体育馆钢结构屋盖焊接施工技术的研究

体育馆钢结构屋盖焊接施工技术的研究

卢承朝

卢承朝

广西建工集团第二建筑工程有限责任公司

摘要：本文对体育馆钢结构屋盖焊接工程进行了简单的概述，再进一步对体育馆钢结构屋盖焊接施工的施工特点以及工程难点进行了分析，最后具体分析了钢结构屋盖焊接施工过程中钢结构的加工制作、钢结构的拼装以及钢结构的现场安装、焊接等具体技术，并结合具体的体育馆实例进行分析。

关键词：体育馆；钢结构；焊接；施工技术；吊装；加工制作；分析

前言

随着我国建筑工程的发展，对建筑材料以及建筑工艺的质量以及美观性要求也越来越高，而钢结构由于具有形状美、质量轻的双重优势被广泛运用于当前包括体育馆在内的大型公共建筑。但是，钢结构的良好应用与发展离不开良好的施工技术作为支撑，尤其是钢结构的现场安装与杆件焊接技术更是对体育馆钢结构的施工质量具有极其关键的意义。

由此可见，施工技术对钢结构的安全施工和使用至关重要，有必要对钢结构的施工技术和工艺进行研究。前人对钢结构高层建筑，钢结构厂房和钢结构住宅等的施工技术进行研究，但是对大跨度的钢结构屋盖的施工技术研究还很少。此类结构跨度大，高程高，连接节点复杂，施工过程有其特殊性和难点，有必要研究其施工技术。

1体育馆钢结构屋盖焊接工程的概述

钢结构屋盖焊接工程在当前我国体育场的建设中具有非常重要的实际应用价值。具体来说，钢结构的施工技术主要分为两个阶段，即钢结构的加工制作与钢结构的现场安装与焊接。而钢结构的现场安装又分为拼接和安装两个具体的步骤。一般来说，当前大部分的钢结构主要形式为双向张弦桁架的单曲面结构，其中上弦主要是平面桁架，采用正交正方，而下弦则使用预应力张拉索，且通过穿过钢撑杆下端的双向索夹点来形成一个双向的空间张拉索网。

随着钢结构应用的推广，人们有必要对钢结构引发的事故给以关注。在实际的施工过程中，钢结构的安装次序不正确、安装过程没有形成一个完整的受力体系等都有可能会引发钢结构安全事故。笔者曾经了解到西安市某钢结构的建筑工程就因为上述原因在桁架安装的过程中发生了坍塌事件，带来了重大的损失。因此，我们可以说，钢结构工程是一类实际应用价值大、发展前景良好，但工程复杂、对技术要求高、事故破坏力强的一类工程。

2体育馆钢结构屋盖焊接的施工特点以及工程难点

2.1钢结构施工的特点

1）一般来说，当前我国大部分的体育馆钢结构的形式都不规则，而且屋盖以弧形为主，桁架截面形状多样，且各点标高不同。

b剖面

图1体育场钢结构示意

2）主要构件超重、超长。

3）大部分体育馆的钢结构的主体桁架跨度大、安装高度高，且悬挑长度长。

4）节点呈中心线对称，且不完全相同，特别是铸钢节点，现场拼装胎架数量多。

2.2钢结构工程的重点、难点

为达到屋盖整体曲面效果，各构件的安装定位、标高测量控制及安装校正是现场安装能满足设计要求的前提，拼装、安装测量定位是本工程的重点，要高度重视，精心施测，测量工作要贯穿于施工过程始终。

现场场地布置。由于钢结构的构件具有长、多、重的特点，因此，对现场场地的集中性要求非常高。且要求场地集中布置。现场场地有限，构件的拼装、存放量受到限制，构件进场计划要周全。现场施工机械有150t履带吊及350t履带吊，机械行走对地面承载能力及道路宽度、平整度均要求较高。

高空焊接影响安装的质量。在钢结构的安装过程中，往往高空焊接与散件非常多，由安装误差与焊接的变形而引起的对钢结构的内力产生的影响非常大。因此，防止在焊接的过程中构件因为收缩而产生变形进而影响结构的内力是本工程的一大难点。笔者认为，针对本工程多管对接的特点，在实际的工程中，工作人员一定要严格做到以下四点：采用同步对称的施焊技术，以防止焊接的变形；综合考虑焊接的收缩余量来进行杆件的拼装；在进行环向管与径向管的焊接时，必须要先点焊固定，且要注意严格禁止上下接口的交错焊接；在进行环向管与环向管焊接时，要通过安装耳板来做临时的固定，以此来控制安装的误差。

安全施工。在进行钢结构的安装过程中，会使用到连接板、螺栓等小型构件和各种手持工具非常多，极易产生小构件的坠落事件，高空施工时的电焊火花必须进行有效防护，除了高空有防火措施外，地面上应设专人看火防火；在高空作业时需设置安全绳，保护操作人员的安全。

3体育馆钢结构屋盖焊接施工的具体技术分析

3.1钢结构的加工制作

在本工程体育馆屋面桁架钢结构中，由于屋盖造型奇特，主杆件与腹杆需进行曲折面过渡，过渡处连接点很多且形式复杂。箱形构件相贯节点和方钢管与H型钢相贯节点，是两种典型的复杂连接节点。

