球铰体系铸钢支座及巨型人字柱的空中定位安装技术

球铰体系铸钢支座及巨型人字柱的空中定位安装技术本文详细介绍了自行车馆工程球铰体系铸钢支座及巨型人字柱的空中定位安装技术，从质量、安全、工期、经济性等方面综合分析了其应用效果。一概述**自行车馆圆形钢结构屋盖水平投影直径149.536m，钢网壳跨度133.06m，矢高14.69m，网壳厚度2.8m，顶标高35.29m，整个屋盖系统是由双层球面焊接球网壳、全封闭相贯线节点环形管桁架、24组向外倾斜15°、高度10.35m的人字柱以及24组球铰可转动铸钢支座组成的组合结构体系。整个屋盖系统总重量约2000吨。图1钢结构外观图2网壳主要外形尺寸示意图施工中为便于区分，将整个屋盖系统分为A、B、C三个区，其中：A区为焊接球网壳部分，B区为环梁系统，C区为人字柱和铸钢支座（如图3所示）。图3屋盖系统分区图C区为人字柱和铸钢支座，是钢网壳的支撑系统。人字柱共24组，材质为Q345C，每组由两根Φ1000×18的钢管相贯焊接而成，单根长度为12m，重量为5.3t。铸钢支座共24套，由于我国的铸钢节点标准尚未出台，本工程铸钢支座按德国标准DIN17182执行，材质为GS16Mn5N。每套铸钢支座总重量为8.8吨，由四个部件组成（见图4），各部件连接部位需要采用精密机加工。铸钢支座总重量200吨，人字柱总重量260吨。图4人字柱与铸钢支座结构示意图及实体照片铸钢支座的安装直径为126.282m，标高为7.2m，24个铸钢底座均匀分布在以建筑主体中心为圆点的圆周上。人字柱和铸钢支座就位后均沿环向向外倾斜15°。铸钢支座底座与预埋板（规格：1100×900×60）通过焊接固定。预埋板材质为Q345C－Z15，焊缝要求为角焊缝。铸钢支座上部与人字柱连接方式为插接焊接，接头形式见图5，焊缝等级为一级全熔透焊缝。图5铸钢支座与人字柱焊接连接示意图铸钢支座采取预先在预埋板上测量放线、设置定位挡板，将铸钢支座地面组装、整体吊装的方案安装。地面组装避免了逐件安装时在倾斜状态下难以调整、不便操作的问题。安装人字柱后，在地面胎具上将每组人字柱组成人字形整体吊装，下端与已经安装了的铸钢支座插接固定，调整就位后，点焊固定，上部用钢丝绳与混凝土结构拉结固定，最后完成焊缝焊接。地面组对后再吊装避免了两根人字柱之间相贯节点高空调整和高空焊接，便于保证其夹角精度，便于就位后测量定位。二、施工重点和难点1．铸钢支座单件重量达8.8吨，为球铰可转动体系，需要在向外倾斜15°的预埋件上一次性安装就位，定位和安装调整的难度大。2．铸钢支座精确定位的关键在于底座与预埋件准确连接。由于其就位位置不能与场馆中心点通视，需要利用外控法设置二级控制网进行定位。确保测量精度直接影响到后续铸钢支座、人字柱及上部环梁系统的安装，是施工重点之一。3．人字柱每组重量达10.6吨，外形尺寸19m×12m，安装定位后与水平面的夹角为69.495°。需要在倾斜状态下实现空中定位，同时要实现与铸钢支座的精确对接，安装精度要求高。4．人字柱材质为Q345C、铸钢支座材质为GS16Mn5N、预埋板材质为Q345C-Z15。所以，铸钢支座与人字柱的焊缝、铸钢支座与预埋板的焊缝均为异种材料焊缝，并且构件规格大，预埋板壁厚达60㎜，焊接位置作业极不方便，铸钢支座与人字柱焊缝厚度大、长度大，需要连续施焊完成。三施工工艺1．铸钢支座安装铸钢支座每套重量8.8吨，由四个部件组成，为球铰可转动体系，安装在标高为7m，沿径向向外倾斜15°的预埋件上。安装质量和精度直接影响到整个屋盖体系的安装精度。安装工艺要点如下：1.1由于铸钢支座位置与极坐标中心点不能通视，在7m平台上建立2级平面控制网，共由9个控制点组成。1.2用全站仪在预埋件上放出铸钢支座中心控制点和控制轴线，根据控制轴线放出控制边线并焊接定位板。图6铸钢支座底座中心线示意图图7铸钢支座底座安装定位挡板1.3将铸钢支座各部件在地面组成整体，用50吨汽车吊吊装就位，通过定位板初步定位，再用千斤顶和倒链进行精确调整，准确就位后与预埋件点焊。为防止倾覆，在外侧用木方支垫，并用钢丝绳将支座上部与内侧混凝土结构拉紧。1.4焊接铸钢支座底座与预埋板的焊缝，焊前预热、焊接过程中火焰加热以保证层间温度，焊后用玻璃丝绵包裹保温。图8铸钢支座在地面组装图9预先设置定位挡板,将铸钢支座整体吊装到位图10将铸钢支座与预埋件焊接牢固图11焊后保温2．人字柱安装人字柱由两根长度为12米，规格为Φ1000×18的钢管相贯连接而成，每组重量10.6吨。下端与铸钢支座插接后焊接连接，上端与Φ1200环梁相贯焊接。安装时需要在倾斜状态下实现空中定位，安装工艺要点如下：2.1在地面定型胎具上组对人字柱，用套模（Φ1200）检查相贯口，焊接相贯焊缝。