1、屋顶大跨度下悬索钢梁施工江苏省苏中建设集团股份有限公司 顾明春中科院研究生院中关村教学楼工程系 2002 年度北京市“十佳”优秀设计作品之一，工程位于北京市海淀区中关村南一条 3 号。该工程由南、北两栋楼组成，两楼之间为中庭。中庭的东、西立面分别采用点式玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙，顶部为可翻转的折线形玻璃天窗。大楼东入口顶部设有面积 144m2、挑幅达 4.8m 的悬挑钢结构雨蓬。雨蓬的所有荷载均传递至一根跨度为 29.034m 的下悬索钢梁（该梁跨中无支点） 。此外，该梁还承担了另一侧面积达 180m2 的玻璃天窗屋面荷载的一半。经计算，作用在该梁上的荷载组合值达15.662KN/m，跨中最大
2、弯矩值 1469KNm，考虑的基本风压值为 0.35KN/m2。该梁距地高度 22.10m，梁体自重 84.6KN。一、大梁设计大梁采用 Q235 钢板焊接而成，截面为 H7004501625，上下翼缘板均厚25mm，腹板厚 16mm，加劲板厚 14mm。加劲板沿梁全长布置，间距 1.8m，在梁端适当加密。大梁弯矩由上弦承受，下弦钢绞线控制跨中扰度。钢绞线预张拉 55KN 力，可抵抗弯矩110KNm。计算后得出的大梁总扰度为 148m，梁身预起拱 83.7mm 用以抵消自重扰度，实际扰度为 64.3m。该梁形式见下图：ADE铰 支 座 固 定 端14厚 加 劲 板 9股 ,公 称 直 径 16
3、不 锈 钢 钢 索 共 两 根 H7045162 45.0无 缝 钢 管 立 杆 组 合二、大梁施工1、工厂预焊因本工程施工现场场地狭小，不具备现场下料及施焊条件，且现场施焊难以保证焊接质量，故采用了先工厂预焊，再运至现场组装焊接的方法（即“整装后焊”法） ，将整根钢梁分为对称两段，运至现场后再组焊和吊装。、焊接工艺选择上下翼缘板及腹板采用“手工电弧焊”45对接法接长，上下翼缘板与腹板间采用“埋弧自动焊”T 形连接。45对接及 T 型连接的焊缝均为全熔透 V 形坡焊缝。手工电弧焊采用 E43 型焊条，埋弧自动焊采用 H08A 型焊丝和相应焊剂。 “H”形钢梁在焊接时，预先对上下两个翼板进行反变
4、形处理，腹板的上、下端须开成坡口状，同时必须采取对称施焊，焊接顺序见下图： 12（ a） （ b）()、 “H型 钢 梁 T型 接 头 焊 接 顺 序焊 接 顺 序 12376485b、 翼 缘 板 及 腹 板 接 长 时 的 对 称 X坡 口 焊 缝 的 各 层 间 焊 接 顺 序工厂预焊的关键在于防止产生不可校正的热变形，以及因较大收缩变形产生的焊接内应力。可以通过下述几种方法控制焊后构件变形：a、 严格按照“手工电板焊”和“埋弧自动焊”工艺规定的参数以及焊接顺序进行焊接，尽量采用对称施焊。b、 预先采用“反变形”措施控制角变形。焊接反变形参考值按中华人民共和国行业标准建筑钢结构焊接规程附
5、录五选用。c、 放样下料时放足电焊后的收缩余量。焊接收缩余量值按中华人民共和国行业标准建筑钢结构焊接规程附录六选用。d、 在台座上施焊，利用刚性固定法控制焊接变形。、零部件加工方法a、 钢板采用喷砂除锈，气割下料。b、 焊接坡口用气体切割，并辅以铣边处理，以满足焊接工艺要求。c、 钢板下料、边缘处理，并经“冷矫法”矫正后方可施焊。焊完后检查构件的变形情况，并可再次使用“冷矫法”矫正。、工厂预焊注意事项因钢板的厚度较厚（分别为 14mm、16mm 和 25mm） ，在施焊过程中还应做到：a、 在约束焊道（即台座）上连续施焊时中途不能停顿。否则应在继续施焊时对已焊的焊缝进行预热处理。b、 多层焊时
