多圓管組合鋼柱安裝施工工藝

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摘要：重點介紹天津周大福金融中心塔樓外框大管徑傾斜多圓管組合鋼柱安裝施工工藝，并從圓管柱測量控制和焊接質(zhì)量控制技術(shù)兩方面闡述其施工工藝，使多圓管組合鋼柱安裝質(zhì)量得到了有效控制，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：多圓管組合柱；安裝；測量校正；焊接變形控制

1工程概況

天津周大福金融中心項目工程建筑高度530m，總用鋼量約56800t，由4層地下室、5層裙樓和100層塔樓組成。塔樓主體采用典型的“外框＋核心筒”結(jié)構(gòu)形式，且外框結(jié)構(gòu)由角框柱、斜框柱、支撐柱、邊框柱、鋼梁、轉(zhuǎn)換桁架、環(huán)帶桁架、帽桁架、塔冠鋼結(jié)構(gòu)和筒外壓型鋼一、二、三板組合樓面組成。其中，外框1～7層多圓管組合柱由角框柱、斜框柱、支撐柱組合而成。多圓管組合柱分布于塔樓外框4個角，每個角上2個組合柱。以地上1～3層第1節(jié)多圓管組合柱為例（圖1），角框柱、斜框柱、支撐柱截面尺寸分別為φ2300mm×40mm、φ1800mm×40mm、φ1200mm×20mm，質(zhì)量分別為47、38、12t。

2施工重點、難點

1）深化設(shè)計：多圓管組合鋼柱屬于空間匯交，構(gòu)件內(nèi)部各類零件縱橫交錯，焊縫集中。如何在保證施工工藝的前提下，精確建模定位各構(gòu)件空間坐標(biāo)及各零件精確尺寸是一大難點。2）加工及驗收：構(gòu)件多類截面匯交組合，外形曲面變化多，內(nèi)部零件多且不規(guī)則，空間位置關(guān)系多變扭曲、對接位置多，如何保證每一個零件精確下料組拼是一大難點；空間扭曲變化的構(gòu)件用常規(guī)手段檢測其加工精度很難實現(xiàn)，如何實現(xiàn)構(gòu)件出廠前的精確驗收是一大難點。3）構(gòu)件安裝：組合鋼柱空間傾斜，整體由3個不同管徑的圓管組成，如何制訂合理的安裝順序，保證各構(gòu)件順利組對是重點。4）測量精度控制：多圓組合鋼柱呈空間傾斜，3根圓管精確組對，以及如何保證整體精度是本項目的重點和難點。5）焊接變形控制：空間傾斜鋼柱在焊接過程中變形帶來的偏差控制難度大，如何監(jiān)測焊接變形，保證整體結(jié)構(gòu)精度尤為重要。

3關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1組合柱虛擬預(yù)拼裝

本工程多圓組合柱整體質(zhì)量達(dá)97t，分節(jié)后質(zhì)量分別為47、38、12t。因為傳統(tǒng)的驗收手段對復(fù)雜截面異形構(gòu)件很難進(jìn)行外形尺寸的檢驗，因此項目部創(chuàng)新采用基于BIM的三維激光掃描技術(shù)對構(gòu)件加工尺寸進(jìn)行智能驗收（圖2）。同時鋼柱加工完成后，為了保證構(gòu)件加工精度及整體精度，減少預(yù)拼裝制作胎架及拼裝過程的人力及物力的浪費，本項目采用基于三維激光掃描儀與BIM技術(shù)相結(jié)合研發(fā)的虛擬預(yù)拼裝技術(shù)。該技術(shù)通過在構(gòu)件四周合理設(shè)置多個掃描站點，將各站點數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，結(jié)合SCENE三維數(shù)據(jù)處理軟件生成三維模型，并將其傳入電腦，使用GeomagicQualify軟件進(jìn)行模擬預(yù)拼裝，確保構(gòu)件預(yù)拼裝合格。

3.2組合柱吊裝

3.2.1吊裝吊耳設(shè)計

根據(jù)分節(jié)分段后鋼柱質(zhì)量及結(jié)構(gòu)特點，鋼柱使用4個吊耳吊裝，吊耳距柱頂50mm；卸車時使用2吊點，卸車吊耳設(shè)置在距離角框柱兩端各1/3處；連接板設(shè)置4個。

3.2.2吊裝前準(zhǔn)備

1）為確保鋼柱的安裝質(zhì)量、安裝效率及吊裝安全，鋼柱上端耳板穿防墜器和纜風(fēng)繩，下端耳板用連接板和安裝螺栓與鋼柱下端耳板臨時固定。2）對將要吊裝的圓管柱橢圓度、牛腿位置、安裝控制基準(zhǔn)點位置等進(jìn)行檢查，并對安裝時需要用到的基準(zhǔn)點用油性筆進(jìn)行醒目的標(biāo)記，同時在安裝控制基準(zhǔn)點上貼設(shè)反光片。上述各項經(jīng)檢查無誤后，在鋼柱上綁扎鋼爬梯，以便鋼管柱在高空就位后，方便工人爬到柱頂部完成摘鉤工作。

3.2.3組合柱吊裝

根據(jù)圓管柱間的結(jié)構(gòu)分段特點，確定合理的吊裝順序，多圓管組合柱安裝順序為：安裝支撐柱→安裝角框柱→安裝斜框柱（圖4）。吊裝就位后，利用上、下節(jié)鋼柱間的加厚連接耳板初步就位，及時安裝鋼柱間框架梁，形成整體穩(wěn)定體系。

