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锦州国际酒店曲线转换钢梁施工技术

肖遥 冯乐 高睿 张文吉 刘国强 欧阳剑锋

中建国际建设有限公司
    摘  要：锦州国际酒店项目针对大型截面的曲线转换梁施工技术制定了一系列质量保证措施，从制作、安装、测量校正、焊接各个环节严格控制施工质量并取得了显著的成绩。 
    关键词：钢结构；曲线转换梁；分节
一、引言
    锦州国际酒店是辽西五市标志性建筑，位于锦州市科技路68号，北临80000平方米市政府广场，与市政府办公大楼南北相望，东至福州街，南临科技路，西临昆明街。结构型式为钢骨混凝土框架-剪力墙结构体系。建筑高度为184.3m，其中地下2层，地上43层，是集五星级酒店、甲级写字楼和高级会所为一体的综合性建筑。酒店建筑面积101451平米，其中地上78058平米，地下23393平米，如图1所示。
    酒店转换层钢梁分布在结构标高+29.05处，共18根(其中曲线转换梁9根, 分别为3-A轴7根；4-C轴2根)。转换梁均为H型截面，截面尺寸最大达1650mm×1200mm，用于上部结构柱（钢骨混凝土柱）的支撑,转换梁布置如图2所示。

二、转换梁施工难点及特点
    1.安装难度大
    转换梁超大的截面和板厚使得梁的自重最大达15t，而塔吊在该部分区域内最大起重12t,现场施工不能整体吊装，需对转换梁进行制作分段，转换层钢梁分段后不能一次性吊装，必须在梁底相应位置搭设承重脚手架作临时支撑。
    2.安装作业安全要求高
    转换梁安装在标高+19.05处，梁与柱的对接以及梁与梁的对接都必须在高空完成，在高空进行散拼和焊接首先要保证施工人员的安全，为此在梁底承重脚手架内弧搭设一排操作脚手架用于安装和焊接。
    3.短期集中焊接工作量大
    转换梁的施工开始于5层底板施工结束后，结束于6层梁绑扎之前，在此期间需完成转换梁的吊装、校正、焊接。转换梁超大的截面（最大达1650mm×1200mm）、较厚的钢板（翼缘厚50mm和腹板厚40mm）直接短期导致焊接工作量增大，这就需要合理的安排焊接工序，确保在有限的时间内完成焊接工作并保证焊接质量。
    4.与土建作业协调配合
    转换梁的安装是建立在土建5层底板施工完毕的基础上，此时土建要进行5层竖向钢筋的绑扎，钢结构的吊装和焊接都会为土建的作业带来不便，为减少对土建的影响，钢结构的施工随土建的流水段进行并在竖向上与土建形成流水作业，避免与土建进行交叉作业。另外考虑5层楼板面的承载能力，第2、3、4层与转换梁对应部分的梁、板底支撑不予拆除。
    5.结构测量控制
    转换梁的安装之前需要搭设承重脚手架，搭设后要对脚手架顶面标高提前进行调校，脚手架必须沿梁的长度方向根据转换梁的弧度进行搭设；其次转换梁安装之前对段口部位的测量控制进行放样，做好转换梁的弧度控制。
深化设计技术
    酒店钢结构的深化设计利用xsteel软件，根据设计施工图提供的构件布局、构件形式、构件截面及各种有关数据和技术、工艺要求，严格遵守《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）及其它现行规范的规定。
    6.构件分段依据
    在这一过程中要按照《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）的规定，根据制造加工厂的具体情况，运输部门的运输能力并结合施工现场，确定构件的分段。
    转换梁分段依据：
    转换梁受力分析（以某根典型曲线梁为例）

    钢梁断口考虑梁受剪、受弯承载力，避开梁受力薄弱的位置。
    6.2 考虑塔吊吊重能力
    钢梁最重达到15t，而塔吊在该位置的起重能力为12t，考虑塔吊吊装的安全性和可行性，构件分段后每段钢梁自重不得超过10t。
    6.3 构件拼接要求
    焊接H型钢的翼缘板拼接缝和腹板拼接缝的间距不应小于200mm。翼缘板拼接长度不应小于2倍板宽；腹板拼接宽度不应小于300mm，长度不应小于600mm。
    7.构件分段结果
    深化设计考虑以上三点因素，并经设计院同意，将超重转换梁沿梁长度方向约3/5处将梁分为两段。
    7.1 分段后钢梁最重部分为9.7t，满足现场吊装条件。
    7.2 分段后断口基本避开钢梁最大受力部位，满足设计要求。
    7.3 分段后翼缘板拼接缝和腹板拼接缝的间距200mm，翼缘板拼接长度2500mm大于 2倍板宽（2400mm）；腹板拼接宽度1550mm，长度2300mm，均满足规范要求。
    8.其它
    为保证钢梁断开后强度要求，钢梁采用Z型断口，如图所示：

三、加工制作技术
    1.加工技术难点
    曲线转换钢梁与传统构件的加工流程上有明显不同，主要体现在构件腹板的弧度加工、构件焊接以及断口部位的预拼装。其难点主要体现在：
    1.1 截面和板厚都比较大，9根曲线转换梁的截面分别为1650*1200和1650*1100的H型钢，翼缘和腹板厚分别为50mm和40mm。 
    1.2 钢梁截面形式为弧形，其弧度为6°13′。
    1.3 由于受施工现场实际情况的限制，对钢梁采用分节，需对分接后的转换梁进行预拼装，保证转换梁的整体加工精度。
    1.4 弧形腹板与翼缘拼接焊缝不同于传统的直线焊接
    2.加工质量保证措施
    曲线转换钢梁的以上特点和难点使得对构件的加工和制作精度上都提出了很高的要求。为此，对曲线转换钢梁的成型工艺进行了深入研究，最终采用了如下的成型工艺。
    2.1 根据深化图纸，利用电子计算机数控技术进行钢板的切割，以提高切割效率和切割精度，如图6所示

