（林业工程专业论文）空间管架——棒索结构施工技术研究.pdf

摘要 论文通过对典型工程深圳游泳跳水馆预应力钢屋盖施工工艺的分析和研究，论证预 应力钢结构具有充分发挥高强预应力索的性能，大大提高空间结构的刚度和跨度，减少结构 的挠度，节约钢材投入和降低工程总造价等特点。 深圳游泳跳水馆钢结构工程属于空间管架一棒索结构，论文主要阐述整个施工过程中 的主要施工技术：钢结构制作、安装、焊接工艺和高强预应力棒钢张拉工艺，以及关键部位 的施工体会。 关键词：钢屋盖桁架制作安装焊接预应力高强棒钢张拉 a b s t r u c t b ya n a l y s i sa n dr e s e a r c ho f t h ep r e s t r e s ss t e e lc a n o p yc o n s t r u c t i o nt e c h n i cw h i c hu s e d i nt y p i c a le n g i n e e r i n g 一s h e n z h e ns w i ma n dd i v eb u i l d i n g ，p r e s t r e s ss t e e ls t r u c t u r e w h i c he x p r e s s e st h ec a p a b i l i t yo fe x c e li n t e n s i t yp r e s t r e s sc a b l eh a sb e e na r g u e d ，a n d i n c r e a s et h es t i f f n e s sa n ds p a no fs p a c es t r u c t u r e ，r e d u c et h ed i s p l a c e m e n to fs t r u c t u r e ， s a v et h ec o n s u m eo f s t e e l ，r e d u c et h ec o s to f e n g i n e e r i n g t h em a i nt e c h n i q u e sw h i c ha d o p t e di nt h ec o n s t r u c t i o no fs h e n z h e ns w i ma n dd i v e b u i l d i n g t h es p a c ec a b l ef l a m es t r u c t u r e ，h a v eb e e ns t a t e d ：m a k i n g ，e q u i p p i n ga n d j o i n t i n gt h es t e e ls t r u c t u r e ；h a u l i n g t h eh i g hi n t e n s i t yp r e s t r e s sc a b l e i na d d i t i o n ，t h e e x p e r i e n c ef r o mt h ec o n s t r u c t i o no f t h ek e yp a r t sh a sb e e ne x p r e s s e d k e yw o r d s ：s t e e lc a n o p y , t r u s s ，m a k i n g ，e q u i p p i n g ，j o i n t i n g 、p r e s t r e s s ，e x c e l i n t e n s i t yc l u bs t e e l ，h a u l i n g 丕j b 盐些盔堂亟主堂焦迨塞 1 、绪论 1 1 钢结构强大的生命力 钢材在材料力学上有着优良的性能：相同的荷载，钢构件截面最小；相同的截面，钢构 件承载力最大。花钱买强度，钢构件最合算。 钢框架结构在设计、施工、使用等诸多方面具有明显的特点： 在设计方面，钢结构可以实现大跨度、小断面、承载力大、自重轻。钢结构为发挥建筑 师的才能，为建筑艺术的创作提供了广泛的可能性。现代钢结构的艺术表达能力是难以在 其它类型的建筑物中达到的。几何学是建筑艺术的根源和基本原则。而钢结构则特别适合 于建筑师采用清晰的几何图形作为思维手段。钢结构平面布置的灵活性既给设计师提供了 设计的回旋余地，又给用户提供适应各种用途的改变结构的可能。钢框架结构建筑，不仅 可以设计成各种外形，而且可以任意选择认为合适的、天然的、和人工的建筑材料与之配 合。 在施工方面，钢结构的优势更加突出。钢结构基本组成构件可以在工厂预制，结构单元 可以在现场整体吊装，节点处理直观简单，可全天候施工。资金的时问价值在钢结构的施 工过程中充分体现出来。业主的建设资金占用时间越短，建筑物的价值就越大。由于施工 时间的缩短，业主尽早的投入使用或销售，无疑会带来好的商机。另外，钢结构对其他材 料的易连接性，扩大了选材的范围。至于在施工过程中，簏工场地小，无噪声，建筑垃圾 少更是其它结构不能相比的。 在使用方面，钢结构建筑有显著的特点。因为内部支撑少，柱端面小，内部空间布置灵 活，便于改变用途，容易拆除和修理。