6、，必须将前一道焊缝表面清理干净再继续施焊。2、出厂质量检查和构件吊运本工程钢梁出厂前进行了如下质量检查：、尺寸和外观检查。、加工精度检查。、焊缝的外观检查和无损探伤检查，其中：a、 焊缝外观检查：无“焊透、漏焊及超标准的夹渣、气孔”等情况，焊缝外观良好，无须补焊；b、 焊缝外观检查：采用超声波探伤检查，抽检数为焊缝总数的 30，检验结果符合要求。经以上检查，该钢梁各项指标均符合规范要求，准予出厂。因该钢梁总长达 27.795m，工厂预焊时将其分为两截，每截长度接近 13.9m，须用加长型载重汽车运输。为了保证钢梁的扰度不受影响，且不因吊装致其变形或翘曲，在每截钢梁的下翼缘板底设置了两个吊点，并
7、在上翼缘板顶设置了一个吊点。吊装简图如下：钢 梁 A段 吊 装 示 意 图 钢 梁 B段 吊 装 示 意 图钢 梁 、 段 组 合 后 吊 装 示 意 图钢梁采用“立放”运输，即：下翼缘有立杆的一面朝上，上翼缘面朝下，梁下垫1001001000 方木，梁间用软木隔开、垫牢，以免运输时相互挤压和碰撞。3、现场安装钢梁运至现场后，在现场地面完成组装和焊接，再吊至屋顶安装就位，调整好扰度、轴线、标高后穿不锈钢钢丝绳并张拉，钢梁安装即告完成。、现场组装和焊接本工程钢梁由 A、B 两截对接组焊而成。接口处形式如下图： 受 拉 杆 件 45受 拉 翼 缘 受 压 翼 缘因现场场地狭小，不具备设置地胎模的条
8、件，且为了满足要求钢梁翻转要求（将上下翼缘面方向对调，与运输时上下翼缘面的方向刚好相反） ，现场须在靠近钢梁就位处设置钢管脚手架，在钢管脚手架上完成方向翻转。此时须借助激光经纬仪调整脚手架上各钢管的标高，将 A、B 两截钢梁的轴线对中，梁中预起拱 83.7mm 以抵消钢梁自重扰度（钢梁在下料时此值已预留） 。、吊装就位钢梁经组焊后总长 27.795m，自重 8.46t，须采用“两机抬吊 ”或“单机起吊”安装就位。因现场场地狭小，且为节省机械台班费用，本工程采用了“单机起吊”方式。采用的起重机为“KATO-50t ”汽车吊，各项技术参数均能满足起吊要求。4、参数调整及悬索安装钢梁吊装就位后，在其
9、下部搭设满堂钢管脚手架系统，借助千斤顶、经纬仪、水准仪等进行各项技术参数调整及不锈钢下悬索的安装。利用千斤顶和水准仪调整梁身各段标高，使之符合设计要求；利用千斤顶和经纬仪使其精确就位。当钢梁精确就位后，在铰支座端塞入 78 销钉，固定端则与柱顶预埋钢板焊牢。随后将预先准备好的锈钢钢索（119，公称直径 16.0）穿入梁下 1145.0 无缝钢管立杆内。不锈钢钢索在梁铰支座端采用专用不锈钢索头，在梁固定端采用专用不锈钢钢索张紧头。不锈钢钢索的张拉采用 YC60 型张拉千斤顶及相应设备，采用一次超张拉值103con 法施工。张拉前应记录不锈钢钢索的原始长度，张拉时应缓慢加压。当张拉压力值达到 2.5MPa 时停止加压，调整千斤顶的位置，并继续分级加压，直至达到设计要求的张拉力值。三、施工小结本工程施工现场场地狭小，钢梁的长度较长，吊装高度亦较高，施工具有一定的难度。而采用上述方法完成的钢梁，各项技术参数、施工质量等都能够得到有效保证，施工时间更是大大缩短，由此也节省了一定的工程造价，符合我国建筑工业化、施工机械化及工厂化的总体发展方向，有效提高了劳动生产率，具有一定的推广价值。该工程己被评为北京市 2003 年度建筑工程长城杯金奖。
