大连三川建设集团股份有限公司
孙辉 梁伟 刘殿明 孙强 范玉铎
钢结构球型铰支座施工工法
大连三川建设集团股份有限公司 孙辉 梁伟 刘殿明 孙强 范玉铎
1 前言
钢结构铰支座的施工质量直接影响到钢结构整体的安全。随着建筑技术的发展，对钢结构基础的施工质量、环保要求也越来越高，需要选用更加优良的材料，采用先进的施工工艺，以保证建筑物的安全性和使用功能。
钢结构球型铰支座是一项新型技术工艺，与同类支座相比，具有施工简便、用钢量少体积小、制造成本低、安全性能好、注重环保等优点。随着球型铰支座的逐步推广应用，在施工中不断摸索、改进，总结该项施工技术，我们形成了钢结构球型铰支座施工工法。
图1：铰支座安装
2 工法特点
球型支座由上、下支座板、不锈钢板、中间球冠衬板、平面聚四氟乙烯滑板，球面聚四氟乙烯滑板等组成(图2)。球型支座通过球冠衬板与球面聚四氟乙烯板之间的滑动完成支点的转动过程，因而有转动灵活，适用转角等优点，可以释放钢结构卸载时应力、地震、温度变形应力。球型铰支座与其他铰支座相比有如下特点：
2.1球型支座通过球面传力，不出现力的缩颈现象，作用在预埋件上的反力比较均匀
2.2球型支座通过球面聚四氟乙烯板的滑动来实现支座的转动过程，转动力矩小，而且转动力矩只与支座球面半径及四氟板摩擦系数有关，与支座转角大小无关，因此特别适用于大跨度钢结构的使用要求。
2.3球型支座各向转动性能一致，适用于跨度大、钢结构空间双曲等不规则结构致使各方向均有转角变位的结构支承。
2.4球型支座不用橡胶承压，不存在橡胶老化对支座转动性能的影响，特别适用于低温地区。球型支座在传递结构荷载过程中不受橡胶允许承压的制约，与盆式支座相比，其单位面积承载能力大，支座体积小，可减小支座底面积。
图2：球型支座
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3 适用范围
本工法适用于大跨度空间结构如网架，桁架，连廊，膜结构，钢屋盖等钢结构建筑及大跨度桥梁工程等。
4 工艺原理
该项施工技术是滑动支座通过球面聚四氟乙烯板的滑动来实现支座的转动过程，转动力矩小，而且转动力矩只与支座球面半径及聚四氟乙烯板的摩擦系数有关，与支座转角大小无关。其用钢量少体积小，制造成品相对较低，具有万向转动万向承载多向位移等其它类型支座所无法比拟的优点，而且采用抗拉、抗剪的特殊结构，具有能抗地震烈度9度的能力，可有效的解决钢结构抗震问题、复杂结构施工问题。球型铰支座主要性能指标如下：
1、可承受竖向载荷；
2、具有抗竖向拉力的性能，保证竖向地震时上下结构不脱节； 3、具有抗水平力的性能，保证水平地震时结构不脱落； 4、可适应径向、环向的位移要求； 5、可适应任意方向的转角要求； 6、减震支座具有良好的减震性能；
7、支座通过球面传力，不出现力的缩颈现象，作用在上、下结构的反力比较均匀； 8、支座不用橡胶承压，不存在橡胶老化对支座的影响，使用寿命长。
5 施工工艺及操作要点
5.1 工艺流程
5.2 操作要点
复核预埋板标高、轴线 图5.1 钢结构铰支座施工工艺流程图 检查支座各部件及装箱清单 (1)支座在安装前方可开箱，并检查支座各部件及装箱清单。支座安装前不得随意拆缷支座。
(2)先在预埋件顶板上画一“十”字格，然后在成品支座顶板及底板也分别画一“十”字格，作为支座安装的基线。
根据轴线标出预埋件“十”字格 (3)支座安装前必须将上盖与下底座的连接件安装好。待支座安装就位完成后拆除临时连接件，固定铰支座上盖板和底板 使支座能自由转动。
图3：钢结构安装时固定好支座连接板 标出铰支座顶板、底板“十”字格 (4)当支座吊装到位后，用仪器量测支座安装的位置，微调使之到设计坐标位置，保证支座中心 线与上、下结构安装线相重合。上、下部结构与支座连接的连接板应平整，并应刨平，除锈等级应安装铰支座 达到Sa2.5等级。连接板与预埋板应平行，四角和中心相对误差小于0.1﹪，且应小于1.5mm。标高绝对误差小于3mm。安装误差须严格控制，否则产生难以预料的巨大安装应力。调整铰支座使其“十”字格与埋件“十”字格重合 第 2 页 调整铰支座顶标高 焊接支座 (5)为消除温度应力对上部钢结构的影响，支座安装后先不与预埋板进行完全焊接，待所有结构安装完成后再进行最终焊接。
