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[摘要] 烟台新建潮水机场航站楼为钢筋混凝土框架加大跨度双曲面空间结构,悬挑跨度大,结构形式复杂,技术要求高,而且屋面钢梁又采用了非常罕见的高大截面波形腹板H型钢梁和箱型钢梁,施工难度非常大。本文重点介绍了钢筋与钢骨柱连接技术、高大截面波形腹板钢梁的制作安装技术、悬挑结构变形控制技术的应用等施工工艺。
[关键词] 航站楼大跨度双曲面钢筋与钢骨柱连接高大截面波形腹板安装精度临时支撑
中图分类号: TU74文献标识码:A
0 前言
随着近年来国家加大对机场建设的投资力度,特别是着力发展中型干线机场,越来越多的二线城市迎来了机场建设的契机。机场作为一个地方对外展示的窗口,建设要求也越来越高,建筑造型不但要求新颖独特,展现时代气息,更要求体现地方特色,这就使机场航站楼的结构形式越来越复杂,技术要求越来越高,施工难度也越来越大。烟台新建潮水机场,就是众多新建中型机场工程的典型代表。
1 工程概况
烟台新建潮水机场,位于烟台蓬莱市潮水镇,为国内中型干线机场,是目前山东省第三大机场,航站楼工程总建筑面积约8万多㎡。航站楼地下一层,地上三层,最高点标高30.64米,构型采取横向指廊的布局方式,主楼和横向指廊通过连续舒缓的曲线逐渐收缩,使航站楼成为一个统一的整体。既满足功能需要,符合美观角度,又使造型更合理,更具视觉冲击力(如图1)。
图1烟台新建潮水机场航站楼鸟瞰效果图
2 结构概况
航站楼东西向总长549m,南北向总宽138m,地下一层,地上三层,结构主体是钢骨混凝土结构,上部屋盖是大跨度双曲面空间结构,最大跨度55.5米,最大悬挑长度26.6米。航站楼共分为三个区,A区和C区为指廊,B区为主楼。钢柱采用部分埋入式,最大截面为φ1400×50,单构件最大重量达20吨;主钢梁最大截面为H2600×1200×14×80,悬挑钢梁最大截面为H3500×700×10×60,主钢梁单跨构件最大重量达114.5吨,最大焊接板厚80mm,钢结构总用钢量约7000多吨。本工程中采用高大截面波纹形腹板钢梁,最大波距1.4米,为本工程的一大特色,是目前国内最大一次应用在机场类建筑上(如图2)。
图2 结构平面布置图
3 工程特点、难点
3.1 土建钢筋直径粗且密,钢与混凝土组合施工难度大
本工程采用了大量的劲性结构,并且大部分都是直径为φ550×25和φ650×30的钢管柱,钢柱直径与梁宽基本一致,大量的钢筋与钢骨相碰,需要做特殊處理。同时由于梁柱节点处钢筋较密,混凝土浇捣难度就很大,再加上有钢骨占了大量的空间,相邻混凝土梁与柱连接根部的间距又很小,导致施工质量的控制难上加难。
3.2高大波截面形腹板钢梁制作难度大
屋面钢梁均采用波形腹板钢梁,钢梁最大截面高度为3.5m,翼缘最大宽度1.2米,腹板厚度最厚14mm。对于如此大截面和厚板的波形腹板钢梁制作,如何保证钢板压波后的尺寸符合设计要求,如何保证薄腹板与厚翼缘板焊接后不变形,如何控制钢梁长度方向的焊后收缩等问题,都是本工程加工制作的难题。
3.3超大、超重高大截面波形腹板钢梁吊装难度大