把建筑物的使用寿命定的太长是不经济的。美国的 高层建筑一般为3 0 年。旧建筑的拆除向来是令人头痛的而又不得不干的事。从旧建筑的解 体，垃圾的运输，到废物的利用，要花费一大笔费用。钢结构建筑在这方面尤其优越。它 不但易拆除，而且在同体量的情况下建筑物所消耗的实体物质最少，加上钢材的可回收， 因此拆除成本最低。 由于上述各方面特点，钢结构使得建筑产品的工业化、标准化、系列化都成为可能， 同时，钢结构建筑必定加快建筑业由劳动密集型产业向知识技术密集型转化，由低效率型 向高效率型转化。 至回筻塞：挂室缝监埴王堇丕丛窒 1 2 国内外钢结构建筑发展现状 世界上第一一次最具有意义的钢结构是在德国科尔布鲁克代尔德塞佛恩河( s e v e r n ) 的铸 铁拱桥，1 7 7 9 年建成，跨度为1 0 0 英尺，这是首次用于大跨度的结构物。后来于1 8 7 0 年建 成的纽约布鲁克林人桥( b r o o k l y nb r i d g e ) ，跨度约为5 0 0 米。1 8 5 1 年伦敦的水晶宫 ( c r y s t a lp a l a c e ) 又使大型钢框架单层建筑物的建设达到了极为出色的水平。 因为当时业主和建筑师的保守、偏见等原阻，钢结构建筑的发展在欧洲一度处于停顿状 态。1 8 7 0 年芝加哥和波上顿发生的大火破灭了钢结构建筑不可毁灭的错觉。不燃材料并不 必然就能防火。富有冒险精神的芝加哥学派创作了第一批真正意义的钢框架建筑。大约在 十九世纪末二十世纪初，建筑的所有基本构件都已定形，从而决定了钢结构以后四卜年的 发展。钢结构就是一种能更好的满足现代社会需要的建筑结构。钢结构虽然不能取代其它 结构，但却能解决其它结构所不能的高难度的工程结构问题。现代社会需要的大跨度的桥 梁、房屋、超高层建筑、高耸构筑物等等都非钢结构莫属。钢结构在建筑业已经形成完整 的体系。钢结构及其伴生的防火技术、防腐技术及其它新兴建筑材料形成了建筑行业一支 强火的生力军。 钢结构因其有着诸多的优势，广泛地应用在建筑业各个方面。从大跨度桥梁、房屋、超 高层建筑、高耸构筑物，到小小的遮雨棚、温室花房、户外j 告牌等等几乎无所不包。2 ( ) 世纪9 0 年代，美国8 0 的建筑采用钢结构( 含轻铡结构) ，特别是多层和低层住宅、办公楼、 购物中心、工业厂房、学校、医院、加油站等广泛采用钢结构。欧洲应用钢结构较少的英 国，钢结构在市场的份额从八十年代到九十年代，两层及以上建筑由占3 0 达到6 3 ，单层 建筑由占7 5 达到9 5 。 随着社会的开放，经济的发展，我国多年基本止步_ _ ；_ f ；前的钢结构建筑电曰益增多。超高 层钢结构建筑、大型钢结构工业j 房在东南沿海城市如雨后春笋般开工建设。 燕国内垫垦建麴查建鳇塑绪掏趁宣星建筮 高度 层数建筑总用 工程名称地点面积 钢量结构形式 ( i i i ) 地下地上 ( 万m 2 )( t ) 上海环球 上海4 6 0 39 53 1 o 钢筋混凝土核心筒外 金融中心部钢骨混凝土框架 钢筋混凝土核心筒，外 金茂大厦上海 3 6 538 81 771 4 0 0 0 框钢骨混凝上柱及铡柱 钢筋混凝上核心简外 地王大厦深圳 2 9 4136 8i 3 81 2 0 0 0 框钢结构 钢筋混凝七核心筒，外 f 赛格广+ 场深圳 2 7 8647 01 5 86 5 0 0 框钢管混凝土结构 浦东国际 上海 2 3 035 3 1 2 0 1 1 0 0 0 钢筋混凝土核心筒，外 金融大厦 框钢结构 国际钢筋混凝土核心简，外 航运大厦 上海 2 1 034 81 09 5 0 0 框钢结构 钢框架，带边框钢筋混 京广中心北京2 0 83 5 71 3 71 9 0 0 0 凝土剪力墙 钢筋混凝土核心筒外 森茂大厦 上海 1 9 834 8 1 10 8 0 0 0 框钢骨混凝上结构 钢筋混凝土核心简，外 远洋大厦大连 2 0 145 21 4 6 5 0 0 框钢结构 钢框架一钢支撑( 外包 京城大厦北京 1 8 245 21 1 01 2 0 0 0 钢筋混凝土) 世界 上海 1 6 6 534 38 33 3 0 0 钢筋混凝土核心简。外 金融大厦 框钢骨混凝土结构 深圳 深圳 1 6 524 85 69 0 0 0 钢筋混凝土核心简，外 发展中心框钢结构 商品交易 上海 1 5 7 734 38 5 6 5 0 0 钢筋混凝土核心筒，外 大厦框钢结构 新金桥 上海 1 5 723 84 07 0 0 0 钢筋混凝土核心筒，外 大厦 框钢结构 北京 北京1 5 5 2 23 98 61 2 0 0 0 内、外钢框架一钢支撑 国贸中心 简体 钢筋混凝土筒体、钢桁 中保大厦 上海1 5 43 3 870 2 0 0 0 架粱 上海 上海 1 5 3l4 6 487 5 0 0 钢框架一钢支撑及钢板 锦江饭店 剪力墙 世界广场上海 1 5 023 81 01 1 0 0 0 钢框架一钢支撑 1 3 国内外预应力钢结构技术发展现状 预应力技术最早在钢筋混凝土结构中得到了广泛的应用，其基本原理是在结构中引入 初始应力，扩大构件的弹性工作范围，籍此来提高结构的承载力和刚度，从而改善结构的 受力性能。