工程概況

天津市體育中心體育館工程,位于天津市南開區水上公園南側,是天津市為承辦第43屆世乒賽而興建的主賽館。室內場地為橢圓形,設有200m的田徑跑道,可進行多種球類及體操、田徑比賽并兼用多種大型文體活動的場地。

該館是目前我國跨度最大的室內賽館。屋蓋采用雙層球殼、網架結構。館體是圓形,沿圓周方向設有18m高的48根鋼筋混凝土柱,連同柱頂環梁支撐網殼支座;網殼跨度108m,覆蓋面積9160m2;外懸挑部分l3.5m,故平面投影直徑為135m,總覆蓋面積為14313m2。球冠矢高13.5m(從支座處球心至下弦中心球垂直距離),矢高跨比為l:8;球體本身內半徑為114.75m,外半徑為117.75m,殼體厚度3m,殼厚是跨度的1/36。上弦從支座處向外呈切線延伸,將外懸挑部分構成楔狀錐殼;球面頂點高度為35m。網殼節點球總數1906個,桿件總數7441根;節點球全部采用焊接;焊口總數15212道;用鋼量約為42kg/m2,總重量約620t。

屋蓋呈飛碟狀的雙層網狀球殼,其網格布置為徑向、緯向和斜向桿系所組成的四向、三向和二向網狀結構。桿件布置成兩向正交狀,構成梯形四角錐,從中心向外擴散開;隨著網格尺寸的擴大,在適當位置均勻插入分割點,填補三角形網格。桿長均勻,達到均勻傳遞空間力系(靜荷載、溫度就力及地震力)的目的。

網殼的高度和跨度為世界少見,僅次于世界最大的瑞典全球體育館(直徑110m)。

工程特點

工期緊:依合同要求,網殼的制作及安裝總工期僅為85d。

質量要求高:尤其是中心圈、支座和網架底部大環梁等整個結構設計的關鍵部位。

高空作業多:除制作外,整個結構的安裝均為高空作業。

鋼構件的加工規格多、數量大、質量要求高。

現場安裝施工難度大:到土建交安時,φ108m圓周外的附房及φ108m圓周內的看臺等結構均已施工完成,限制了吊裝機械的作業儉置及空間。

焊接工作量大:焊縫的總長度約6.2km,而且質量要求高。

施工方案的確定

該工程于土建交安時,土建工程已完成φ108m圓周的柱子及上環梁, φ108m圓周外的附房以及φl08m圓周內的看臺等結構,因此根本無法采取地面整體制作、整體吊裝就位的方法;如若采取地面分片制作,分片吊裝就位的方法,由于條件的限制已沒有施工要求的吊裝機械站位場地,且局限于吊裝能力,施工難度極大。

通過對多種方案的分析比較,最后確定方案為:地面集中組對小單元,利用局部滿堂腳手架行離空組拼;中心區地面整體組拼、整體吊裝。

程序如下:

構件(球和桿件)單獨加工制作。

將整個屋蓋網殼劃分為5個同心軸區域環2φ108m圓周外為」4區, φl08m圓周內,自外向里依次劃分為A、C、D、E(中心區)等4個區域環。

于施工現場設置組裝平臺,將網殼散件球和桿,集中分別組對成“田"字型或“日”字型空間小單元。小單元的重量控制在1~2.5t范圍內,并按要求進行檢查驗收。

依據分區情況,先搭設旦區及C區的腳手架。

用塔吊將A區的小單元吊到高空進行組拼。組拼順序從A區開始,整個一環拼裝完畢后,統一進行焊接。

B區全部焊完并檢查驗收后,拆除腳手架倒入D區重新搭設,以便進行D區網殼的施工。依此工序使網殼的安裝逐漸向中心區收縮。

中心區(E區) φ35m網殼采取地面整體組拼,利用塔梳整體吊裝就位。

最后轉移至室外,進行A區的施工。

網殼構件制作

1.原材料的要求

鋼球的原材料為Q235鋼板。

桿件的原材料為20號鋼無縫鋼管。

所有原材料均應符合GB700一88的規定,除應有出廠合格證外,還必須嚴格地進行物理性能及化學成分的復驗,不合格者嚴禁使用。

選用結422酸性焊條且必須符合GB5117和GB5118中的各項有關規定。施焊前,焊條應在70~150℃的烘干箱內烘干1h,而且同一焊條的反復烘干次數不得超過2次。

2.加工中的質量要求

所有焊縫均按《鋼結構工程施工及驗收規范》GBJ205規定進行驗收。

抽出50%的焊縫作超聲波探傷。

嚴格控制焊接變形。

鋼球應進行力學試驗:極限承載力的確定按JGJ752一91表1、表2的規定,其抽樣數量按規定。

加肋球中的肋板應位于上、下弦自身平面內,以保證徑向、環向桿間均在同一脅板平面內

單根鋼管件長度允許偏差為土0.5~0.8mm,軸線不直度為L/l200,且不大于3mm。

鋼管件端部坡口鈍邊厚度均應控制在0.5~1mm范圍內，坡口型式及尺寸按焊接工藝要求。

3.空心鋼球的制作

3.1、空心鋼球的規格及數量：見表7-1-1。

空心鋼球規格數量表????????????????????? 表7-1-1

3.2、鋼球加工的允許偏差：見表7-1-2。

鋼球加工允許偏差

3.3焊接空心鋼球的制作

3.3.1下料:

板材進場后,必須經復驗合格方可使用。

依據鋼球直徑并考慮齊邊余量,經放樣確定下料尺寸,用氣焊切割下料。

3.3.2加熱:用加熱爐加熱到預定溫度。加熱速度應均勻,溫度控制應得當(溫度過低成型困難,溫度過高會損傷鋼材的組織而影響其性能)。

3.3.3加壓成型:

加熱好的坯料,用胎具熱壓成半球。若一次成型不理想,可在胎具上重新成型。

為防止壓制過程中的抱胎現象,應預熱胎具并在坯料表面均勻散布煤粉等物質。

壓制過程中應防止出現鼓包、皺折、局部減薄量過大等缺陷。

3.3.4整邊及坡口加工:半球成型后,用立式車床齊邊并加工坡口,坡口參數依相應的焊接工藝要求。

3.3.5組對焊接:

將兩個半球組對到一起,如有肋板也一起組對。組對間隙按相應的焊接工藝要求。

組對完畢后,在球焊接轉胎上按規定的焊接工藝進行焊接;焊接時如需要(肋板組對)可在球上鉆工藝孔,最后按相同的焊接工藝要求,將孔堵死。

3.3.6表面修磨處理及檢驗:

鋼球成型后,應按規范的要求打磨焊縫,并對其焊接質量按規定進行檢驗和超聲波抽檢。

用專用的樣板、胎具和量夾卡具對鋼球的成型尺寸、外觀質量進行檢查,并做好檢查記錄。

按規范的要求進行承載力抽檢。

檢測方法:在球體相應的設計位置,按設計的角度依相應的焊接工藝焊接短鋼管,按其受力狀態(拉或壓)做相應的受力(拉或壓)試驗。

3.3.7加工完畢并經檢驗合格的鋼球,按設計的要求做好除銹及防銹底漆,標明規格及編號，分別堆放，加強保管。保管時應墊離地面200mm,并做好防雨措施。

4.桿件制作

4.1桿件的規格及數量：見表7-1-3。

桿件規格，數量表??????????????????????????? 表7-1-3

4.2桿件的預制:

4.2.1材料:

各種材料進場后,必須按規格型號,依規范的要求進行外觀質量檢驗和按規定對其進行材質復驗,合格者方可使用。

必須按規格型號,分別堆放,做好標識。

4.2.2進行焊接收縮量測試:

將球和桿件組對到一起,按預定的焊接工藝焊接,測定其焊接收縮量;并將其匯總整理,供下料及組對時參考使用。

4.2.3依據圖紙及材料表,將桿件編號并編制下料清單。

下料單格式如下:

例:1號桿φ219×10,用于上弦,長度分別為4.6m、5.4m,其編號分別為1-S-1 1-S-2。

桿件的下料長度應綜合考慮設計長度、放樣長度和焊接收縮量等確定

4.2.4鋼管調直下料:

鋼管下料前,如其直度偏差超過規范的允許范圍,則需進行調直。

鋼管的調直,在設計的專用胎具上進行。

調直后的鋼管,按下料單的尺寸號料,用下料車床或磁力切割器下料,并按各自相關規定的坡口尺寸、鈍邊厚度加工好坡口。

如若用氣割下料,則下料后需用鏗刀或角向磨光機打磨掉氧化鐵及毛刺等,再加工好坡口。

4.2.5桿件下料后,應嚴格檢查其長度和不直度、端面垂直度以及坡口加工質量,不符合規范要求者剔除,重新加工,并填寫好檢查記錄。

4.2.6檢查合格的桿件,按設計要求進行噴砂除銹,并按要求進行防腐處理。做防腐時,焊口附近約25mm的范圍不做,待安裝完畢后補做。防腐的質量按有關規范和標準的要求檢查驗收。防腐施工后,在桿件的表面做好明顯的編號標記。7)按編號分別堆放。堆放時應用道木墊離地面200mm高,不得沾染油污、泥垢等,并做好防雨設施,設專人管理,以防混亂。

小單元的組拼

1、小單元的劃分

依據施工圖,將屋蓋網殼劃分成若干個平面呈“田"字形或“日,字形的空間單體——小單元,并按區域和順序,依次做好明確的編號。劃分時:A區以“田"字形為主,B、C、D區大部分劃為“日,,字形。單體重量約1~2.5t。

高空組拼時,同區相鄰兩小單元之間、相鄰兩個區域的小單元之間,各以相應的桿件進行連接,組拼成整體。

2、于施工現場的指定位置,搭設10m×20m的鋼平臺2座,以用于小單元的組對與焊接。

3、小單元制作的質量要求

焊接球節點的鋼管件允許偏差為土lmm。

單元附件高允許偏差為士2mm。

上弦對角線允許偏差為士3mm,下弦節點中心偏差為2mm。

分條或分塊的網架單元長度不大于20m時,拼裝邊長度允許偏差士10mm;大于20m時為土20mm。

總拼裝時邊長和對角線允許偏差為萬分之一。

嚴格控制支座點板的平整度,其兩端的偏差應<3mm。

4.關于三維空間坐標的控制

三維空間坐標的控制,是整個網殼按設計的球面形狀保證幾何尺寸的關鍵;而對于每個球節點,它都必須滿足它所在的球面上的兩組方程式:

一是緯向輻射狀球節點的球面方程:

X2+y2+Z2=R2

二是徑向環狀球節點的圓的方程式:

X2+y2=R2

由于小單元是不規則體,節點必須按坐標定位。如按設計給定的坐標系施工,胎具大、高空作業施工難。為此采用坐標系的轉換方法,將原設計的坐標系平移后旋轉而改變成極坐標,以中心點轉角測距、高程定位的方法確定空間節點球的位置。這樣在組拼時就可以用經緯儀測轉角及仰角、用遠紅外線測距儀測距離、用水準儀測高程,準確測定出各球的空間位置。既減小了空間誤差,又方便了施工。

5.小單元組拼

小單元組拼:小單元的組拼是在預制平臺上進行的。操作順序如下:

將小單元的各節點位置投影在預制平臺上。

按投影位置設置好節點支座并點固。節點支座的高度按網殼弧度確定；下節點支座高度以保證方便焊接為原則。

將相應規格編號的空心鋼球在支座上就位。

將相應編號的桿件組對于鋼球之間,留出焊口間隙并點固好。點固時應錯開平仰位置;點固的長度控制在10~30mm;焊肉的高度為桿件壁厚的0.7,且<6mm;球體與桿件端面裝配間隙應控制在3mm。

點固完畢后用焊口檢測尺檢查坡口角度、間隙、平直度,合格后方可進行下一道工序。

按焊接工藝的要求進行焊接。施焊時,為控制焊接變形對小單元幾何尺寸的影響,采用對稱焊。焊接順序為先橫桿、后立桿,最后焊斜桿。每一個小單元上各球節點,一次只能施焊1個桿件的焊縫,施焊完畢后轉移到另一個球節點上施焊,而且在任何情況下,都不允許同時施焊同一個桿件兩端的焊縫。每一個小單元在施焊時,必須執行同一種焊接工藝和同一種焊接參數。

小單元制作完畢后,按設計及規范的要求對其外觀及幾何尺寸進行檢查,并對焊接質量按規定進行元破損檢測。

檢測合格后,補做好焊口部位的防腐。

按劃分的小單元的順序編號,于其上做好清晰明顯的標記。

將組拼好的小單元吊離平臺,并按預定的規則,依據方便運輸和吊裝的要求墊起堆放。

小單元組拼時,應按劃分的施工區域及高空組拼的順序進行。大的順序為:先組對B區,然后依次向里循序進行,最后組對A區。

小單元地面組拼情況見圖7-1-1。

(2)初焊發現缺陷及采取的補救措施:第一個小單元施焊完畢后,經超聲波檢測,發現有些焊縫出現了點狀未焊透和部分較長的未焊透的缺陷。經過分析,我們認為出現以上缺陷的原因是在焊口點固時的焊點過厚,在施焊過程中沒有熔化掉而造成的。經與鉚工及焊工查詢和對幾個焊口的解剖,證實了上述的缺陷原因分析是完全正確的。

為了使上述的缺陷不再發生,在分析清楚原因后,我們采取了如下的措施:

在正式施焊點固部位時,首先用手把砂輪將點固焊肉磨掉,再重新按焊接工藝的要求進行施焊。

改變桿件的坡口,使鈍邊的厚度嚴格控制在0.5~1mm。

加強施焊全過程的質量監控。

高空單元組拼

1、高空單元組拼前的準備工作

柱頂找平并做好雙向中心標志:找平用樹脂砂漿進行,要求相鄰支座的高差小于L1/500且≥10mm(L1為相鄰兩支座距離)

吊裝機械到位并經試運轉驗收。

所用小單元及構件必須依吊裝順序分別加工完,且能有序地保證相應區域的高空組拼一次順利完成。

按吊裝區域劃分,搭設好B區的環狀滿堂腳手架；滿堂腳手架的搭設,需能滿足以下條件:

搭設的最大高度約32m。

施工作業層數為一層。

施工過程中,需能承受部分構件的重量和施工荷載。

小單元高空組拼時,腳手架能起到依托作用,以便進行微量調整或反變形措施中作臨時支撐用。

搭設穩固、安全可靠。

搭拆方便,以加快周轉使用的速度。

為滿足上述要求,選定鋼管腳手架并于施工前專門進行了設計,編制了搭設方案。

2、高空單元組拼按預定的分區方案,由B區開始,自外向里逐區進行組拼。中心約Ф35m部于地面進行整體組拼,利用塔梳整體吊裝,一次到位;最后組拼Ф108m圈外的A區。

(l)B區的高空組拼程序如下:

調整好腳手架上節點支座的坐標及標高。

將一個小單元和連接兩個小單元的桿件,吊運到安裝位置,并安裝就位。

起吊并安裝就位相毗鄰的另一個小單元。

將兩個小單元用桿件組對連接,并按焊接工藝的要求點焊牢固。

依次組對該區內的其它小單元。

當B區內整區的小單元組對完畢后,檢查該環的幾何尺寸。合格后,統一按焊接工藝的要求進行施焊。

B區焊完后,重新檢查該區網殼的幾何尺寸,并和焊前加以比較,以確定焊接變形的傾向,制定出相應的控制措施,用于后續的施工中。

對施焊的所有焊縫進行外觀和按規定的無損檢測,合格后補做好該部位的防腐。

網殼組對過程中,按規定的位置和數量,設置好固定觀測點并做好明顯的標志,以用于隨時監測網殼的變形情況,便于加強控制,避免造成誤差的積累。

安裝好網殼下弦上吊頂用的吊點和網殼上弦上屋面結構用的支撐點,并做好防腐。

(2)上述所有工作結束后,在搭設的C區腳手架上,按以上程序高空組拼好C區的屋面網殼,同時使之與B區的節點連接好。以后循序向內圈收縮,做好D區的屋面網殼，并依次拆除先行搭設且已使用完畢的腳手架向內圈搭設,周轉使用。基本順序為B—D,C—A。

