大型预制钢结构旋转楼梯安装技术

大型预制钢结构旋转楼梯安装技术

邓明泉

精工工业建筑系统集团有限公司   浙江省绍兴市   312000

摘要：传统的混凝土旋转楼梯存在外观笨重、施工费时费力等缺点，而预制钢结构旋转楼梯解决了这些问题。钢结构旋转楼梯由立柱支撑，立柱采用钢结构与横梁紧固，增加了整体结构的稳定性。由于旋转楼梯较高，预制钢结构与BIM结合，以及在施工中使用先进的测量仪器，有利于精确确定每个测控点的空间坐标值，提高钢构件的装配精度。采用高精度焊接技术，利用BIM技术进行虚拟，提高了旋转楼梯安装精度，解决了构件变形和安装困难等问题。基于此，对大型预制钢结构旋转楼梯安装技术进行研究，以供参考。

关键词：大型预制；钢结构；旋转楼梯；安装技术

引言

随着钢结构在建筑领域的广泛应用及技术的愈发成熟，建筑钢结构除了具备基本的实用功能外，其造型也更具美感和艺术性。钢结构旋转楼梯正是这一设计的典型体现，其主要应用于大型商业综合体及体育场馆内，像一件精美的艺术品增加建筑整体的美感，但钢结构旋转楼梯造型复杂，面临组装精度要求高、焊接变形控制难度大、整体成形尺寸较难保证等难题。目前，一个体育场馆内的钢结构旋转楼梯在制造过程中，通过制订合理的工艺方案，以确保项目的顺利实施。

1工艺原理及流程

旋转楼梯钢结构构件在工厂加工，构件的生产、弯曲调整、角度均在工厂完成。检验合格后，将零部件运至工作场所，进行组装和焊接。施工安装时，将中柱与各导轨钢桁架焊接，用调节工具控制位置。由于楼梯的体量大、跨度大，会造成误差大的问题，应用预制钢结构，与传统设计相比，大大减少了施工中的误差。对于每个旋转都有不同的半径，不是每根杆都有相同的分量。主柱定位误差，将会造成长度不易控制，校正负荷大的问题。因此，使用BIM技术可以调节楼梯变形和偏差，基于三维可视化模型，降低了设计的复杂性。工法应用于钢结构旋转楼梯的安装工序中，包括施工准备、BIM虚拟拼接、钢结构安装、钢结构焊接和质量检测等工艺流程，每道工序合格后，才能进入下一道工序。

2制作难点

（1）旋转楼梯为底板封闭式箱型旋转钢梯，需搭设工装胎架，在胎架上进行空间构件组装及焊接，通过空间测量打点净尺，以保证构件线型及几何尺寸准确。（2）先采用近似原理对旋转楼梯底板、箱型梯梁翼板、腹板等构件进行描点，再绘制单个零件展开下料详图。（3）楼梯底板、梯梁箱型翼缘板、腹板曲率半径小，卷制及组装难度大。（4）为防止焊接变形，钢梯需在工装胎架上分步组装、焊接，制作难度大。

3大型预制钢结构旋转楼梯安装技术

3.1加工下料与预拼装方案

(1)物资搬运设备:组件由cnc切割机、CNC切割机、三辊板弯曲机和600吨油压机加工而成。(2)材料准备:组件的盒状侧板根据图纸切割，允许偏差为2毫米。凹槽的角度直接影响焊接质量，上下弧涂层板的数控毛坯允许偏差为1毫米。工件有凹陷、凸起缺陷的，应填充和打磨。(3)预装配和制造:零部件用13段制造，然后在现场焊接成接头。生产平台将平整为30毫米厚的钢板，每3米在平台上安装1‰1个夹具，站点部分作为定位的起点。绕组是钢楼梯整体加工中最重要的工作，也是困难的。为了控制弯曲的准确性，在成套计算机后使用CNC激光切割制作标准弧形备份板。如果线圈的电弧程度不能满足图纸的要求，只有熟练的大师用烟火技术修改后才能组装。由于钢板的厚度为20毫米，外圆和内圆的弧度必须同时满足设计图的要求，所以烟花补偿非常昂贵、费时、费时。装配箱形梁时，要精确控制垂直性和畸变。由于胎面板的宽度较大，为了减少焊接变形，使用14 #钢，以间隙为2 ~ 3个胎面板安装临时焊接支持。焊接完成，组件冷却后组装。(4)焊接加工:45凹槽是在旋转的钢梯子盖子下的腹板上制作的，2毫米钝边留着以便于焊接。收缩是焊接过程中固有的特性。为了使设计满足焊接后公差的要求，根据实际情况补偿焊缝的收缩，加工设计计划中每件工件的公差会增加。例如，组合梁在装配部位的允差在长度方向上增加10mm，安装部分的标高方向上的高度增加2 ~ 3 mm，组合截面的理论尺寸增加2 ~ 4 mm，以确保焊接后结构的尺寸收缩。每件工件增加的公差必须基于施工期间的基本焊缝收缩数据，以确保这种速度与焊缝的实际收缩相同，否则增加工作量以减少现场工件的超额增加。

