20噸）及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（四節(jié)）組成。（見桁架安裝平面布置圖）(4)3-E軸桁架因正下方5.5米標(biāo)高處，建有連接資格賽館與決賽館混凝土連廊寬6米，而砼連廊無法承受來自塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及桁架的重量，此榀桁架采用雙機分段吊裝，空中對接后吊車不松鉤直接焊接，并設(shè)4.5m×6.0m腳手架操作平臺，滿足焊工操作，桁架對接焊縫及腹桿焊接完成并自然冷卻后，桁架兩側(cè)纜風(fēng)繩設(shè)置到位，吊機方可松鉤。4.2桁架吊裝工況分析及機械選擇連接體鋼結(jié)構(gòu)共5榀桁架，單榀桁架自重約30噸，東西長67.25米的倒三角型管桁架，一端支承于資格賽館柱頂并懸挑7.5米,上弦寬度為1.84米、高度2.1米（1-37軸）；另一端支承于決賽館梁頂,室外地面至檐口高度為21.5米，上弦寬度2.3米、高度2.6米（2-1軸）。考慮3－E軸桁架吊機空中滯留時間長，并綜合考慮安裝高度，在選擇吊機時主要考慮吊機的起吊性能、起吊重量和起吊高度。3－E軸桁架吊裝選用QY70K汽車起重機,其它桁架吊裝選用QY50A汽車起重機。4.3桁架安裝拼接過程控制安裝順序安裝由北向南逐漸安裝，分段安裝先安裝靠資格賽館第一段，再安裝靠決賽館第二段，見桁架安裝平面圖安裝順序：定位放線（桁架位置）→支座處鋼板與支座預(yù)埋件焊接→支座處橡膠墊→安裝桁架支座架→吊裝第一段桁架（靠資格賽館方向）→定位校正合格→桁架與支座（資格賽館處）接焊→桁架上懸兩側(cè)拉纜風(fēng)繩臨時固定→吊裝第二段（決賽館方向）桁架→桁架端部加支架→同上資格賽館桁架安裝程序。具體安裝步驟和方法連接體鋼管桁架總長為67.250米,為倒三角型變截面鋼管桁架，支座底板與埋件之間還設(shè)有橡膠墊，桁架與支座的連接又靠螺栓連接，支座形式不利于安裝結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，高空臨時固定性能差，具體支座詳圖如下：(1)施工步驟一先安裝3－E軸，在桁架對接處搭設(shè)腳手架，腳手架桁架上弦處設(shè)千斤頂，便于桁架的安裝，桁架的吊裝采用雙機分段吊裝。吊裝工作開始前，吊機應(yīng)進(jìn)行試運轉(zhuǎn)，桁架吊裝前應(yīng)進(jìn)行試吊，才可進(jìn)行正式吊裝。桁架就位后臨時固定前，應(yīng)檢查連接牢固和穩(wěn)定情況，校正桁架位置正確和桁架安全可靠時，將起升卷筒制動鎖住，吊車不松勾。桁架安裝過程中，為了確保桁架對接及起拱高度，采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行吊裝全過程監(jiān)控。在保證對接成功并滿足設(shè)計起拱高度120mm時，利用臨時支撐設(shè)置千斤頂固定桁架。此時，配合吊裝的汽車吊仍處在工作狀態(tài)。待弦桿的對接焊縫及中部腹桿安裝完成，并自然冷卻后，桁架兩側(cè)纜風(fēng)繩設(shè)置到位牢固穩(wěn)定后，吊機方可松鉤。焊接工作完成24小時后，對焊縫進(jìn)行無損超聲波探傷檢測。檢測合格即可松動千斤頂，并對桁架起拱高度進(jìn)行復(fù)測，均符合設(shè)計及規(guī)范要求。上圖為連接體第一品桁架安裝。(2)施工步驟二3-D軸桁架位置中間承重胎架搭設(shè)，承重胎架采用塔吊的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，承重胎架四周搭設(shè)腳手架操作平臺。(3)施工步驟三進(jìn)行3-D軸桁架的分段桁架的吊裝。(4)施工步驟四對3-D軸分段桁架第一段就位校正，所有連接件焊接完畢，桁架支座與對接處下弦設(shè)有千斤頂，在桁架兩側(cè)纜風(fēng)繩，使第一段（靠資格館處）有一個穩(wěn)定的體系后，進(jìn)行3-D軸（靠決賽館一側(cè)）分段桁架第二段的吊裝，由于第二段倒三角型桁架截面大，就位后支座處先加設(shè)臨時支架，分段桁架一和分段桁架二在中間調(diào)節(jié)鋼架上進(jìn)行合攏對接。