工程概况

天津市体育中心体育馆工程,位于天津市南开区水上公园南侧,是天津市为承办第43届世乒赛而兴建的主赛馆。室内场地为椭圆形,设有200m的田径跑道,可进行多种球类及体操、田径比赛并兼用多种大型文体活动的场地。

该馆是目前我国跨度最大的室内赛馆。屋盖采用双层球壳、网架结构。馆体是圆形,沿圆周方向设有18m高的48根钢筋混凝土柱,连同柱顶环梁支撑网壳支座;网壳跨度108m,覆盖面积9160m2;外悬挑部分l3.5m,故平面投影直径为135m,总覆盖面积为14313m2。球冠矢高13.5m(从支座处球心至下弦中心球垂直距离),矢高跨比为l:8;球体本身内半径为114.75m,外半径为117.75m,壳体厚度3m,壳厚是跨度的1/36。上弦从支座处向外呈切线延伸,将外悬挑部分构成楔状锥壳;球面顶点高度为35m。网壳节点球总数1906个,杆件总数7441根;节点球全部采用焊接;焊口总数15212道;用钢量约为42kg/m2,总重量约620t。

屋盖呈飞碟状的双层网状球壳,其网格布置为径向、纬向和斜向杆系所组成的四向、三向和二向网状结构。杆件布置成两向正交状,构成梯形四角锥,从中心向外扩散开;随着网格尺寸的扩大,在适当位置均匀插入分割点,填补三角形网格。杆长均匀,达到均匀传递空间力系(静荷载、温度就力及地震力)的目的。

网壳的高度和跨度为世界少见,仅次于世界最大的瑞典全球体育馆(直径110m)。

工程特点

工期紧:依合同要求,网壳的制作及安装总工期仅为85d。

质量要求高:尤其是中心圈、支座和网架底部大环梁等整个结构设计的关键部位。

高空作业多:除制作外,整个结构的安装均为高空作业。

钢构件的加工规格多、数量大、质量要求高。

现场安装施工难度大:到土建交安时,φ108m圆周外的附房及φ108m圆周内的看台等结构均已施工完成,限制了吊装机械的作业俭置及空间。

焊接工作量大:焊缝的总长度约6.2km,而且质量要求高。

施工方案的确定

该工程于土建交安时,土建工程已完成φ108m圆周的柱子及上环梁, φ108m圆周外的附房以及φl08m圆周内的看台等结构,因此根本无法采取地面整体制作、整体吊装就位的方法;如若采取地面分片制作,分片吊装就位的方法,由于条件的限制已没有施工要求的吊装机械站位场地,且局限于吊装能力,施工难度极大。

通过对多种方案的分析比较,最后确定方案为:地面集中组对小单元,利用局部满堂脚手架行离空组拼;中心区地面整体组拼、整体吊装。

程序如下:

构件(球和杆件)单独加工制作。

将整个屋盖网壳划分为5个同心轴区域环2φ108m圆周外为」4区, φl08m圆周内,自外向里依次划分为A、C、D、E(中心区)等4个区域环。

于施工现场设置组装平台,将网壳散件球和杆,集中分别组对成“田"字型或“日”字型空间小单元。小单元的重量控制在1~2.5t范围内,并按要求进行检查验收。

依据分区情况,先搭设旦区及C区的脚手架。

用塔吊将A区的小单元吊到高空进行组拼。组拼顺序从A区开始,整个一环拼装完毕后,统一进行焊接。

B区全部焊完并检查验收后,拆除脚手架倒入D区重新搭设,以便进行D区网壳的施工。依此工序使网壳的安装逐渐向中心区收缩。

中心区(E区) φ35m网壳采取地面整体组拼,利用塔梳整体吊装就位。

最后转移至室外,进行A区的施工。

网壳构件制作

1.原材料的要求

钢球的原材料为Q235钢板。

杆件的原材料为20号钢无缝钢管。

所有原材料均应符合GB700一88的规定,除应有出厂合格证外,还必须严格地进行物理性能及化学成分的复验,不合格者严禁使用。

选用结422酸性焊条且必须符合GB5117和GB5118中的各项有关规定。施焊前,焊条应在70~150℃的烘干箱内烘干1h,而且同一焊条的反复烘干次数不得超过2次。

2.加工中的质量要求

所有焊缝均按《钢结构工程施工及验收规范》GBJ205规定进行验收。

抽出50%的焊缝作超声波探伤。

严格控制焊接变形。

钢球应进行力学试验:极限承载力的确定按JGJ752一91表1、表2的规定,其抽样数量按规定。

加肋球中的肋板应位于上、下弦自身平面内,以保证径向、环向杆间均在同一胁板平面内

单根钢管件长度允许偏差为土0.5~0.8mm,轴线不直度为L/l200,且不大于3mm。

钢管件端部坡口钝边厚度均应控制在0.5~1mm范围内，坡口型式及尺寸按焊接工艺要求。

3.空心钢球的制作

3.1、空心钢球的规格及数量：见表7-1-1。

空心钢球规格数量表                      表7-1-1

3.2、钢球加工的允许偏差：见表7-1-2。

钢球加工允许偏差

3.3焊接空心钢球的制作

3.3.1下料:

板材进场后,必须经复验合格方可使用。

依据钢球直径并考虑齐边余量,经放样确定下料尺寸,用气焊切割下料。

3.3.2加热:用加热炉加热到预定温度。加热速度应均匀,温度控制应得当(温度过低成型困难,温度过高会损伤钢材的组织而影响其性能)。

3.3.3加压成型:

加热好的坯料,用胎具热压成半球。若一次成型不理想,可在胎具上重新成型。

为防止压制过程中的抱胎现象,应预热胎具并在坯料表面均匀散布煤粉等物质。

压制过程中应防止出现鼓包、皱折、局部减薄量过大等缺陷。

3.3.4整边及坡口加工:半球成型后,用立式车床齐边并加工坡口,坡口参数依相应的焊接工艺要求。

3.3.5组对焊接:

将两个半球组对到一起,如有肋板也一起组对。组对间隙按相应的焊接工艺要求。

组对完毕后,在球焊接转胎上按规定的焊接工艺进行焊接;焊接时如需要(肋板组对)可在球上钻工艺孔,最后按相同的焊接工艺要求,将孔堵死。

3.3.6表面修磨处理及检验:

钢球成型后,应按规范的要求打磨焊缝,并对其焊接质量按规定进行检验和超声波抽检。

用专用的样板、胎具和量夹卡具对钢球的成型尺寸、外观质量进行检查,并做好检查记录。

按规范的要求进行承载力抽检。

检测方法:在球体相应的设计位置,按设计的角度依相应的焊接工艺焊接短钢管,按其受力状态(拉或压)做相应的受力(拉或压)试验。

3.3.7加工完毕并经检验合格的钢球,按设计的要求做好除锈及防锈底漆,标明规格及编号，分别堆放，加强保管。保管时应垫离地面200mm,并做好防雨措施。

4.杆件制作

4.1杆件的规格及数量：见表7-1-3。

杆件规格，数量表                            表7-1-3

4.2杆件的预制:

4.2.1材料:

各种材料进场后,必须按规格型号,依规范的要求进行外观质量检验和按规定对其进行材质复验,合格者方可使用。

必须按规格型号,分别堆放,做好标识。

4.2.2进行焊接收缩量测试:

将球和杆件组对到一起,按预定的焊接工艺焊接,测定其焊接收缩量;并将其汇总整理,供下料及组对时参考使用。

4.2.3依据图纸及材料表,将杆件编号并编制下料清单。

下料单格式如下:

例:1号杆φ219×10,用于上弦,长度分别为4.6m、5.4m,其编号分别为1-S-1 1-S-2。

杆件的下料长度应综合考虑设计长度、放样长度和焊接收缩量等确定

4.2.4钢管调直下料:

钢管下料前,如其直度偏差超过规范的允许范围,则需进行调直。

钢管的调直,在设计的专用胎具上进行。

调直后的钢管,按下料单的尺寸号料,用下料车床或磁力切割器下料,并按各自相关规定的坡口尺寸、钝边厚度加工好坡口。

如若用气割下料,则下料后需用铿刀或角向磨光机打磨掉氧化铁及毛刺等,再加工好坡口。

4.2.5杆件下料后,应严格检查其长度和不直度、端面垂直度以及坡口加工质量,不符合规范要求者剔除,重新加工,并填写好检查记录。

4.2.6检查合格的杆件,按设计要求进行喷砂除锈,并按要求进行防腐处理。做防腐时,焊口附近约25mm的范围不做,待安装完毕后补做。防腐的质量按有关规范和标准的要求检查验收。防腐施工后,在杆件的表面做好明显的编号标记。7)按编号分别堆放。堆放时应用道木垫离地面200mm高,不得沾染油污、泥垢等,并做好防雨设施,设专人管理,以防混乱。

小单元的组拼

1、小单元的划分

依据施工图,将屋盖网壳划分成若干个平面呈“田"字形或“日,字形的空间单体——小单元,并按区域和顺序,依次做好明确的编号。划分时:A区以“田"字形为主,B、C、D区大部分划为“日,,字形。单体重量约1~2.5t。

高空组拼时,同区相邻两小单元之间、相邻两个区域的小单元之间,各以相应的杆件进行连接,组拼成整体。

2、于施工现场的指定位置,搭设10m×20m的钢平台2座,以用于小单元的组对与焊接。

3、小单元制作的质量要求

焊接球节点的钢管件允许偏差为土lmm。

单元附件高允许偏差为士2mm。

上弦对角线允许偏差为士3mm,下弦节点中心偏差为2mm。

分条或分块的网架单元长度不大于20m时,拼装边长度允许偏差士10mm;大于20m时为土20mm。

总拼装时边长和对角线允许偏差为万分之一。

严格控制支座点板的平整度,其两端的偏差应<3mm。

4.关于三维空间坐标的控制

三维空间坐标的控制,是整个网壳按设计的球面形状保证几何尺寸的关键;而对于每个球节点,它都必须满足它所在的球面上的两组方程式:

一是纬向辐射状球节点的球面方程:

X2+y2+Z2=R2

二是径向环状球节点的圆的方程式:

X2+y2=R2

由于小单元是不规则体,节点必须按坐标定位。如按设计给定的坐标系施工,胎具大、高空作业施工难。为此采用坐标系的转换方法,将原设计的坐标系平移后旋转而改变成极坐标,以中心点转角测距、高程定位的方法确定空间节点球的位置。这样在组拼时就可以用经纬仪测转角及仰角、用远红外线测距仪测距离、用水准仪测高程,准确测定出各球的空间位置。既减小了空间误差,又方便了施工。