(6)钢结构整体安装完成，卸载前将上下连接板拆除。
图4：支座上下连接板拆除
6 材料与设备
根据本工程施工特点，现场投入以下施工机具及材料进行钢结构铰支座施工，详见表6-1。
表6-1 施工材料、机械、设备 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 机械设备名称 25t汽车吊 二氧化碳焊机 直流焊机 角向砂轮机 火焰喷枪 全站仪 经纬仪 水准仪 钢卷尺 墨斗 水平尺 角尺 扁钢 规格型号 QY-25 CPXS-500 ZX7-400 JB1193-71 SQP-1 TC2000 J2级 DS1级 -10mm 备注 7 质量控制
7.1 原材料质量控制
原材料采购和进场质量控制必须严格按ISO9001质量体系程序和设计要求，依据受控的质量手册、程序文件、作业指导书进行原材料采购和质量控制，确保各种原辅材料满足工程设计要求及加工制作的进度要求。
(1)支座附件是否齐垒。如产品合格证，装箱单等。
(2)检查外观：支座是否清洁，防腐保护层是否脱落，有无破损，钢件是否锈蚀。
(3)核定铭牌，确认牌上内容与设计要求是否一致。支座的位移指针及标尺是否完好，预置的位移值要与设计值相符。 7.2 现场安装精度质量控制
(1)所有的测量器具和测量仪器，按照ISO9002标准体系的要求，经过国家技术监督局授权的计
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量检定单位进行检定、校准，并在有效使用期限以内使用，在施工中所使用的仪器必须保证精度的要求。
(2)测量作业人员持证上岗，测量技术人员具备中级职称以上的资质证书，所有的测量人员具备场馆的施工测量经验。
(3)各控制点应分布均匀，并定期进行复测，以确保控制点的精度。
(4)施工中放样有必要的检核，执行测量任务单三级审核制度，严格履行资料、数据的复核、校对程序，保证测量数据的准确性。
(5)规范工序间的测量中间交接，测量标志、资料的交接，施工单位在收到上道工序的测量成果后，应在项目部测量管理人员的见证下检查成果，检查符合精度要求后方可签收。 7.3 焊接质量控制
（1）焊工必须持有效证件上岗，施焊前进行相应培训。
（2）焊接前必须编制合理的焊接工艺和焊接顺序；严格按焊接工艺进行焊接。 （3）焊接时实施多人对称反向焊接，最大限度减少焊接变形。
（4）严格按设计要求进行焊缝尺寸控制，不任意加大或减小焊缝的高度和宽度。
（5）焊接前将焊接区边缘30～50mm内的铁锈、毛刺、污垢等清除干净，以减少产生焊接气孔等缺陷的因素。
（6）焊后应清理焊缝表面的溶渣及两侧飞溅物，检查焊缝外观质量，检查合格后，再进行下道工序。
（7）外观质量检查标准应符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2019）及《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2019）的相关规定。 7.4 质量验收程序与方法
1）验收程序
铰支座施工完毕自检合格后，报请甲方和监理验收，验收合格后方可进入下道工序施工。 2）验收方法
对照施工图纸和施工方案检查；采用经纬仪、水准仪、水平尺、钢尺等检验铰支座安装质量。
8 安全措施
8.1 防火措施
在施工现场易燃材料堆放处按要求配备干粉灭火器，同时，在上述场所禁止吸烟及其他明火操作。
8.2 高空作业安全
1.雨天和雪天进行高处作业时，必须采取可靠的防滑、防寒和防冻措施。凡水、冰、霜、 雪均应及时清除。
2.对进行高处作业的高耸建筑物，应事先设置避雷设施。遇有六级以上强风、浓雾等恶劣 气候，不得进行露天攀登与悬空高处作业。暴风雪及台风暴雨后，应对高处作业安全设施逐一加以检查，发现有松动、变形、损坏或脱落等现象，应立即修理完善。
3.在高处作业时，应张挂安全网。无安全网时，操作人员应系好安全带，其保险钩应挂在操作人员上方的可靠物件上。
