劲性结构转换钢结构节点施工

某工程有混凝土结构、劲性结构、钢结构三种结构形式，在施工过程中，需要不同结构形式之间的转换。本工程有一种弧形主肋结构造型，由于截面比较大（1300mm×1500mm），施工存在高空作业（最高44.8米），原设计为劲性结构，施工难度巨大。后经过我司应用劲性结构转换钢结构节点将主肋结构在六层以上转换为钢结构施工，不仅降低了施工难度，而且加快了工期。难点是：与土建穿插施工需配合紧密，有效地控制好构件的定位及标高。焊接质量控制存在一定的难度，经过对本工程劲性结构转换钢结构节点施工和实践、总结，形成。
　　二、特点
　　劲性结构转换钢结构节点包括：劲性结构、劲性结构延伸至箱型钢结构内部的钢骨、箱型钢结构与延伸出钢骨有效连接的加劲肋、促进劲性结构与钢结构有效连接的内灌自密实混凝土、箱型钢结构。该节点可以保证劲性结构与钢结构有效连接，更大的发挥钢结构的优势，避免工程采用混凝土结构和劲性结构带来的施工难度，是一项先进的施工技术。
　　三、适用范围
　　适用于不同结构之间的转换，大跨度、高空及地下空间等复杂环境下解决混凝土结构与劲性结构的高大模板施工难度，更大的促进钢结构在大跨度、高空及地下空间的应用。
　　四、工艺原理
　　在六层以上主肋施工前，预先在五层至六层孤形主肋区段施工一段劲性结构，劲性结构预留一段H型钢骨，然后将外包箱型钢结构的H型钢骨转换构件与劲性结构预留的H型钢骨拼装焊接，将转换构件的H型钢骨按照劲性结构施工浇筑混凝土，实现劲性结构向钢结构的转换，节点施工完毕后，箱型钢结构继续连接钢结构进行六层以上弧形主肋施工。
　　五、工藝流程及操作要点
　　5.1工艺流程
　　5.1.1劲性结构转换钢结构节点施工工艺流程
　　劲性结构转换钢结构节点施工工艺流程如下：
　　施工的劲性结构预留一段H型钢骨→外包箱型钢结构H型钢骨构件吊装→将外包箱型钢结构的H型钢骨与劲性结构预留H型钢骨焊接→将H型钢骨按照劲性结构浇筑自密实混凝土→箱型钢结构与钢结构进行连接
　　5.2操作要点
　　5.2.1外包箱型钢结构的H型钢骨吊装
　　1安装前的准备工作
　　1） 技术准备：熟悉图纸及相关规范，参加图纸会审，并做好施工现场调查记录。
　　2） 基准点交接与测放：确定基准点后进行复测，确认无误后，以此为依据，进行钢结构基准线和轴线的放线和测量，并作好交接手续。
　　3） 各种设备机具的准备：准备好各种机具、设备、工具、材料进场计划，根据施工进度进行进场，满足施工要求。制作吊笼、爬梯等钢结构安装专用工具，方便施工。
　　2 测量定位
　　根据主肋的图纸及模型，在主肋安装前找到主肋上设定的8个点（上口4个，下口4个）的x、y、z的坐标，再根据该主肋模型上确定x、y、z的相对整个建筑物的位置，获得其坐标值。用全站仪极坐标法定位x、y、z的位置，在主肋安装时将对应点的x、y、z与之相对应并校正到位。
　　3 采用塔吊吊装
　　根据定位点采用塔吊进行吊装，并在临时固定式，要复测构件定位及标高的准确性。
　　5.2.2H型钢骨焊接
　　1焊接方法
　　根据本工程的特点，选择焊接方法应侧重考虑焊接质量和熔敷速度（即焊接速度），选用CO2气体保护焊作为本工程的主要焊接方法。焊条电弧焊用于临时点焊或固定钢构件使用，将其作为辅助焊接方法。
　　2焊接顺序
　　在钢结构焊接中，先焊接的部分先定位，并阻碍了与之相关联的后焊焊缝的自由收缩，因此，确定合理的焊接顺序很重要。合理的焊接顺序可以减小焊接应力和焊接变形，有利于保证钢构件几何尺寸。