(3)在B、C、D區的網殼高空單元組拼及連接施工結束后,進行Ф108mm圓周外的A區高空單元組拼。其施工程序與B區相同。

小單元高空連接組拼見圖7-1-3。

3、中心區域施工

當Ф108m圓周以內B、C、D三區高空組拼完畢后,剩下的中心區域投影直徑約為Ф5m。該區域的施工,我們采取了:地面整體組拼,利用塔桅一次整體吊裝到位,在高空做好與D區的桿件連接;剩余的中心圈部位,待塔桅拆除后,再在高空組拼完成的施工方案。

整體吊裝部分的技影直徑約為26m,高約5m,總重量約32t。

(1)、地面整體組拼:該部分的地面整體組拼方法與小單元制作相同,誤差及質量要求亦相同，其主要區別在以下兩方面

必須首先準確的確定Фl08m圓的圓心,作為該部分地面組裝的控制中心及極坐標的坐標原點。

大部分組拼后,必須留有足夠的場地和通道進行塔梳的組裝及安裝。待其結束后進行剩余部分的組拼等施工。、

(2)整體吊裝:利用自行設計的斷面為1.200m×1.200m,總高度為45m的格構式塔梳進行組裝部分的整體吊裝。升高就位后,在高空用桿件與D區組對施工完畢。塔桅拆除后將中心圈和下弦吊桿及屋面支撐點施工完。

l)相關事項：

a.塔桅頂端采用雙吊耳(左右對稱布置)。

b.選用2組4門20t滑輪。

c.吊裝時用4根7/8"的等長鋼絲繩,分別對稱拴在下弦的4個鋼球和上弦的4個鋼球上(每根鋼絲繩的兩端分別系在上、下弦各一球上,以利平衡)。

d.選用2臺5t慢速卷揚機作動力,且對稱布置。其安設位置應易于看清指揮信號,并絕對安全。

e.正式起吊前應做好各種施工準備工作,設備經試運轉合格。

f.正式吊裝前,清除現場一切閑雜人員,并設好警戒線。

g.制定好起吊過程中的各種相關規則及信息傳遞體系,并落實到位、到人。

吊裝程序如下:

a試吊:將整體吊離地面1m左右停止,全面檢查各部分是否正常、可靠。

b.由架子工將高空組對時所需的架子及腳手板、組對桿件,固定到相應的部位,并安全可靠。

c.以0.5m/min的速度進行提升。每上升10m左右停車進行全面檢查,無誤后再進行下-個階段的提升。提升過程中應保持同步。

d.提升到位后,利用事前固定在D區上的4個5t倒鏈對其進行找正固定。同時將卷揚機斷電、相應電閘箱上鎖、鋼絲繩用繩卡固定。

e.將中心部位的腳手架和腳手板與D區的腳手架相連接,并安全固定。

f.用相應的桿件將D區和中心區全部組對完畢。組對時按對稱的方式進行且應考慮工藝變形。

g.采用對稱的方式進行焊口施焊。

h.檢測焊口質量,合格后補做好防腐。

做好其他的相關工作,如吊桿和支撐點。解除吊裝索具。

(3)拆除塔梳及腳手架:全部吊裝工作結束后,利用兩臺吊車相配合,將塔梳拆除,連同卷揚機及索具等全部運走。

于高空將中心圈部分補做好。

拆除施工用的腳手架并運離施工現場。

安裝完畢后的球殼全貌見圖7-1-5。

質量評估

體育中心體育館屋蓋網殼工程,全部施工結束后,由建設、設計、學會及施工等單位,共同組織了全面的驗收檢查,其質量驗評情況如下

l.幾何尺寸

驗評結果見表7-1-4。

偏差情況一覽表?????????????????? 7-1-4

2.焊口無破損檢查情況

(1)本工程焊口共152l2道,外觀檢查全部合格。

(2)超聲波探傷7606道,其中球與桿件焊口7234道,超聲波探測結果,I級焊縫為7111道,占有比率為98%;其余為II級焊縫,共計123道,占2%;管材對接口372道,100%為I級焊縫。球與桿件焊口實際超聲波探傷比例為50.85%,管材對接焊口為l00%,均超過設計及規范的要求。

在此基礎上,監理公司及與會的專業人員又任意選定我們已超探的焊口20個和任意選定沒超探的焊口20個,進行超聲波探傷復查,其結果100%為I級焊縫。

通過驗評組的實際檢測,最后的結論為:(1)外觀漂亮;(2)焊縫內部質量好。為此在天津電視臺及相關的報刊作了多次的報導,并且被當年的鋼結構學會認定為目前國內最大、質量最好的網殼。

結束語

天津體育中心體育館屋蓋網殼工程,在總結了目前國內外大跨度網殼施工中的高空散裝法、分塊分條安裝法、高空滑移法、整體吊裝法、整體頂升法、整體提升法等各種施工工藝的基礎上,進行綜合分析,各取所長,揚長避短,最終選定了:小單元地面預制、利用吊裝機械和局部腳手架進行高空組拼,中心區域地面整體組拼、整體吊裝的方法進行施工,既減少了高空作業的投入、降低了施工難度、減小了誤差的積累、節省了大型吊裝機具的投入和簡化了復雜的施工工藝,同時又保證了三維空間的坐標控制,使得直徑108m、平面投影為9160m2的目前亞洲第一、國內最大的雙層網狀球殼,僅以2個半月的實際有效工期順利完成，并且以優質的產品交付建設單位，取得了良好的經濟效益和社會效益。

