大矢跨比钢拱连廊分段组件制作与吊装施工技术

许伟平

（湛江市第四建筑工程有限公司 广东湛江524000）

1 工程概况

某广场项目位于湛江市赤坎区，是一座使用功能齐全，集商务办公、娱乐休闲等功能为一体的现代化、智能化绿色商务办公大楼（见图1）。建设规模为总建筑面积约17.3万m2，由A（酒店）、B（办公）2栋塔楼组成。2栋塔楼由钢连廊桥连接，钢桥位于A、B塔楼之间连通2塔之间的3、4层通道。钢桥钢结构设计主要分为2部分结构：①连廊桥身钢结构；②主支撑结构拱。钢拱连廊桥身总长58 m，拱高10.24 m，矢跨比约为1/5，主结构总重约为185 t（见图2）。

图1 某广场项目日景效果Fig.1 Daily View of a Square Project

图2 大矢跨比钢拱连廊模型Fig.2 Model of Steel Arch Corridor with Large Rise Span Ratio

2 施工工艺流程

深化设计➝施工准备➝材料进场检验➝构件制作（放样、下料、弯管、组对焊接）➝预拼装➝防腐➝验收后运输至现场➝基础交接➝安装临时支撑架➝吊装组对➝找平、找正➝组装焊接➝焊缝检测（未合格整改后再检测）➝卸载拆除临时支撑➝监测（1周）➝附属工程施工➝防腐➝验收。

3 大矢跨比钢拱连廊弧形构件加工制作技术

3.1 放样

深化设计钢拱连廊各类型构件拆解并分段［1-4］，各分段构件在工厂按制造工艺的要求，采用计算机对构件进行模拟放样，核定构件的几何尺寸。放样检验合格后，按工艺要求制作分段管道的焊接角度、槽口、对接样板和胎架样板。

3.2 下料

钢管件采用圆管切割机下料，两端坡口30°；对主管原则上长度按定尺采购，尽量避免对焊接长；下料时根据图纸或工艺要求预留焊接收缩量。原材料的对接接头具体坡口（见图3），并在工装划出纵向直线，相隔90°的4条母线及节点圆周环线，打样冲眼。

图3 相同管壁厚度主管对接示意图Fig.3 Butt Joint Diagram of Main Pipe with the Same Wall Thickness

3.3 弯圆

钢拱连廊桥设计有大量弯管杆件（见图4），杆件弯圆采用钢管弯圆机进行加工。根据相关验收规范要求，弯曲后的钢管直径变化≤3 mm，壁厚变化≤1 mm，钢管表面不能出现折痕和凹凸不平的现象。

图4 钢构连廊桥面构件三维布置Fig.4 Three Dimensional Layout of Bridge Deck Members of Steel Corridor

较大半径和板厚的圆管（如φ299×12、φ600×20等规格）在工厂内一般采用火焰煨弯，热煨弯过程具体工艺要求如下：

3.3.1 胎架的制备

根据图纸确定弯管胎架支点的矢高，支点距离d一般取值范围为1 000～1 500 mm，具体距离视弯管直径、壁厚、弧度、长度等具体情况而定。用水准仪测量测定各点的位置高度，矢高误差不超过2 mm。弯管加工胎架示意如图5所示。

图5 弯管加工胎架示意图Fig.5 Schematic Diagram of Bent Tube Processing Frame

3.3.2 划线

⑴在未弯圆的圆管上垂直对称划4条母线，然后用粉笔标识出烤火点范围，烤火点之间距离不大于100 mm，同时为了保证钢管圆弧均匀过渡，烤火点应超过钢管的母线10°～15°（见图6）。

图6 弯管标记烤火范围Fig.6 Schematic of Fire Range Marked by Elbow Tube（mm）

⑵烤火控制钢管加热温度在900～1 000℃之间，加热时应用2把烤枪从中间向两侧对称加热，保证在烤火过程中构件不发生扭曲变形；根据弯管的设计弧度，制作长度为2～3 m（支点距离的2倍2d），半径偏差不超过2 mm的样板，在烤火过程中进行测量，保证圆管的弯制弧度。

