新型接火裝置在廣州東塔鋼結(jié)構(gòu)施工中的設(shè)計與應(yīng)用
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鐘紅春，路 程，汪永勝，傅覺聰，王曉陽，鄧德員
（中建鋼構(gòu)有限公司，廣東深圳 51 8040）
[摘要]廣州東塔鋼結(jié)構(gòu)工程量大，現(xiàn)場高空焊接作業(yè)多，主塔樓單層面積內(nèi)存在350個焊接點，焊縫長達620m。為實現(xiàn)高空焊接防風(fēng)、接火安全施工，杜絕火災(zāi)及危險隱患，通過對傳統(tǒng)掛籃式、網(wǎng)片折疊式與抽屜式等3種接火裝置進行改進試用，最終優(yōu)化設(shè)計出一種機械裝配式接火裝置，其在多種高空焊接作業(yè)防護中應(yīng)用效果良好。
[關(guān)鍵詞]高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；焊接；接火裝置；設(shè)計；應(yīng)用
[中圖分類號]TU974；TU745.1 [文章編號]1002_8498(2016)08-0026-04
1工程概況
廣州東塔項目位于珠江新城CBD中心地段，集商業(yè)、辦公、高級公寓和酒店于一體，建筑面積50余萬m2。地下5層，地上112層，建筑高度530m，建筑面積50萬m2，鋼結(jié)構(gòu)總用量約10.5萬t。主塔樓為帶加強層鋼管混凝土巨型框架+核心筒體的抗側(cè)結(jié)構(gòu)體系，豎向分布6道巨型環(huán)桁架與4道伸臂桁架；外框架由大面積樓層鋼梁連接箱形巨柱組成，內(nèi)筒為巨型單、雙層勁性鋼板剪力墻與勁性鋼柱結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
本工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件數(shù)量多、尺寸大，焊接工程量巨大。主要巨型構(gòu)件分布于外框巨柱及核心筒內(nèi)雙層鋼板剪力墻，巨柱最大截面尺寸為3 500mm×5 600mm×50mm×50mm，雙層鋼板剪力墻最大截面尺寸為14150mm×6 300mm×40mm×40mm。典型樓層H型鋼梁數(shù)量約160件，單一樓層最多達300件，約350個焊接點、620m長焊縫。本工程整體約60%鋼梁構(gòu)件采用焊接連接，占據(jù)鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵控制線路及保障方向。因此在最常見的鋼框架結(jié)構(gòu)與核心筒-外框結(jié)構(gòu)中，提高H型鋼梁構(gòu)件的焊接效率及安全性尤為重要。
2設(shè)計方案介紹
鋼構(gòu)件（被焊接物）的安裝連接主要采用焊接或栓接，在現(xiàn)場焊接施工中，往往會產(chǎn)生大量火花飛濺的現(xiàn)象，高處交叉作業(yè)時極易造成下方人身傷害，以及引發(fā)火災(zāi)。受作業(yè)面狹窄及遠離地面等因素影響，一旦發(fā)生事故，很難進行應(yīng)急救援，事故嚴(yán)重程度遠比普通地面焊接作業(yè)后果嚴(yán)重。
傳統(tǒng)做法是在現(xiàn)場搭設(shè)焊接操作平臺，可有效防止上述問題發(fā)生。但操作平臺主要針對鋼柱的焊接防護，而鋼梁的焊接則由于點多面廣，每個點焊接時間短，搭設(shè)操作平臺則費時、費工，無法滿足現(xiàn)場施工需求。鋼梁焊接時通常做法是在鋼梁下方懸掛接火措施，將焊接飛濺物接住，防止意外發(fā)生。