世界最早在钢结构中应用预应力技术并发展为一门工程学科，则是2 0 世纪5 0 年代前后的事情。1 9 4 8 年前苏联工程师就建成一座预应力跨路钢桥，利用桥面自重荷载就 位的先后顺序在结构中引入预应力。1 9 5 3 年比利时的g m a g n e 教授在研究和实验的基础上， 建造成布鲁塞尔飞机库大门的预应力双跨连续钢桁架。1 9 5 3 年美国的威斯基建筑师设计并 建造了著名的雷里竞技场( r e e i g na r e n a ) ，它的双曲抛物面预应力悬索屋盖及流畅的建 筑造型一时风靡国际，成为以后悬索预应力空间结构在世界各地广泛应用的示范典型。 我国预应力技术在钢结构中的应用，是在2 0 世纪5 0 年代末开始的。1 9 5 9 年，太原钢 厂焦化厂输煤栈道5 3 米钢桁架首次在廊外布索施加预应力。此后，我国建筑工程中以推广 一一 至四重型：二：攫零结掬照王挂盔塑窥 混凝土结构为主，钢结构的应用停滞不前。2 0 世纪8 ( ) 年代我国改革开放，钢材产量增大， 现代预应力技术、设备与工艺在混凝土结构中的应用日趋成熟，推动了预应力钢结构的发 展。但在此期间，仍以传统的平面钢结构体系( 梁、拱、桁架、栈桥等) 为主。 2 0 世纪9 0 年代以后，随着我国大跨度公用建筑兴建的需要，预应力技术与空间钢结构 找到了结合点，预应力钔结构技术得到迅速发展，创造出多种空问钢结构新体系( 预应力 网架与网壳、索网、索拱、斜拉体系等) 。预应力空间钢结构能够充分发挥高强预应力索的 性能和受拉杆件的强度潜力，大大地提高空间结构的刚度，减少结构的挠度，能够节约钢材 和降低工程总造价，结构轻盈，时代感强。最近一t 多年来，我国先后建成一批具有代表性 的大型预应力钢结构工程如： 1 9 8 7 年，四川省体育馆外形似展翅飞翔的蝴蝶，整个屋盖1 0 2 m x8 6 m ，由两侧对称的 索网与中部钢筋混凝土落地拱组成，索网分两次施加预应力。 1 9 8 9 年，北京朝阳体育馆屋盖呈橄榄形，尺寸9 6 m 6 6 m ，采用中部索拱、两侧索网 体系，索网分四次施加预应力。 1 9 9 3 年，我国设计的新加坡港务局仓库屋盖，平面尺寸3 l o m x1 9 2 m ，由6 座斜拉网 架组成。每座网架中央有l 根塔柱，斜拉4 组不锈钢棒。整体结构寓意一只扬帆远航的船 队，用钢量为4 2 k m 2 。 1 9 9 7 年，上海浦东国际机场候机楼屋盖形似海鸥振翅欲飞，采用斜钢柱支承的张弦粱， 跨度分别为8 0 m 、4 8 m 、5 2 m 。张弦梁上弦为方管，下弦为钢索，中问连以直腹杆，经张拉 后形成。该工程登机廊两列钢向外倾斜，需要采用斜拉索来保讪：屋盖体系的横向整体稳定。 1 9 9 8 年，广州白云机场飞机库屋盖的跨度5 0 m ，采用预应力钢拱结构。该结构就地整 体拼装后，利用可伸缩下弦钢管内的钢铰线束施加预应力，使整个屋盖结构起拱成形无 需起重设备，施工速度快，成本低。 1 9 9 9 年，杭州黄屁体育中心主体育场呈圆形，直径2 4 74 m ，挑篷屋盖结构采用剁拉网 壳体系。内环梁由斜拉索悬吊，斜拉索上端锚固在体育场两端8 5 m 高的预应力混凝土塔筒 上。 2 0 0 0 年，广州新体育馆主场馆呈椭圆形，尺寸为1 6 0 m x1 1 0 m ，下沉式，其屋盖由j i 桁架( 1 6 0 m ) 、辐射桁架、环梁、拉索支撑等组成。拉索分环向平面索、径向平面索与碓直 索，拉力为2 5 4 0 k n 。 2 0 0 1 年，广东奥林匹克体育场有8 万个座位。四周看台钢顶篷用2 1 组独立的塔柱支承， 向前( 看台) 悬挑5 4 m ，向后恳挑1 8 m ，并用预应力拉索向p 固定于柱角处。 2 0 0 1 年，t 海新国际博览。扭山第一期4 个展厅和入口犬厅，总面积为9 万m 2 。每个展 盔韭盐些盔堂亟圭堂焦迨塞 厅尺寸为7 2 m 1 9 2 m ，采用纺锤形钢桁架，支承在上下均为铰接的摇摆柱上，纵向设有预 应力抗侧力支撑，屋面为膜结构。柱间抗侧力支撑采用由7 6 钢棒，两端铰接，张拉力为 9 0 0 k n ，采用专门研制的四缸液压千斤顶，解决了张拉难题。 2 0 0 1 年，秦皇岛体育馆的平面呈椭圆形，尺寸为1 1 2 m 9 8 m 。整个造型犹如一个展翅 欲飞的鲲鹏，翅膀部分采用钢桁架体系，中间部分采用9 6 m 立体格构式拱和索膜共同形成 的张拉膜结构体系。膜结构采用双层膜材，并采用内外膜同时提升方法施加预应力。 1 4 论文研究内容 论文结合深圳游泳跳水馆工程的空间管架一棒索结构施工，展开空间管架一棒索结构 施工技术的研究，包括钢结构制作加工工艺、钢结构安装工艺、钢结构焊接工艺、预应力 张拉施工等内容，同时还论述与研究预应力张拉过程的质量控制与检测技术，可供施工生 产参考应用。 至回暨筮：二二鲎塞缝塑煎王堇盛塑塞 2 、工程简介 2 1 工程概况 深圳游泳跳水馆工程属空间管架一棒索结构形式，造型独特，结构新颖，是深圳市政 府投资兴建的市重点工程，建设堆位为深圳市体育中心，监理单位是中海监理，通过国际 招标由国际著名的澳大利亚考克斯利查生建筑与城市规划事务所( c o x 、r i c h a r d s o n ) 中标， 负责进行该工程的建筑设计，依据建筑师的设计构想，钢结构由国际著名的澳雅纳工程顾 问有限公司( a r u p ) 负责设计，国内由华森设计公司配合设计，中建一局集团总承包施工，上 海宝冶公司分包钢结构工程。 