在對接處有塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)承重胎架，不用吊機長時間滯留。(5)施工步驟五第二榀桁架安裝校正合格后，盡快安裝連接兩榀桁架之間的垂直支撐以及系桿使兩榀桁架保持穩(wěn)定的體系。(6)施工步驟六進(jìn)行塔吊標(biāo)準(zhǔn)移位至3-C軸桁架中部下弦桿對接處。(7)施工步驟七采用相同方法，進(jìn)行3-C軸桁架安裝。(8)施工步驟八同樣方法進(jìn)行余下3-B、3-A軸桁架和各桁架之間垂直支撐的安裝。安裝過程技術(shù)措施(1)桁架組裝拼接采用胎架定位固定和調(diào)整，各節(jié)點和幾何尺寸采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、鋼卷尺控制，電焊采用手工電弧焊，嚴(yán)格按規(guī)定要求的工藝電焊和檢測。桁架設(shè)計起拱高度120mm，在拼裝過程必須嚴(yán)格控制。(2)桁架拼裝好，由吊機配合安裝調(diào)整就位后，再安裝固定支撐系統(tǒng)，使整榀桁架形成穩(wěn)定體系。桁架拼裝控制要點(1)拼裝前所有桿件、胎架及其配件必須經(jīng)檢驗合格后才能使用。拼接在專用胎架上進(jìn)行，上、下弦主桿應(yīng)可進(jìn)行上、下、左、右調(diào)節(jié)和固定。腹桿可在調(diào)整過程中逐步就位。調(diào)整時先用經(jīng)緯儀輔以鋼卷尺調(diào)整并固定平面投影坐標(biāo)位置，然后用水準(zhǔn)儀按坐標(biāo)高低控制調(diào)整各控制節(jié)點的高差，然后用劃線、定位模板、及相貫面確定節(jié)點位置，如此反復(fù)調(diào)整每個控制節(jié)點至準(zhǔn)確后，再進(jìn)行點焊固定，待點焊定位節(jié)點復(fù)核正確后即可正式施焊（調(diào)整節(jié)點坐標(biāo)時，應(yīng)考慮焊接變形的影響）。(2)桁架拼裝要點①由于本工程為相貫線焊接節(jié)點，所以各節(jié)點定位需支架胎架進(jìn)行固定和千斤頂調(diào)準(zhǔn)。②先布置下弦桿，然后進(jìn)行下弦桿初步就位，待腹桿與下弦桿調(diào)整準(zhǔn)確后進(jìn)行點焊就位。③點焊時應(yīng)注意按焊接工藝文件執(zhí)行，焊工必須按規(guī)定培訓(xùn)取證上崗，確保平焊、立焊、仰焊滿足規(guī)定要求。④嚴(yán)格控制焊接變形，確保焊接環(huán)境。（風(fēng)、雨、溫度、濕度等）4.4現(xiàn)場焊接施工組織焊接方法及焊接材料要求鋼管桁架組裝焊接采用手工電弧焊(相貫焊縫)，焊材對構(gòu)件焊接接頭的性能起著決定性的作用。焊材的選擇主要考慮焊接方法、焊接母材和焊接性能要求決定。根據(jù)工程焊接量大、要求高的特點，結(jié)構(gòu)焊接接點位置，現(xiàn)場焊接施工采用手工焊的焊接方法，焊接材料根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼材的材質(zhì)，按下表選擇：母材材質(zhì)手工焊20#、Q2355BE4303Q345BE5016結(jié)構(gòu)主要節(jié)點焊接技術(shù)方法(1)本工程桁架60多米長，采購的鋼管的長度一般均不足12M，所以本工程主次桁架桿件均需對接，桁架分段吊裝處鋼管也需對接，對接方式如下圖(2)對焊縫為熔透焊縫,焊縫質(zhì)量等級為一級，焊縫焊好24小時后進(jìn)行100%的超聲波無損探傷,評定等級二級。(3)弦管與腹管相貫焊縫為三級焊縫。(4)支座等加勁板、節(jié)點板的連接為貼角焊縫，焊縫質(zhì)量等級為三級。(5)鋼管的相貫面節(jié)點焊接，采用部分焊透的組合焊接。外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合二級。容許在內(nèi)側(cè)的2～3mm不焊透，但需在外側(cè)增加3mm角焊縫，根部設(shè)有剖口。焊縫由兩側(cè)的部分熔透焊縫過渡到角焊縫，焊縫尺寸為1.5倍支管壁厚。