5.小单元组拼

小单元组拼:小单元的组拼是在预制平台上进行的。操作顺序如下:

将小单元的各节点位置投影在预制平台上。

按投影位置设置好节点支座并点固。节点支座的高度按网壳弧度确定；下节点支座高度以保证方便焊接为原则。

将相应规格编号的空心钢球在支座上就位。

将相应编号的杆件组对于钢球之间,留出焊口间隙并点固好。点固时应错开平仰位置;点固的长度控制在10~30mm;焊肉的高度为杆件壁厚的0.7,且<6mm;球体与杆件端面装配间隙应控制在3mm。

点固完毕后用焊口检测尺检查坡口角度、间隙、平直度,合格后方可进行下一道工序。

按焊接工艺的要求进行焊接。施焊时,为控制焊接变形对小单元几何尺寸的影响,采用对称焊。焊接顺序为先横杆、后立杆,最后焊斜杆。每一个小单元上各球节点,一次只能施焊1个杆件的焊缝,施焊完毕后转移到另一个球节点上施焊,而且在任何情况下,都不允许同时施焊同一个杆件两端的焊缝。每一个小单元在施焊时,必须执行同一种焊接工艺和同一种焊接参数。

小单元制作完毕后,按设计及规范的要求对其外观及几何尺寸进行检查,并对焊接质量按规定进行元破损检测。

检测合格后,补做好焊口部位的防腐。

按划分的小单元的顺序编号,于其上做好清晰明显的标记。

将组拼好的小单元吊离平台,并按预定的规则,依据方便运输和吊装的要求垫起堆放。

小单元组拼时,应按划分的施工区域及高空组拼的顺序进行。大的顺序为:先组对B区,然后依次向里循序进行,最后组对A区。

小单元地面组拼情况见图7-1-1。

(2)初焊发现缺陷及采取的补救措施:第一个小单元施焊完毕后,经超声波检测,发现有些焊缝出现了点状未焊透和部分较长的未焊透的缺陷。经过分析,我们认为出现以上缺陷的原因是在焊口点固时的焊点过厚,在施焊过程中没有熔化掉而造成的。经与铆工及焊工查询和对几个焊口的解剖,证实了上述的缺陷原因分析是完全正确的。

为了使上述的缺陷不再发生,在分析清楚原因后,我们采取了如下的措施:

在正式施焊点固部位时,首先用手把砂轮将点固焊肉磨掉,再重新按焊接工艺的要求进行施焊。

改变杆件的坡口,使钝边的厚度严格控制在0.5~1mm。

加强施焊全过程的质量监控。

高空单元组拼

1、高空单元组拼前的准备工作

柱顶找平并做好双向中心标志:找平用树脂砂浆进行,要求相邻支座的高差小于L1/500且≥10mm(L1为相邻两支座距离)

吊装机械到位并经试运转验收。

所用小单元及构件必须依吊装顺序分别加工完,且能有序地保证相应区域的高空组拼一次顺利完成。

按吊装区域划分,搭设好B区的环状满堂脚手架；满堂脚手架的搭设,需能满足以下条件:

搭设的最大高度约32m。

施工作业层数为一层。

施工过程中,需能承受部分构件的重量和施工荷载。

小单元高空组拼时,脚手架能起到依托作用,以便进行微量调整或反变形措施中作临时支撑用。

搭设稳固、安全可靠。

搭拆方便,以加快周转使用的速度。

为满足上述要求,选定钢管脚手架并于施工前专门进行了设计,编制了搭设方案。

2、高空单元组拼按预定的分区方案,由B区开始,自外向里逐区进行组拼。中心约Ф35m部于地面进行整体组拼,利用塔梳整体吊装,一次到位;最后组拼Ф108m圈外的A区。

(l)B区的高空组拼程序如下:

调整好脚手架上节点支座的坐标及标高。

将一个小单元和连接两个小单元的杆件,吊运到安装位置,并安装就位。

起吊并安装就位相毗邻的另一个小单元。

将两个小单元用杆件组对连接,并按焊接工艺的要求点焊牢固。

依次组对该区内的其它小单元。

当B区内整区的小单元组对完毕后,检查该环的几何尺寸。合格后,统一按焊接工艺的要求进行施焊。

B区焊完后,重新检查该区网壳的几何尺寸,并和焊前加以比较,以确定焊接变形的倾向,制定出相应的控制措施,用于后续的施工中。

对施焊的所有焊缝进行外观和按规定的无损检测,合格后补做好该部位的防腐。

网壳组对过程中,按规定的位置和数量,设置好固定观测点并做好明显的标志,以用于随时监测网壳的变形情况,便于加强控制,避免造成误差的积累。

安装好网壳下弦上吊顶用的吊点和网壳上弦上屋面结构用的支撑点,并做好防腐。

(2)上述所有工作结束后,在搭设的C区脚手架上,按以上程序高空组拼好C区的屋面网壳,同时使之与B区的节点连接好。以后循序向内圈收缩,做好D区的屋面网壳，并依次拆除先行搭设且已使用完毕的脚手架向内圈搭设,周转使用。基本顺序为B—D,C—A。

