钢结构旋转楼梯制作安装技术

?

钢结构旋转楼梯制作安装技术

刁腾达　刘志会　苏　震　姜　华

(五冶集团上海有限公司, 上海　201900)

摘　要：钢结构具有质量轻、强度高、延性好及材料可以重复利用等特点,且在加工制作方面也较为方便,因此被广泛应用于现代建筑工程中,具有良好的发展前景。旋转楼梯钢结构是一种特殊的工程结构类型,其主要是由较厚钢板卷圆而成,取代了以往混凝土加工方式。这种旋转结构需要对制作过程中各个方向的尺寸完全控制,以便做出来的产品给人以美的享受,并真正体现设计者的意图。主要针对钢结构旋转楼梯的制作流程与安装技术进行简要介绍。

关键词：钢结构； 旋转楼梯； 制作； 安装

第一作者：刁腾达,男,1978年出生,高级工程师。

Email: [e-mail]

近年来,随着经济的发展,我国建筑业也获得了长足的发展。钢结构作为一种特殊的建筑结构,受到了越来越广泛的关注,而随着其应用范围日渐广泛,技术难度也逐渐增加,因此钢结构的制作与安装技术受到了更多的重视。随着北京奥运会标志性建筑“鸟巢”的顺利完成,更是激发了各大钢结构制作安装企业的热情,大家都希望在高难度的工艺钢结构领域走在同行业的前列。工艺钢结构在我国的应用已有数十年的历史,随着建筑业的不断发展,更多的人开始关注工艺钢结构的制作与安装,有理由相信旋转楼梯钢结构也会逐步进入大众的视野。

1　工程概况

真如城市副中心项目位于普陀区,本次制作的旋转楼梯主要用作商务区酒店内的大堂。地下12 m,地上6 m。共分为3部楼梯,第1部从地下12.45 m到地下6.75 m,第2部从地下6.75 m到地下0.05 m,第3部从地下0.05 m到地上4.45 m。楼梯俯视呈圆形,内圆半径为2 540 mm,外圆半径为4 960 mm。安装单位要求在平台的位置断开,每段平台与下段梯梁在车间焊接,平台与上段梯梁断开,现场安装后再焊接,按要求旋转楼梯要分成9段运输,每部楼梯分3段。结构形式见图1。

图1　结构形式

此旋转楼梯由于用于酒店的大堂,加工精度要求比较高,另因焊接箱型主梁是25 mm厚钢板,卷圆难度比较大,所以本项目的难点就是放样和下料以及组装的精度,组装过程中必须实地放样,搭好组装平台。组装焊接箱型梁时需保证尺寸及其对接的质量。

2　旋转楼梯主要制作工艺

2.1　制作放样

放样是制作工艺中的第一道工序,只有保证放样的尺寸精确,才能确保后续各项施工秩序的顺利进行,并且避免后续的加工工序出现累积误差,因此,放样的质量是保证整个制作质量的关键环节。对于放样工作,应注意以下两点：第一,放样前必须要对图纸充分熟悉,对图纸中各个部位的尺寸进行核对,确保其与土建工程和其他安装工程核对无误后再进行施工,施工要严格根据设计图纸的比例和技术要求,按照1∶1的比例进行构件的绘制；第二,样板制成后,应当做好详细的记录。

2.2　数控切割

在进行数控切割时,应当注意的问题有：1)按照下料图纸的要求进行角度样板的制作,经检查无误后才能投入使用；2)在进行切割时需对切割、焊接的收缩余量以及组装误差等进行充分的考虑；3)编程后,保持切割机空机运行,当确保其运行轨迹与下料尺寸一致后,再进行切割；4)切割过程中,应当根据样板的厚度对火焰的大小、氧气压力等参数进行调节,确保切口的光滑平整。

2.3　拼　板

在拼板时,应当充分考虑以下问题：1)需要全面考虑下料切割焊缝的收缩量,适当放出余量,自动切割缝一般为2 mm左右,而手工切割缝为3 mm左右,焊缝收缩量的长度应按构件的长度确定。2)拼板焊接应按图纸中对于焊接等级的要求进行考虑,焊接前要对焊缝口进行清洁、除油、除锈处理,保证焊接质量。

2.4　组立及焊接

1)旋转梯梁尺寸为箱型800 mm×300 mm×25 mm,在焊接过程中要加固防止构件变形,加工过程中注意尺寸和焊接外观。为了现场安装方便,要求在平台处(图1中有标高的位置)断开,每段平台与下段梯梁在车间焊接,平台与上段梯梁断开,现场安装后再焊接,按要求旋转楼梯要分成9段运输,一共3层,每层3段。每段平台上方的封板(即休息平台上的平台板)单交,现场焊接好梯梁后再焊接封板。为了现场安装易于调整,第2层和第3层的楼梯将在第3段的平台上各加50 mm的余量,从板材配料时就要增加余量,包括平台盖板和底板。