⑶如果管壁较厚，烤火效果不明显时，应增加外力（见图7）。

图7 施加外力示意图Fig.7 Schematic Diagram of Applying External Force

施加外力时，外力点不能和管壁直接接触，应加设与圆管面接触密实的垫铁，避免局部受力产生凹坑。

⑷当各个支撑点都与管壁接触后，应停止加热并保持外力，在钢管冷却至室温后，再去除外力。

⑸当弯曲圆管去除外力作用或降温后，会发生回弹，回弹量一般为0.04R～0.06R（R为半径）。影响回弹量得因素很多，开始弯曲时首先选择较小的回弹量，煨制好第一根后，根据煨弯成型情况，重新选定回弹量，调整弯管加工弧度［4］。

3.3.3 圆管相贯线剖口切割加工

连廊结构存在大量的圆管相贯剖口。圆管相贯线的切割好坏直接关系到连廊结构的焊接质量及外观质量。采用数控相贯线切割机进行切割，根据放样程序，坡口角度随圆周变化自动切割一次性成形，满足相贯线接头处趾部、根部和侧部的不同焊接要求。

3.4 分段构件预拼装

钢拱连廊为空间桁架，为确保现场组装焊接的外观线型光顺美观，达到标准要求，不发生错位、起鼓、起皱等现场质量问题。工厂加工圆管后，将分解的各类型分段构件利用胎架进行预拼装，并按照工艺规定对零部件进行检查，组装的允许偏差应符合设计施工要求。如发现错位、尺寸不符等问题及时进行调整，减少现场调整工作量，加快现场施工进度。

4 大矢跨比钢拱连廊吊装施工技术

由于连廊结构安装空间组对焊接量多，安装要求精度高。钢结构在预制场地制造并运输到现场，利用现场塔吊进行吊装空中组装。由于桥支撑结构是空间曲率弯曲单管，未与桥完全连接前结构不稳固，因此在安装前需搭建临时结构支撑框架，保证桥身结构为未完全连接前桥的稳定性，以及保证桥安装的精度。考虑到塔吊能力的关系，预制好材料后，现场搭设临时支撑架与满堂脚手架进行单根拼装。先安装形成稳定的主结构，后安装次结构。

4.1 现场设备吊装分析

为连廊结构提供吊装的设备主要有现场4#、5#塔吊，根据塔吊的布置位置和塔吊吊装能力分析，绘制出吊装能力控制区域图，在每个区域吊装件重量应控制在吊装能力以内。塔吊吊装控制分布如图8所示。

图8 现场塔吊吊装能力控制Fig.8 Control Chart for Lifting Capacity of Tower Crane on Site

从图8中可以看出，钢连廊安装区域吊装能力至少在2 t以上。对于连廊结构安装吊装，单根结构重量控制在2 t可以满足吊装能力。

4.2 安装临时支撑架

在安装过程为了让桥身在没有连接固定支撑前，能被稳固支撑，并保证安装的精确对位，考虑用钢管架结构临时支撑桥身。临时支撑采用P190×8钢管制作，尺寸为3.0 m×3.6 m×10.5 m，每个重量约5 t，共3个支撑点，总重约15 t。典型结构形式如图9所示。

图9 安装临时支撑架Fig.9 Installing Temporary Support Frame

4.3 钢管连廊分段吊装施工模拟与测量校正

4.3.1 钢管连廊分段吊装施工模拟

大矢跨比钢拱连廊钢结构组件预制好后，运输到现场单根进行空中拼装，根据安装结构施工的需求，依次安装钢拱连廊的下拱弯管、走道平台、上拱弯管等结构，具体安装步骤如图10～图12所示。