B区主楼钢屋盖钢梁最大跨度达55.5m,重约114.5吨,而B区主楼纵向长235m,横向宽度138m,施工作业面大,钢结构安装又是在土建结构三层楼面以上进行,无法进行跨内吊装,一般的设备无法满足吊装要求。再加上工期特别紧张,吊装难度更是难上加难。
3.4大悬挑钢梁安装变形控制难度大。
B区主楼钢屋盖悬挑钢梁全部为变截面,最大截面为H3500×700×10×60~ H300×300×12×30,悬挑长度26.6米,悬挑梁共有27根,每根钢梁的标高各不一样,悬挑长度也各不一样,所有的钢梁端部连接成一圈弧形。如何控制好整个悬挑钢梁的安装尺寸,防止端部下挠超出设计标高值,保证整个弧形曲线的完美过渡,是本工程施工的一大难点。
4 安装整体思路
4.1 施工条件分析
钢结构施工从土建施工基础承台开始就必须开始配合埋设预埋螺栓和劲性结构安装,一直到8米楼面,劲性结构安装才结束,但是土建基坑开挖坡度大,又不能及时回填,给吊装带来了一定的难度。上部结构安装时,空侧登机桥与路侧高架桥都不能施工,出发层以下包括地下室部分支模架和模板拆除,大量的脚手管、扣件、模板和木方需要清退、整理,需要大量的场地,与钢结构施工场地占用率高正相矛盾。航站楼施工时,外围的机坪和配套交通枢纽工程施工都在开展,航站楼施工区被包围其中,施工场地十分有限。
4.2 安装整体思路
针对考虑本工程的结构状况,结合施工现场的实际情况,以及安全、质量、工期的目标要求,确定本工程钢柱采用分段安装的施工方案,屋面钢梁与节点采用分开制作、现场拼装的方法,采用大型履带吊在跨外吊装的方案,具体如下:
(1)钢柱分成三段制作,从基础承台标高到±0.000标高为第一节柱,±0.000标高开始到8米出发层标高为第二节柱,8米出发层楼面到屋面钢梁底部标高为第三段。8米出发层以下的钢骨采用80吨汽车吊进行吊装,结构内部的钢骨待土建基础回填完成后开行到结构内部进行吊装,结构边缘的钢骨则采用跨外吊装的方法。8米出发层以上钢柱则采用钢骨同样的吊装方法,结构内部的8根大钢柱则采用350吨履带吊进行跨外吊装。
(2)A、C区屋面钢梁采用工厂分段制作,现场拼装成吊装单元采用150吨履带吊进行跨外吊装。钢梁吊装就位后用缆风绳进行临时固定,并调整钢梁的侧向矢高,及时将钢梁之间的支撑进行安装焊接,保证钢梁的侧向稳定。
(3)B区屋面钢梁采用工厂分段制作,现场拼装成吊装单元采用350吨履带吊进行跨外吊装。先吊装东西方向的主钢梁,采用分段吊装、临时支撑架支撑的方法。每跨主钢梁焊接完成后,才安装次梁,次梁吊装就位后用缆风绳进行临时固定,并调整钢梁的侧向矢高,及时将次梁之间的支撑进行安装焊接,保证钢梁的侧向稳定。屋面天窗架采用地面拼装成单片用350吨履带吊进行吊装,局部补杆的方法。
5 关键施工技术
5.1 钢筋与钢骨连接技术
混凝土梁中钢筋直径较大,大部分达到32,甚至达到40,上下翼缘又采用了双排筋,钢筋数量非常多,采用常规的处理方法很难满足要求。根据钢筋的数量,按照等强计算的原则,钢筋与钢骨柱之间通过搭筋板进行连接,钢筋与搭筋板进行双面焊接,保证焊角尺寸和5d的焊接长度,钢板与钢骨柱采用全熔透焊接,柱内在搭筋板位置设置内加劲板。上排筋与下排筋的搭筋板采用上下错位的方法,保证钢筋与搭筋板只进行平焊缝焊接,降低施工难度。