2)箱型梁的腹板全部是弧形,需要卷圆机完成,因为旋转楼梯为圆形,所以腹板的半径比较单一,一共4种,外圈两种,内圈两种。可以专门制作模具,每一段弧形都要用模具检查,卷圆机一定要多卷几次,每次卷的弧度小些,不可一次成型,机器力度过大会造成机器损坏。在箱型梁组装过程中,有些弧度不合格的地方必须用火焰修正或者机械修正,保证弧度满足图纸要求,如图2所示。

图2　箱型梁腹板卷板

3)箱型梁组装,必须要在地上搭平台,根据实际标高放样组装,内圈圆弧和外圈圆弧的位置必须用角钢或槽钢沿着圆弧的垂射点定位,见图3中梯梁的内圈,尽量多固定几个点,外圈保证至少1 m一根,内圈0.6 m一根,保证圆的精确度,最好能按照图纸上方格图的间距来固定,这样不用转化尺寸,直接套用方格图上的尺寸即可。组装应该在一个平整的平台上进行,可有利于尺寸定位效率的提高。1和2组装完后,将1取下,留2和3再次进行组装,余下的两个楼梯以此类推。而且箱型梯梁内的隔板必须根据图纸的位置组装好,焊接完毕后才能组装盖板,组装顺序如图3。

a.按图纸尺寸在地上及平台上固定箱型梁底板的位置,将腹板定位组装点焊。根据放样的尺寸将底板按照图纸一一固定在胎膜上,胎膜具体做法参照预拼装,如图3a所示。

b.待箱型梯梁的底板和两侧腹板弧度调整好后,再根据图纸的位置将隔板的位置组装焊接,因为有隔板对应外面的H型钢支撑,所以箱内隔板必须定位准确,如图3b所示。

4)组装后的箱型梁半径必须检查合格,可以做半径圆弧模具(由于旋转楼梯的投影是一个完整的圆,所以在同一平面上是一个完整的圆,则可以据此制作模具)供组装和检查用,如图3c所示。

a—箱梁组装示意;b—箱梁组装;c—箱梁组装平面。
图3　箱型梁组装

5)平台和梯梁交接的位置必须用支撑固定,防止焊接变形,角度无法校正,而且箱型梁平台现场对接的位置各留100 mm不焊,预留现场调整每部楼梯的第1段和第2段接口的位置及第2段和第3段接口的位置,其余位置不需要预留。

6)翼缘板只允许长度方向拼接；翼缘板拼接焊缝和腹板拼接焊缝的间距要大于200 mm；翼缘板拼接长度不应小于2倍的板宽,且不小于1 m；腹板拼接长度不应小于1 m,宽度方向不允许接料。拼接焊接在组装前进行。

7)焊接主焊缝宜采用气保焊焊接完成,箱型梁脱模焊接前必须点焊固定牢固,以防止出现焊接变形及应力过大导致的电焊焊缝开裂,最好能在脱模前在焊缝处打一道底。用翼缘矫直机或火焰进行校正,盖板与腹板垂直度不大于2 mm。

8)旋转楼梯的地板是一块8 mm的钢板,直接与箱型梁焊接,另外还有加劲扁钢和底板焊接。由于踏步也需焊接,形成的封闭区域焊接不到,踏步只能单面焊,所以组装顺序一定要明确,必须是底板和加劲扁钢以及H型钢焊接结束后才能组装踏步。楼梯附件组装及焊接的顺序是：8 mm底板与梯梁组装及焊接,然后加劲扁钢与底板组装及焊接,再H500型钢组装及焊接,最后踏步组装及焊接,休息平台位置的顶板单交。

2.5　矫　正

在对钢材组装之后,焊接之前,应当按照要求对其进行矫正,在进行加热矫正时,加热温度不得高于900 ℃。钢结构进行加热矫正之后,应当在自然条件下缓慢降温冷却,不能使用冷水。而矫正的钢材表面,应当保证不存在明显的损伤或者是裂缝。

2.6　焊　接

焊接时应注意的问题有：

1)焊丝与焊机的选择应当与图纸中构件的要求相一致,焊接前需对焊丝、焊缝等进行彻底清洁,在焊接过程中要使用引弧板和收弧板,引弧和引出的焊缝长度应该不小于50 mm,在焊接后立即进行切割。

2)在焊接电流和电压的选择方面,应当确保其与焊接程序相符合,并且保证焊接质量达到设计要求,避免出现焊接变形。

3　旋转楼梯安装工艺

1)将预埋件预先制作好,根据土建的施工进度穿插进行预埋件的定位安装。在土建工程施工过程中,通过设计提供的现场基准控制点对土建单位测量控制网进行复核,以土建单位的测量控制网对预埋件位置进行测量和控制。根据布设的施工方格网,用钢板制作定位框,在浇捣混凝土之前,将预埋件牢靠地固定在混凝土结构主筋上。并在浇捣混凝土时看护,以便随时矫正。旋转楼梯进场施工前,复测土建提供的基准点,并以此为依据进行钢结构基准线和轴线的放线和测量,检测钢结构基准点轴线与标高偏差,验收合格后进入吊装工序。

