大跨度钢结构施工安装变形控制技术措施

大跨度钢结构施工安装变形控制技术措施

周云瑞 庞磊 杨建新 陈稳

中国建筑第八工程局有限公司 上海 201204

摘要：随着社会的发展和科技的进步,大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况逐渐成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。实践证明,空间钢桁架是一种既可以满足人们不断追求简洁美观、覆盖更大空间的建筑设计追求,又可以保证结构可靠性好、抗震性能优的建筑结构形式。大跨度空间钢桁架结构具有体型大,重量重,加工精度高,吊装难度大,施工工序复杂等特点。大跨度空间钢桁架、钢网架结构在施工阶段,特别是拆撑卸载过程中容易发生安全事故,所以对其在拆撑卸载过程中安全质量控制和监测进行深入研究是十分必要的，此次大跨度钢桁架、钢网架整体提升的工程名称为雄安国际酒店项目，此工程建设单位为河北雄安商务服务中心有限公司，质量方面，要求施工方竣工验收一次合格，确保“安济杯”，争创鲁班奖，工程施工有效工期：2021年3月12日至2023年7月7日，共计846日历天＂。雄安国际酒店项目钢结构工程由国际会议中心结构单元1钢桁架楼盖、钢网架屋盖、钢连廊、型钢混凝土梁柱、国际酒店结构单元7钢桁架屋盖、国际酒店结构单元6钢网架屋盖六部分组成。国际会议中心结构单元1钢桁架楼盖跨度40.0mx44.0m，钢桁架轴线高度2.30m；国际会议中心结构单元1钢网架屋盖跨度39.2mx52.2m，网架轴线高度2.60m~3.18m；国际会议中心钢连廊跨度25.6m，桁架轴线高度3.25m;国际酒店结构单元7钢桁架屋盖跨度27.0m，桁架轴线高度1.50m;国际酒店结构单元6钢网架屋盖跨度30.0mx44.0m，网架轴线高度2.0m

关键词：大跨度钢结构；施工安装；变形；控制技术措施、整体提升；

引言

新时代发展中，随着设计理念与建筑风格的不断革新，大跨度钢结构被广泛应用在我国大型建筑中。由于大跨度钢结构自身重量、体积较大，因此，施工中需选择特殊技术进行施工，确保工程施工与设计相协调相统一。通过不断提升大跨度钢结构的施工技术水平，能够有效实现大跨度钢结构工程的系统性、先进性与经济性，同时使其功能得到充分发挥。

1.造成大跨度钢结构变形的因素分析

大跨度钢结构变形一般由焊接边变形，焊接变形主要是指钢结构焊接过程中存在着由于焊接造成的钢结构不同部分之间受热不均的现象。在焊接的热影响区域温度较高，产生热膨胀效应，而在远离焊接热影响区域的部位，则温度较低，产生冷缩效应。因而对结构产生变形的效应。（1）例如，工程使用了多种截面的型材，造成异径对接、异型管焊接较多。由于异径对接或者不同类型的型材对接，焊接填充量，焊接顺序都不规则，因此对焊接变形的控制增加了相当的难度。（2）结构异形、焊接节点复杂。该工程由于需要焊接成游乐造型，非常规曲面、复杂相交等情况出现较多。在结构及造型设计中，由于需要优先满足造型、空间使用方面的要求。部分结构存在结构交错、节点复杂、施工空间不足的情况，结构设计阶段并未完全考虑到对焊接变形控制带来的难度。因此在实际施工中，焊接造成的型材变形，使整个结构的线型发生改变，后续的装饰板等附着于钢结构骨架的附件都会发生变化，从而使整个外观造成与效果图有偏差的情况。故而焊接变形控制成为了保证项目整体效果的关键因素。（3）气候环境差。该工程施工场地位于珠海海泉湾的海边，因此空气湿度经常大于80%，风力时常达到５级，且雨水繁多，天气多变。经常是“前一秒出着太阳，下一秒就倾盆大雨”，早晚温差可达十几度。

