多功能体育馆可开启屋面钢结构安装施工技术.doc

XXX多功能体育馆
可开启屋面钢结构安装施工技术

前言
XXX多功能体育馆具有承办国际标准赛事的级别，设有室内田径、篮球、排球、手球、体操、击剑、拳击等多种场地，还具有先进的可开启屋面，这在XX是第一座。由于体育馆的跨度大，屋面开启时会产生很大的动荷载等特点，使得构件的重量很大，这给安装工作带来了很大的困难。本文从可开启屋面的结构组成，构件吊装、拼接等方面着重介绍了可开启屋面钢结构安装的施工技术。

一．工程概况
本工程位于XXX，周围有多所大学和***奥林匹克体育中心，是青年人聚集的地方。本工程是XX区的重点工程和标志性建筑，为了体现它的生动性和吸引力，设计师大胆采用了半椭球的造型，总长120M，总宽60M，总高18.5M，并将屋顶中部约500M2部分设计成可开启的。这种新颖的造型已没有了传统意义上的梁柱结构，为了适应这种建筑造型和开启屋面的要求，结构设计师在开启屋面的四周沿着椭球的长轴方向布置了两道拱形钢梁，拱梁的两端落在东西两侧的山墙钢架上；沿着椭球的短轴方向布置了两道拱形钢柱和钢梁，钢柱通过铰接的方式与焊接在地面上的支座相连，横向的拱梁和拱柱通过焊接的方式与纵向的拱梁相连。为了提供美观舒适的内部环境，设计师要求其余的横向拱梁和拱柱采用欧洲胶合木制作，在拱梁和拱柱上部和之间设有外层钢管和水平系杆和支撑，从而形成了钢木结构体系。
二．构件说明
由于体育馆纵向长度120M，横向宽度60M，钢构件跨度很大，为便于运输和安装，将纵向箱形拱梁分为7段运输，采用上下翼缘焊接，两侧腹板螺栓夹板连接的形式进行现场的拼接；箱形拱柱与横向箱形拱梁分为两段运输，采用四面焊接的形式进行现场拼接，然后通过焊接与螺栓夹板连接相接合的形式与纵向拱梁上的钢牛腿连为一体。
主要钢构件材料表
名称
编号
尺寸（mm）
单件重量（KG）
材质
长
宽
高
纵向拱梁
ZG1
20001
600
3000
28932.1
Q345B
ZG2
18522
600
3000
28304.5
Q345B
ZG3
12050
600
3000
18925.6
Q345B
ZG4
17962
600
3000
27715.7
Q345B
ZG5
12983
600
3000
19888.9
Q345B
ZG6
19186
600
3000
28239.9
Q345B
ZG7
17637.6
600
3000
28055.7
Q345B
横向拱柱
MHGL-1
11493
600
1600
11039
Q345B
MHGL-2
12397
600
1600
12108
Q345B
横向拱梁
MHGL-3
9174
600
1600
6211.4
Q345B
MHGL-4
16426
600
1600
11121.6
Q345B

三．构件进场

由于构件的单件尺寸和重量都比较大，为保证拼接和吊装工作的顺利进行，构件进场前的准备工作是非常重要的。
1. 场地要有足够的强度和平整度，避免在拼接或安装过程中出现大的沉降或倾斜，雨季施工时还要注意场地要有良好的排水。
2. 校核拱柱，纵横向拱梁的标高和中心线，确定纵横向拱梁中心线的交点。
3. 在纵横向拱梁中心线交点位置建造3 X 3 X 0.3米的钢筋混凝土基础，作为临时塔架的承台，并按塔架的要求预埋16mm厚钢板。
4. 在充分考虑以后吊装时吊车的停车位后，确定构件的停放和拼接位置。
5. 根据施工图对拱脚预埋件的标高、轴线进行复测，有误差必须及时调整好，方可进行其焊接和校正，确保拱脚铰接支座中心和纵拱轴线相平行，不得有夹角，避免拱脚铰接支座旋转时受力。
6. 构件按照安装顺序进厂，纵拱到达施工现场后，应垂直地面，下面垫上道木和钢支墩，两侧用临时支撑撑牢，钢梁不得挤压。
7. 拱柱也应垂直于地面放置，但因为拱柱弧度和拱高较大，所以应事先在拼接处立临时支塔，在拱柱上焊接拉环，用10T倒链校正好垂直度后，用钢缆绳牢固拉紧。
8. 为便于以后的安装就位，纵横拱梁在体育馆场地内进行拼接，横向拱柱在体育馆看台外进行拼接。
9. 采用一台起重量为65T的汽车吊和载重量为40T的平板拖车配合运输。
四．构件拼接