3.3組合柱測量校正

組合鋼柱空間傾斜，整體由3個不同管徑的圓管組成，復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)空間感強(qiáng)，對安裝精度控制要求極高。傳統(tǒng)人工逐點測量的方法效率低下，觀測范圍有限，且作業(yè)危險性高，難以適用于現(xiàn)場實際條件[1-2]。本項目所采用的自動跟蹤測量系統(tǒng)，通過自動測量機(jī)器人循環(huán)鎖定并快速跟蹤多個棱鏡的三維坐標(biāo)，通過三點定位確定構(gòu)件的整體位置，結(jié)合構(gòu)件BIM模型可實現(xiàn)對構(gòu)件上任意一點坐標(biāo)的實時呈現(xiàn)，為復(fù)雜構(gòu)件的測量校正提供了一種更加高效準(zhǔn)確的技術(shù)手段。

3.3.1自動跟蹤測量系統(tǒng)的組成

自動跟蹤測量系統(tǒng)包含硬件部分和軟件部分，硬件部分由廠家解碼定制的全自動跟蹤測量機(jī)器人和360°強(qiáng)磁吸附棱鏡組成，負(fù)責(zé)構(gòu)件安裝過程中的動態(tài)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集。軟件部分由PC端和移動端2部分組成，其中移動端負(fù)責(zé)現(xiàn)場儀器的操作指揮與數(shù)據(jù)處理，PC端則可通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)控。

3.3.2自動跟蹤測量實施過程控制

測量機(jī)器人同時追蹤3個棱鏡，且棱鏡擺放位置沒有特殊限制，可在能被儀器觀測到的位置任意布置。棱鏡布置完成后，先對3個棱鏡逐個瞄準(zhǔn)識別，然后對構(gòu)件的特征點進(jìn)行瞄準(zhǔn)識別，dacs軟件就可以通過構(gòu)件BIM模型上特征點和棱鏡的相對空間位置關(guān)系計算出棱鏡在構(gòu)件上的位置。之后的校正過程僅需要儀器自動跟蹤3個棱鏡即可反算出構(gòu)件上任意一點的位置坐標(biāo)（圖6）。相關(guān)人員可以在軟件上實時觀測構(gòu)件吊裝校正過程的空間動態(tài)位置變化，并且可以任意選擇想要關(guān)注的部位顯示實時坐標(biāo)，得知構(gòu)件調(diào)整至設(shè)計位置需要移動的方向和距離，在構(gòu)件逐步就位的過程中通過不同的顏色變化來更加直觀地反映出構(gòu)件的偏差大小。

3.3.3偏差調(diào)節(jié)

測量機(jī)器人通過測量基準(zhǔn)點坐標(biāo)并與基準(zhǔn)點設(shè)計坐標(biāo)對比來確定偏差值，然后通過2臺互成90º的千斤頂調(diào)節(jié)鋼柱間間隙及偏移量（圖8）。待定位完成后，對圓管柱采用4點定位焊接進(jìn)行加固，保證其穩(wěn)定性。

3.4鋼柱焊接

為避免焊接過程中產(chǎn)生過大的焊接應(yīng)力，導(dǎo)致圓管柱變形過大，在焊接過程中，要嚴(yán)格按照“對稱焊接”“預(yù)留收縮量”“多層多道焊接”“分段退步焊”等焊接工藝原則，以降低焊接變形。在焊接過程中，為避免焊接過程中引起較大變形，通過設(shè)置2臺互相垂直的“百分表”來實時進(jìn)行焊接過程監(jiān)測，跟蹤變形情況，進(jìn)而及時調(diào)整焊接過程的熱量輸出或焊接順序，降低焊接變形，從而更好地指導(dǎo)后續(xù)作業(yè)，確保施工的順利進(jìn)行。待多圓管組合柱焊接完成后，須對其各個圓管柱進(jìn)行相同位置處的測量復(fù)核工作，并且對復(fù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，以便更好地指導(dǎo)上節(jié)圓管柱安裝。

3.5鋼柱防腐

待多圓管組合柱焊接完成并探傷合格后，需要根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行構(gòu)件表面除銹處理，并按照涂料產(chǎn)品說明書進(jìn)行油漆調(diào)配后再進(jìn)行涂裝，且在涂裝過程中的環(huán)境溫度及相對濕度應(yīng)符合涂料產(chǎn)品說明書要求。涂裝后4h內(nèi)應(yīng)保護(hù)成品免受雨淋，并用漆膜測厚儀對涂層進(jìn)行漆膜厚度檢測。

4結(jié)語

在天津周大福金融中心多圓管組合鋼柱安裝施工過程中，先通過基于BIM的三維激光掃描技術(shù)對異形多變、空間復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行智能化驗收及虛擬預(yù)拼裝，節(jié)省胎架及成本投入，同時保證構(gòu)件加工精度；再采用自動跟蹤測量技術(shù)，很好地解決了異形復(fù)雜組合構(gòu)件測量精度控制難的問題，提高了現(xiàn)場測量施工效率；最后采用“百分表”焊接實時監(jiān)測技術(shù)，大大降低了焊接變形傾向，使合格率大大提高，施工質(zhì)量得到很好的保證。通過科學(xué)合理的吊裝、測量和焊接方法，極大地控制了多圓管組合柱的安裝精度和質(zhì)量，為今后類似工程施工提供了一定的借鑒與參考。

參考文獻(xiàn)

[1]陳志曦.超高層建筑中的現(xiàn)代施工技術(shù)應(yīng)用[J].科技風(fēng),2011(17):203-204.

[2]尹敏達(dá).上海浦東國際金融大廈傾斜圓管柱安裝[J].施工技術(shù),1999,28(6):16-17.

作者:孫青亮 康少杰 唐振 劉志勤 韓紅 單位:中國建筑第八工程局有限公司天津分公司