大跨度变截面异形型钢结构施工工法-secret

大跨度变截面异形型钢结构

施工工法

编写：

2003年11月

大跨度变截面异形型钢结构施工工法

一、前言

型钢混凝土组合结构正越来越多地运用在大跨度或体形不规则的公共建筑中。在“建设部关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知”（建质[2003] 46号）文中，型钢混凝土组合结构被列为加强建筑物抗震措施的结构之一。这种结构具有跨度大、刚度大、强度高、自重轻等优点，型钢构件安装完毕后作为骨架包裹在混凝土内。与预应力结构相比，减少了施加预应力、锚固锁定等工序。其刚度则是普通混凝土结构无法比拟的，较大地提高了建筑物抵抗地震的能力，在大跨度或体形不规则的公共建筑中采用较多。贵阳市金阳新区市级行政中心的会议中心、市委办公楼、市政府办公楼、市人大办公楼工程均有型钢混凝土组合结构。

会议中心的椭圆形礼堂，跨度36m×44m，阶梯式地面高差5.2m（图1：型钢构件立面图），采用型钢混凝土组合结构，设有型钢柱16根，型钢梁6根（图2：型钢构件平面图），均为“工”字形截面。该工程的型钢梁几何形状很不规则，有折线形、弧形，

构件截面及标高变化不一且相互交叉。弧形梁的圆弧半径为34.9m，跨度42.6m，折线

形钢梁的最大截面为400mm×1500mm，最大跨度39.8m，钢板厚度40mm。因构件的几何形状较为复杂，给构件放样和制作安装都带来了较大的困难，经过反复比较和论证，确定了应用计算机及其辅助系统CAD对构件进行精确放样，安装过程应用调整段消除构件安装误差的方案，确保了型钢柱、梁的成功对接，使构件制作实现标准化、工厂化，提高了生产率，施工方便，经总结形成本工法。

二、工法特点

1.应用计算机及其辅助系统CAD，对标高变化、截面变化、相互交叉、跨度大的复杂构件进行精确放样，以及设计节点连接形式。

2.利用经纬仪、水平尺及可调节螺栓等，在浇筑混凝土过程中监控和调整基础垫板的平面位置和标高，控制柱平面位置及标高符合设计要求。

3.梁柱连接节点处，连接梁和柱的柱垫板应在安装梁时再与柱焊接，以消除柱平面位置偏移的影响。

4.利用调整段构件，消除多段构件连接时产生的误差累积，确保复杂构件成功对接。非调整段可按图标准化生产，生产率高。

5.构件可在工厂内生产，有利于建筑工业化。

图2：型钢构件正面投影

图1：型钢构件平面图

三、适用范围

适用于大跨度、变截面、折线形、弧形等几何形状复杂的型钢结构，尤其是多段连接的型钢结构。

四、工艺原理

对于几何形状复杂的构件，其放样精确度至关重要，也是确保构件加工图准确无误

的关键。随着计算机的普及和应用技术的发展，为复杂形状的构件放样提供了较好的条件。应用CAD，以1:1的比例将型钢结构的平面图及立面图在计算机上绘出，则构件的规格尺寸、相互间的距离、角度可直接在计算机上标注出来，不需要进行大量的距离、角度计算，而且精确度高，避免了放样误差对构件制作的影响，放样误差在构件加工制作时已可忽略不计。

解决了放样困难的问题后，再来研究构件制作及安装误差的问题。误差是客观存在的，构件在制作和安装过程中不可避免地带有误差。型钢结构的误差（位置偏移或结构变形）主要有以下4个方面：

1.制作误差：制作技术、设备本身不尽完善，引起构件几何尺寸误差，如焊接变形引起尺寸偏差等；

2.安装误差：受制作误差及安装时的焊接变形等影响，产生安装误差。因构件为多段拼接，误差将随着构件段数量的增加而累积；

3.浇筑混凝土时对钢构件产生侧压：导致构件位置偏移；

4.混凝土收缩徐变：可能引起型钢结构变形。

如果误差过大（构件对接处错边允许偏差为3mm），将造成构件对接处截面错边量大，产生应力集中，对结构受力不利，甚至构件完全无法合拢。因此，削弱和消除误差，保证构件合拢时能准确对接，是钢结构安装的关键。针对这一问题，本工法提出了应用调整段处理误差累积的方法，即根据现场安装的实际情况，量身定做调整段，确保了构件合拢，使得可能出现的错边现象变为平滑过渡连接，成功地解决了误差累积问题。

五、工艺流程及操作要点

<一>、工艺流程

构件制作流程图

构件安装流程图

<二>、操作要点 1.制作

①构件放样 应用计算机及其辅助系统CAD ，在计算机上以1:1的比例进行构件放样，根据结构施工图中构件的平面位置和标高，在计算机上建立构件的空间图形来对工程实体进行研究，弄清构件的空间位置和相互关系后，确定节点连接方式。首先绘制构件的平面图和立面图，再逐一分解，绘制单个构件的分段加工图（图3：STL-1大样图），然后绘制节点大样、标注细部尺寸，以此对构件的制作和安装进行交底和指导。在会议中心的实际施工中，应用计算机进行放样的方法，很好地解决了弧形、折线型变截面钢梁的放样，且精确度高，连接处螺栓孔的位置偏移都在容许范围内。如实例中的STL-2、2a 、3、3a 的Ⅰ、Ⅱ段螺栓连接，及STL-4的直线与弧连接处螺栓孔的定位，即是在计算机上绘出图形后，再定螺栓孔位，经实践证明，是较为成功的。

②构件分段构件分段应综合考虑以下几点：

a.受力位置，构件连接处不宜设在受力较大处，柱分段位置应避开楼板上下各1/6层高范围，梁分段位置应避开跨中1/3跨范围；

b.起重设备（如塔式起重机）的最大起重能力，构件单段重量应避免超过起重设备的最大起重量；

c.构件连接形式，构件交叉处，有些构件是在节点处断开，通过节点连接的，构件本身已自然分段（如工程实例中的STL-2、3）；

d.根据钢板原材料规格分段，按材料规格自然分段，可节约材料用量，避免浪费。如工程实例中的弧形梁STL-4，将钢板按板材规格长度下料后再进行弯曲，使弧形梁的下料节约了近1/3的钢板。

③钢板下料

a.坡口，应优先采用“X”形双面坡口，双面坡口容易焊透，而单面“V”形坡口不易焊透，只有在施工现场无法采用双面焊时才考虑采用“V”形坡口形式；

b.两段构件连接处的焊缝应错开（翼缘板和腹板）350mm以上；

c.根据构件加工图，确定钢板下料图，如钢板需要拼接，须标出钢板拼接位置，拼接焊缝应做射线照相检测，钢板的拼接位置不宜设在受力较大处。

④构件焊接构件焊接时，先焊接支撑将钢板固定就位，截面几何尺寸经检查合格后，双面对称施焊，避免构件受热不均而变形；亦可间歇施焊，避免持续高温导致构件变形，间歇时长以钢板温度降到焊接作业前的温度为宜。

⑤构件焊缝检测构件焊接成型后，须做焊缝检测评定，检测优先采用超声波探伤检测（《钢焊缝手工超声波探伤方法和结果分级法》GB11345），对超声波探伤检测不能评定的焊缝，可作射线照相检测评定（《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级法》