拱柱与横拱梁在地面拼接完毕，然后整体吊装；纵拱梁的中间三段ZG4,ZG1,ZG2(ZG4a,ZG1a,ZG2a)在地面拼为一个整体，然后分5段吊装，再进行空中拼接。在拼接位置要设立临时支塔，支塔T2在节点拼接完成后即可拆除，支塔T1在屋架安装过程中是主要承重部分，需要在整个屋架系统安装完毕后才可拆除。
塔架T1构件截面（材质Q235B）：
立柱：HW350X350
顶梁：HW350X350－两根叠放组成700mm高的梁
交叉杆： 16号槽钢
水平杆： 16号槽钢
说明：
1. 塔顶四根梁截面不够，可将两根HW350X350梁竖向叠放焊在一起组成“王”字型700mm高截面，腹板与柱连接螺栓不少于8M24（10.9级高强螺栓，双剪连接，即两面夹板连接，连接板与柱需坡口焊），翼缘不与柱焊接；
2. 可在顶面四根梁上增加次梁，使得所支撑的重量尽量均匀分布；
3. 16号槽钢与柱连接板采用2M20连接，在每个水平横隔处加一连接构件，截面也采用16号槽钢，参见立面图；
4. 柱脚铰接用4M24即可。
采用一台起重量为65T的汽车吊配合拼接。
拼接前，节点构件接触面采用喷砂处理，接触面的摩擦系数不得小于
0.35,摩擦面不得涂油漆。
1. 焊接与螺栓夹板拼接口连接顺序（地面，空中）
（1）构件拼接调整定位
（2）先用销钉穿孔定位，再用设计数量30%的普通螺栓坚固夹板。
（3）上下翼缘对称施焊，但同一根梁的两端不能同时焊接。
（4）用20MnTiB扭剪形高强度螺栓（10.9S）替换普通螺栓，进行初拧，初拧要达到50%～70%的设计扭矩值，待UT探伤合格后再实施终拧，终拧检验方式为尾部梅花头被拧掉或者视同其终拧扭矩达到合格质量标准。
2. 焊接拼接口连接顺序（地面）
（1）构件拼接调整定位
（2）上下翼缘同时施焊，但同一根梁的两端不能同时焊接。
（3）左右腹板同时施焊。
五．构件吊装

1. 用一台160T汽车吊安装南面的1和2拱柱，拱柱底部与事先焊接好的拱脚通过钢柱销相连，顶部搭在T1支塔的顶部横梁上，调整好平面位置和标高后，在钢拱两侧加设两根缆风绳防止拱柱发生侧移。