相邻混凝土梁与混凝土柱连接根据的间距200mm不到,再加上此部位钢筋密,混凝土浇捣难度大,因此搭筋板不采用圆环板整圈与钢柱焊接,而是在根部位置在保证钢筋搭接焊缝长度的同时,将钢板做削尖处理,让相邻搭筋板之间保留四个孔洞,提高混凝土的浇捣质量,降低施工难度。
在搭筋板上设置柱主筋的穿筋孔,保证柱筋上下贯穿。
图3 钢筋与钢骨连接
5.2 高大截面波形腹板钢梁制作技术
本工程屋面为双曲结构,采用以折代曲,用折线拟合双曲面,在采用H型钢作为屋面构件时,就会在很多部位产生异形截面和部分翼缘板的折曲,技术难度较大。本工程采用的波形腹板H型钢梁和箱型钢梁,截面高度在2米以下的波形腹板钢梁采用波距为700mm的梯形波,波高100mm;截面高度在2米和2米以上的波形腹板钢梁采用波距为1400mm的梯形波,波高200mm。
(1)钢梁主要节点部位技术处理
1)钢梁折点部位技术处理
由于是以折代曲,钢梁翼缘板可以进行折弯,但是腹板无法实现折弯,这主要是受限于波形腹板在压制时只能压制直线板。因此在折点部位增设封头板,保证翼缘板是连续不断开的,将折点两端的腹板进行隔断,两端的腹板分别与封头板进行焊接,这样不但解决了波形板的压制问题,也解决了折点两端波形腹板过渡的问题。
2)钢梁侧向与钢支撑连接节点
将钢支撑都设置在钢梁的折点部位,在钢梁侧面设置一块20mm厚的竖向钢板,钢板与腹板平行,与上下翼缘板进行角焊缝连接,竖向与封头板组合成丁字型,与封头板进行熔透焊。钢支撑安装时就直接与这块侧面钢板进行焊接连接。为了方便钢支撑在安装时定位,在侧面钢板上设置水平定位钢板,定位钢板宽度20mm即可,与侧面钢板等宽。
3)主次连接节点
主次梁连接节点采用平腹板,不使用波形腹板,主要是考虑到一是节点部位连接板多,与波形腹板无法进行直接焊接,二是波形腹板板厚薄,焊接受力上不能满足要求。波形腹板与平腹板之间也采用封头板进行过渡,翼缘板始终保证连续。次梁端部腹板采用平钢板制孔与主梁采用安装螺栓连接,腹板与翼缘板采用全焊节点。
(2)制作工艺流程
深化建模出图→钢板进行计算机套割、排版→数控切割下料、开坡口→抛丸除锈前处理→波形腹板模压成型→波形腹板拼接焊接→钢梁组立→钢梁焊接→上标准钢平台整形→焊接成型中检→精磨、钻孔→工厂内预拼装→抛丸除锈→防腐油漆涂装→构件包装出厂。
(3)主要技术
1)运用计算机建模技术,对整个结构进行1:1的实体建模,然后根据实体模型自动生成加工图,提高构件加工尺寸的精确度。然后根据建模生成的构件尺寸,利用计算机准确计算出波形腹板展开后的下料尺寸,采用数控切割机对钢板进行下料。
2)超大波形腹板采用目前国内最先进的2800吨无牵制模压机组进行单波压制,压制完成后将单波拼焊成需要的长度尺寸,最后再将拼焊好的波形腹板重新放置到模压机上进行校正。无牵制模压机组在工作时,波谷部位先进行压制,波峰部位处于自由伸缩状态,在停滞1~2秒后,波峰部位再进行压制,这样在同一横断面上同时不超过两个受压牵制区,且模压时两侧钢板不受牵制,可自由伸缩,能较好的控制钢板成型,减小内应力。