(3)在B、C、D区的网壳高空单元组拼及连接施工结束后,进行Ф108mm圆周外的A区高空单元组拼。其施工程序与B区相同。

小单元高空连接组拼见图7-1-3。

3、中心区域施工

当Ф108m圆周以内B、C、D三区高空组拼完毕后,剩下的中心区域投影直径约为Ф5m。该区域的施工,我们采取了:地面整体组拼,利用塔桅一次整体吊装到位,在高空做好与D区的杆件连接;剩余的中心圈部位,待塔桅拆除后,再在高空组拼完成的施工方案。

整体吊装部分的技影直径约为26m,高约5m,总重量约32t。

(1)、地面整体组拼:该部分的地面整体组拼方法与小单元制作相同,误差及质量要求亦相同，其主要区别在以下两方面

必须首先准确的确定Фl08m圆的圆心,作为该部分地面组装的控制中心及极坐标的坐标原点。

大部分组拼后,必须留有足够的场地和通道进行塔梳的组装及安装。待其结束后进行剩余部分的组拼等施工。、

(2)整体吊装:利用自行设计的断面为1.200m×1.200m,总高度为45m的格构式塔梳进行组装部分的整体吊装。升高就位后,在高空用杆件与D区组对施工完毕。塔桅拆除后将中心圈和下弦吊杆及屋面支撑点施工完。

l)相关事项：

a.塔桅顶端采用双吊耳(左右对称布置)。

b.选用2组4门20t滑轮。

c.吊装时用4根7/8"的等长钢丝绳,分别对称拴在下弦的4个钢球和上弦的4个钢球上(每根钢丝绳的两端分别系在上、下弦各一球上,以利平衡)。

d.选用2台5t慢速卷扬机作动力,且对称布置。其安设位置应易于看清指挥信号,并绝对安全。

e.正式起吊前应做好各种施工准备工作,设备经试运转合格。

f.正式吊装前,清除现场一切闲杂人员,并设好警戒线。

g.制定好起吊过程中的各种相关规则及信息传递体系,并落实到位、到人。

吊装程序如下:

a试吊:将整体吊离地面1m左右停止,全面检查各部分是否正常、可靠。

b.由架子工将高空组对时所需的架子及脚手板、组对杆件,固定到相应的部位,并安全可靠。

c.以0.5m/min的速度进行提升。每上升10m左右停车进行全面检查,无误后再进行下-个阶段的提升。提升过程中应保持同步。

d.提升到位后,利用事前固定在D区上的4个5t倒链对其进行找正固定。同时将卷扬机断电、相应电闸箱上锁、钢丝绳用绳卡固定。

e.将中心部位的脚手架和脚手板与D区的脚手架相连接,并安全固定。

f.用相应的杆件将D区和中心区全部组对完毕。组对时按对称的方式进行且应考虑工艺变形。

g.采用对称的方式进行焊口施焊。

h.检测焊口质量,合格后补做好防腐。

做好其他的相关工作,如吊杆和支撑点。解除吊装索具。

(3)拆除塔梳及脚手架:全部吊装工作结束后,利用两台吊车相配合,将塔梳拆除,连同卷扬机及索具等全部运走。

于高空将中心圈部分补做好。

拆除施工用的脚手架并运离施工现场。

安装完毕后的球壳全貌见图7-1-5。

质量评估

体育中心体育馆屋盖网壳工程,全部施工结束后,由建设、设计、学会及施工等单位,共同组织了全面的验收检查,其质量验评情况如下

l.几何尺寸

验评结果见表7-1-4。

偏差情况一览表                   7-1-4

2.焊口无破损检查情况

(1)本工程焊口共152l2道,外观检查全部合格。

(2)超声波探伤7606道,其中球与杆件焊口7234道,超声波探测结果,I级焊缝为7111道,占有比率为98%;其余为II级焊缝,共计123道,占2%;管材对接口372道,100%为I级焊缝。球与杆件焊口实际超声波探伤比例为50.85%,管材对接焊口为l00%,均超过设计及规范的要求。

在此基础上,监理公司及与会的专业人员又任意选定我们已超探的焊口20个和任意选定没超探的焊口20个,进行超声波探伤复查,其结果100%为I级焊缝。

通过验评组的实际检测,最后的结论为:(1)外观漂亮;(2)焊缝内部质量好。为此在天津电视台及相关的报刊作了多次的报导,并且被当年的钢结构学会认定为目前国内最大、质量最好的网壳。

结束语

天津体育中心体育馆屋盖网壳工程,在总结了目前国内外大跨度网壳施工中的高空散装法、分块分条安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体顶升法、整体提升法等各种施工工艺的基础上,进行综合分析,各取所长,扬长避短,最终选定了:小单元地面预制、利用吊装机械和局部脚手架进行高空组拼,中心区域地面整体组拼、整体吊装的方法进行施工,既减少了高空作业的投入、降低了施工难度、减小了误差的积累、节省了大型吊装机具的投入和简化了复杂的施工工艺,同时又保证了三维空间的坐标控制,使得直径108m、平面投影为9160m2的目前亚洲第一、国内最大的双层网状球壳,仅以2个半月的实际有效工期顺利完成，并且以优质的产品交付建设单位，取得了良好的经济效益和社会效益。