为防止结构变形，在人字柱要不设置支撑。2.2根据据电脑放样样，在水平平胎架组拼拼时以柱的的下端面为为基准，在在距人字柱柱下端面110.055m的位置置上安装观观测点，并并在混凝土土楼面上放放出其投影影点。2.3用550吨汽车吊吊吊装人字字柱，下部部与铸钢支支座插接连连接，上部部用钢丝绳绳加倒链临临时固定。2.4在距距安装位置置约5m处设立立测量站，用用经纬仪校校正地面投投影点与人人字柱控制制标记点，当当从不同方方向观测标标记点与投投影点均在在同一竖直直面上时说说明人字柱柱就位准确确。2.5调整整就位后锁锁紧临时拉拉索，待安安装完至少少三组人字字柱后开始始焊接人字字柱与铸钢钢支座对接接焊缝。焊焊前预热，由由两名焊工工同时对称称施焊，焊焊后采用玻玻璃丝绵包包裹保温。该该焊缝焊接接量相当大大，两名焊焊工焊接10个小时才才完成。图12在地面面组装人字字柱图13吊装人字字柱图14人字柱柱与铸钢支支座焊接四技术保证措施1．测量技术保证措措施测量前首先在计计算机中利利用AutooCAD放样，计计算出构件件的准确坐坐标和构件件上观测点点的投影坐坐标等。现现场建立二二级测量控控制网共设设置9个点，控控制网建立立后经过分分包单位、总总包单位复复核无误后后再投入使使用。2．铸钢支座承载力力试验在上海同济大学学对一套铸铸钢支座进进行了非破破坏性足尺尺试验。检检验铸钢支支座节点在在实际荷载载作用条件件下的承载载性能，并并考察人字字柱与铸钢钢节点的连连接性能。具具体试验要要求如下：：2.1两侧侧人字柱短短管同时受受拉，每侧侧拉力值不不低于12200kNN；2.2两侧侧人字柱短短管同时受受压，每侧侧压力值不不低于29900kNN；2.3人字字柱短管一一侧受压、一一侧受拉，压压力值不低低于29000kN，拉拉力值不低低于12000kN；；2.4两侧侧人字柱短短管同时受受压、但压压力值不等等，一侧压压力值不低低于33880kN，另另一侧压力力值不低于于22900kN。试验荷载为使用用状态下最最大荷载的的1.6倍。根据据试验结果果，最大应应力为138MMPa，结果为为合格。图15试验照照片图16铸钢支座座有限元模模型图17铸钢支座座应力图3．焊接技术保证措措施铸钢支座－预埋埋板焊缝、铸铸钢支座－－人字柱焊焊缝均为异异种材质焊焊缝。焊接接前对铸钢钢支座－人人字柱焊缝缝进行了焊焊接工艺评评定来指导导现场焊接接。用铸钢钢支座足尺尺试验时底底座与试验验装置之间间的焊接工工艺来指导导现场铸钢钢支座与预预埋板的焊焊接。五质量控制措措施1．安装精度保证措措施：施工工前利用计计算机AutooCAD进行电脑脑放样，精精确计算构构件就位坐坐标点，保保证测量控控制点的准准确。人字字柱、铸钢钢支座就位位位置与地地面倾斜，通通过优化方方案也简化化了测量工工作的难度度。同时，控控制网建立立后经过分分包单位、总总包单位复复核无误后后再投入使使用。保证证了测量精精度。2．人字柱拼装、铸铸钢支座组组装均在地地面及定型型胎具进行行，避免高高空作业的的不便，易易于保证拼拼装精度。地地面组装减减少了空中中姿态调整整的工作量量，降低了了不利因素素的影响。3．现场施工本着样样板引路的的原则进行行，通过样样板施工发发现工艺存存在的问题题，进而完完善施工工工艺，确认认无误后在在大规模展展开施工。4．铸钢支座与预埋埋件、人字字柱的焊缝缝均为异种种材料焊缝缝，且焊接接量大，焊焊接前根据据焊接工艺艺评定编制制焊接作业业指导书，认认真对焊工工交底。焊焊接过程中中严格按要要求执行。焊焊前预热、焊焊后保温、并并且保证层层间温度。组组织好焊工工，保证连连续焊接，一一次完成。焊焊后按要求求进行外观观检查和超超声波探伤伤。六安全措施1．铸钢支座与人字字柱就位后后均为向外外倾斜15°，在铸钢钢支座调整整到位后外外侧用木方方支撑，内内侧则用钢钢丝绳与混混凝土结构构拉结。2．人字柱就位后与与铸钢支座座点焊固定定，上部用用三道钢丝丝绳与混凝凝土结构拉拉结，防止止倾倒。3．施工前仔细计算算所需钢丝丝绳、倒链链的规格，施施工中使用用复合要求求的设备。七施工体会铸钢支支座和巨型型人字柱是是整个屋面面巨型钢网网壳结构的的支撑体系系,其安装的的精度以及及连接的质质量对于结结构的安全全起着关键键的作用。我我们针对确确保连接质质量和安装装精度两大大目标进行行了充分的的方案论证证，制定了了一系列可可靠的技术术措施，比比如在7mm平台处建建立了2级控制网网，消除了了原控制网网不能通视视带来的影影响；由于于铸钢支座座和人字柱柱重量大，空空中调整位位置的难度度极大，我我们采取了了在地面组组拼，整体体吊装的方方法，降低低了空中精精确定位的的难度；对对于预埋板板、铸钢支支座和人字字柱之间异异型材料焊焊接问题，我我们进行了了专项工艺艺评定，编编制了焊接接工艺书，并并经过了足