2. 用一台160T和一台65T汽车吊双机抬吊方法安装南面纵拱梁的中段3。

3. 用160T吊车依次吊装纵拱的4，5，6，7段。
4. 吊装中间横拱8和9。

5. 按时相同的方法吊装北面的纵拱
6. 最后吊装北面的拱柱15和16。
在吊装过程中，要注意以下几个方面：
1. 为了保证钢梁在吊装过程中的稳定性，空中姿态的可调节性，并防止钢梁发生变形，采用两个吊点，并在吊钩上悬挂一个倒链进行钢梁倾斜的调整。
2. 钢梁吊装时，应注意钢梁的安装方向和尺寸。
3. 构件棱角处应设置内侧直角形，外侧圆弧形的钢制防护器，防止割伤起吊绳索。
4. 钢梁吊装时要绑扎牢靠，构件的两端要设置拖拉绳。
5. 起吊时要进行试吊。起吊离地面高度0.5m左右，要检查绑扎是否牢靠，绳索松紧程度，并进行构件旋转有无卡阻。
6. 起吊到位后，安装螺丝时，手指应离开梁端处，防止碰伤手指。
7. 整个吊装过程要在测量仪器的监测下进行，严格控制构件的安装标高和平面位置符合设计的要求。
六．构件焊接
体育馆主要钢构件全部采用了Q345B钢材，由于碳当量比较高，这种钢材的可焊性不好，容易造成淬火现象，导致焊后发生裂缝。纵拱和拱柱的翼缘板厚度达到了50mm, 焊缝全部是全熔透坡口焊，工艺复杂，难度大，因此要有合理的工艺标准。
1. 焊接材料和方法 ：
由于Q345钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型的焊接材料，同时考虑到焊
接接头应与母材等强的原则，选用E5018型电焊条，采用手工电弧焊的方法。焊条需在高温烘干箱中烘干。低氢型焊条烘干方法为：在高温箱中加热到3800℃后保温1.5h，再在高温箱中降温到1100℃后保存，使用时从烘干箱中取出应立即放入100-1100℃的焊条保温筒中，并在4h内用完。焊条烘干次数不得超过两次。
2.焊接工艺流程
焊前检查→预热→装焊垫板及引弧板→施焊→自检/专检→焊后热处理→无损检验（B级检验，100％超声波探伤）
（1） 焊前检查
焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量，坡口内和两侧之锈斑、油污、氧化皮等应清除干净。
（2） 预热
由于Q345钢的碳当量比较高，在焊接前应进行预热，预热温度T0=100-150℃，层间温度T1≤400℃。
（3）装焊垫板及引弧板
装焊垫板及引弧板，其表面清洁程度要求与坡口表面相同，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接应牢固。
（4）施焊
栓焊组合节点中，梁的腹板应先栓，翼缘应后焊，以便栓孔的对准和摩擦面的贴紧，确保栓接质量。
手工电弧焊焊条直径φ4mm，电流170-210A，焊速160mm／min。为了防止焊接变形，由两名焊工同时施焊，焊接方向由中间向两边，焊接时
的焊接电流、焊接速度和焊接层数应保持一致。
焊道的宽度不大于焊条直径的3倍，焊层厚度不大于5mm。第一道应封焊坡口内母材与垫板之连接处，当焊接第二层时，焊接方向应与第一层方向相反，以此类推。每层焊接接头应错开15-20mm。然后逐道逐层焊至填满坡口，每道焊缝焊完后都应清除焊渣及飞溅物，出现缺陷应及时磨去并修补。一个接口必须连续焊完，如不得己而中途停焊时，应进行保温缓冷处理，再焊以前应加热。
为保证焊接质量，上下翼缘均采用平焊的方式，所以必须有一名焊工进入箱形梁中施焊。由于焊接过程中会产生大量有毒烟气，对生命和健康构成威胁，所以在箱形梁端口处应布置一台鼓风机，向梁中吹风，但风速不宜超过5m/s，否则将影响到焊接质量。
（5）焊后热处理
为了降低焊接残余应力，减小焊缝中的氢含量，改善焊缝的金属组织和性能，在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为：600-640℃，恒温时间为2小时（板厚50mm时），升降温速度为125℃/h 。
（6）无损检验
体育馆主钢结构的地面和空中组拼焊接共完成了64道焊缝，全部是全熔透坡口焊，经过两次100%超声波探伤检验，合格率达到了100%，得到了业主的充分肯定，充分展现了中建的施工技术水平，为祖国争了光。
七．经济与社会效益分析
为了保证结构的顺利安装，采用了两台大吨位的吊车，最大的达到了160吨，机械台班费用是相当可观的。吊装工作正值8月，是XXX最热的时
节，高温的天气对构件的焊接以及工人的健康造成了极大挑战。为此必须制定科学的施工方案，精心施工，严格管理，努力降低成本，提高质量。
按照构件的吊装顺序，
第一天：构件1、2、3,通过螺栓夹板临时连接，夜间进行接口的焊接。
第二天：构件4、5、6、7（安装4、6时可单独使用65吨吊车），通过螺栓夹板临时连接，夜间进行接口的焊接。
第三天：构件8、9、10, 通过螺栓夹板临时连接，夜间进行接口的焊接。
第四天：构件11、12、13、14（安装11、13时可单独使用65吨吊车）, 通过螺栓夹板临时连接，夜间进行接口的焊接。
第五天：构件15、16, 通过螺栓夹板临时连接，夜间进行接口的焊接。
如此，只用了5天就完成了吊装工作，而且将焊接工作安排在了夜间，尽量减小了高温对焊缝质量的影响，保护了电焊工人的身体健康，取得了良好的经济和社会效益。