為確保焊接作業(yè)安全，避免事故發(fā)生，以及提高鋼結(jié)構(gòu)焊接施工效率。以廣州東塔項目巨大工程量的H型鋼梁焊接施工接火防護為背景，現(xiàn)場通過實踐應(yīng)用，不斷改進設(shè)計方案，完成了從傳統(tǒng)掛籃式、輕型折疊式、抽屜式到機械裝配式的優(yōu)化升級。
2.1傳統(tǒng)掛籃式
傳統(tǒng)鋼梁高空焊接施工時，通常在鋼梁下方懸掛掛籃式接火盆，并在接火盆內(nèi)放置難燃的石棉被或石棉布等，以將高空焊接產(chǎn)生的火花、殘渣等飛濺物接住，防止焊接作業(yè)面下方火災(zāi)隱患或灼傷他人等意外發(fā)生。具體工藝方法為：鋼梁安裝校正后，在與牛腿對接位置處鋼梁上翼緣懸掛接火盆，掛鉤采用西10的圓鋼筋加工，接火盆采用1. 5mm厚薄鋼板彎折對接焊而成，掛鉤與接火盆通過焊接固定，如圖2所示。
傳統(tǒng)掛籃式接火裝置制作簡單、拆卸方便，但隨著在工程初期焊接施工投入應(yīng)用，其存在的不足愈發(fā)明顯，主要包括以下4方面：①該接火裝置通過掛鉤懸掛于鋼梁上翼緣，穩(wěn)定性較差，且周邊無防護措施，存在墜落隱患；②為達到較好接火效果，該裝置底盆須留有足夠大面積，而增大其質(zhì)量與體積勢必造成使用不便、適用作業(yè)空間有限，同時致使高空焊接防護增加困難；③此外，由于該接火裝置支承結(jié)構(gòu)形式設(shè)計過于簡單，多次周轉(zhuǎn)使用后易造成變形，壽命降低、影響使用效果；④該接火裝置所使用的圓鋼筋及薄鋼板表面防腐性差，現(xiàn)場施工未進行妥善保管或存放，經(jīng)一段時間使用后易生銹破損，其強度及使用壽命大大降低。
2.2網(wǎng)片折疊式
隨著工程施工進度刷新、樓層結(jié)構(gòu)高度不斷增加，高處風(fēng)力增大。高層建筑施工現(xiàn)場風(fēng)力作用對鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量影響極大。傳統(tǒng)防風(fēng)焊接措施為搭設(shè)焊接防風(fēng)棚或防風(fēng)布，但往往由于鋼梁對接桿件牛腿較多，高空焊接作業(yè)空間狹窄，搭設(shè)焊接防風(fēng)棚難以廣泛應(yīng)用。針對處于該類惡劣工況下焊接難題，項目部自主設(shè)計出一種輕型折疊式接火裝置，其既解決了作業(yè)空間受限焊接施工的防風(fēng)難題，又實現(xiàn)了現(xiàn)場焊接防火的目的，如圖3所示。
該裝置制作簡單，在有效接火的同時，能提供一個封閉的施工環(huán)境，可在很大程度上減弱風(fēng)力對鋼結(jié)構(gòu)高空焊接成型質(zhì)量的影響。但由于其自身質(zhì)量較大（高達100kg），造成高空拆卸與搬運極為不便，并易形成安全隱患，很難達到現(xiàn)場大面積工程施焊需求。
2.3 抽屜式及機械裝配式
結(jié)合以上焊接接火裝置的實踐應(yīng)用經(jīng)驗，為了實現(xiàn)高空有效焊接防風(fēng)、導(dǎo)火（引導(dǎo)火星飛濺方向）、接火，且確保裝置安拆簡易方便、易于保管，項目部進一步優(yōu)化設(shè)計出抽屜式接火裝置，其結(jié)構(gòu)主要由一對底部接火盆、四周擋火板以及根據(jù)待焊鋼構(gòu)件尺寸可調(diào)節(jié)拉桿等組成，如圖4所示。
但經(jīng)試驗使用后發(fā)現(xiàn)，抽屜式接火裝置仍存在以下不足：①其拉桿有礙于工人焊接操作；②由于雙側(cè)擋板不能伸縮，導(dǎo)致其難以適用于不同截面尺寸鋼梁的施焊防護。經(jīng)項目部再次優(yōu)化改進，最終設(shè)計出如圖5所示的機械裝配式接火裝置。