3)一般的平腹板钢梁采用立式组立,但高大截面波形腹板钢梁只能采用卧式组立,波形腹板下部必须用工字钢垫平,水平高差不得超过2mm。翼缘板外侧设置槽钢角架,对翼缘板进行限位,另一侧槽钢角架与翼缘板之间保留千斤顶的距离,用来对翼缘板进行受力顶紧。波形腹板就位调整好后,对翼缘板和腹板都采用千斤顶顶紧,保证组装尺寸(如图4)。焊接前,对腹板和翼缘板焊接临时固定板,防止焊接变形。焊接完成后重新进行检查和校正,并消除焊接应力。
图4 波形腹板梁组立示意图
5.3 高大截面波形腹板钢梁安装技术
(1)波形腹板钢梁与节点分开制作,到现场拼装成吊装单元。现场拼装胎架用H型钢梁设置成拼装平台,拱形钢梁采用卧拼法,直线形钢梁采用立拼法。卧拼时采用全站仪坐标定位法进行尺寸控制,立拼时采用拉线法和标高测定法进行尺寸控制。
(2)钢梁构件分段的对接口采用两种形式,现场拼装采用U字型对接口,翼缘板与腹板错口200mm;吊装单元对接口采用Z字型对接口,上下翼缘板与腹板分别错口200mm。
(3)将55.5米跨度的超大、超重钢梁分成四段进行跨外吊装,最重的吊装单元约45吨,长度约20米,采用高空对接,下部用临时支撑架进行临时固定,待主次钢梁和侧向支撑安装、焊接完成后,对支撑架进行整体卸载和拆除,完成整个钢屋盖的吊装。
(4)根据吊车的吊装工况,合理的对构件进行分段,然后根据构件的重量和吊装作业半径的大小,选择采用350吨履带吊在跨外进行吊装,保证每一个吊装单元的重量都与吊车的起重能力在满足安全的前提下最大的接近,不浪费资源对个别作业半径特别大、重量特别重的构件采用超起工况进行吊装,尽量采用塔式不带超起工况吊装,提高施工效率。
(5)钢梁截面大,吊装时采用吊耳吊装,根据构件长度采用两点绑扎或者多点绑扎,一侧采用固定钢索,一侧采用手动葫芦进行空中姿态调节。多点绑扎法吊装时,采用定滑轮组、手动葫芦与吊索组合的形式进行吊装。每一次吊装前项目部和班组都必须吊具进行检查,并做好记录台帐。
(6)吊耳位置必須焊接在翼缘板宽度的中间位置,如果是1米以上的宽翼缘,必须焊接在翼缘板宽度两侧时,上下必须设置传力杆,将吊耳位置的上下翼缘连成整体。
5.4 悬挑结构变形控制技术
(1)采用MIDAS计算软件进行对整个结构受力进行计算机仿真分析(如图5),得出每根悬挑钢梁的预起拱值,最大为65mm,然后在工厂加工制作和现场安装时同时控制,采用全站仪进行坐标测量控制,提高安装精度。
(2)悬挑钢梁安装时,每根钢梁端部都采用临时支撑架进行支撑(如图6),让钢梁端部在自由状态下完成整个悬挑结构的安装。在支撑架顶部按起拱值的要求设置好起拱高度,并建立观测点,分初始、加载和卸载三个阶段进行观测。整个悬挑结构全部安装焊接完成后,根据计算机模拟的卸载步骤,逐一对结构进行卸载,让整个结构形成自受力的完整体系。
图5悬挑梁端部挠度值计算图6 安装临时支撑架
6 结束语
烟台新建潮水机场航站楼钢结构工程结构形式复杂,技术要求高,特别是高大波形腹板钢梁的应用是本工程的最大特色。通过对本工程的顺利实施,我们对机场类工程和应用高大截面波形腹板钢梁的工程积累了非常宝贵的施工经验,为以后的类似工程的实施打下了基础。
参考文献
[1] 北京钢铁设计研究总院,GB50017-2003 钢结构设计规范,北京:中国计划出版社,2003
[2] 中国钢结构协会,建筑钢结构施工手册,北京:中国计划出版社,2002
