建筑工程曲面管桁架屋盖施工技术总结

曲面管桁架屋盖施工技术1连体式球铰支座创新技术1）技术难点本工程管桁架屋盖水平投影面积达2.5万㎡，主要利用15个球铰压力支座作为承力点，支座最大竖向反力、水平剪力分别达13000kN，8000kN。原设计做法为：球铰支座，见图4.4-1球铰支座和与其连接的下弦节点球体，见图1.4.4-2直径1700mm铸钢球，分别制作，采用焊接连接，见图1.4.4-3铸钢球与球铰支座焊接，形成支座节点，见图1.4.4-4焊接后的模型。下弦球体（直径1700mm）和支座接触面处理难度大(粗糙度要求不大于6.3μm)，球体和支座间焊缝长，焊脚高度不小于10cm，焊接质量难以保证。同时，球体和支座焊接形成的焊接应力、支座托盘翼缘在竖向荷载作用下的承载力等都将对工程的结构安全造成影响。图1.图1.4.4-1球铰支座图1.4.4-2直径1700mm铸钢球图1.图1.4.4-3铸钢球与球铰支座焊接图1.4.4-4焊接后的模型2）采取的措施由于与支座连接的球体直径达1700mm，需铸造成型，根据支座的设计特点，将其进行创新。采取球铰支座球形转芯与相连的下弦节点铸钢球整体铸造，形成巨型连体式球铰支座，避免球铰支座球形转芯与相连的下弦节点铸钢球角焊缝焊接质量难以保证而影响结构安全。为保证杆件与下弦节点球体相连焊缝的焊接质量，连体铸钢球带杆件过渡段制作，见图1.4.4-5连体铸钢球。这样形成的连体式球铰支座主要由连体铸钢球、滑移底座，见图1.4.4-6滑移底座，两大部分组成。其中：连体铸钢球上包括大球、小球、弦杆过渡段；滑移底座包括箱体、底座、上球壳等14个部分组成。图1.4.4-6图1.4.4-6滑移底座图1.4.4-5连体铸钢球连体式球铰支座，见图1.4.4-7连体式球铰支座，的关键技术是通过下弦节点球体和支座转芯球体整体铸造措施，使下弦球体成为支座不可分割的一部分，用以承受和传递水平荷载及竖向荷载。图1.4.4-7连体式球铰支座图1.4.4-8杆件过渡段与杆件焊接详图连体式球铰支座带杆件过渡段制作也是保证焊接质量的关键点之一。管桁架屋盖杆件通过铸钢球上的杆件过渡段焊接到大球上，节点做法见图1.4.4-8杆件过渡段与杆件焊接详图。大球与小球连体；小球放入半圆形底座，不但可以与底座间绕大小球球心通线转动，而且可以与底座垂直线间任意方向形成0.08rad夹角；底座放入箱体，且与箱体间可以平面任意方向平移，箱体与竖向承载构件（核心筒）之间焊接。实物见图1.4.4-9连体式球铰支座实物图片。图图1.4.4-9连体式球铰支座实物照片3）实施效果连体式球铰支座极大的方便了现场施工，既避免球体和支座间接触面机加工控制不好而产生的应力集中及焊缝质量控制不好而影响结构安全，又能实现平面内滑动、旋转、小角度平移，释放杆件内力。连体式球铰支座的创新，成功克服了球铰支座和其连接的下弦节点球体分体制作，现场焊接带来的一系列问题，保证了工程质量。同时，由于现场施工操作比常规做法更为简便、使工期缩短15d，获得了监理单位、设计单位、业主单位及当地建筑业同行的高度好评，经济效益和社会效益显著。2管桁架屋盖腹杆相贯面旋转就位技术1）技术难题管桁架屋盖腹杆，吊装过程中采用单根杆件吊装，由于腹杆对位节点时，应对节点进行相贯面对位，必须转动杆件调整管口。为保证吊装腹杆过程中，杆件不滑脱，工人现场吊装时，一般在近上弦节点腹杆杆端300mm处焊接栓钉做成防滑挡棍。这样进行的腹杆相贯面的安装，降低了吊装设备的工作效率，延长了相贯面对位时间，且施工完成后，需对防滑挡棍进行切除、打磨、涂刷，后道工序繁杂。给整个工程的工期、质量带来不利影响。