图10 钢拱连廊下拱弯管安装Fig.10 Installation of Lower Arch Pipe of Steel Arch Gallery

图11 钢拱连廊走道结构安装Fig.11 Installation of Steel Arch Corridor Platform Structure

图12 钢拱连廊上拱钢管安装Fig.12 Installation of Upper Steel Pipe of Steel Arch Corridor

4.3.2 钢管连廊吊装施工测量校正

将同一安装单元组件标高、水平度找好后，将结构点焊在规定位置。控制点9、10、11、12坐标根据现场实测埋件位置调整，其他控制点标高需现场测量复合（见图13）。计算出连廊上下端部的中心点坐标，采用高精度的全站仪测量并配合调整；计算出连廊构件每段的起拱值，按照规范及设计要求进行起拱，上下拱弯管总长为53 m，按照设计要求弯管中心起拱为8.2 mm。待连廊弯管标高调整完成后再对其的轴线进行调整，先调整桁架的Y轴线坐标，控制横向偏差；然后调整桁架的X轴线坐标，控制每段的纵向偏差；待调整完成后进行临时加固，复测轴线和标高并完成记录。

图13 钢拱连廊主要定位点空间位置示意图Fig.13 Schematic Diagram of Spatial Location of Main Locating Points of Steel Arch Gallery

钢结构的安装中，严禁强行组对。如有构件尺寸偏差，应测量好偏差尺寸，构件吊回地面进行调校、矫正后再次吊装安装。钢结构的主要构件安装就位后，应立即进行校正、固定，不应在未经找正的构件上继续安装。根据温差、风力等外界环境和焊接变形等因素采取相应调整措施进行校正。

4.4 临时支撑拆除与挠度监测

钢拱连廊整体拼装焊接完成后，逐步拆除其临时支撑（见图14）；按照规范要求在连廊结构两侧下弦中央一点及各向下弦跨度的四等分点处设置测量点，测量记录其沉降挠度值。因钢拱连廊为大跨度结构，存在沉降下挠，变形随时间变化会趋于稳定。为保怔结构安全，在拆除临时支撑后对连廊结构连续1周进行下挠度变形观测［5-7］。

图14 钢拱连廊临时支撑拆除Fig.14 Demolition of Temporary Support for Steel Arch Corridor

5 大矢跨比钢拱连廊安装施工受力分析

按照分段方案和安装方案（先安装形成稳定的主结构，后安装次结构）对本构件在安装过程中的结构安全进行施工模拟计算，计算构件在每个施工阶段的结构变形及应力状况，确定各分段或单个构件的预起拱量。利用SACS5.2钢结构强度计算软件计算安装位移，钢拱连廊安装完成拆除临时支撑位移计算如下：

计算依据规范：AISC—美国钢结构学会《钢结构手册》；

计算软件：SACS5.2钢结构强度计算软件；

假设条件：钢结构为线性杆系结构；

荷载条件：①主结构自重；②恒载0.7 kN/m2；荷载组合：①+②。

建立模拟模型（见图15），模拟过程和计算结果。

图15 钢拱连廊模拟模型Fig.15 Simulation Model of Steel Arch Corridor

计算荷载如表1所示，位移计算结果如表2所示。

表1 荷载组合Tab.1 Load Combination

以上计算工况为安装完成后拆掉临时钢结构后，钢桥自身结构重量荷载的作用工况，表2中的位移结果为桥身中间结构在重力方向上的位移，位移8.235 mm≤58 000/2 000=29 mm，满足精度要求。经持续观测，沉降挠度与计算值基本符合［8-9］。

表2 位移计算结果Tab.2 Displacement Calculation Result

6 结语

本文重点阐述了大矢跨比钢拱连廊分段组件制作与吊装施工控制过程及要点，对连廊的各类型构件进行拆解分段，分段的大直径厚壁杆件在工厂弯圆后进行预拼装，现场采用塔吊吊装，可减少现场调整工作量，提供施工效率并节约成本；对钢拱连廊各分段进行吊装施工模拟并计算起拱值，连廊结构整体吊装完成后逐步拆除临时支撑并持续进行挠度监测［10-11］，安装精度满足要求。对同类工程的施工具有借鉴意义。