在节点制作中，因屋脊线不一致造成每榀主桁架高差不一，上下腹杆与主杆连接时分别需进行曲折面加工。因此如何准确地下料，保证装配精度是本工程加工制作的重点。针对这一难题，用AutoCAD软件建立三维线框模型进行分析，确定好机械切割余量及焊接后的收缩余量，按照材料规格进行合理的套料，并根据制作要领选择正确的加工设备实地放样拼装。

3.2钢结构的拼装

主桁架的拼装程序。主桁架的拼装程序是先制作桁架的平面拼装，再对桁架的拼装进行定位与校正以及检验，然后再进行正面焊缝焊接以及焊后的校正，再对桁架的背面进行焊缝的焊接，经过UT检查合格之后再制作立体的拼装胎架，最后再进行立体的拼装以完成所有工序。具体来说，桁架的安装过程包括平面的桁架以及桁架的立体安装两大工序。

钢结构的现场拼装的胎架主要是由工字焊接形成的，整个胎架是一个刚性体。拼装时，先在拼装的场地进行划线，然后再安放H型的钢马凳，在角钢和马凳间完成支撑连接以后，再进行立杆的安放。

3.3钢结构的现场安装

在进行完钢结构的拼装程序之后，接下来就可以进行钢结构的吊装工程了。钢结构的吊装首先要选用大型铝带吊和汽车吊，并且选择“齐头并进，分区安装”的安装原则，采用高空分段散装与立体分段吊装结合的安装方案，来进行具体的安装。一般来说，在进行钢结构主拱和桁架的吊装之前，应该要通过倒链与平衡滑轮并且根据三维的模型来对角度进行相应的调节。

下面，笔者就通过对本结构图的分析来阐述体育馆钢结构的安装流程：

3.3.1钢结构东侧的安装顺序分析：先进行支座预

埋件的安装，然后再安装屋面的主桁架，其次再安装桁架的撑杆与拉杆与进行屋面的支撑，接下来就可以安装支座了，再接下来就对马道、天沟梁等进行吊装，按照E01、E04、E02、E03的顺序来进行安装。

3.3.2钢结构西侧的安装顺序分析：先对支座的预埋件

进行安装，然后再安装屋面的主桁架，再按照主拱3、主拱2以及次桁架的顺序进行安装，接下来就是撑杆和拉杆与屋面次桁架以及主拱1与支座，最后再对马道与天沟梁进行安装。在进行钢结构的安装过程中，特别要注意选择合理的吊装顺序，操作性强、快速简便与经济可靠的吊装方案，再选择适宜的吊装机械，以此来保证钢结构工程的工期、质量以及安全性。接下来笔者就以我国国家体育馆的钢结构为例，来分析体育馆钢结构屋盖焊接技术的成功应用。

3.4体育馆钢结构焊接技术的应用

总体来说，体育馆钢结构的焊接最主要的技术要点是滑移。而焊接的类型可以分为两大部分，即高空焊接和地面焊接。在焊接的实际工程中，需要注意以下一些施工原则：（1）不允许在同一支管的两端同时进行焊接；（2）焊接的顺序要遵循先对中间的节点进行焊接，再向焊架的两端不断地进行节点的拓展，这样就可以成功地避免桁架节点之间误差的存在；（3）在进行节点焊接时应该要采用对称焊接的方法，以此来保证杆件轴线角度的准确，同时也可以减少相应的焊接应力。

另外，也要注意焊接的顺序，以此来避免变形或者应力集中现象的发生：（1）先对中间进行焊接然后再焊接两边；（2）先对受拉的杆件进行焊接再来焊接受压的杆件；（3）先对受力较大的杆件进行焊接再来焊接受力较小的杆件；（4）先对管径大的杆件进行焊接再焊接管径小的杆件；（5）先对焊缝比较小的杆件部位进行焊接再焊接焊缝比较多的杆件部位；（6）先对杆件的趾部进行焊接再焊接根部。

焊接作为体育馆钢结构屋盖焊接施工技术的关键，对其质量应该要进行严格的控制，同时也要进行严格的检验：（1）焊接前的检查：焊接的接头位置是不是正确；焊接的垫板和原来的钢板的间隙以及引弧板的位置是不是正确；焊接的坡口角度是不是正确；焊接的预热温度。（2）焊接过程的控制：保证焊接的流程按照相关的指导书、流程工艺以及标准的技术参数和顺序进行。（3）焊接后的检验：要保证良好的外观；表面不能有气孔、裂纹、电弧擦伤以及咬边等现象；要对凸出的焊道进行焊渣的清楚，保持光滑。

4结语

综上所述了钢结构在当前我国体育场建设中具有非常实际的应用价值与非常广阔的发展前景。笔者认为，当前我国要想进一步推进钢结构屋盖焊接施工技术的应用与发展，必须要严格控制好钢结构施工的技术重点与技术难点，对钢结构施工的加工制作、钢结构的拼装、钢结构的现场安装与焊接每一个施工步骤都严格把握，以此来促进我国体育馆以及其他大型公共结构中钢结构的应用。

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