钢结构焊接技术

(1)焊接方法的选择:航站楼钢屋盖结构安装中焊缝达13万延长米,其中大量焊缝为厚壁锥管的环焊缝和相贯焊缝,焊口组对形状复杂,单个接头施焊量大,而且大多处于结构下方、斜下方及悬空部位,焊接工期紧、工程量大、施工难度高,经综合比较手工电弧焊和C02气体保护焊的优缺点后,采用了手工电弧焊和C02气体保护焊相结合的特殊焊接方法。

(2)焊接工艺:通过分析两种焊接方法的特点,并经过多次现场模拟实验,制定出本工程混合焊接的工艺指导书,包括接头形式、焊接环境、焊前防护、焊前清理、焊前加热、焊接、焊后处理等。

(3)焊接质量保证措施:

采用手工电弧焊封底, C02气体保护焊填充和盖面。

选择焊接电流时,尽可能避开飞溅率高的电流区域,再匹配适当的电压。

正式施焊时，焊枪尽量垂直,以获得高质量的焊缝。

气体流量要适当加大,以提高其抗干扰的能力。

搭设防风雨棚以减少自然气候对焊缝质量的影响。

(4)焊接检验:焊缝探伤由具有直级以上检测资格人员进行,探伤仪为具有良好的稳定性,适应用室外检验的脉冲反射式数值超声波探伤仪,所有焊缝探伤检测全部合格。

钢结构安装技术

1、工艺流程：

四叉柱帽杆是整个结构直接承力杆件，其安装形位的准确，不仅有利于减少接点受弯，而且可以改善架下弦受力，避免各种水平荷载对整个屋盖结构节点产生附加弯矩，为此先安装上部桁架结构，再安装柱帽杆。

2、承重架搭设：

在建筑物14~15轴之间和15轴至塔吊轨道之间土0.00地面上,在架分段处搭设承重胎架。承重胎架在楼板处应对楼板进行加固。

承重胎架采用Ф48×3.5普通脚手架,搭设高度为桁架下弦下皮以下500~800mm,承重胎架底部满铺脚手板,并设扫地杆和剪刀撑。

3、具式小钢架搭设：工具式小钢架作为桁架定位用,架吊装到小钢架里定位后立即用脚手架加设剪刀撑后,才可以摘除塔吊吊钩,防止小钢架变形造成误差。工具式小钢架搭设示意见图7-6-4。

4、钢桁架吊装:钢桁架由设在胎架外边的H3/36B行走式塔吊按四、五、六、三、二、一的顺序进行高空组对,即从中间向两边吊装,这样从中间开始吊装不仅可以减小整体误差,而且可以避免由于曲线桁架分段两端不等高,水平分力导致桁架移位,影响安装桁度。

5、柱帽杆吊装:

由于柱帽杆不能利用塔吊直接吊装,因此采用塔吊-争人工倒链传递的方法,利用人工倒链就位安装柱帽杆,塔吊进行下一道工序的吊装,缩短安装周期。

由于柱帽杆两端是锥形管,而且留有加工余量,柱帽杆在桁架下弦杆上的就位非常困难,常规方法是在弦杆上划线放样给出相贯圆,但不适用于本工程。为此，采用定三个相贯圆中心,在桁架下弦-杆划出相贯圆长径和短径,在柱帽杆上找出相垂直的两条截面直径并投影到柱帽杆外表面,安装定位时,柱帽杆外表面四条线应对应桁架下弦杆上相垂直的相贯圆长径和短径,方便、快捷、准确。

(6)檩条和其它构件安装:

在柱帽杆安装的同时,利用塔吊以及操作胎架和工具式小钢架,进行檩条和其它构件安装

钢街架单元整体滑移施工技术

滑移轨道的设计安装

滑移轨道的造型及设计:经过反复的方案优化和设计验算,本工程滑移轨道采用了双工字钢上下弦、槽钢腹板组合钢桁架轨道,在E、H轴支座处的滑移轨道侧翼加大面积钢管檩条翼缘,增加其侧向刚度,抵抗桁架对该处滑移轨道产生的外推力。

滑移轨道沿A、E、H轴通长布置,并延伸至15轴外侧。滑移轨道分段制作、安装,一个柱距为一段,固定在钢筋混凝土支承柱的预埋钢板上。滑移轨道示意见图7-6-5。

施工阶段的结构验算

利用先进的有限元设计软件SUPER-84进行施工阶段的结构承载力验算,验算结构在不同的滑移单元、不同荷载状况、不同施工约束条件下构件的强度、稳定性、整体桁架的下挠、位移,以及验算桁架支座在A、H轴预偏对结构的影响。

桁架的横向稳定控制措施

桁架在胎架上进行组装时,A、H轴的半圆球底座在水平方向向内预偏,落放时靠桁架重力作用产生的水平侧移复位。

俯架单元滑移时,在A、E、H轴每个支座点的柱帽杆半圆球底板后加导向凹凸滚轮,用以限制桁架过大的水平位移,并将桁架的水平推力传递到轨道上。

在每榀俯架的AE轴、EH轴间牵位水平拉杆或钢丝绳,限制桁架的外涨。

桁架的整体稳定控制措施:

在桁架单元滑移前增设前后支撑,通过增加支承点的方式来增加其稳定性。

同一轴线相临柱帽杆底座及对应的下弦杆位置用大刚度檩条沿水平方向焊接连接,使桁架、柱帽杆、水平拉杆形成稳定的三角形刚体。

各轴均设多个牵挂点同时牵拉,以减小各牵挂点的局部牵拉力及柱帽杆、水平拉杆的拉力,增强其稳定性。

多头牵拉同步控制措施:桁架单元滑移采用3台卷扬机在A、E、H轴同步牵拉系统,滑移过程中三轴摩擦阻力及牵拉力不同严重影响其同步,因此采取如下措施来保证滑移同步。

采用改装的3台JJM-10卷扬机,设计专用的控制柜,3台卷扬机既可以同时启动又可以单独工作及收编。

在3条滑移轨道上设置刻度标尺,每50毫米一格,1m为一大格,柱距12.8m为一个控制单元,3条轨道不同步超出限值,即作相应的停滑处理.

设计滑轮组机构,在减小单绳牵拉力的同时,也减小3台卷扬机牵拉力的差距。

滑移单元的组成:将16榀桁架分成4榀、5榀、5榀、2榀共4个滑移单元,由第15轴开始向第①轴方向牵拉,1~4榀为第一单元,5~9榀为第二单元,10~14榀为第三单元,15~16榀为第四单元。

滑移前准备工作:

滑移轨道安装完成,并经砂纸打磨、均匀涂抹黄油。

限位凹凸滚轮已安装完毕。

牵拉系统已布设完成。

卷扬机试机运转无误,控制开关正常使用。

10)滑移:

试滑移:

在拼装平台上进行第一单元2榀桁架的拼装、焊接、检测无误后,落放在滑移轨道上。

.加装前后支撑,且用口360X200×8钢管檩条连接支座及柱帽杆底座,形成刚性整体。

布设牵拉系统。

滑移前先启动卷扬机分闸系统,拉紧钢丝绳,经检查确认元误后,试滑移。

为保证滑移同步,在3条滑移轨道上派专人观测轨道的刻度标尺及水平偏差,并及时通知总控制台。

f.滑移一个柱距即l2.8m,停滑,在AE、EH轴柱帽杆间加装钢丝绳夹紧。

g.继续滑移一个柱距即12.8m,将柱帽杆底板用限位卡的方式在13轴柱头准确定位以确保之后桁架柱帽杆的拼装质量。

第一单元滑移:

a.在拼装平台上进行第3榀桁架的拼装、焊接、检测,通过柱帽柱、檩条与前2榀桁架组成整体后落放在轨道上。

b.拆除前2揣桁架的后支撑。

c.在柱帽杆半圆球底座间加装口360×200×8钢管糠条连接,布设牵拉系统。

d.将第3榀俯架滑移一个柱距,在12轴处准确定位,让出拼装平台。

e.拼装第4榀桁架,与前3榀俯架构成第一滑移单元,进行长距离滑移,每滑移2个柱距调整一次钢丝绳、滑轮组,直至滑移到③轴位置。

f拆除前支撑,将牵拉点调整至后三榀衔架柱帽杆底座板处,重新布设钢丝绳、滑轮组。

g.将第一滑移单元顶推到设计位置,准确无误后按设计要求固定支座,割除轨道,安装屋面板等。

第二、三单元滑移与第一单元基本相同。

第四单元拼装:第四单元即第15榀、16榀桁架在拼装平台上拼装、焊接、检测后,直接落放就位,其安装偏差控制在允许范围内后,固定支座,割除轨道,安装屋面板等。

(9)滑移过程结构应力监控:滑移是一个动态系统,滑移过程衔架的约束条件、荷载情况、力学模型与使用阶段的设计约束条件、荷载情况、力学模型均有很大区别,其受力比较复杂,影响因素很多,而这些影响很难通过计算得到准确的结果。因此,非常有必要进行滑移过程杆件内力的连接监控,以验证滑移施工的合理性,并通过监控防止滑移过程中一些复杂因素对结构产生破坏。

1)选最具代表性的10~12榀三榀桁架由12~13轴12.8m的滑移单元作为测试对象,进行第l2榀桁架落放应力测试,以及第1l、l2榀桁架滑移过程的应力测试。

2)在最具代表性的10~12榀桁架60m跨的下弦杆、腹杆、柱帽杆、滑移轨道下弦及半圆球底座水平拉杆处布设24个测点,在测点中心的平台上设l个测控台。

采用日本产TV08数据采集系统配彩色喷墨打印机,单向应变片若干。

测试步骤:

a.测点处贴好应变片,封胶固定,用电源线引向测试监控台,编号并接通数据采集系统。

b.测试第12榀桁架落放后各测点的应力值,符合设计计算值后开始滑移。

c.进行滑移全过程的应力监控,计算机控制系统每30s自动采集一组数据,如发现应力值超过限定值,停滑调整。

d.从现场测试结果看,桁架在滑移过程中应力绝对值变化最大约占屈服强度设计值的13%左右,且滑移到位后桁架构件应力值恢复较好。

(10)滑移过程位移计算机监控:滑移过程是一个连续的运动过程,为了提高监控精度,本工程采用计算机位移监控系统进行了滑移全过程的位移、牵拉点同步、支座水平偏移的测量控制。