鋼結構焊接技術

(1)焊接方法的選擇:航站樓鋼屋蓋結構安裝中焊縫達13萬延長米,其中大量焊縫為厚壁錐管的環焊縫和相貫焊縫,焊口組對形狀復雜,單個接頭施焊量大,而且大多處于結構下方、斜下方及懸空部位,焊接工期緊、工程量大、施工難度高,經綜合比較手工電弧焊和C02氣體保護焊的優缺點后,采用了手工電弧焊和C02氣體保護焊相結合的特殊焊接方法。

(2)焊接工藝:通過分析兩種焊接方法的特點,并經過多次現場模擬實驗,制定出本工程混合焊接的工藝指導書,包括接頭形式、焊接環境、焊前防護、焊前清理、焊前加熱、焊接、焊后處理等。

(3)焊接質量保證措施:

采用手工電弧焊封底, C02氣體保護焊填充和蓋面。

選擇焊接電流時,盡可能避開飛濺率高的電流區域,再匹配適當的電壓。

正式施焊時，焊槍盡量垂直,以獲得高質量的焊縫。

氣體流量要適當加大,以提高其抗干擾的能力。

搭設防風雨棚以減少自然氣候對焊縫質量的影響。

(4)焊接檢驗:焊縫探傷由具有直級以上檢測資格人員進行,探傷儀為具有良好的穩定性,適應用室外檢驗的脈沖反射式數值超聲波探傷儀,所有焊縫探傷檢測全部合格。

鋼結構安裝技術

1、工藝流程：

四叉柱帽桿是整個結構直接承力桿件，其安裝形位的準確，不僅有利于減少接點受彎，而且可以改善架下弦受力，避免各種水平荷載對整個屋蓋結構節點產生附加彎矩，為此先安裝上部桁架結構，再安裝柱帽桿。

2、承重架搭設：

在建筑物14~15軸之間和15軸至塔吊軌道之間土0.00地面上,在架分段處搭設承重胎架。承重胎架在樓板處應對樓板進行加固。

承重胎架采用Ф48×3.5普通腳手架,搭設高度為桁架下弦下皮以下500~800mm,承重胎架底部滿鋪腳手板,并設掃地桿和剪刀撐。

3、具式小鋼架搭設：工具式小鋼架作為桁架定位用,架吊裝到小鋼架里定位后立即用腳手架加設剪刀撐后,才可以摘除塔吊吊鉤,防止小鋼架變形造成誤差。工具式小鋼架搭設示意見圖7-6-4。

4、鋼桁架吊裝:鋼桁架由設在胎架外邊的H3/36B行走式塔吊按四、五、六、三、二、一的順序進行高空組對,即從中間向兩邊吊裝,這樣從中間開始吊裝不僅可以減小整體誤差,而且可以避免由于曲線桁架分段兩端不等高,水平分力導致桁架移位,影響安裝桁度。

5、柱帽桿吊裝:

由于柱帽桿不能利用塔吊直接吊裝,因此采用塔吊-爭人工倒鏈傳遞的方法,利用人工倒鏈就位安裝柱帽桿,塔吊進行下一道工序的吊裝,縮短安裝周期。

由于柱帽桿兩端是錐形管,而且留有加工余量,柱帽桿在桁架下弦桿上的就位非常困難,常規方法是在弦桿上劃線放樣給出相貫圓,但不適用于本工程。為此，采用定三個相貫圓中心,在桁架下弦-桿劃出相貫圓長徑和短徑,在柱帽桿上找出相垂直的兩條截面直徑并投影到柱帽桿外表面,安裝定位時,柱帽桿外表面四條線應對應桁架下弦桿上相垂直的相貫圓長徑和短徑,方便、快捷、準確。

(6)檁條和其它構件安裝:

在柱帽桿安裝的同時,利用塔吊以及操作胎架和工具式小鋼架,進行檁條和其它構件安裝

鋼街架單元整體滑移施工技術

滑移軌道的設計安裝

滑移軌道的造型及設計:經過反復的方案優化和設計驗算,本工程滑移軌道采用了雙工字鋼上下弦、槽鋼腹板組合鋼桁架軌道,在E、H軸支座處的滑移軌道側翼加大面積鋼管檁條翼緣,增加其側向剛度,抵抗桁架對該處滑移軌道產生的外推力。

滑移軌道沿A、E、H軸通長布置,并延伸至15軸外側。滑移軌道分段制作、安裝,一個柱距為一段,固定在鋼筋混凝土支承柱的預埋鋼板上。滑移軌道示意見圖7-6-5。

施工階段的結構驗算

利用先進的有限元設計軟件SUPER-84進行施工階段的結構承載力驗算,驗算結構在不同的滑移單元、不同荷載狀況、不同施工約束條件下構件的強度、穩定性、整體桁架的下撓、位移,以及驗算桁架支座在A、H軸預偏對結構的影響。

桁架的橫向穩定控制措施

桁架在胎架上進行組裝時,A、H軸的半圓球底座在水平方向向內預偏,落放時靠桁架重力作用產生的水平側移復位。

俯架單元滑移時,在A、E、H軸每個支座點的柱帽桿半圓球底板后加導向凹凸滾輪,用以限制桁架過大的水平位移,并將桁架的水平推力傳遞到軌道上。

在每榀俯架的AE軸、EH軸間牽位水平拉桿或鋼絲繩,限制桁架的外漲。

桁架的整體穩定控制措施:

在桁架單元滑移前增設前后支撐,通過增加支承點的方式來增加其穩定性。

同一軸線相臨柱帽桿底座及對應的下弦桿位置用大剛度檁條沿水平方向焊接連接,使桁架、柱帽桿、水平拉桿形成穩定的三角形剛體。

各軸均設多個牽掛點同時牽拉,以減小各牽掛點的局部牽拉力及柱帽桿、水平拉桿的拉力,增強其穩定性。

多頭牽拉同步控制措施:桁架單元滑移采用3臺卷揚機在A、E、H軸同步牽拉系統,滑移過程中三軸摩擦阻力及牽拉力不同嚴重影響其同步,因此采取如下措施來保證滑移同步。

采用改裝的3臺JJM-10卷揚機,設計專用的控制柜,3臺卷揚機既可以同時啟動又可以單獨工作及收編。

在3條滑移軌道上設置刻度標尺,每50毫米一格,1m為一大格,柱距12.8m為一個控制單元,3條軌道不同步超出限值,即作相應的停滑處理.

設計滑輪組機構,在減小單繩牽拉力的同時,也減小3臺卷揚機牽拉力的差距。

滑移單元的組成:將16榀桁架分成4榀、5榀、5榀、2榀共4個滑移單元,由第15軸開始向第①軸方向牽拉,1~4榀為第一單元,5~9榀為第二單元,10~14榀為第三單元,15~16榀為第四單元。

滑移前準備工作:

滑移軌道安裝完成,并經砂紙打磨、均勻涂抹黃油。

限位凹凸滾輪已安裝完畢。

牽拉系統已布設完成。

卷揚機試機運轉無誤,控制開關正常使用。

10)滑移:

試滑移:

在拼裝平臺上進行第一單元2榀桁架的拼裝、焊接、檢測無誤后,落放在滑移軌道上。

.加裝前后支撐,且用口360X200×8鋼管檁條連接支座及柱帽桿底座,形成剛性整體。

布設牽拉系統。

滑移前先啟動卷揚機分閘系統,拉緊鋼絲繩,經檢查確認元誤后,試滑移。

為保證滑移同步,在3條滑移軌道上派專人觀測軌道的刻度標尺及水平偏差,并及時通知總控制臺。

f.滑移一個柱距即l2.8m,停滑,在AE、EH軸柱帽桿間加裝鋼絲繩夾緊。

g.繼續滑移一個柱距即12.8m,將柱帽桿底板用限位卡的方式在13軸柱頭準確定位以確保之后桁架柱帽桿的拼裝質量。

第一單元滑移:

a.在拼裝平臺上進行第3榀桁架的拼裝、焊接、檢測,通過柱帽柱、檁條與前2榀桁架組成整體后落放在軌道上。

b.拆除前2揣桁架的后支撐。

c.在柱帽桿半圓球底座間加裝口360×200×8鋼管糠條連接,布設牽拉系統。

d.將第3榀俯架滑移一個柱距,在12軸處準確定位,讓出拼裝平臺。

e.拼裝第4榀桁架,與前3榀俯架構成第一滑移單元,進行長距離滑移,每滑移2個柱距調整一次鋼絲繩、滑輪組,直至滑移到③軸位置。

f拆除前支撐,將牽拉點調整至后三榀銜架柱帽桿底座板處,重新布設鋼絲繩、滑輪組。

g.將第一滑移單元頂推到設計位置,準確無誤后按設計要求固定支座,割除軌道,安裝屋面板等。

第二、三單元滑移與第一單元基本相同。

第四單元拼裝:第四單元即第15榀、16榀桁架在拼裝平臺上拼裝、焊接、檢測后,直接落放就位,其安裝偏差控制在允許范圍內后,固定支座,割除軌道,安裝屋面板等。

(9)滑移過程結構應力監控:滑移是一個動態系統,滑移過程銜架的約束條件、荷載情況、力學模型與使用階段的設計約束條件、荷載情況、力學模型均有很大區別,其受力比較復雜,影響因素很多,而這些影響很難通過計算得到準確的結果。因此,非常有必要進行滑移過程桿件內力的連接監控,以驗證滑移施工的合理性,并通過監控防止滑移過程中一些復雜因素對結構產生破壞。

1)選最具代表性的10~12榀三榀桁架由12~13軸12.8m的滑移單元作為測試對象,進行第l2榀桁架落放應力測試,以及第1l、l2榀桁架滑移過程的應力測試。

2)在最具代表性的10~12榀桁架60m跨的下弦桿、腹桿、柱帽桿、滑移軌道下弦及半圓球底座水平拉桿處布設24個測點,在測點中心的平臺上設l個測控臺。

采用日本產TV08數據采集系統配彩色噴墨打印機,單向應變片若干。

測試步驟:

a.測點處貼好應變片,封膠固定,用電源線引向測試監控臺,編號并接通數據采集系統。

b.測試第12榀桁架落放后各測點的應力值,符合設計計算值后開始滑移。

c.進行滑移全過程的應力監控,計算機控制系統每30s自動采集一組數據,如發現應力值超過限定值,停滑調整。

d.從現場測試結果看,桁架在滑移過程中應力絕對值變化最大約占屈服強度設計值的13%左右,且滑移到位后桁架構件應力值恢復較好。

(10)滑移過程位移計算機監控:滑移過程是一個連續的運動過程,為了提高監控精度,本工程采用計算機位移監控系統進行了滑移全過程的位移、牽拉點同步、支座水平偏移的測量控制。