[3]中国电子工程设计院,04SG523型钢混凝土组合结构构造,北京:中国建筑标准研究院,2004
[4]中国工程建筑标准化协会,CECS291-2011波纹腹板钢结构技术规程,北京:中国计划出版社,2011
[关键词] 航站楼大跨度双曲面钢筋与钢骨柱连接高大截面波形腹板安装精度临时支撑
中图分类号: TU74文献标识码:A
0 前言
随着近年来国家加大对机场建设的投资力度,特别是着力发展中型干线机场,越来越多的二线城市迎来了机场建设的契机。机场作为一个地方对外展示的窗口,建设要求也越来越高,建筑造型不但要求新颖独特,展现时代气息,更要求体现地方特色,这就使机场航站楼的结构形式越来越复杂,技术要求越来越高,施工难度也越来越大。烟台新建潮水机场,就是众多新建中型机场工程的典型代表。
1 工程概况
烟台新建潮水机场,位于烟台蓬莱市潮水镇,为国内中型干线机场,是目前山东省第三大机场,航站楼工程总建筑面积约8万多㎡。航站楼地下一层,地上三层,最高点标高30.64米,构型采取横向指廊的布局方式,主楼和横向指廊通过连续舒缓的曲线逐渐收缩,使航站楼成为一个统一的整体。既满足功能需要,符合美观角度,又使造型更合理,更具视觉冲击力(如图1)。
图1烟台新建潮水机场航站楼鸟瞰效果图
2 结构概况
航站楼东西向总长549m,南北向总宽138m,地下一层,地上三层,结构主体是钢骨混凝土结构,上部屋盖是大跨度双曲面空间结构,最大跨度55.5米,最大悬挑长度26.6米。航站楼共分为三个区,A区和C区为指廊,B区为主楼。钢柱采用部分埋入式,最大截面为φ1400×50,单构件最大重量达20吨;主钢梁最大截面为H2600×1200×14×80,悬挑钢梁最大截面为H3500×700×10×60,主钢梁单跨构件最大重量达114.5吨,最大焊接板厚80mm,钢结构总用钢量约7000多吨。本工程中采用高大截面波纹形腹板钢梁,最大波距1.4米,为本工程的一大特色,是目前国内最大一次应用在机场类建筑上(如图2)。
图2 结构平面布置图
3 工程特点、难点
3.1 土建钢筋直径粗且密,钢与混凝土组合施工难度大
本工程采用了大量的劲性结构,并且大部分都是直径为φ550×25和φ650×30的钢管柱,钢柱直径与梁宽基本一致,大量的钢筋与钢骨相碰,需要做特殊處理。同时由于梁柱节点处钢筋较密,混凝土浇捣难度就很大,再加上有钢骨占了大量的空间,相邻混凝土梁与柱连接根部的间距又很小,导致施工质量的控制难上加难。
3.2高大波截面形腹板钢梁制作难度大
屋面钢梁均采用波形腹板钢梁,钢梁最大截面高度为3.5m,翼缘最大宽度1.2米,腹板厚度最厚14mm。对于如此大截面和厚板的波形腹板钢梁制作,如何保证钢板压波后的尺寸符合设计要求,如何保证薄腹板与厚翼缘板焊接后不变形,如何控制钢梁长度方向的焊后收缩等问题,都是本工程加工制作的难题。
3.3超大、超重高大截面波形腹板钢梁吊装难度大
B区主楼钢屋盖钢梁最大跨度达55.5m,重约114.5吨,而B区主楼纵向长235m,横向宽度138m,施工作业面大,钢结构安装又是在土建结构三层楼面以上进行,无法进行跨内吊装,一般的设备无法满足吊装要求。再加上工期特别紧张,吊装难度更是难上加难。