深圳市游泳跳水馆位于深圳市体育发展中心西侧，南临笋岗路，西临泥岗路，地段北 侧为体育中心用地，东侧为体育发展中心入口广场。屋面结构为钢结构，由空间钢管桁架 和预应力钢索组成的管架一棒索结构，线条优美、造型新颖，是深圳市标志性建筑之一。 本工程主要由游泳跳承馆、水上娱乐中心等场馆组成，总建筑面积约4 11 6 7 m 2 。 游泳跳水馆( 主馆) 屋盖结构由一榀脊柱型( 仿生学) 主桁架和八榀倒三角形次桁架通过 四根桅杆上的预应力拉杆拉接而成。主桁架与次桁架之n 4 连接形式为连接板加高强螺栓， 主桁架、次桁架内部杆件犬部分为插板加焊接形式，部分为钢管相员焊接构成。e 桁架断 血为变戡i 面梯形，梯形最人尺- i 为1 6 0 0 t2 6 0 0 5 4 0 0 m m ( 上边下边x 高) 。次桁架断面为 三角形，三角形尺寸分别为4 3 8 0 3 8 0 0 m m ( 上边高) 及4 3 8 0 2 4 0 0 m m ( 上边x 高) 。游泳跳 水馆最大构件为士桁架，外形由四个曲面围成的“脊柱”型拱形，长度约为7 8 m ，最高点位 置标高约为2 1 m ，构件总重量约为1 4 0 吨。其次为次桁架，安装状态为曲面，与主桁架和南 北端场馆主柱相连，最大长度分别为6 9 m 和3 9 m ，重量分别约为5 9 吨和1 9 吨。游泳跳水馆 三维、俯视、立面图见附图一四。 水上娱乐中心( 刚馆) 由一组单曲面弧型主桁架和九榀倒三角次桁架组成，主桁架由两单 片拱架和中间的空间连接杆什组成一组，次桁架断面为三角形。屋面设有两根装饰性桅杆， 通过桅杆e 的预应力拉杆将主拱和桁架连接起来。水上娱乐中心最大杆件长度约为5 5 m ，最 高点标高为1 5 3 8 m ，构件重量约为6 5 吨。 2 2 工程量 221 游泳跳水馆( 主馆) 主拱架：m t r 3 壅j e 盐些盔堂亟堂焦迨塞 次桁架：m t r i a 、i b 、i c 、1 d ( 各1 榀) 单重约1 8 t m t r 2 a 、2 b 、2 c 、2 d ( 各1 榀) 单重约3 8 t 桅杆：桅杆柱( 4 根) 约2 0 t 预应力棒钢约1 9 t 主桅杆( 4 根) 约7 5 t 屋面支撑：约8 0 t 屋面梁：约1 4 0 t 东、西遮阳蓬：约1 0 t 挑檐：约8 0 t 训练池、健身房钢结构：约1 2 0 t 外墙支撑：约5 0 t 以上总计9 4 8 t ，未包括檩条和其他零星钢结构重量。 2 22 水上娱乐中心( 附馆) 主拱架：1 榀，约5 5 t 次桁架：9 榀，每榀约1 i t 以上总计15 4 t ，未包括檩条和其他零星钢结构重量。 2 3 工程特点 23l 结构体系新颖、受力复杂 游泳跳水馆主桁架为“生物脊柱型”( 仿生学) 钢管桁架，与之相连的8 榀倒三角曲面状 次桁架，通过屋顶的4 根倾斜桅杆和高强钢棒的张拉力，将整个类似于拱壳的弧形屋盖的 荷载，传力至主桁架的4 根倾斜桅杆柱，再由4 根桅杆柱传力到基础、地基。整个结构的 南北方向有训练池和健身房，其两部分分别通过0 5 线和1 1 8 线受稳定力，将力传给主结 构，形成稳定体系。另外，结构连接为销钉连接( 铰接) ，稳定性非常差。因此安装过程中： 首先要消除拱效应，主、次桁架自身及崖面系统不规则的曲面弧所形成的拱效应等。其次 解决结构安装过程中结构的侧向稳定性。 2 , 32 作业条件复杂、安装难度大 钢屋盖施工时，主馆下部地下室、水池、看台等钢筋混凝土结构均已施工完毕，钢结构 安装均须场外拼装，跨外吊装，大大增加了作业半径，必须引进大型吊机，场外组装及高 空隔跨吊装。桁架长且重，越靠近馆内中部桁架越重，许多节点形式为插板焊接连接，各 杆件空间连接要准确定位。 7 一 至围重型二：二挂窒绫塑趁王蕉丕盟童 233 工期紧 需在9 0 天内完成技术难度很大的两个场馆的钢结构安装，而且现场加工制作量大，促 使安装、制作交叉进行，从而在组织衔接、时间安排上需搭接合理、交接及时，确保合同 工期。 2 4 工程难点 2 41 桅杆的高空对接与吊装 主桅杆共有4 根，每根长约3 4 m ，重约1 8 t 。在4 0 m 高空进行工件的对接、焊接、探伤、 喷砂、喷铝、防腐等。施工非常困难。 2 42 主桁架的安装及其承重脚手架的搭设 主桁架重约1 4 0 t ，为4 个不规则的空间曲面围成的“脊柱”体，承重脚手架既要承重， 又要稳定，生根地下室有时空的，安装、搭设难度非常大。 2 43 雨棚安装 本工程共有1 2 座雨棚，造型各式各样，几乎没有一座结构相同，典型雨棚为4 个不同 角度的平面三角形和一个空问曲面弧形共同围成一个不规则的宅间倒立四棱锥体。安装控 制，放样难度非常人。 2 44 次桁架端部段与其连接柱的吊装 次桁架为倒立的三棱柱体。端部与桅杆柱以螺栓形式连接，桅杆柱下端以销钼与柱脚 相连，桅杆柱与水平面成7 9 6 。，倾斜就位，安装十分困难。