1)在滑移單元的前方安置一個觀測臺,在牽掛點的附近設3個觀測點,觀測臺上安置l臺瑞士產萊卡TC2000全站儀,每個觀測點處安1個棱鏡。

2)進行從開滑到停滑的全過程監控,間隔30s掃描1次,測出3點的同步偏差，水平位移軌跡以及高程變化線,如發現觀測參數超過限定值,停滑調整。

3)通過測試發現滑移過程的偏差均小于限定值。

多頭牽拉同步控制措施

桁架單元滑移采用3臺卷揚機在A、E、H軸同步牽拉系統,滑移過程中三軸摩擦阻力及牽拉力不同嚴重影響其同步,因此采取如下措施來保證滑移同步。

采用改裝的3臺JJM-10卷揚機,設計專用的控制柜,3臺卷揚機既可以同時啟動又可以單獨工作及收編。

在3條滑移軌道上設置刻度標尺,每50毫米一格,1m為一大格,柱距12.8m為一個控制單元,3條軌道不同步超出限值,即作相應的停滑處理。

設計滑輪組機構,在減小單繩牽拉力的同時,也減小3臺卷揚機牽拉力的差距。

滑移單元的組成

將16榀桁架分成4榀、5榀、5榀、2榀共4個滑移單元,由第15軸開始向第①軸方向牽拉,1~4榀為第一單元,5~9榀為第二單元,10~14榀為第三單元,15~16榀為第四單元。

滑移前準備工作

滑移軌道安裝完成,并經砂紙打磨、均勻涂抹黃油。

限位凹凸滾輪已安裝完畢。

牽拉系統已布設完成。

卷揚機試機運轉無誤,控制開關正常使用。

滑移

1、試滑移:

在拼裝平臺上進行第一單元2榀桁架的拼裝、焊接、檢測無誤后,落放在滑移軌道上。

加裝前后支撐,且用口360X200×8鋼管檁條連接支座及柱帽桿底座,形成剛性整體。

布設牽拉系統。

滑移前先啟動卷揚機分閘系統,拉緊鋼絲繩,經檢查確認元誤后,試滑移。

為保證滑移同步,在3條滑移軌道上派專人觀測軌道的刻度標尺及水平偏差,并及時通知總控制臺。

滑移一個柱距即l2.8m,停滑,在AE、EH軸柱帽桿間加裝鋼絲繩夾緊。

繼續滑移一個柱距即12.8m,將柱帽桿底板用限位卡的方式在13軸柱頭準確定位確保之后桁架柱帽桿的拼裝質量。

2、第一單元滑移:

在拼裝平臺上進行第3榀桁架的拼裝、焊接、檢測,通過柱帽柱、檁條與前2榀桁架組成整體后落放在軌道上。

拆除前2揣桁架的后支撐。

在柱帽桿半圓球底座間加裝口360×200×8鋼管糠條連接,布設牽拉系統。

將第3榀俯架滑移一個柱距,在12軸處準確定位,讓出拼裝平臺。

拼裝第4榀桁架,與前3榀俯架構成第一滑移單元,進行長距離滑移,每滑移2個柱距調整一次鋼絲繩、滑輪組,直至滑移到③軸位置。

除前支撐,將牽拉點調整至后三榀銜架柱帽桿底座板處,重新布設鋼絲繩、滑輪組。

將第一滑移單元頂推到設計位置,準確無誤后按設計要求固定支座,割除軌道,安裝屋面板等。

3、二、三單元滑移與第一單元基本相同。

4、第四單元拼裝:第四單元即第15榀、16榀桁架在拼裝平臺上拼裝、焊接、檢測后，直接落放就位,其安裝偏差控制在允許范圍內后,固定支座,割除軌道,安裝屋板等。

滑移過程結構應力監控

滑移是一個動態系統,滑移過程銜架的約束條件、荷載情況、力學模型與使用階段的設計約束條件、荷載情況、力學模型均有很大區別,其受力比較復雜,影響因素很多,而這些影響很難通過計算得到準確的結果。因此,非常有必要進行滑移過程桿件內力的連接監控,以驗證滑移施工的合理性,并通過監控防止滑移過程中一些復雜因素對結構產生破壞。

選最具代表性的10~12榀三榀桁架由12~13軸12.8m的滑移單元作為測試對象,進行第l2榀桁架落放應力測試,以及第1l、l2榀桁架滑移過程的應力測試。

在最具代表性的10~12榀桁架60m跨的下弦桿、腹桿、柱帽桿、滑移軌道下弦及半圓球底座水平拉桿處布設24個測點,在測點中心的平臺上設l個測控臺。

采用日本產TV08數據采集系統配彩色噴墨打印機,單向應變片若干。

測試步驟:

測點處貼好應變片,封膠固定,用電源線引向測試監控臺,編號并接通數據采集系統。

測試第12榀桁架落放后各測點的應力值,符合設計計算值后開始滑移。

進行滑移全過程的應力監控,計算機控制系統每30s自動采集一組數據,如發現應力值超過限定值,停滑調整。

從現場測試結果看,桁架在滑移過程中應力絕對值變化最大約占屈服強度設計值的13%左右,且滑移到位后桁架構件應力值恢復較好。

滑移過程位移計算機監控

滑移過程是一個連續的運動過程,為了提高監控精度,本工程采用計算機位移監控系統進行了滑移全過程的位移、牽拉點同步、支座水平偏移的測量控制。

在滑移單元的前方安置一個觀測臺,在牽掛點的附近設3個觀測點,觀測臺上安置l臺瑞士產萊卡TC2000全站儀,每個觀測點處安1個棱鏡。

進行從開滑到停滑的全過程監控,間隔30s掃描1次,測出3點的同步偏差，水平位移軌跡以及高程變化線,如發現觀測參數超過限定值,停滑調整。

通過測試發現滑移過程的偏差均小于限定值。

鋼結構測控技術

桁架組裝測控技術

激光控制點位的布置：根據土0.00層測放的建筑軸線,利用直角座標法,選定4個激光控制點,其平面構成一矩形,四邊具對稱性,便于引測時進行角度和距離閉合,提高控制精度。