3.4大悬挑钢梁安装变形控制难度大。
B区主楼钢屋盖悬挑钢梁全部为变截面,最大截面为H3500×700×10×60~ H300×300×12×30,悬挑长度26.6米,悬挑梁共有27根,每根钢梁的标高各不一样,悬挑长度也各不一样,所有的钢梁端部连接成一圈弧形。如何控制好整个悬挑钢梁的安装尺寸,防止端部下挠超出设计标高值,保证整个弧形曲线的完美过渡,是本工程施工的一大难点。
4 安装整体思路
4.1 施工条件分析
钢结构施工从土建施工基础承台开始就必须开始配合埋设预埋螺栓和劲性结构安装,一直到8米楼面,劲性结构安装才结束,但是土建基坑开挖坡度大,又不能及时回填,给吊装带来了一定的难度。上部结构安装时,空侧登机桥与路侧高架桥都不能施工,出发层以下包括地下室部分支模架和模板拆除,大量的脚手管、扣件、模板和木方需要清退、整理,需要大量的场地,与钢结构施工场地占用率高正相矛盾。航站楼施工时,外围的机坪和配套交通枢纽工程施工都在开展,航站楼施工区被包围其中,施工场地十分有限。
4.2 安装整体思路
针对考虑本工程的结构状况,结合施工现场的实际情况,以及安全、质量、工期的目标要求,确定本工程钢柱采用分段安装的施工方案,屋面钢梁与节点采用分开制作、现场拼装的方法,采用大型履带吊在跨外吊装的方案,具体如下:
(1)钢柱分成三段制作,从基础承台标高到±0.000标高为第一节柱,±0.000标高开始到8米出发层标高为第二节柱,8米出发层楼面到屋面钢梁底部标高为第三段。8米出发层以下的钢骨采用80吨汽车吊进行吊装,结构内部的钢骨待土建基础回填完成后开行到结构内部进行吊装,结构边缘的钢骨则采用跨外吊装的方法。8米出发层以上钢柱则采用钢骨同样的吊装方法,结构内部的8根大钢柱则采用350吨履带吊进行跨外吊装。
(2)A、C区屋面钢梁采用工厂分段制作,现场拼装成吊装单元采用150吨履带吊进行跨外吊装。钢梁吊装就位后用缆风绳进行临时固定,并调整钢梁的侧向矢高,及时将钢梁之间的支撑进行安装焊接,保证钢梁的侧向稳定。
(3)B区屋面钢梁采用工厂分段制作,现场拼装成吊装单元采用350吨履带吊进行跨外吊装。先吊装东西方向的主钢梁,采用分段吊装、临时支撑架支撑的方法。每跨主钢梁焊接完成后,才安装次梁,次梁吊装就位后用缆风绳进行临时固定,并调整钢梁的侧向矢高,及时将次梁之间的支撑进行安装焊接,保证钢梁的侧向稳定。屋面天窗架采用地面拼装成单片用350吨履带吊进行吊装,局部补杆的方法。
5 关键施工技术
5.1 钢筋与钢骨连接技术
混凝土梁中钢筋直径较大,大部分达到32,甚至达到40,上下翼缘又采用了双排筋,钢筋数量非常多,采用常规的处理方法很难满足要求。根据钢筋的数量,按照等强计算的原则,钢筋与钢骨柱之间通过搭筋板进行连接,钢筋与搭筋板进行双面焊接,保证焊角尺寸和5d的焊接长度,钢板与钢骨柱采用全熔透焊接,柱内在搭筋板位置设置内加劲板。上排筋与下排筋的搭筋板采用上下错位的方法,保证钢筋与搭筋板只进行平焊缝焊接,降低施工难度。
相邻混凝土梁与混凝土柱连接根据的间距200mm不到,再加上此部位钢筋密,混凝土浇捣难度大,因此搭筋板不采用圆环板整圈与钢柱焊接,而是在根部位置在保证钢筋搭接焊缝长度的同时,将钢板做削尖处理,让相邻搭筋板之间保留四个孔洞,提高混凝土的浇捣质量,降低施工难度。