2）采取的措施在方便施工，我们对本工程钢桁架屋盖腹杆安装工艺进行了创新：(1)技术创新思路根据屋盖吊装的实际情况，工人现场焊接的防滑挡棍是必要的，为钢结构管桁架单根钢管吊装增加了安全系数，防止吊装过程中钢管滑脱，造成意外。但防滑挡棍的出现，增加了后道繁琐的工序，如不切割，对后面的装饰装修势必造成影响，且屋盖安装完成后，极不美观。能不能做成可拆卸的防滑挡棍呢？开始我们考虑在工厂加工相贯面杆件时，在钢管杆端300mm处钻孔，现场安装时，在孔上插入防滑挡棍，吊装杆件；杆件定位完成，从孔内抽出挡棍。但问题就出现了，吊装过程中，防滑挡棍可能从孔内滑出，同样造成杆件滑脱，带来巨大的安全隐患。将挡棍与杆件之间改成丝接呢？完全可以满足现场需要，既能满足吊装时的安全要求，又能满足构件的结构要求，减少了后道工序繁杂，不会对装饰装修造成任何影响。可杆件的钻孔套丝成本太高，还要将挡棍套丝，得不偿失。经仔细分析，此种方法实际就是一套螺杆的复制变形，那么能不能就用一套螺杆来实现呢？答案是肯定的。于是我们将一套螺杆的螺母直接焊接在腹杆管口300mm处，吊装时，将螺杆拧入，定位完成后，将螺杆拧出。螺母就保留在杆件之上，不会对结构有任何影响，也不会影响后期的装饰装修。(2)具体施工措施腹杆在工厂加工时，在相贯面管口300mm处焊接M16螺母，将M16螺母平放在管壁外表面，将螺母与管紧密焊接（如图1.4.4-10螺母位置示意图）。将螺母用透明胶带进行喷砂前保护。图1.4.4-10螺母位置示意图在地面上，将加长螺杆拧入相贯面腹杆焊接的螺母内，如图1.4.4-11拧入加长螺杆示意图。图1.4.4-11拧入加长螺杆示意图将吊索吊在加长螺杆（自制旋杆装置）下侧，起吊腹杆，为使腹杆两端分别对应上弦节点和下弦节点，吊装过程使腹杆直接带角度吊装。这时，自制旋杆装置还能起到了防止腹杆滑动的作用，如图1.4.4-12腹杆带角度吊装示意图。图1.4.4-12腹杆带角度吊装示意图每根腹杆两个杆端接近上、下弦节点时，能清晰看到相贯面对位的角度、方向是否与实际对应，通过手拉葫芦调整吊索长度，使腹杆角度同时满足两端与上下两个节点相接，搬动加长螺杆，使腹杆绕轴心旋转，以达到杆端相贯面与上下两个节点相贯。安装时，将加长螺杆拧入，分别将三根吊索绑扎在三根腹杆的加长螺杆里侧，防止腹杆在吊装过程中滑脱。同时起吊同一节点的三根腹杆，当腹杆相贯线管口接近节点时，分别旋转加长螺杆，使相贯线精确对位，待三根腹杆分别定位准确并固定牢固后，将加长螺杆拧出，重复使用。3）最终效果经实践，此技术安全可靠，吊装过程中实现了三杆同时吊装，加快了施工进度，提高了机械使用效率，减少了劳动力的投入，避免了后道工序繁杂。同时，施工期间未发生安全事故，保证了施工质量，获得了监理单位、设计单位、建设单位及当地建筑业同行的高度好评，经济效益和社会效益显著。该技术必将管桁架屋盖及其他类似的施工情况下中得到广泛应用。3管桁架屋盖塞杆衬垫管安装1）技术难点对于管桁架屋盖安装，存在弦杆两端节点已固定，弦杆后安装的情况发生，这种情况我们形象的称之为“塞杆”安装，见图1.4.4-13现场塞杆安装照片。塞杆安装塞杆安装图图1.4.4-13现场塞杆安装照片由于杆件两端节点已固定，如何保证杆件对接口衬垫管安装？是影响焊缝质量的关键性问题。2）采取的措施施工时，在杆件一端将衬垫管预留在十字节点上，弦杆吊装“塞杆”完成后，另一端将此部位的衬垫管三等分，在每等分段圆环一端点焊焊条或粗铁丝作为操作把，以未焊接端为起始点将等分圆环塞进接口间隙，任意方向90°旋转操作把手，使等分圆环外表面与对接口两侧管内壁贴紧，依次将三等分圆环紧贴并收尾相连点焊固定，实现弦杆“塞杆”安装，如图1.4.4-14衬管圆环安装示意图，在微量调整杆件位置及焊口间隙后进行焊接。图1.4.4-14衬管圆环安装示意图3）实施效果通过衬垫管三