2.大跨度钢结构施工变形控制措施

2.1焊前控制措施

预焊工序是钢结构预制中必不可少的环节。这个过程需要验证钢筋的位置、尺寸和材料，检查组对的槽角和组对间距。对于关键节点容易变形部位，现场的焊接技术人员应做支撑和加固。钢结构关键节点组副坡口形状分为主节点，根据材料壁厚的不同，凹槽可用于不同的连接形状。在焊接中，由于电弧加热，电弧周围温度升高，对于远离金属温度较低，导致了钢结构焊缝热膨胀不均匀。加热金属伸长，而未加热金属保持原始长度。被加热零件的伸长受到冷金属的抑制，限制了金属零件的加热。当自由应力超过金属的屈服强度时，就会发生塑性变形。金属的屈服随温度升高而降低，而钢的屈服强度在600℃时为零。焊缝体积越大，钢材的变形越明显。对钢副的螺距角和根槽有明确的要求。如果数据小于要求值，则无法满足全穿透源的要求。如果坡口角与配合间隙过大，会导致后续焊缝体积增加，可能导致进一步变形。因此，在焊前阶段，坡口角度和安装间隙的控制对于焊缝结构的变形非常重要。

2.2通过构件分析，对焊接变形区域进行优化。

根据Midas软件对结构位移分析的结果，在高塔结构中，较容易产生位移的是高塔结构的平台部分，如果由于焊接变形造成的结构变形，在发生位移时，产生局部的应力集中，那会是对结构很不利的情况，容易造成结构的破坏。因此，在控制焊接变形时，主要针对该构件的平台区域结构，以及异型廊桥底管部分进行结构优化，防止焊接变形对结构产生的不利效果。

2.3通过监控测量，及时修正焊接变形量。

工程结构多为异形结构，具有难以找到参考点，以及结构遮挡较多，测量困难的情况。因此，在对结构进行焊接时，监控测量的关键是找到参考线，或者找出参考点。参考线和参考点可以设置在焊接结构外部，且不应受焊接变形、地面沉降、风、温度影响。工程采用的圆管标尺，通过法兰固定在硬化地面上，用于标高基础。同时在地面使用全站仪放线，油漆画出十字中心线，作为平面位置基准。在焊接时，通过焊接管件在平面和标高位置的对比，确定其变形情况。在确定测量基准后，所有的焊接施工的焊前、焊中、焊后，都要确认基准点后方可进行焊接施工。应当将焊接参照基准的确认，作为焊接变形控制中的重要环节之一。

2.4钢结构变形控制技术应用

对于钢结构的残余应力是引起变形的直接因素。因此，在预防变形控制中，需要降低残余应力，以此来减少焊缝变形。对于海上平台钢结构焊接后，对于钢结构的温度此时会集中在焊缝上，残余应力在冷却焊缝上。为了控制残余应力控制，安装残余应力控制工艺，样件装配时应该进行点焊，进行热退火消除应力。通过传感器收集温度，并控制加热中测试图案的参数。采集数据从盲区采集信号，通过传感器到计算机。在焊接中，采用混合气体保护来防止焊缝氧化。焊接过程的增强参数用于控制残余应力的控制。采用交流电源作为电流源，速度设置为3mm/s。用慢焊法观察效果，准备两组试样，用于测试。加热试验组的试样，需要平行于氧乙炔加热25mm的实际距离。加热过程中，需要试验组热处理，对试样进行残余应力测量，在测试组的测试样品中，根据实际测试要求，可以选择设置几个测试点，在最高和最低数据之后，将剩余的数据取平均值得到最终结果。根据设定的操作，并联加热的加热温度范围定义为500℃，可以有效控制残压。联加热时将其参数设置在500℃，550℃内，测得的最大热流密度为6.1W/mm2。最佳加热半径为8mm，中心峰值温度-520℃。

结束语

总而言之，工程施工中，大跨度钢结构安装过程中应对其整体测控，通过利用支撑钢架来保证结构安装的精度，确保施工方案的合理性与先进性。大跨度钢结构安装是要综合考虑其安装顺序，同时使钢构件符合吊装需要，确保工厂加工、构件运输、现场安装间协调配合，对于大跨度钢结构的整体提升，选择经验丰富的施工队伍，从而有效规避建筑质量安全问题的出现。同时，对于大跨度钢结构的卸载，需结合大跨度钢结构特点，进行结构计算分析，确保结构安全。

参考文献

[1]周晨,刘洋,靳壮壮.大跨度钢结构管桁架力学性能及变形控制研究[J].贵州大学学报(自然科学版),2020,37(02):92-97+112.

[2]孙磊,黄磊.大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析[J].钢结构,2019,34(01):38-43.