在搭筋板上设置柱主筋的穿筋孔,保证柱筋上下贯穿。
图3 钢筋与钢骨连接
5.2 高大截面波形腹板钢梁制作技术
本工程屋面为双曲结构,采用以折代曲,用折线拟合双曲面,在采用H型钢作为屋面构件时,就会在很多部位产生异形截面和部分翼缘板的折曲,技术难度较大。本工程采用的波形腹板H型钢梁和箱型钢梁,截面高度在2米以下的波形腹板钢梁采用波距为700mm的梯形波,波高100mm;截面高度在2米和2米以上的波形腹板钢梁采用波距为1400mm的梯形波,波高200mm。
(1)钢梁主要节点部位技术处理
1)钢梁折点部位技术处理
由于是以折代曲,钢梁翼缘板可以进行折弯,但是腹板无法实现折弯,这主要是受限于波形腹板在压制时只能压制直线板。因此在折点部位增设封头板,保证翼缘板是连续不断开的,将折点两端的腹板进行隔断,两端的腹板分别与封头板进行焊接,这样不但解决了波形板的压制问题,也解决了折点两端波形腹板过渡的问题。
2)钢梁侧向与钢支撑连接节点
将钢支撑都设置在钢梁的折点部位,在钢梁侧面设置一块20mm厚的竖向钢板,钢板与腹板平行,与上下翼缘板进行角焊缝连接,竖向与封头板组合成丁字型,与封头板进行熔透焊。钢支撑安装时就直接与这块侧面钢板进行焊接连接。为了方便钢支撑在安装时定位,在侧面钢板上设置水平定位钢板,定位钢板宽度20mm即可,与侧面钢板等宽。
3)主次连接节点
主次梁连接节点采用平腹板,不使用波形腹板,主要是考虑到一是节点部位连接板多,与波形腹板无法进行直接焊接,二是波形腹板板厚薄,焊接受力上不能满足要求。波形腹板与平腹板之间也采用封头板进行过渡,翼缘板始终保证连续。次梁端部腹板采用平钢板制孔与主梁采用安装螺栓连接,腹板与翼缘板采用全焊节点。
(2)制作工艺流程
深化建模出图→钢板进行计算机套割、排版→数控切割下料、开坡口→抛丸除锈前处理→波形腹板模压成型→波形腹板拼接焊接→钢梁组立→钢梁焊接→上标准钢平台整形→焊接成型中检→精磨、钻孔→工厂内预拼装→抛丸除锈→防腐油漆涂装→构件包装出厂。
(3)主要技术
1)运用计算机建模技术,对整个结构进行1:1的实体建模,然后根据实体模型自动生成加工图,提高构件加工尺寸的精确度。然后根据建模生成的构件尺寸,利用计算机准确计算出波形腹板展开后的下料尺寸,采用数控切割机对钢板进行下料。
2)超大波形腹板采用目前国内最先进的2800吨无牵制模压机组进行单波压制,压制完成后将单波拼焊成需要的长度尺寸,最后再将拼焊好的波形腹板重新放置到模压机上进行校正。无牵制模压机组在工作时,波谷部位先进行压制,波峰部位处于自由伸缩状态,在停滞1~2秒后,波峰部位再进行压制,这样在同一横断面上同时不超过两个受压牵制区,且模压时两侧钢板不受牵制,可自由伸缩,能较好的控制钢板成型,减小内应力。
3)一般的平腹板钢梁采用立式组立,但高大截面波形腹板钢梁只能采用卧式组立,波形腹板下部必须用工字钢垫平,水平高差不得超过2mm。翼缘板外侧设置槽钢角架,对翼缘板进行限位,另一侧槽钢角架与翼缘板之间保留千斤顶的距离,用来对翼缘板进行受力顶紧。波形腹板就位调整好后,对翼缘板和腹板都采用千斤顶顶紧,保证组装尺寸(如图4)。焊接前,对腹板和翼缘板焊接临时固定板,防止焊接变形。焊接完成后重新进行检查和校正,并消除焊接应力。