機械裝配式接火裝置由接火盆、工裝夾具、固定骨架、側(cè)向?qū)Щ饓胺雷o罩等組成，一般左右對稱組合使用。該裝置的接火盆、側(cè)向?qū)Щ饓胺雷o罩采用2mm厚Q235B鍍鋅鋼板彎折加工，而工裝夾具及固定骨架等采用Q235B鋼精密加工，基本從材料上保證了其具備較好的耐腐性能與使用壽命。
該裝配式鋼梁焊接防護裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便快捷，且工裝夾具與接火盆使用螺栓緊固的可拆卸式連接，可以快捷地拆下整個裝置，尤其適合點多面廣且每個點焊接時間短的焊接項目。其具體使用原理為：①第1步首先組裝弓形工裝夾具，弓形夾具主要通過卡扣與鋼梁翼緣固定連接；②第2步連接兩對弓形夾具形成固定骨架；③第3步在兩弓形夾具尾部鉚接一接火盆；④第4步 組裝導(dǎo)火墻，導(dǎo)火墻板采用螺栓與固定骨架上兩立桿固定連接；導(dǎo)火墻位于鋼梁焊縫兩端，且與鋼梁相距一定距離，形成一導(dǎo)向通道，以引導(dǎo)焊接火花、焊渣
飛濺落入接火盆；⑤第5步 通過旋動擰緊弓形夾具頂部螺桿，將一對組裝好的接火裝置對稱固定于待焊鋼梁接頭處；⑥第6步最后組裝防風(fēng)護罩，其主要是通過防護板上下卷邊形成扣槽，然后利用上下扣槽與導(dǎo)火墻板進行套裝連接；以此防護罩可針對不同鋼梁截面尺寸進行水平靈活調(diào)整，最終實現(xiàn)適用于多種尺寸鋼梁的焊接防護。以上步驟完成后，即可投入現(xiàn)場使用，如圖6所示。
在現(xiàn)場高空鋼梁焊接應(yīng)用時，將一對機械裝配式接火裝置安裝于鋼梁待焊接頭處，通過兩對共4個弓形工裝夾具卡住鋼梁上翼緣鎖緊固定；同時利用兩組防護罩、導(dǎo)火墻等連成整體，以形成一個較為封閉焊接空間，最終達到良好的焊接防風(fēng)、防火目的。經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)實踐應(yīng)用證明，在機械裝配式接火裝置的防護下，鋼梁的焊接成型穩(wěn)定且質(zhì)量相比提高。由于該裝置結(jié)構(gòu)輕型穩(wěn)固、加工成本低，且便于安裝與拆卸，能夠適用于多種高空受限空間焊接作業(yè)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于廣州東塔項目鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接施工中。
3 應(yīng)用對比分析
綜上可以得出，傳統(tǒng)掛籃式、網(wǎng)片折疊式、抽屜式及機械裝配式等接火裝置各具特點，其中以機械裝配式接火裝置現(xiàn)場應(yīng)用效果最佳，可較好地滿足建筑工程施工現(xiàn)場高空焊接防護需求。幾種接火裝置使用的優(yōu)劣對比如表1所示。
4 結(jié)語
廣州東塔項目工程主塔樓單層面積大，現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)高空焊接作業(yè)量多。為保證焊接施工質(zhì)量及安全，項目部通過自主探索設(shè)計出的新型機械裝配式接火裝置實踐應(yīng)用效果良好，可廣泛適用于高層建筑施工現(xiàn)場多種空間環(huán)境焊接作業(yè)接火防護。該裝置大大提高了現(xiàn)場焊接施工效率與安全性，可為高層鋼結(jié)構(gòu)建筑焊接施工提供寶貴借鑒，且其結(jié)構(gòu)形式簡便、新穎、穩(wěn)固，加工成本低，具有較廣泛的應(yīng)用前景。