1)在滑移单元的前方安置一个观测台,在牵挂点的附近设3个观测点,观测台上安置l台瑞士产莱卡TC2000全站仪,每个观测点处安1个棱镜。

2)进行从开滑到停滑的全过程监控,间隔30s扫描1次,测出3点的同步偏差，水平位移轨迹以及高程变化线,如发现观测参数超过限定值,停滑调整。

3)通过测试发现滑移过程的偏差均小于限定值。

多头牵拉同步控制措施

桁架单元滑移采用3台卷扬机在A、E、H轴同步牵拉系统,滑移过程中三轴摩擦阻力及牵拉力不同严重影响其同步,因此采取如下措施来保证滑移同步。

采用改装的3台JJM-10卷扬机,设计专用的控制柜,3台卷扬机既可以同时启动又可以单独工作及收编。

在3条滑移轨道上设置刻度标尺,每50毫米一格,1m为一大格,柱距12.8m为一个控制单元,3条轨道不同步超出限值,即作相应的停滑处理。

设计滑轮组机构,在减小单绳牵拉力的同时,也减小3台卷扬机牵拉力的差距。

滑移单元的组成

将16榀桁架分成4榀、5榀、5榀、2榀共4个滑移单元,由第15轴开始向第①轴方向牵拉,1~4榀为第一单元,5~9榀为第二单元,10~14榀为第三单元,15~16榀为第四单元。

滑移前准备工作

滑移轨道安装完成,并经砂纸打磨、均匀涂抹黄油。

限位凹凸滚轮已安装完毕。

牵拉系统已布设完成。

卷扬机试机运转无误,控制开关正常使用。

滑移

1、试滑移:

在拼装平台上进行第一单元2榀桁架的拼装、焊接、检测无误后,落放在滑移轨道上。

加装前后支撑,且用口360X200×8钢管檩条连接支座及柱帽杆底座,形成刚性整体。

布设牵拉系统。

滑移前先启动卷扬机分闸系统,拉紧钢丝绳,经检查确认元误后,试滑移。

为保证滑移同步,在3条滑移轨道上派专人观测轨道的刻度标尺及水平偏差,并及时通知总控制台。

滑移一个柱距即l2.8m,停滑,在AE、EH轴柱帽杆间加装钢丝绳夹紧。

继续滑移一个柱距即12.8m,将柱帽杆底板用限位卡的方式在13轴柱头准确定位确保之后桁架柱帽杆的拼装质量。

2、第一单元滑移:

在拼装平台上进行第3榀桁架的拼装、焊接、检测,通过柱帽柱、檩条与前2榀桁架组成整体后落放在轨道上。

拆除前2揣桁架的后支撑。

在柱帽杆半圆球底座间加装口360×200×8钢管糠条连接,布设牵拉系统。

将第3榀俯架滑移一个柱距,在12轴处准确定位,让出拼装平台。

拼装第4榀桁架,与前3榀俯架构成第一滑移单元,进行长距离滑移,每滑移2个柱距调整一次钢丝绳、滑轮组,直至滑移到③轴位置。

除前支撑,将牵拉点调整至后三榀衔架柱帽杆底座板处,重新布设钢丝绳、滑轮组。

将第一滑移单元顶推到设计位置,准确无误后按设计要求固定支座,割除轨道,安装屋面板等。

3、二、三单元滑移与第一单元基本相同。

4、第四单元拼装:第四单元即第15榀、16榀桁架在拼装平台上拼装、焊接、检测后，直接落放就位,其安装偏差控制在允许范围内后,固定支座,割除轨道,安装屋板等。

滑移过程结构应力监控

滑移是一个动态系统,滑移过程衔架的约束条件、荷载情况、力学模型与使用阶段的设计约束条件、荷载情况、力学模型均有很大区别,其受力比较复杂,影响因素很多,而这些影响很难通过计算得到准确的结果。因此,非常有必要进行滑移过程杆件内力的连接监控,以验证滑移施工的合理性,并通过监控防止滑移过程中一些复杂因素对结构产生破坏。

选最具代表性的10~12榀三榀桁架由12~13轴12.8m的滑移单元作为测试对象,进行第l2榀桁架落放应力测试,以及第1l、l2榀桁架滑移过程的应力测试。

在最具代表性的10~12榀桁架60m跨的下弦杆、腹杆、柱帽杆、滑移轨道下弦及半圆球底座水平拉杆处布设24个测点,在测点中心的平台上设l个测控台。

采用日本产TV08数据采集系统配彩色喷墨打印机,单向应变片若干。

测试步骤:

测点处贴好应变片,封胶固定,用电源线引向测试监控台,编号并接通数据采集系统。

测试第12榀桁架落放后各测点的应力值,符合设计计算值后开始滑移。

进行滑移全过程的应力监控,计算机控制系统每30s自动采集一组数据,如发现应力值超过限定值,停滑调整。

从现场测试结果看,桁架在滑移过程中应力绝对值变化最大约占屈服强度设计值的13%左右,且滑移到位后桁架构件应力值恢复较好。

滑移过程位移计算机监控

滑移过程是一个连续的运动过程,为了提高监控精度,本工程采用计算机位移监控系统进行了滑移全过程的位移、牵拉点同步、支座水平偏移的测量控制。

在滑移单元的前方安置一个观测台,在牵挂点的附近设3个观测点,观测台上安置l台瑞士产莱卡TC2000全站仪,每个观测点处安1个棱镜。

进行从开滑到停滑的全过程监控,间隔30s扫描1次,测出3点的同步偏差，水平位移轨迹以及高程变化线,如发现观测参数超过限定值,停滑调整。

通过测试发现滑移过程的偏差均小于限定值。

钢结构测控技术

桁架组装测控技术

激光控制点位的布置：根据土0.00层测放的建筑轴线,利用直角座标法,选定4个激光控制点,其平面构成一矩形,四边具对称性,便于引测时进行角度和距离闭合,提高控制精度。