解决此难题，采用1 5 0 t 吊装 次桁架，5 0 t 吊装钢柱、挂风绳调整，两台吊机同时安装，解决了这一难题。 2 45 相同、相近管径节点相贯 桁架小选用相同、相近管径的无缝钢管相贯1 。一节点，在结构本身具有“力量”之美 感，但一次相贯、二次相贯、三次相贯、四次相贯等更多次相贯，组装难度加大，焊缝覆 盖，全熔透焊难度大。 2 46 高强钢棒的吊装与张拉 高强钢棒氏度长，自身刚度不够，为防止吊装变形，采用多点( 8 个葫芦调整起吊) 起吊 法吊装，张拉在3 0 m 以上高空，搭设一座3 m x3 m 的脚手架，在脚手架上放置液压千斤顶、 链锚、应力电阻片、液压油管、电线等设备张拉，通过仪器测量应变和压力。 2 4 7 次桁架跨外吊装 由于看台较高，遮挡吊装视线，次桁架分段跨外吊装，采用两个起重技师，同步用红 黄旗指挥吊装，一人将信号传到看台上，另一人再将此信号传到其中吊钩。 一r 丕j e 盐、业盍堂亟堂垡迨塞 3 、钢结构制作加工工艺 3 1 钢结构加工机械设备 序号设备名称设备数量备注 1 马鞍型切割机 h i d 一6 0 0 e hl 2 数控切割机 c n c 一6 0 0 0 ( 6 m 2 8 m )2 3 中频油压弯管机5 0 0 k w l 4 油压矫正弯曲机 3 0 0 t3 s q p t 2 5 1 2 5 0 5 剪板机 2 0 1 l 1 2 5 2 0 0 0 6 门式双边双极自动埋弧焊机 m z m s 1 2 5 04 7 r z k 系列温度控制柜 2 8 w o k 系列电脑温度控制柜 2 9 自动红外电子焊条烘干炉 z y h2 0 02 1 0 “d a i t o ”型钢数控钻床 d n t1 0 0 0l l l “d a i t o ”带锯床 s t 6 0 9 0l 1 2 5 m n 单臂冲压液压机 1 0 0 0 t1 1 3 c 0 2 气体保护电焊机o t ct 4 0 0 l o 2 0 3 t 2 1 4 桥式吊车 1 0 t 2 1 5 全能焊接升降台 0 l h 一1 4 1 6 电动平车 k p d 一4 03 1 7螺栓套丝机 s 1 8 5 92 1 8高压无气喷涂机 4 1 9 大型立式抛丸机 1 2 0 联合剪冲机0 3 51 6 1 2 lh 型钢组立机 2 2 2门型焊机 2 2 3三维数控钻床 1 2 4 三棍卷扳机 4 0 m m 3 s o o m m2 9 2 0 h 2 5 0 0 m m2 2 5 多头气割机 c g 卜3 0 0 0 ，m 52 3 2 钢结构制作工艺流程 o 丕j 盐e 丕堂亟主堂焦迨皇 3 3 钢结构加工制作工艺 根据设计要求，本工程主要材料：钢板( 68 58 0 m m 厚) 由上海钢铁三厂生产，无缝 钢管( 中5 0 中6 0 0 各种壁厚) 由成都无缝钢管厂生产，材料材质均为q 3 4 5 b 。为保证构件 的精度和质量，本工程所有工件的加工制作全部在i 二海加工厂完成，而后运输到深圳现场。 3 3l 工艺关键点 3 3l1 管管相贯时接口切割 主要设备：日本进口h i d 一6 0 0 e l i 数控马鞍形切割机。 ( 1 ) 工作流程 详细设计图纸坐标和有关数据一计算机准备一置入被加工物一夹头对中一夹紧作业一 原点复归一选择切割方式一加工准备一切割一检验一矫正 ( 2 ) 关键工序控制 数据确认 各参数通过三维放样检测、相互参照、图形确认、试割等方式进行最终确认。 数据修正 检测被加工管件，调整被切割件的特征参数，以及机器运行参数。 加工准备 检测被加工件的管径、壁厚、圆度、平直度、夹紧程度等。 机器调整 根据实物切割形状、尺寸精度，调整设备参数直至符合要求。 3 312 对接焊及相贯口焊接 ( 1 ) 圆管对接，均采用手工电弧焊。 ( 2 ) 管管相贯接 = 1 采用马鞍型数控切割机进行切割，同时进行坡口的加工。 ( 3 ) 检测手段：按规范和设计要求进行检测探伤。 3 32 构件加工工艺 3321 主桁架的制作 土桁架是此工程的主体结构，拱架工厂下料，现场高空散装。 ( 1 ) 零件下料 采用马鞍型管口切割机进行下料。在1 ：厂内，上下弦钢管根据材料情况各分为1 2 段进 行煨弯加工。每段设置分段点的原则为： a 分段点与节点的距离 5 0 0 m m 。 窒回笪筮：二：攫耋结塑照至蕉丕盟壅 b 弦与下弦的分段点应相互错开的距离l 3 0 0 m m 。 c 分段后的f 弦应便于加工、运输、安装。 ( 2 ) 上下弦杆) 3 n - - 胎具制作 产 千斤项 螂廿扩去 厶4 h 二二兰二j l a a 嚣里：尘扩弋 。i 1 i 1 。1 。一。 挡板插座 工作状态圈 卡具( 用5 0 t i n 栩板 制，与管接触部位 应倒角打磨) 说明：每个卡具问距为5 0 0 m m 。 弧线成型 a 在中f 司处将钢管固定，将千斤顶置 二两处操作。从中间向两端用火焰滑圆周加热，采 j j 三角形加热，见下图所示。 值。 a a 受压侧 b 加热温度可根据实际情况控制加热温度，不得小于6 0 0 。c 且不应大于9 0 06 c 。 c 钢材加热温度的控制：钢材加热温度可用热电偶温度计或比色高温计测量较精确温度 主! e 丛些太芏亟星堂熊熊塞 d 加热温度不宜过高，局部加热时问不宜过长。 