加勁板、節(jié)點板的連接為貼角焊縫，焊縫質(zhì)量等級為三級。結(jié)構(gòu)焊接順序要求焊接施工順序?qū)附幼冃渭昂负髿堄鄳?yīng)力有很大影響，在焊接時為盡量減少結(jié)構(gòu)焊接后的變形和焊后殘余應(yīng)力，結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)盡量實行對稱焊接，讓結(jié)構(gòu)受熱點在整個平面內(nèi)對稱、均勻分布，避免結(jié)構(gòu)因受熱不均勻而產(chǎn)生扭曲和較大焊后殘余應(yīng)力。(1)總體原則:任一平面(空間)安排雙數(shù)焊工進(jìn)行對稱施焊,為最大限度地避免焊接應(yīng)力導(dǎo)致構(gòu)件變形,應(yīng)先施焊完整個結(jié)構(gòu)節(jié)點的打底焊,再施焊整個結(jié)構(gòu)節(jié)點的填充焊,最后施焊節(jié)點的蓋面焊,使各層應(yīng)力有一個自由釋放的過程。具體先以結(jié)構(gòu)中部為始點，安排雙數(shù)焊工往兩端對稱對豎腹管進(jìn)行打底焊，再以結(jié)構(gòu)中部為始點安排雙數(shù)焊工往兩端焊接水平腹桿。施焊完打底焊后再重復(fù)以上順序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行填充焊，填充完成后重復(fù)以上順序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行蓋面焊。(2)在施焊前要求焊工先檢查胎架是否對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效定位，結(jié)構(gòu)兩端支座處臨時支架是否有牢固，并且做好防風(fēng)、抗雨、保溫等各項焊前準(zhǔn)備工作，在施焊過程中盡可能使用一種焊接方法進(jìn)行施焊，以減少焊接能量不同引起的附加焊接應(yīng)力?，F(xiàn)場焊接的技術(shù)措施(1)必要時現(xiàn)場將搭設(shè)臨時工棚和高空臨時防風(fēng)雨棚,以改善因風(fēng)、雨等自然環(huán)境所造成的影響。(2)提供必要的胎架、模具，選用適當(dāng)?shù)碾姾笝C、碳弧氣刨、穩(wěn)壓器及焊接輔助裝置如干燥箱、保溫筒、測溫儀、加熱設(shè)備等，確保焊接所需的裝備完整，能滿足質(zhì)量保證的需要，焊前焊條必須烘干處理。(3)桁架拼接電焊由胎架保證其幾何對中及接口穩(wěn)定，應(yīng)嚴(yán)禁雨天和環(huán)境不利于焊接質(zhì)量時施焊。(4)為了保證桁架幾何尺寸的正確，每榀桁架應(yīng)多人同時電焊，并每個接口應(yīng)二人同時對稱施焊，以減少焊接變形。4.5焊接施工準(zhǔn)備及要求焊接環(huán)境焊接場地環(huán)境必須要滿足以下條件：鋼板表面溫度≥0℃，相對濕度≤80%，風(fēng)速≤10M/S（手工電弧焊）。對焊工的要求因桁架系統(tǒng)在設(shè)計、構(gòu)造上有其特殊性，在施工前的技術(shù)難點的控制中已對桁架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的現(xiàn)場拼接接點進(jìn)行細(xì)化設(shè)計，并進(jìn)行焊接工藝評定試驗，現(xiàn)場對焊接工藝及節(jié)點構(gòu)造的可行性進(jìn)行驗證。驗證焊接接頭的強度滿足設(shè)計要求，確定焊接工藝參數(shù)，即焊接電流、電壓、焊接速度等一系列工藝參數(shù)，使焊工按照此參數(shù)進(jìn)行施焊，確保焊接的質(zhì)量。(1)施焊時應(yīng)嚴(yán)格控制線能量（≤45KJ/CM）和最高層間溫度（≤350℃）；(2)焊工應(yīng)按照工藝規(guī)程中所指定的焊接參數(shù)，焊接施焊方向，焊接順序等進(jìn)行施焊；應(yīng)嚴(yán)格按照施工圖紙上所規(guī)定的焊腳高度進(jìn)行焊接，對于桁架的焊縫施焊，原則上要求對稱同時進(jìn)行。(3)焊接