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8.3 安全用电
施工用电应符合《施工现场临时用电安全技术规范》及其他用电规范的要求。
（1）电焊机外壳必须接地良好，所有电缆、用电设备的拆除、车间照明等均由专业电工担任，要使用的电动工具，必须安装漏电保护器，值班电工要经常检查，维护用电线路及机具，保证用电安全。
（2）电焊机要设单独的开关，开关应放在防雨的闸箱内，拉合闸时应戴手套侧向操作。 （3）焊钳与把线必须绝缘良好，连接牢固，更换焊条应戴手套。在潮湿地点工作应加强防止触电措施，例如必须穿绝缘胶鞋或站在绝缘胶板上。
（4）把线、地线禁止与钢丝绳接触，更不得用钢丝绳代替零线。所有地线接头必须连接牢固。（5）更换场地移动把线时，应切断电源，并不得手持把线爬梯登高。 8.4 夜间施工
夜间操作要有足够的照明设备，坑、洞、沟槽等除做好防护外，并设红灯警示。 8.5 焊接安全要求
（1）焊工应按劳动部门颁发的有关规定和各部门的具体规定使用劳动保护用品，如工作服、帽、手套及绝缘鞋等。
（2）焊接预热工件时，应有石棉布或挡板等隔热措施。
（3）清除焊渣、采用电弧气刨清根时，应戴防护眼镜或面罩，以防止铁渣飞溅伤人。 （4）多台焊机在一起集中施焊时，焊接平台或焊件必须接地，并应设隔光板。 （5）雷雨时，应停止露天焊接工作。
（6）施焊场地周围应清除易燃易爆物品，或进行覆盖、隔离。必须在易燃易爆气体或液体扩散区施焊时，应经有关部门检试许可后，方可施焊。消防工具要齐全，动火区域要安放灭火器，并定期检查。工作结束，应切断焊机电源，并检查操作地点，确认无起火危险后，方可离开。
（7）氧气、乙炔气要放在规定的安全处，并按规定正确使用。车间、工具房、操作平台等处设置足够数量的灭火器材。电焊、气割时，先注意周围环境有无易燃物后再进行工作。
9 环保措施
9.1 在施工过程中，自觉地形成环保意识，最大限度地减少施工中产生的噪音和环境污染；夜间施工严禁噪音作业，干扰周边居民休息。
9.2 在施工现场进行电焊作业时，必须采用防护罩，避免光污染。
9.3 在电焊作业清除焊渣、药皮时，注意不要污染地面。施工现场做到工完场清。施工场所内的各种建筑垃圾要及时清理，并在场内做好无污染处理后，统一运至场外垃圾堆放点。严禁现场随意堆放、乱弃垃圾。
10 效益分析
应用本工法为企业带来了极为可观的综合效益，包括： 10.1简化工艺、加快施工速度
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由于球型铰支座是工厂加工成品运往现场的，我们在施工现场安装球型铰支座操作工序简单，在预埋件施工完成后，可快速定位安装焊接，有效缩短工期，大幅度降低了人工费用。适用于质量要求较高和工期较紧张的工程。 10.2 节能和环保效益
球型铰支座施工技术避免与土建交叉作业，纯粹的钢结构施工提高了施工速度；降低了劳动力的投入，减少建筑垃圾排放，减轻了环境污染。 10.3 社会效益
球型铰支座施工技术在本项目的应用，从方案讨论开始就得到了各方的密切关注，从业主、监理、设计、厂家和质监站都给予了充分重视，多次举行专项会议进行讨论。最终的成功应用，也获得了各方的一致肯定，为企业赢得了信誉，创造了良好的社会效益，并积累了经验，本工法有着极大的推广应用意义。
11 应用实例
钢结构球型铰支座施工技术的应用，保证了钢结构结构实体质量，简化了施工工艺，加快了施工速度。不但从根本上杜绝了传统销轴铰支座工艺技术所带来的诸多弊病，而且还节约了施工成本，降低了劳动力的投入，减少建筑垃圾排放，减轻了环境污染，为公司带来了巨大的经济效益和社会效益。2019年以来，大连三川建设集团股份有限公司和******集团有限公司先后在普湾新区体育场工程、******工程、*******等项目的工程施工中，应用了球型铰支座施工技术，施工总建筑面积为****万m2。其中，仅普湾新区体育场工程一个项目就因应用了该技，施工工期较原计划节省了8天。
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