e 加热温度在2 0 0 。c 一- 3 0 0 。c 时，严禁锤打和弯曲。 f 两端千斤项施压应一致，每加热完两个卡具的距离后，应施压至使圆管和这两个卡具 完全吻合。 g 为提高效率，圆管弯曲成型后，温度降至2 0 0 c 以下，可以从胎具上取下，旋转平坦 处自然冷却。 h 因钢管为无缝钢管，故此不考虑直缝保证在中性面卜。 i 拆除卡具后，钢管的回弹率将由实验确定，然后依此回弹率确定_ j ：图中的r 值。 上下弦钢管端部的精确加工 按各段的数据绘制地样( 地样绘制在预先用水准仪找平的平台上) ，将煨弯后的钢管置 于地样之上，然后进行端部的定位切割、坡口加工，氏度方向放5 0 m m 余量。 在管件的两端应作出有关中心标志，便于检查和组对。如下图所示： ( 3 ) 相交管口切割要领 加工工作流程： 9 0 (1 8 0 、0 f 一一， 2 7 0 1 8r 己7 0 压豆延) 斗匪面亟 _ 虹囫亟 因马鞍形切割机为特殊设备，故需要一定的前期工作，如设备调试、设备附属件的购 备、专用设计等。前期工作准备结束后，方可进行切割工作。 软盘编程 软盘制作以详图为依据，根据工程施工进度及材料来料情况，优先制作前期工程，使切 割工作提前二安装。 切割工作 构件编号 空间管架棒索结构施工技术研究 所有的构件必须进行编号，编号应与软盘中相应构件名称。编号应在该构件切割前后完 成，不允许漏编、错编。对j 二没有打砂刷油的构件，编号应标在管口内壁上。然后，将钢 印号敲在编号附近。 坡口处理 由于管材或切割工具的原因，坡口处可能出现错口、熔渣等缺陷，故需要进行处理，一 般使用打磨的方法，以坡口外观优良，成形好为准。 在管件的两端应作出有关中心标志，便于检查和组对。 设备维修 因为马鞍形切割机属于精密机械设备，它的运行好坏直接影响产品的质量，故设备的日 常维修有必要进行。此工作应由操作工指导，其他人配合完成。 ( 4 ) 组装 钢管相贯时其轴线均相交，各主管需参照同一一个平面为基准面。 主管基准面 支管的对接头或相贯接头的两端，均应用洋冲在0 。、9 0 。、1 8 0 。、2 7 0 。的位置作 标志。 ，责菅蕾 管绩 ，) 乓一一、 ! h 一2 0 + 、，一， l ! ! 注： b b 二_ q 一( = j f 二、0 j j j 。上一j 舒枷 如仁、 壅j b 盐些盔堂亟堂焦熊_ 三王一 主管用洋冲在0 。、9 0 。、1 8 0 。和2 7 0 的方向作好标志，按照各支管的轴线距离，在 主管的外管壁上，位于主管和支管的轴线相交点的垂直面处，作出标志。 细部构造 支管在主管上 可葡瓣“黔、f j - o - - 。 、7i 、 1 8 “孓刁夕 ，弩白| 。 一 r r i 在主管的外管壁卜i ，作出支管的角度位置。 装配时，先按照主管图纸尺寸、位置组装并点周好主管，支管0 。至1 8 0 。轴线应与 主管上的支管位置点在同一直线上。 ，一一严二二二i 了 j = 二二一一 ，i ， ， j 。，。! 尊v ! 堂? 2 堡 。二_ 一二：冬专：= _ _ _ 二二_ 二e ， l l 一一o 每个构件中主管的对接接头应避开相贯口的焊缝，且不在中间2 3 的范围内。 钢管结构的汇交节点中，主管必须连续；当两管管壁不同时，其对接点在较小管壁一 侧且距轴线交点不小于l m ； ( 5 ) 分段预拼装 分段预装的目的：检查钢管端部形状j j u 工的精确性，腹管长度的精确度，上下弦杆的 曲率。 神：e ：f - 弦杆上，将各个节点的位置用洋冲加以标识。 预装胎架的制作：支架每隔1 5 m 设置一个，设置的原则为：不妨碍腹管预装；其中 ，一个下弦钢管旋转在上面时，支架有足够的强度：不发生超标的弹性变形a 上下弦杆必须 预装，不得有急弯。预拼装应在自由状态下组装，不得强制装配。 窒间萱苤：挂塞绫塑蕉王建盔婴筮 ( 6 ) 制作验收与评定标准：按钢结构工程施工及验收规范( g b 5 0 2 0 5 9 5 ) 及设计图纸 进行验收，按钢结构工程质量检验评定标准( g b 5 0 2 2 1 9 5 ) 进行评定。 332 2 水上娱乐中心钢结构制作 构件加工程序与游泳跳水馆相同，主桁架与次桁架散件出厂，现场组装，主桁架分段吊 装，桁架整体吊装。 332 3 构件包装、运输： ( 1 ) 按照拼装、安装的顺序，分类包装，并注意以下几点： a 同一批构件才能打成一包。 b 长度相似、管径大小相似打成一包。 c 每包的重量应适合行车的吊卸。 d 打包结束后，应在外围径管上写明该包中构件的名称、规格、数量。 e 编制相应的装箱单和构件清单。 ( 2 ) 每个包装应有工程名称、图纸号、单独出厂的零部件或构件的编号、包装尺寸、质 量、收货单位名称、制作单位名称、重心和吊点。 ( 3 ) 小件如檩托等，应箱装，其余可以捆装或裸装。 ( 4 ) 构件交接必须有交接清单，并分别由制作单位、运输单位和拼装或安装单位验收、 签字。 ( 5 ) 构件出厂前保汪质量合格，同一批构件统一运出，应尽量避免不同构件混运。构件 出厂应附有构件清单两份( 构件交货清单为统一表格) 交货时，双方确认签字后，各保存 一份清单。构件运输应配合现场施工，保证施工进度要求。 