　　先焊收缩量大的焊缝，再焊收缩量小的焊缝；严格对称焊接；同一根梁、支撑先焊一端，待其冷却后再焊另一端。H型钢骨焊接顺序如图5.2.2
　　3 防止焊接裂纹的措施
　　1） 严格控制钢板的质量，主要是限制焊缝中的S、P的含量。购进的钢材必须先进行复验，S、P的含量必须符合材料的技术标准。
　　2） 尽量减少氢的影响。焊前预热可有效驱除焊接区的水分。焊接前，必须仔细烘干焊条和焊剂。彻底清除焊接区的油、锈等杂质。焊接高强度钢时必须采用低氢或超低氢焊接材料。采取预热和焊后消氢处理，有利于氢的逸出。
　　3） 在深化设计中，尽量采用能降低接头刚性的结构型式、坡口形式和接头形式，避免存在应力集中部位，降低接头的拘束度，降低裂纹敏感性。
　　4） 采用合理的焊接工艺。合理安排装配顺序、焊接顺序和焊接方向，使大多数焊缝处在较小的刚度下焊接，以减小接头拘束度。
　　5） 采用中等的焊接线能量，避免形成窄而深的焊缝，熔深与熔宽之比应小于1。焊接预热可大大降低焊缝的冷却速度，有利于氢的逸出，减少冷裂。
　　6）采用多层多道焊。后焊焊道可使前一焊道中的氢迅速逸出，并可使前一层焊道热影响区的淬硬层软化。
　　7） 防止弧坑裂纹。减小弧坑尺寸，填满弧坑。自保护焊熄弧时要逐渐减小送丝速度，不可骤然断弧。
　　4 减小焊接应力的措施
　　1） 焊前进行预热。预热可以有效地减小焊接应力。预热范围应在焊缝两侧各100mm范围内，且不小于板材厚度的4倍。
　　2） 两条或多条焊缝之间有力学联系时，必须按事先确定好的焊接顺序施焊。同一构件两端的焊口切忌同时施焊。在焊接过程中，同一条焊缝的焊肉厚度应同步增长，焊肉厚度差应小于5。切忌将一处焊缝反复焊接然后再移至另一处焊接。
　　5.2.3将H型钢按照劲性结构施工混凝土浇筑
　　施工顺序为：施工放线→立杆定位→扫地杆、立杆满堂脚手架搭设→拉线检查主龙骨标高→铺次龙骨→铺木胶模板→拉线检查标高→清理模板→脱模剂涂刷→铺筋→安装侧模板→校正→加固→混凝土浇筑。
　　1 H型钢骨配筋弧形主肋模板支设及钢筋绑扎
　　1）模板安装前先放出控制轴线网和模板控制线。根据平面控制轴线网，在楼板上放出墙柱边线和检查控制线，待竖向钢筋绑扎完毕后，在每层墙体竖向钢筋上用红漆标出标高控制点。
　　2）根据弧形主肋定位，做出模板支架定位线。结合弧形主肋的变化轨迹，计算出所对应的模板支架的高度，搭设模板支架。如果模板支架的自由端超出500mm，需要在立杆上加设一道横杆，使立杆支架自由端高度控制在500mm以内，弧形主肋模板支设过程中按规范要求支设剪刀撑。
　　3）模板面板安装前检查模板杂物的清理情况、板面的整修情况、脱模剂的涂刷情况。在主肋的根部处留置清扫口，以便模板内部的杂物清理干净。
　　4）底模铺设完毕后，绑扎钢筋，钢筋下料必须严格按照下料单进行钢筋加工并进行编号，加工完毕后吊运至安装位置，按编号进行绑扎安装，保证钢筋曲率与弧形主肋曲率相符，以保证弧形主肋结构安全及美观。
　　5）安装左右侧模，最后安装上侧模。在模板合毕后，校正截面模板准确性、模板方正，安装柱箍并用对拉螺杆固定牢固。 在主肋短边（1300mm）布置8根50X100木方，均匀布置。在主肋长边（1500mm）布置8根50X100木方，均匀布置。主肋加固主龙骨使用5#双槽钢@400。
　　2 完成自密实混凝土浇筑
　　混凝土浇筑时，采用自密实混凝土，以保证混凝土浇筑质量，并且安排专人对主肋混凝土浇筑的混凝土情况进行检查，确保混凝土的浇筑质量，并且在施工过程中派专人对弧形主肋的定位进行复核，发现偏位，立即调整。