图4 波形腹板梁组立示意图
5.3 高大截面波形腹板钢梁安装技术
(1)波形腹板钢梁与节点分开制作,到现场拼装成吊装单元。现场拼装胎架用H型钢梁设置成拼装平台,拱形钢梁采用卧拼法,直线形钢梁采用立拼法。卧拼时采用全站仪坐标定位法进行尺寸控制,立拼时采用拉线法和标高测定法进行尺寸控制。
(2)钢梁构件分段的对接口采用两种形式,现场拼装采用U字型对接口,翼缘板与腹板错口200mm;吊装单元对接口采用Z字型对接口,上下翼缘板与腹板分别错口200mm。
(3)将55.5米跨度的超大、超重钢梁分成四段进行跨外吊装,最重的吊装单元约45吨,长度约20米,采用高空对接,下部用临时支撑架进行临时固定,待主次钢梁和侧向支撑安装、焊接完成后,对支撑架进行整体卸载和拆除,完成整个钢屋盖的吊装。
(4)根据吊车的吊装工况,合理的对构件进行分段,然后根据构件的重量和吊装作业半径的大小,选择采用350吨履带吊在跨外进行吊装,保证每一个吊装单元的重量都与吊车的起重能力在满足安全的前提下最大的接近,不浪费资源对个别作业半径特别大、重量特别重的构件采用超起工况进行吊装,尽量采用塔式不带超起工况吊装,提高施工效率。
(5)钢梁截面大,吊装时采用吊耳吊装,根据构件长度采用两点绑扎或者多点绑扎,一侧采用固定钢索,一侧采用手动葫芦进行空中姿态调节。多点绑扎法吊装时,采用定滑轮组、手动葫芦与吊索组合的形式进行吊装。每一次吊装前项目部和班组都必须吊具进行检查,并做好记录台帐。
(6)吊耳位置必須焊接在翼缘板宽度的中间位置,如果是1米以上的宽翼缘,必须焊接在翼缘板宽度两侧时,上下必须设置传力杆,将吊耳位置的上下翼缘连成整体。
5.4 悬挑结构变形控制技术
(1)采用MIDAS计算软件进行对整个结构受力进行计算机仿真分析(如图5),得出每根悬挑钢梁的预起拱值,最大为65mm,然后在工厂加工制作和现场安装时同时控制,采用全站仪进行坐标测量控制,提高安装精度。
(2)悬挑钢梁安装时,每根钢梁端部都采用临时支撑架进行支撑(如图6),让钢梁端部在自由状态下完成整个悬挑结构的安装。在支撑架顶部按起拱值的要求设置好起拱高度,并建立观测点,分初始、加载和卸载三个阶段进行观测。整个悬挑结构全部安装焊接完成后,根据计算机模拟的卸载步骤,逐一对结构进行卸载,让整个结构形成自受力的完整体系。
图5悬挑梁端部挠度值计算图6 安装临时支撑架
6 结束语
烟台新建潮水机场航站楼钢结构工程结构形式复杂,技术要求高,特别是高大波形腹板钢梁的应用是本工程的最大特色。通过对本工程的顺利实施,我们对机场类工程和应用高大截面波形腹板钢梁的工程积累了非常宝贵的施工经验,为以后的类似工程的实施打下了基础。
参考文献
[1] 北京钢铁设计研究总院,GB50017-2003 钢结构设计规范,北京:中国计划出版社,2003
[2] 中国钢结构协会,建筑钢结构施工手册,北京:中国计划出版社,2002
[3]中国电子工程设计院,04SG523型钢混凝土组合结构构造,北京:中国建筑标准研究院,2004
[4]中国工程建筑标准化协会,CECS291-2011波纹腹板钢结构技术规程,北京:中国计划出版社,2011