測量操作平臺鋪設：在每個承重架上用木枋、七合板鋪設操作平臺,保持平穩。

下弦中心線的投測:把激光鉛直儀分別架設在四個激光控制點上,并做好點位標記,再用全站儀進行角度和距離閉合,邊長誤差控制在l/30000范圍內,角度誤差控制在6"范圍內,然后將中心線測設在每個測量平臺上,作好標記。

下弦控制節點的投測：根據桁架分段情況,必須對每段的最下端下弦節點控制,把13軸線作為控制基線,采用經緯儀將控制節點的投影與基線的交點投測到平臺上,并與下弦桿中心線投影線相交,得到榀架下弦控制節點在水平面上的投影點,這樣桁架直線控制就以測量平臺上所測設下弦中心線為依據,組拼時桁架縱向偏差則以控制節點為依據。

桁架標高控制：通過高精度水準儀將后視標高逐個引測至各個測量操作平臺上,再測出平臺上相應下弦控制節點實際標高,得出實際與理論之相應控制節點之高差值,用此作為桁架分段組裝標高的依據。

上弦平面水平控制：采用自制的裝有高精度管水準器的3m多長水平尺,配合支承于上弦桿的液壓千斤頂的微調作用進行控制。

變形觀測

桁架下撓變形觀測：在街架下弦桿上設7個觀測點,在每榀桁架組裝完畢之后進行第一次標高觀測,待桁架脫離承重架二之后再進行第二次標高觀測,比較桁架變形情況。

承重胎架沉降變形觀測：由于桁架及腳手架自重影響,承重胎架必然出現不同程度的沉降,根據觀測結果相應地對桁架標高進行補償,以保證桁架空間位置的準確性。

承重胎架傾斜變形觀測：:每次桁架組裝滑移完畢之后,必須對承重胎架傾斜情況進行觀測,以保證測量平臺上中心線及控制節點在水平位置的準確性。

同步滑移的測控：在滑移軌道側面每50mm一格刻度并編號,滑移時通過焊接在支座上的指標器進行刻度比較,進行同步滑移的控制。

工期控制

(l)科學管理:建立科學管理的組織體系,嚴格按項目法組織施工,項目與各工段簽訂工程量定額承包合同,明確責、權、利,最大限度地調動了全體員工的積極性和責任感。

(2)嚴格網格計劃,實施動態管理:根據施工進度總體網絡計劃,制定了月進度計劃、周進度計劃及日工作計劃,為了配合月、周、日計劃的實施,還根據工程的特點配套制定了每榀桁架吊裝計劃機械設備的配備計劃、勞動力分布安排計劃等,及時圍繞計劃達到的目標解決制約工期的各種問題,如本工程僅有一臺H3/36B行走式塔吊,吊能不足,制約了工期,項目就制定了塔吊使用的計劃申請制度、動態管理,用活用足了塔吊吊能。

大力推廣應用新技術、新工藝、新設備,提高科技含量,加快了施工進度。

質量控制

(l)建立嚴密有效的質量保證體系:根據GB/T19000一IS09000系列標準的要求,建立了組織、職責、程序、過程和資源五位一體的質量保證體系。由項目經理直接負責、項目副經理中間控制、專職質檢員作業檢查、班組質量監督員自檢互檢,將每個崗位、每個職工的質量職責都納入項目承包的崗位合同中并制定嚴格的獎罰標準,使施工過程中的每一道工序、每一部位都處于受控狀態。

(2)建立明確的質量目標和計劃:根據設計和國家有關規范要求,本工程制定了質量要求更嚴的控制目標,作為施工指南。

(3)狠抓工序質量控制:根據質量控制目標,把質量指標落實到工序,對影響質量的關鍵工序編寫作業指導書,作為指導施工的技術文件,各工序的施工及驗收均按指導書的規定執行,并配備先進的檢測儀器、機具進行檢測校核,保證了質量控制目標的實現。

實施效果

航站樓鋼結構屋蓋工程采用高空分榀組裝、單元整體滑移工藝,僅歷時100d,完成所有鋼桁架及檁條的安裝、滑移、定位工作,為深圳機場提前投入使用創造了條件。

(2)鋼結構屋蓋8000根桿件,2萬余條焊縫,超聲波探傷檢查100%通過,質量全部優良,達到創優質工程的條件。

(3)無重大傷亡責任事故。

(4)設備投入少,僅用1臺塔吊、2榀桁架的組裝胎架、3臺10t卷揚機即完成整個屋蓋鋼結構將架的安裝、滑移、定位工作。

(5)厚壁曲線鋼管對接T、K、Y形接頭焊縫焊接及超聲波檢測技術、將架的橫向穩定控制、整體穩定控制、同步控制、結構應力監控、計算機位移監控措施以及桁架安裝測量控制技術等,將為今后規范的制定、修訂提供依據,為類似工程的施工提供借鑒作用。

鋁浮頂的主要質量要求

鋁浮頂的主要質量要求見表5-1-1所示。

鋁浮頂安裝質量要求??????????????????????????? 表5-1-1