　　5.2.4箱型结构与后续钢结构构件连接
　　箱型结构与后续钢结构构件连接，实现劲性结构到钢结构的转换。
　　六、材料与设备
　　6.1主要施工材料
　　6.1.1外包箱型钢结构H型钢骨构件
　　外包箱型钢结构H型钢骨构件由H型钢骨与外包箱型钢结构组成转换节点，其中H型钢骨与外包箱型钢结构通过加劲肋有效连接，且箱型钢构内壁及H型钢腹板均加设抗剪栓钉φ19@200。
　　6.1.2模板支设
　　模板采用18mm厚封边胶合板模板作为模板面板，模板必须具有足够的强度和刚度，要求边角整齐、表面光滑、易于脱摸等性能。对拉螺栓采用优质碳素钢M18加工，套管采用硬质塑料管，对拉螺栓应加工准确，采用双螺帽拧紧。在主肋短边（1300mm）布置8根50X100木方，均匀布置。在主肋长边（1500mm）布置8根50X100木方，均匀布置。主肋加固主龙骨使用5#双槽钢@400。
　　6.1.3混凝土浇筑
　　采用C45自密实混凝土进行浇筑
　　6.2机具设备
　　劲性结构转换钢结构节点施工主要机具与设备配备见表6.2.1的规定。
　　表6.2.1 主要机具设备配备表
　　序号 名 称 规格型号 单位 数量 施工用途
　　1 塔吊 7052 台 3 构件安装
　　2 平板车 30T 辆 8 构件运输
　　3 二氧化碳焊机 X-500PS 600VG 台 10台 构件安装
　　4 直流焊机 AX-500-7 台 6台 构件安装
　　5 空 压 机 0.6立方米 台 2台 构件安装
　　6 测温笔、测温仪 / 支 20支 构件安装
　　7 碳弧气刨枪 / 把 10把 构件安装
　　8 磨 光 机 / 台 15台 构件安装
　　9 烤抢 / 把 12把 构件安装
　　10 千斤顶 5t、10t、30t 个 50 组装、矫正
　　11 倒链 20t、10t、5t 条 40 构件制作、安装
　　12 卡环 50t、30t、20t 个 50 构件吊装
　　13 扭矩扳手 NBS60D 把 4 高强螺栓施工
　　14 对讲机 MOTOROLA 台 20 现场安装
　　15 合纤吊装带 1t~3t 条 10条 吊装、稳固
　　16 全站仪 TC1800L 台 4 测量
　　17 激光经纬仪 J2 台 4 测量
　　18 光学垂准仪 TOPCON VS-A1 台 2 测量
　　19 水准仪 ZDS3 台 3 测量
　　七、质量控制
　　7.1劲性结构转换钢结构节点施工质量要求
　　劲性结构转换钢结构节点质量标准执行国家施工规范中的有关规定。
　　7.2劲性结构转换钢结构节点质量控制
　　1 现场构件安装焊接完成后进行超声波和渗透检测，不合格构件经返修。现场安装过程中我们发现由于施工环境不同，同一个焊工的焊接质量不同；不同焊工焊接质量也存在差异。例如：地面拼装过程中焊缝质量100%合格，高空安装焊接过程中焊缝质量存在部分问题，经返修后才合格。
　　2 模板安装的允许偏差值，见下表：
　　项次 项目 允许偏差（mm） 检验方法
　　1 轴线位移 基础 3 尺寸检查
　　 柱、墙、梁 3
　　2 标高 ±3 用水准仪或拉线和尺量检查
　　3 截面尺寸 基础 ±5 尺量检查
　　 柱、墙、梁 ±3
　　4 每层垂直度 3 用2m托线板检查
　　5 相邻两板表面高低差 2 用直尺和尺量检查
　　6 表面平整度 2 用2m靠尺和楔形塞尺检查