    2.2 选择合理的施焊顺序，以减小构件加工过程中的焊接变形，焊接H型钢梁顺序：2→4→1→3，如图7所示。

    2.3 为保证焊接质量，使用半自动小车埋弧焊机焊接曲线转换梁的弧形焊缝。 
    2.4 所有分段钢梁必须在出厂之前进行预拼装，以保证构件的制作质量和精度。
四、安装技术
    1.转换梁整体施工部署
    转换梁的安装充分利用了现场已有的三台塔吊，为使用其它吊装机具。转换梁部分施工流水段划分与土建相对应，构件从北向南安装。
    具体施工顺序：
    安装、焊接7节钢柱→4层板顶混凝土浇筑→搭设承重脚手架→安装转换梁→转换梁校正→转换梁焊接→转换梁之间连梁安装→连梁校正、焊接→转换梁上柱安装→转换梁上柱校正焊接
    2.支撑脚手架搭设
    超重转换梁的安装需要提前搭设支撑脚手架，脚手架满布于梁底，考虑支撑脚手架主要用于竖向承重，使用碗扣式脚手架。脚手架两端用钢管抱柱，增加侧向稳定性；支撑脚手架内侧搭设单排操作脚手架，用于转换梁安装、焊接及无损检测。支撑脚手架如图8所示。

    3.支撑脚手架计算          
    4.采用100×100木方，沿短轴方向布置，间距900mm，支撑采用双排碗口式。钢管，立杆间距900mm，水平杆步距1200mm。
    5.钢梁自重:

    5.1主梁木方验算

    5.2钢管支撑验算

    6.测量校正技术
    构件在吊装前要将承重脚手架上木方的标高调整到指定高度，木方的顶面标高为+27.25。
    构件安装就位后，在梁两端钢柱翼缘中心位置之间拉测量控制线，通过测量断口边缘与控制线间距来校正转换梁。

    7.焊接技术
    7.1 钢材材质及节点特征
    转换梁部分钢构件全部采用Q345B级钢材，力学性能及化学含量须符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-1994）的要求。钢材抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%；钢材应有良好的可焊性和冲击韧性。翼缘延板厚方向的断面收缩率为Z15。
    转换梁部分现场连接主要是柱与柱、柱与梁、梁与梁连接，连接形式采用焊接方法。柱与柱对接转换梁与钢柱牛腿对接为腹板翼缘全熔透焊接；转换梁与连梁一端采用翼缘腹板全熔透焊接，另一端只对腹板进行全熔透焊接。
    7.2 焊接特点
    7.2.1  焊接工作量大。整个转换层共计钢结构446吨，包括28根柱和28根梁，且构件截面尺寸都较大，整个转换梁焊缝约180m。转换梁焊缝及截面如图10所示。

    7.2.2焊缝质量等级高,所有焊缝全部为一级焊缝。
    7.2.3焊接位置复杂，包括平焊、立焊、横焊等。
    7.3 焊接方法
    锦州国际酒店钢结构基本采用Q345B低合金高强度结构钢，其焊接方式为二氧化碳气体保护焊和手工电弧焊。
    7.4 焊接质量保证措施
    7.4.1  预热及后热
    根据《建筑钢结构焊接技术规程》，转换梁翼缘和腹板的预热温度要达到80℃以上。
    7.4.2  防止层状撕裂措施
    转换梁板厚较厚（板40mm，翼缘50mm），特别是腹板延板厚方向有Z15性能。转换梁腹板与翼缘间焊缝为T型焊缝，为防止层状撕裂，腹板采用双面坡口焊接并将预热温度提高20℃。
    7.4.3  控制焊接变形措施
    转换梁在施焊前使用手工焊机点焊固定，整体施焊顺序为先焊接中间断口部位，后焊接梁两端，转换梁截面焊接顺序为先焊接翼缘后焊接腹板。对于腹板，现场采用双坡口对称焊接以减小焊接变形。
    7.4.4  减小焊接应力措施
    在焊接过程中先焊接翼缘（考虑翼缘板比腹板厚10mm）后焊接腹板，减小焊接应力，且在焊接结束后采用敲击法消除焊接应力。
五、结束语 
    通过对转换梁深化设计、加工制作、现场施工等多个环节的严格控制，在设计、制作、施工三方的共同努力下，在未增加其它吊装机具和影响其它工序的情况下，转换梁一次安装就位合格率100％，一次焊接合格率100％，锦州国际酒店转换梁施工圆满完成。
    参 考 文 献
    ［1］ 中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范. 中国计划出版社.2001.
    ［2］ 中华人民共和国建设部.钢结构设计规范.中国计划出版社.2003.
    ［3］ 鲍广鲣.钢结构施工技术及实例.中国建筑工业出版社. 2005.
    ［4］ 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.
    ［5］《建筑施工手册》编委会.建筑施工手册.中国建筑工业出版社.2003.
    ［6］ 中国建筑工程总公司.钢结构工程施工工艺标准.中国建筑工业出版社.2003