盔盐些盔堂亟尘望僮迨塞 4 、钢结构安装工艺 4 1 钢结构安装机械设备 序号 名称 型号数量备注 1 1 5 0 吨履带吊7 1 5 0 型 1 2 5 0 吨履带吊k h l 8 0 2 型 l 3 拖车 2 0 tl 4 逆变焊机 z x 74 0 0 s t3 0 硅整流焊机 z x g8 0 0l o 6 c 0 ：气体保护焊机 l n9 g m a1 0 7 全站仪 。f c 5 0 0l 8 激光测距仪徕号t c 5 0 0 1 口 9 经纬仪 t 2l l o 水准仪 n a 2l 1 l 超声波探伤机 2 , 3 0 0l 1 2 千斤顶 0 1 d 1 64 1 3 千斤顶q l d 5 4 1 4葫芦吊 h s l 66 1 5葫芦吊 h s ：31 6 1 6卷扬机5 t 双简 2 17 卷扬机 l t 4 1 8 烘二r 箱 6 0 0 1 1 9 空压机 0 9 m 1 3 2 0 角向磨光机 中1 0 0 1 0 2 l 角向磨光机 中2 58 窒阊筻筮：挂基缝翅照建盔婴窥 4 2 钢结构安装施工用材料 序号名称 规格型号单位数量备注 l路基箱3 m 4 m 块 3 8 2枕木 根 6 0 3硬水1 1 0 0 x 4 0 0 2 0 0 块 l o 4 钢丝绳 m2 6 “3 2 6 3 7 + 1米4 0 0 钢丝绳4 ) 1 1 6 x 1 9 1 米1 0 0 0 6 钢管脚手杆 6 m ，8 m 根 1 0 0 0 7 钢跳板 3 m 块 5 0 0 8 钢板t - 4 6 ，1 0 ，2 0吨 3 9角钢l 1 0 0 1 0采5 0 1 0钢管 m2 7 3 8 米 3 7 0 约2 0 t - 1 l 钢管 击1 3 3 6米3 5 0 约6 t 1 2 氧气、乙炔瓶 组 1 0 0 1 3麻绳盘 2 1 4冲子常规 口 1 0 0、 1 5 灭火机泡沫 6 1 6 灭火机干式 u 6 ，、 1 8 查e 盐、业盍堂亟生焦迨塞 4 3 钢结构施工工艺流程 44l 拼装 利用2 0 块路基箱平铺，形成( 东西各一座) 两座平整的组装台，根据桁架的结构特点， 合理布置支撑，精心对口，认真施焊。整体拼装，以保证拼接质量。合理的分段，以利于 现场吊装。 4 , 42 吊机选川 依据安装总体思路、构件单重、作业半径、吊帆性能、工程工期、安全施工、施成本 等因素，综合考虑，现场进一台1 5 0 t ( 舍3 0 t 附加配重，相当于1 8 0 t 吊机) 和一台5 0 t 履带 吊作为工程安装的主吊机，其中1 5 0 t 履带吊主要用于主桁架吊装、次桁架吊装和屋面系统 吊装等，5 0 t 履带吊主要用r 构件拼装、倒料以及檩条、训练池、健身房钢结构的安装。t 1 9 室回萱塞二：捶塞缱抱照王燕垄婴基 馆主桁架采用高空散装法安装，地面上铺设路基箱、搭设临时支撑，卡l 件用1 5 0 t 履带吊吊 至支座和i 临时支架上组对、找正，最后焊接成整体。同时，根据需要，分别在不同时机， 又选用5 0 t 、4 5 t 、3 0 t 、2 5 t 、1 6 t 等多种型号的汽车吊机1 1 0 余台班次，进行辅助吊装、 组装、倒料等。 4 , 4 - 3 安装顺序 由于本工程结构本身受力的特殊性、复杂性，脚手架搭设的分布和受力，1 5 0 t 坦克吊 机的转场和行走路线。结合工厂构件制造情况，同时考虑现场安全施工，艇个工程的- i = 期 及节约成本等因素，确定安装顺序如下： 4 431 主馆 主桁架东半段( 主桁架承重脚手架已经全部搭设完毕、控制点定位完毕) 高空散装一 m t r 2 b 高空散装一东侧两根桅杆柱吊装一m t r l a 分两段吊装一m t r 2 a 分三段吊装一m 1 、r 2 a 和 m t r 2 b 之间屋面梁吊装一m t r l b 分两段吊装一m t r l a 和m t r l b 之间屋面梁吊装一主桁架西半 段高空散装一西侧两根桅杆柱吊装一m t r l c 分两段吊装一m t r l c 和m t r l b 之间屋面梁吊装一 m t r 2 c 分三段吊装一m t r 2 c 和m t r 2 b 之间屋面梁吊装一m t r i d 整体吊装一m t r l c 和m t r l d 之 间屋面梁一m t r 2 d 分三段吊装一m l r 2 c 和m t r 2 d 之间屋面梁吊装一东西侧悬挑结构同时吊装 一东西悬挑和m t r l a 、m t r l d 、m t r 2 a 、m t r 2 d 之间的屋面梁及斜撑等同步安装一训练池结构 由西向东安装一西侧屋面两桅杆每根挂两后索、缆风绳和临时爬梯一起吊装一西侧高强钢 棒吊装一东侧屋 i i 两桅杆每根分段、高空对接、挂高强棒钢、缆风绳和临时爬梯一。起吊装 一屋面四组高强钢棒高空张拉一健身房、所有雨蓬、遮阳棚等吊装一收尾零星构件吊装一 配套防腐施工( 油漆、防火涂料等) 一安装完成。 4 432 附馆( 水上娱乐中心) 由于附馆受力体系为主桁架s t r l 、s t r 2 和s t r 6 为稳定结构，考虑到单体结构的侧向 稳定性。主要采用5 0 t 坦克吊机和3 0 t 汽车吊机双机抬吊完成。