3.2底板、梯梁翼、腹板卷制

旋转楼梯的底板、梯梁翼、腹板使用W11-30×3000三辊对称卷板机卷制，卷制前先在楼梯底板、梯梁翼上划出定位及卷制观察径线（径线为扇形内外弧长等分线的连线），在梯梁腹板上画出与地面垂直的定位线及卷制观察踏步线，并在端头及端尾留出50mm长的打头量，调整卷板机上、下辊的平行度，在下辊上划出中线。卷制底板及翼板时，下辊上的中线与底板、梯梁翼上划出的定位及卷制观察径线平行；卷制腹板时，下辊上的中线与梯梁腹板上垂直地面的定位线应与踏步线平行，以免产生扭曲或旋转角度尺寸不准确。卷制过程中用弦长1000mm的弧形样板检查其曲率半径，腹板与样板的间隙不得大于3mm。由于楼梯为从右向左旋转，故卷制底板、翼板、腹板时，钢板应从左侧进料向右侧卷出。

3.3构件组焊工艺

（1）地样线绘制，由于旋转楼梯内外弧整体水平投影为同一圆心不同半径的弧段，故地样线绘制时仅需确定梯段起点坐标及各弯扭梯梁、弯弧平台梁端口坐标即可便捷地划制准确地样线，较常规的单独放平使用三维坐标制作弯扭箱形梯梁的方式更加便捷且有效。绘制出整体地样线后再在地样线上标记出关键控制点，以３级踏步为一控制点，此控制点亦作为拼装胎架搭设基准点，可作为贯穿整个制作过程的控制点。（２）胎架搭设根据地样线上标记好的关键控制点为基准搭设拼装胎架，并保证拼装胎架刚度满足要求，拼装胎架采用Ｃ１０槽钢制作，拼装胎架搭设完毕，使用水准仪检验胎架搭设精度符合要求。

3.4安装精度控制

（1）旋转楼梯组对间隙控制，设计阶段：深化设计过程中需注意实测数据的误差，以及后期旋转楼梯安装完成，楼板接缝和钢梁会产生变形的情况；加工阶段：可以根据以往的工程施工经验，详细记录每次楼梯构件加工后的变形情况，分析出接受钢梁的实际偏差值、预留预埋偏差值及焊缝收缩值并进行汇总，汲取经验。综合评估安装偏差、构件尺寸偏差和焊缝收缩对安装造成的影响，结合相关工程经验及规范的同时，基于现场实测结果进行对比，选用施工方案。具体方法为：设计间隙+构件长度方向偏差+预埋件偏差+焊缝收缩值。（2）调整偏差，测量并注意实际偏差测量值，钢构件根据测量和应用进行微调。安装外旋和内旋箱形曲梁焊接-复核坐标和高度，如果存在偏差，需要调整钢槽螺旋楼梯踏板。查看坐标和高度，如有偏差，调整楼梯。安装休息平台，检查坐标和高度，是否存在偏差并调整，焊接平台焊接，查看坐标和高度并在有偏差时调整。组装元件时需要逐级检查和设置。构件在安装之前，必须临时固定，其高度、水平度和垂直度，需要在满足要求后进行拼接，如有错误，需要对临时固定点进行切割，然后重新对坐标、水平垂直度进行调整,再进行复核和焊接。

3.5除锈涂装

（1）旋转楼梯在抛丸处理前须彻底清除表面的毛刺、铁锈、氧化皮、油污及附着物，采用Q3030-16抛丸机进行抛丸除锈，要求达到Sa2.5级，表面粗糙度值在50~70μm内，焊接部位及局部修补层采用动力打磨除锈，表面要求打磨至St3级；旋转楼梯表面均进行预清理，依据国际标准ISO8501用无污染的压缩空气除尘（2级）。（2）按ISO4628标准要求，构件表面不应误涂、漏涂，涂层不应脱皮和返锈，涂层应均匀且无明显皱皮、流挂、斑痕、裂纹、针孔、气泡、鼓泡或凹陷不平等缺陷。（3）按GB/T5210—2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》用拉开法测定附着力，拉开法附着力达5MPa以上。

结束语

通过研究旋转钢梯子的制造、加工和装配技术，全面了解弧形轮胎模块的生产、安装、弯曲、装配、加工精度、加工质量和旋转钢梯子的其他技术。此外，在大跨度提升施工过程中，采取了防止组件变形的措施，最后形成了大跨度旋转钢楼梯的完整设计方案，保证了今后类似旋转钢楼梯施工的良好经验。

参考文献

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