2)为了保证现场安装的安全,在平台处(图4b中有标高的位置)用轧制H型钢搭设平台支撑胎架,对支撑胎架的基础进行放线定位,每段平台与上段梯梁在连接处先点焊固定,所有楼梯都安装就位后再焊接,所以旋转楼梯分成9段安装,一共3层,每层3段。每段平台上方的封板(即休息平台上的平台板)在整体安装焊接好梯梁后,先铺设封板然后再焊接,如图4所示。

a—安装立面；b—安装平面。
图4　旋转楼梯安装

3)在安装旋转楼梯位置的地基上,将平面找平,并将整个旋转楼梯投影到地面上的圆(外侧和内侧两个圆)按1∶1比例放在地面上,旋转楼梯分为3段,先将楼梯1安装就位,梯梁内侧和外侧分别吊垂线,垂线全部落在之前放样的圆上才能将楼梯1固定到位,然后再将楼梯2安装在1上面。楼梯3同样按照1的做法,在内圈圆弧和外圈圆弧的位置用角钢或者槽钢沿着圆弧的垂射点定位,见图4的梯梁内圈,尽量多测量几个点,保证楼梯安装的精确度,最好能按照固定间距来测量。对于构件在运输和储藏过程中发生的变形,以及起吊后产生的挠曲变形也可能会造成安装时发生累积误差,因此要对构件的运输过程进行有效的控制,做好相应的防护措施,在堆放时也要保证构件的平整。在多台吊机同步作业时,进行统一指挥,确保起吊过程平稳、安全。如果存在变形,可利用火焰进行矫正,必须都矫正合格后方可点焊固定。余下的两个楼梯也按照此方法进行安装。

4)旋转楼梯吊装时,用两台视线相互垂直的J2经纬仪跟踪矫正。当整个旋转楼梯的钢结构吊装完成后,对旋转楼梯进行整体测量矫正。架设激光垂准仪及水平仪,将平面控制点投递到施工层。在施工层用全站仪复核平面控制点的边角关系,不满足精度要求时应重新投点,直至满足精度要求。在所固定的轧制H型钢平台支撑周围必须搭建一个平台,平台四周设置安全防护措施,以便工人在上面走动和灵活的组装。

5)钢梯全部安装定位后开始焊接。由于每个梯梁断开的地方都开有坡口,焊接量比较大,而且是全熔透焊接,焊接质量要求较高,采用气体保护焊焊接,所以要搭设防风棚,在防风棚内焊接,各种焊接防护措施要做好。

6)焊接完成后进行整体的尺寸复核,检测方法与吊装时的测量方法一样,尺寸测量没有问题后进行外观处理。最后进行整个楼梯辅助设施的安装及装修,其效果如图5所示。

图5　旋转楼梯效果

4　结束语

随着建筑业的不断发展,旋转楼梯(工艺)钢结构的应用越来越广泛,其制作与安装技术成为建筑业普遍关注的问题。旋转楼梯钢结构的制作与安装,对其使用功能的发挥有着重要的作用,因此,应当不断提高与完善旋转楼梯钢结构的制作与安装技术,促进我国建筑业的持续发展。

参考文献

[1]　李二伟,杨威.桃花峪黄河大桥钢箱梁顶推施工钢导梁设计[J].现代交通技术,2011(3)：30-32.

[2]　楚成祥,翟新焕.钢箱梁制作工艺及技术控制[J].市政技术,2009(增刊)：81-83.

[3]　GB 50755—2012　钢结构工程施工规范[S].

[4]　GB 50205—2001　钢结构施工质量验收规范[S].

[5]　GB 50661—2011　钢结构焊接规范[S].

PRODUCTION AND INSTALLATION TECHNOLOGY FOR STEEL SPIRAL STAIRCASEDiao Tengda　Liu Zhihui　Su Zhen　Jiang Hua

(MCC 5 Group Corporation Limited (Shanghai) Steel Structure, Shanghai 201900, China)

ABSTRACT：The steel structure has the advantages of light weight, high strength,excellent toughness performance and more convenient in manufacturing, and the materials of the steel structure can be reused, as a result, it has been widely used in modern construction projects with good development prospects. Steel spiral staircase, which is mainly made of thick plate round, is a special kind of steel structure type and has replaced the usual concrete processing methods. In the manufacturing process of rotational structure needs to conduct the size full-control method, so as to make the products delivery a kind of beautiful enjoyment, and truly reflect the designer's purpose.This paper focused on the production processing and installation technology of steel spiral staircase to make a brief introduction.

KEY WORDS：steel structure； spiral staircase； production； installation

收稿日期：2015-06-20

DOI:10.13206/j.gjg201601016