总体安装顺序如下：由北 向南依次安装。 北侧s t r 2 钢柱、柱间支撑、屋架吊装一主桁架s t r l 钢柱、柱问支撑、水平梁等安装， 屋架分两段吊装、高空组装一桁架s t r 4 2 钢柱与s t l l 2 之问柱问联系梁等安装一s t r 4 2 屋 架双机抬吊安装一与s t r 2 之间屋面联系粱安装一同样s t r 3 2 安装一s t r 3 1 安装一和s t r i 联系梁安装一南侧依次s t r 4 1 安装一s t r 3 l 安装一s t r 5 3 安装一s t r 5 2 安装一s t r 5 1 安装 一s t r 6 安装一s t r 5 1 与s t r 6 之间联系梁安装一附馆结构体系形成一所有雨蓬、遮阳蓬安 装一两根桅杆、高强钢棒吊装一高强钢棒张拉一配套防腐施工( 油漆、防火涂料等) 一施工完 成。 丕j e 盐些盔：兰亟主堂焦适塞 4 5 主馆主桁架安装 4 5l 主桁架脚手架搭设 45 1 1 游泳跳水馆最大构件为主桁架，外形为拱形体，长度约为7 8 m ，最高点位置标高约为 2 1 m ，构件总重量约为1 4 0 t ，主桁架内部杆件大部分为插板加焊接和钢管相贯焊接构成。断 面为变截面梯形，梯形最大尺寸为1 6 0 0 1 2 6 0 0 5 4 0 0 m m ( 上边下边高) 。主桁架为四个 不规则空间曲面围成的“脊柱”体，结构杆件、空间坐标非常复杂，只能依据空间坐标， 全面搭设一座与：e 桁架形体相近的承重脚手架进行安装。 451 2 主桁架进行高空拼装时，在上下弦杆下面搭设钢管承重脚手架，即下弦杆处以下弦 主管为中心，搭设9 0 0 m m 宽的通长满堂脚手架。主桁架从东到西设置2 x1 4 排立杆，沿南 北两下弦投影布置，布置在砼结构的结构大梁上，每排立杆相当于一根承重柱，由8 根脚 手钢管并排组成。在2 8 排“立柱”之间，设置满堂脚手架，并且设置纵横加固脚手架，以 避免局部受力不均而失稳。上弦主管中心距为i 6 m ，搭设3 m 宽的通长满堂脚手架，并通过 剪刀撑使中间和两端连成整体，脚手架底部用 1 6 a 的槽钢和l o m m 厚的钢板垫胃。脚手架的 尺寸为出4 8 3 5 ，立杆纵距i | a = l m ，立杆横距l b = l m ，立杆步距h = 1 2 m 。 451 3 承重脚手架搭设要领 ( 1 ) 把好材料、加工和产品质罱关，加强对架设工具的管理和维修保养工作，避免使用 质量不合格的架设工具和材料。 ( 2 ) 确保脚手架具有稳定的结构和足够的承载力。 ( 3 ) 严格按照规定的构造尺j r 进行搭设，控制好立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差，并 确保节点连接达到要求。 ( 4 ) 脚于板要铺满、铺平、铺稳，不得有探头板。 ( 5 ) 搭设过程巾要及时设置联墙杆、斜撑杆、剪刀撑以及必要的缆绳和吊索，避免脚f - 架在搭设过程中发生偏斜和倾斜。 452 主桁架商空散装 ( 1 ) 由r 主桁架为四个不规则空间曲面围面的“脊柱”体，结构杆件、空问坐标非常复 杂，只能依据空间坐标，全面搭设一座与主桁架形体相近的承重脚手架作业平台，选择2 ( 】 个控制点，利用全站仪将控s f j , 点的设计空间坐标准确布置，每根杆件依据这2 0 个控制点进 行高空组装、安装。 ( 2 ) 最远作业半径构件单重控制在4 t 以内，选用7 1 5 0 型1 5 0 t 坦克吊机，杆长7 0 1 j n ， 最大作业半径5 6 m ，可以满足主桁架东西两半部分吊装。 窒间笪塑：挂塞缱塑地兰垫盔婴筮 ( 3 ) 主桁架分散什进行高空拼装，由于跨外吊装，跨度太大( 约l o o m 跨) 作业半径太大， 1 5 0 t 吊机先吊装东侧，所以，先进行主桁架东半部分桁架的拼装。先下曲面维装，再两侧 曲面，在两侧曲面形成整体后，再进行上曲面杆件的安装。 ( 4 ) 主桁架东半部分散装完成后，立即安装东面两根主桅杆柱( 由6 0 0 x2 0 ) ，由于钢柱 上下两端己经定位，将桅杆柱分成两段，上下中2 0 0 销钉安装后，两段对接焊接完成。 ( 5 ) 1 5 0 t 吊机转到西侧，进行主桁架西半部分的高空散装，桅杆柱、桁架、销钉等安装 方法同东半部分。 ( 6 ) 东西两半部分形成之后，四根桅杆柱安装完毕，主桁架安装完成。 ( 7 ) 主桁架两侧面桁架拼装完毕，用临时水平支撑将两侧面桁架连成整体后，可局部拆 除脚手架，使脚手架不再承受主桁架的重量。主桁架的重量由主桅杆柱传递到基础。 4 6 主馆次桁架安装 461 次桁架m t r i a 、m t r i b 、m t r l c 分两段组装后，用1 5 0 t 履带吊吊装到临时支架上，再进 行空中对接，次桁架m t r l a 、m t r l c 、m t r l d 下设1 个临时支架，m t r l d 一段整体吊装。 462 次桁架m t r 2 b 散件吊装到安装位置进行高空拼装，其下设通长满堂脚手架。 463 次桁架洲r 2 a 、m t r 2 c 、m t r 2 d 分i 段组装，用1 5 0 t 履带吊吊装到临时支架上进行对接， 组成整体，次桁架m t