测量操作平台铺设：在每个承重架上用木枋、七合板铺设操作平台,保持平稳。

下弦中心线的投测:把激光铅直仪分别架设在四个激光控制点上,并做好点位标记,再用全站仪进行角度和距离闭合,边长误差控制在l/30000范围内,角度误差控制在6"范围内,然后将中心线测设在每个测量平台上,作好标记。

下弦控制节点的投测：根据桁架分段情况,必须对每段的最下端下弦节点控制,把13轴线作为控制基线,采用经纬仪将控制节点的投影与基线的交点投测到平台上,并与下弦杆中心线投影线相交,得到榀架下弦控制节点在水平面上的投影点,这样桁架直线控制就以测量平台上所测设下弦中心线为依据,组拼时桁架纵向偏差则以控制节点为依据。

桁架标高控制：通过高精度水准仪将后视标高逐个引测至各个测量操作平台上,再测出平台上相应下弦控制节点实际标高,得出实际与理论之相应控制节点之高差值,用此作为桁架分段组装标高的依据。

上弦平面水平控制：采用自制的装有高精度管水准器的3m多长水平尺,配合支承于上弦杆的液压千斤顶的微调作用进行控制。

变形观测

桁架下挠变形观测：在街架下弦杆上设7个观测点,在每榀桁架组装完毕之后进行第一次标高观测,待桁架脱离承重架二之后再进行第二次标高观测,比较桁架变形情况。

承重胎架沉降变形观测：由于桁架及脚手架自重影响,承重胎架必然出现不同程度的沉降,根据观测结果相应地对桁架标高进行补偿,以保证桁架空间位置的准确性。

承重胎架倾斜变形观测：:每次桁架组装滑移完毕之后,必须对承重胎架倾斜情况进行观测,以保证测量平台上中心线及控制节点在水平位置的准确性。

同步滑移的测控：在滑移轨道侧面每50mm一格刻度并编号,滑移时通过焊接在支座上的指标器进行刻度比较,进行同步滑移的控制。

工期控制

(l)科学管理:建立科学管理的组织体系,严格按项目法组织施工,项目与各工段签订工程量定额承包合同,明确责、权、利,最大限度地调动了全体员工的积极性和责任感。

(2)严格网格计划,实施动态管理:根据施工进度总体网络计划,制定了月进度计划、周进度计划及日工作计划,为了配合月、周、日计划的实施,还根据工程的特点配套制定了每榀桁架吊装计划机械设备的配备计划、劳动力分布安排计划等,及时围绕计划达到的目标解决制约工期的各种问题,如本工程仅有一台H3/36B行走式塔吊,吊能不足,制约了工期,项目就制定了塔吊使用的计划申请制度、动态管理,用活用足了塔吊吊能。

大力推广应用新技术、新工艺、新设备,提高科技含量,加快了施工进度。

质量控制

(l)建立严密有效的质量保证体系:根据GB/T19000一IS09000系列标准的要求,建立了组织、职责、程序、过程和资源五位一体的质量保证体系。由项目经理直接负责、项目副经理中间控制、专职质检员作业检查、班组质量监督员自检互检,将每个岗位、每个职工的质量职责都纳入项目承包的岗位合同中并制定严格的奖罚标准,使施工过程中的每一道工序、每一部位都处于受控状态。

(2)建立明确的质量目标和计划:根据设计和国家有关规范要求,本工程制定了质量要求更严的控制目标,作为施工指南。

(3)狠抓工序质量控制:根据质量控制目标,把质量指标落实到工序,对影响质量的关键工序编写作业指导书,作为指导施工的技术文件,各工序的施工及验收均按指导书的规定执行,并配备先进的检测仪器、机具进行检测校核,保证了质量控制目标的实现。

实施效果

航站楼钢结构屋盖工程采用高空分榀组装、单元整体滑移工艺,仅历时100d,完成所有钢桁架及檩条的安装、滑移、定位工作,为深圳机场提前投入使用创造了条件。

(2)钢结构屋盖8000根杆件,2万余条焊缝,超声波探伤检查100%通过,质量全部优良,达到创优质工程的条件。

(3)无重大伤亡责任事故。

(4)设备投入少,仅用1台塔吊、2榀桁架的组装胎架、3台10t卷扬机即完成整个屋盖钢结构将架的安装、滑移、定位工作。

(5)厚壁曲线钢管对接T、K、Y形接头焊缝焊接及超声波检测技术、将架的横向稳定控制、整体稳定控制、同步控制、结构应力监控、计算机位移监控措施以及桁架安装测量控制技术等,将为今后规范的制定、修订提供依据,为类似工程的施工提供借鉴作用。

铝浮顶的主要质量要求

铝浮顶的主要质量要求见表5-1-1所示。

铝浮顶安装质量要求                            表5-1-1