施工工法与工艺-大跨度穹顶钢结构的制作与安装.doc

大跨度穹顶钢结构的制作与安装 长春市双阳水泥厂石灰石预均化库屋盖为大跨度穹顶钢结构,结构平面技影为正18边形(通称圆库),对角线轴距(直径)86.616m,中央矢高27.6m,是目前国内已竣工的跨度最大的穹顶钢结构之一(图6-14-1)。 该工程在设计中首次采用型钢管结构无节点板桁架,扭剪型高强螺栓拼接的安装方式。该工程技术经济指标先进,计算用钢量指标为49kg/m2。 由于结构新颖,设计中采用了新技术、新工艺,对结构制作安装提出了很高的要求,其制作精度和安装偏差的要求已高于国家现行施工及验收的规定。 第1章 大跨度穹顶钢结构的制作方案确定 由于双阳水泥厂地处偏僻山区,构件超重超长,长途装运不便,通过方案论证和费用测算,确定采用现场制作方案。设计单位提出,这样大跨度的钢结构,其温度收缩会引起结构较大变形。为确保安装顺利,制作和安装时的温度应相差不多,这就需要跨年安装。通过反复论证,认为只有采取有效措施,控制和补偿温度收缩,当年制作当年安装才是最优方案。 由于结构跨度大,国内又无先例,设计单位在图纸说明中提出宜进行整体预试装。认为只要采用精密的加工技术和先进的测试手段,保证各构件尺寸精度,采用不进行整体预试装,直接进行安装的方案,是有把握的。 第2章 技术准备 第1节 钢平台设计与铺设 钢平台是构件制作的重要保证条件,在分析图纸的基础上,确定了钢穹顶制作需要放1/18面积(即一个三角单元体)平面大样和半跨立面大样。为此设计了与放大样相适应的多边形钢平台,在最大限度上减少了平台占地面积和铺设费用。 平台铺设时采用了有效措施防止沉降,保证其平整度误差在2mm内。 第2节 机具设备现场制作 机具设备现场制作配备了大吨位汽车式起重机用以移送和翻转构件,配备了交、直流电焊机用于焊接和电弧气刨,以及齐全的切割下料、调直、钻孔设备,还配置了超声波探伤仪用于焊缝探伤。 为确保放样制作的尺寸和角度精确,配备了钢卷尺、钢板尺、游标卡尺、万能角度尺、游标量角器、塞尺和宽度角尺等测量工具,并对钢卷尺进行了精密测定。 第3章 钢结构制作的技术难点 由于结构全部为封闭尺寸,螺栓连接,对构件制作精度要求非常高。经过技术论证,认定要达到制作的精度要求,主要的技术难点是: 1.尺寸精度控制:这个问题贯穿于施工全过程,包括放样、下料、组对、焊接等各道工序。 2.控制焊接收缩和焊接变形:焊接收缩主要指沿构件(管件)长度方向的收缩;焊接变形指由焊接应力引起的各类变形,包括线变形、角变形和弯曲变形。 3.钢管腹杆的相贯线加工。 针对上述3个技术难点,采取了一系列技术措施来保证制作的精度。 第4章 主要施工环节技术措施 第1节 放样 所有构件在钢平台上按投影几何原理放1︰1足尺大样,放样工具采用红外线测距仪、经精密校验的钢尺和拉力计,先用校验过的钢尺结合拉力计,根据图纸放出所需要的大样,然后用红外线测距仪对大样误差再进行校正。 用此方法,半跨钢架大样用红外线测距仪测定的误差为+1mm,不需调整就满足了设计要求。 所用钢尺须经精密校验。因50m钢尺出厂时误差10mm均在合格范围内,而用于本工程钢结构制作是无法保证结构设计精度的。在用钢尺进行精密测量时,可根据校验时给定的每把钢尺的尺长改正方程式和温度,进行改正。 经反复测定证明,连接成一体的钢平面能克服伸缩阻力而与钢尺具有同样的温度变化系数。根据这个结论,放于钢平台上的大样不必因温度变化进行修正。 第2节 下料 下料前对型钢进行校正,以冷校为主,辅以热校正,由于工字钢长而且重,为此制作了螺旋千斤顶校正支架和平行进给支架,以提高工效和作业质量。下料时,由于受温度、焊接工艺、焊缝形式等诸多因素影响,为保证构件制作精度,需精确地预留焊接收缩余量,为此采取的措施是:在制作同型号的第一个构件时,先留足理论收缩量,再加长10~20mm,待焊接收缩结束后,测定出实际收缩量,割去多余部分(注意应尽量保证在同一条件下加工)。 第3节 钻孔 构件中所有高强螺栓的群孔采用钻模钻孔;连接板的孔采用配钻法、叠钻法加工;工字钢翼缘、环向托架及焊接实腹钢梁的螺栓孔在构件组对焊接结束后,再以端部为基准划线钻孔,以避免组合误差和焊接收缩变形影响孔位。 钢架GJ4与中心GJ5连接的弧形板采用双圆环夹紧后同时配钻径向孔方法,将外环切割成GJ4的端板,切割板后产生了一定曲率变化,然后以内环为胎膜对其进行二次校形,使其在安装时两圆弧得以很好吻合。 第4节 钢管相贯线加工 主钢架内环向的托架中,由于腹杆设计采用钢管,且无连接板,施工中需对正斜两钢管相贯线进行加工。 钢管的相贯线切割在国外有专用设备,据了解,国内的仿形切割机只能作平面仿形切割,而对象钢管相贯这样的空间曲线无能为力。为此,先把相贯线展开在