大剧院钢屋盖结构吊装焊接分阶段施工技术研究.docxVIP

1工程概况

榆林文化艺术中心即榆林大剧院地处榆林市高新区，为框架剪力墙，局部钢结构，总体以地下2层以及地上4层为主要构成的6层建筑结构，总高34.8?m，整体建筑面积为41?500?m2。钢结构工程主要由观众厅屋面钢结构、主舞台屋面钢结构、观众厅屋面光桥及格栅屋面钢结构、屋面装饰构架钢结构等部分构成。钢结构屋盖分布效果如图1所示。

图1榆林文化艺术中心钢结构屋盖分布效果

钢结构形式有多种类型，如钢桁架以及平面钢架等，由于观众厅屋盖结构较其他几种结构最为复杂，单榀重量最高可达53?t，且吊路程最远，因此只针对观众厅屋盖钢结构进行吊装焊接分阶段施工技术研究。

观众厅屋盖钢结构实际上是以纵向三榀型钢桁架、横向H形钢梁为主要支撑。桁架跨度为30?m，上下弦均为焊接H型钢，钢梁以及周边混凝土结构埋件相连接，并且将三榀型钢桁架连接成较为完整的平面空间钢体系，剩余面光桥以及影响桥均处于桁架下部，隶属下挂体系，材质均为型号为Q345C的钢材。

2大剧院钢屋盖结构吊装焊接分阶段施工

2.1大剧院屋面钢结构分段拼装焊接

2.1.1大剧院屋面钢结构桁架拼装焊接与胎架设置

由于大剧院观众厅钢屋盖采用的钢构件界面尺寸较大，地面拼装具有一定的复杂性，且钢屋面结构跨度较大，观众厅屋盖面桁架每榀重量约53?t，整榀桁架跨度达到了30?m的距离，因此各钢构件在拼装时采用特种设备以及地面拼装架，也就是胎架完成，桁架在工厂分阶段制作，然后运输至大剧院施工现场，在高空进行整体拼接。

胎架是一种能够为钢结构屋面桁架拼装焊接提供便利的工艺性设备，对其实施合理的设置是能够使大剧院屋面钢结构分段拼装焊接工作得以有效完成的首要前提。设置时应使其高度最低位置能够满足全部钢结构桁架焊接工作需要的高度，且要保持其稳定性，不能使搭设出的胎架产生明显晃动，否则不仅会使钢结构桁架焊接工作效果受到影响，还有可能危害工作人员的人身安全。

在大剧院屋面钢结构桁架拼装焊接工作中，为有效避免刚性平台因沉降作用引发胎架变形，在胎架设置过程中，应在其旁设立胎架沉降现象观察点，以便于及时观察是否有胎架变形状况发生，及时调整，待沉降现象达到一定平稳状态后，再实施大剧院屋面钢结构桁架拼装焊接。

2.1.2大剧院屋面钢结构桁架弦杆定位组装与分段焊接

胎架设置工作完成后，通过20?t行车式起重机对钢结构桁架在水平方向的上弦杆、下弦杆以及胎架实施吊装，并进行准确定位。与此同时，对在竖直方向的某一相邻小分段的上弦杆、下弦杆实施合理吊装定位。值得注意的是，上下弦杆定位过程中，还需预留出焊接收缩空间余量，接口部位使用强肋实施合理固定，焊接部分需要用明确的标记识别。组装桁架腹杆之前，首先要确定上下弦杆的位置并完成焊接工作。在安装腹杆时，应将其与平台上的投影中心线对准，并保证弦杆之间有充足的合理间隙。

因该艺术中心观众厅屋盖钢结构较为复杂，故其对焊接工作的质量以及工期要求比较高，以往在对屋盖钢结构实施焊接时，多采用手工电弧焊的方式，尽管其操作简单，适应性较强，但是在完成相关焊接工作时，却需要消耗更多的能量和时间，焊接后的钢结构也相对容易出现变形状况，显然不能满足该大剧院观众厅钢屋盖结构对焊接效果的要求。二氧化碳气体保护焊接技术是将二氧化碳当成电弧性介质，在高温条件下将要焊接构件表面高温熔化，将其焊接成一体。与手工电弧焊相比，该技术产生的熔渣较少，并且在进行焊接时，产生气体可给予焊区很好的保护，将其应用于屋盖钢结构桁架焊接过程中，不仅焊接效率较高，焊缝质量也较高，为此采用该技术对桁架实施焊接。

采用该技术对屋盖钢结构桁架实施焊接时，首先应对焊丝直径、焊接电流以及焊接电压3个主要参数进行正确选择。在选择焊丝直径时，通常需要考虑多种因素，但是对其选择影响最大的因素为母材的厚度，焊丝直径选择标准见表1。

表1焊丝直径选择标准??????mm

因在大剧院钢屋盖结构所使用的原材料厚度均在4?mm以上，因此对于焊丝直径这项参数应选择1.0~1.6?mm，结合该大剧院观众厅钢屋盖原材料成分分析报告与现场焊接装置的输出功率，加之相关技术人员测算，最终选择由天津某焊接设备公司生产的型号为ER50–6、直径为1.2?mm的焊丝，用于完成大剧院观众厅钢屋盖结构的相关焊接工作。

在完成大剧院观众厅钢结构相关焊接工作时，使用直流反接焊接接入形式，即焊接构件是阴极，焊丝是阳极，即可使电弧呈现更稳定的状态，从而使焊接工作具有大熔深、小飞溅的特点。实际上，焊接电流以及电压两个焊接参数的确定均与焊丝直径的大小存在相关性，当焊丝直径发生变化时，焊接电流与电压也会发生一定的变化，因此在实际焊接工作中，应尽量使电流以及电压值相匹配，本工程焊接电流以及焊接电压的选定标准见表2。根据表2以及确定的焊丝直径，最终确定焊接电流为120~130?A，