　　7 主肋截面尺寸 ±5 尺量检查
　　8 主肋顶标高 -30,0
　　八、安全措施
　　1 凡进入施工现场的施工人员必须戴好安全帽，并系好帽带。二米以上的作业人员施工时必须挂好安全带，安全带系挂必须“高挂低用”，在各区外架施工时，各项准备工作确认无误后方可上架操作。。
　　2 现场作业人员必须树立“安全第一”的思想，严格遵守国家和现场制定的各项安全制度和法规。
　　3 负责施工的管理人员对安全生产直接负责，安全员深入现场进行检查、监督、指导，对出现的安全隐患进行及时整改。
　　4 施工作业前，管理人员应作好对施工人员的书面安全技术交底，各班班长应做到上班前进行安全教育。所有施工人员必须接受书面安全技术交底，并如实做好施工记录。
　　5 施工人员应穿防滑、绝缘鞋，并注意好个人防护；根据作业分工，要适当配备随身工作袋，以防工具等坠落伤人。
　　6 四级以上大风及雨、雪天气时，脚手架停止作业。
　　7 手持电动工具的电源线、插头完好，工具的外绝缘应完好，维修和保管由专人负责；
　　8 各种小型、手动机械设备的安全防护装置、设施必须齐全，严禁带病作业和非专业人员自行修理；
　　9 施工现场使用临时活动架、梯子等必须安放牢固可靠，防护齐全；
　　10 凡患有心脏病、癫痫病、高血压、贫血等疾病者，严禁从事施工作业。
　　九、环保措施
　　1 对工人进行环保教育，凌晨与夜间不要喧哗，不要制造噪音，对施工过程中产生的垃圾或废弃物按要求分类存放。
　　2 保持现场清洁，减少扬尘，做到工完场清。
　　十、效益分析
　　10.1社會效益
　　1采用该转换节点，实现现代建筑结构中不同结构之间的转换，增加了结构形式的多样性。
　　2采用该转换节点后，大大降低了工程的施工难度,避免了单一混凝土结构在造型施工的局限性，大大发挥了钢结构在大跨度、大空间、高空作业环境下的优势。结构节约了施工现场的空间。
　　3大大缩短施工工期。
　　10.2经济效益
　　1）如果未使用劲性结构转换钢结构节点，采用混凝土结构：
　　根据加固的需要，须要搭设满堂架，满堂架面积约为2000㎡
　　满堂架费用=3500㎡×1000元/㎡（满堂架平均高度40米，折算单价）=3500000元
　　模板费用=1600㎡×76元/㎡=121600元
　　钢筋费用=120000kg×6.9元/kg=828000元
　　混凝土费用=546 m3×600元/m3=327600元
　　2）如果未使用劲性结构转换钢结构节点：
　　转换为钢结构后，钢结构工程量为300t，
　　材料费=300000kg×10元/kg=3000000元
　　安装费=300000kg×2.15元/kg=645000元
　　采用钢结构吊装安装加固，累计节省木工200工日，费用为200工日×220元/工日=44000元
　　使用转换节点共计节省：3500000元+121600元+828000元+327600元-3000000元-645000元+44000元=1176200元
　　十一、工程应用
　　天津恒隆广场项目位于天津市和平区，南邻和平路、北邻兴安路，框架剪力墙结构。本工程中的10、11、12、13、14、19、20、22轴六层以上弧形主肋区段采用了劲性结构转换钢结构节点技术，工程量约为300t,施工完成时间为2012年10月至2013年8月。劲性结构转换钢结构节点技术降低了六层以上弧形主肋施工难度，缩短了施工工期，降低了施工成本，保证了施工质量，产生了显著的经济效益和良好的社会效益。