大连市体育馆钢结构施工关键技术

1、1.1 参建单位参建单位 工程名称：大连市体育场及配套服务设施工程工程名称：大连市体育场及配套服务设施工程钢结构工钢结构工程程 建设单位：大连体育中心开发建设投资有限公司建设单位：大连体育中心开发建设投资有限公司 设计单位：哈尔滨工业大学建筑设计研究院设计单位：哈尔滨工业大学建筑设计研究院 监理单位：大连泛华工程建设监理有限公司监理单位：大连泛华工程建设监理有限公司 施工单位：中国三冶集团有限公司施工单位：中国三冶集团有限公司1.2 钢结构工程概况钢结构工程概况大连体育场钢结构由大连体育场钢结构由6868榀镰刀形主桁架与榀镰刀形主桁架与6 6圈环向桁架组成空间曲面钢圈环向桁架组成空间曲面钢结构

2、体系，围绕着体育场内部混凝土碗状看台区旋转而成，大跨度钢结构体系，围绕着体育场内部混凝土碗状看台区旋转而成，大跨度钢结构大量采用无缝钢管焊接而成桁架，立体交叉布置的主结构与屋面、结构大量采用无缝钢管焊接而成桁架，立体交叉布置的主结构与屋面、立面的次结构一起编织成立面的次结构一起编织成“扁轮胎扁轮胎”的造型。的造型。钢结构屋面呈曲面鞍型，最高点高度为钢结构屋面呈曲面鞍型，最高点高度为53.945m53.945m，最低点高度为，最低点高度为39.169m39.169m；平面上呈椭圆形，长轴为平面上呈椭圆形，长轴为319.792m319.792m、短轴为、短轴为293.145m293.145m；屋盖

3、中部的开口；屋盖中部的开口内环呈椭圆型，主结构由内环呈椭圆型，主结构由6868榀经向主桁架和榀经向主桁架和6 6环纬向桁架组成，每品主环纬向桁架组成，每品主桁架有轴销铰支座一个（底部），桁架有轴销铰支座一个（底部），700700* *3030半球支座一个（看台顶），半球支座一个（看台顶），单榀主桁架最重单榀主桁架最重65.4t65.4t（hj-1hj-1），最轻），最轻48t48t（hj-18hj-18，hj-19hj-19），环桁架每榀），环桁架每榀810t810t，最大悬挑为，最大悬挑为39m39m。主结构管桁架结构，上弦杆、下弦杆截面基本为主结构管桁架结构，上弦杆、下弦杆截面基本为500

4、500* *3030、 500500* *2020、 450450* *2020、402402* *1818等不同规格的无缝钢管，腹杆截面基本为等不同规格的无缝钢管，腹杆截面基本为377377* *1616、351351* *1414、299299* *1212、245245* *8 8等不同规格的无缝钢管，腹杆与上下弦杆等不同规格的无缝钢管，腹杆与上下弦杆相贯。相贯。设计总用钢量约设计总用钢量约9539t9539t。所有桁架管材为。所有桁架管材为q345bq345b无缝钢管，最大壁厚无缝钢管，最大壁厚30mm30mm，檩条为，檩条为q345bq345b箱形截面。此外，主桁架与半球支座转换处及

5、环箱形截面。此外，主桁架与半球支座转换处及环形桁架形桁架-3 -3的多管相贯处（多达的多管相贯处（多达1414个杆件相贯）采用个杆件相贯）采用g20mn5ng20mn5n级铸钢节点，级铸钢节点，铸钢件最厚达铸钢件最厚达140mm140mm。销轴材质为。销轴材质为40cr40cr。1.3 效果图效果图2.1 2.1 施工区域划分施工区域划分大连体育场钢结构工程按伸大连体育场钢结构工程按伸缩缝共分两个施工大区，四缩缝共分两个施工大区，四个施工区段，即个施工区段，即a-da-d与与b-cb-c区区。施工顺序按由。施工顺序按由a a到到d d与由与由c c到到b b两个作业顺序施工。两个作业顺序施工。

6、根据不同施工阶段，钢结构根据不同施工阶段，钢结构合拢缝位置的设置，划分为合拢缝位置的设置，划分为四个区域，八个合拢缝。四四个区域，八个合拢缝。四个主合拢缝（在正常温度摄个主合拢缝（在正常温度摄氏氏2020左右合拢），四个次合左右合拢），四个次合拢缝（在施工过程中合拢）拢缝（在施工过程中合拢），如右图所示。，如右图所示。主合拢缝分别设置在：主合拢缝分别设置在： 1 1）c1a1c1a1之间的环形桁架与之间的环形桁架与a1a1相贯的位置；相贯的位置；2 2）c14b1c14b1之间的环形桁架与之间的环形桁架与b1b1相贯的位置；相贯的位置；3 3）d1a20d1a20之间的环形桁架与之间的环形桁架

7、与a20a20相贯的位置；相贯的位置；4 4）d14b20d14b20之间的环形桁架与之间的环形桁架与b20b20相贯的位置。相贯的位置。次合拢缝分别设置在：次合拢缝分别设置在： 1 1）c7c8c7c8之间的环形桁架与之间的环形桁架与c8c8相贯的位置；相贯的位置；2 2）d7d8d7d8之间的环形桁架与之间的环形桁架与d8d8相贯的位置；相贯的位置；3 3）b10b11b10b11之间的环形桁架与之间的环形桁架与b11b11相贯的位置；相贯的位置；4 4）a10a11a10a11之间的环形桁架与之间的环形桁架与a11a11相贯的位置。相贯的位置。2.2 2.2 施工流程施工流程- -水平段

8、安装水平段安装主桁架水平段（球型支主桁架水平段（球型支座处到悬挑端）安装座处到悬挑端）安装- -主吊设备主吊设备450t450t履带式起履带式起重机重机 （1 1）安装应从有水平）安装应从有水平撑杆单元开始（每两榀撑杆单元开始（每两榀主桁架与其连接的环形主桁架与其连接的环形桁架规定为一个安装单桁架规定为一个安装单元），向两侧安装，以元），向两侧安装，以便减少安装过程中累积便减少安装过程中累积误差。误差。 （2 2）第一榀安装调整）第一榀安装调整完毕后应用缆风绳固定完毕后应用缆风绳固定，待到下榀安装完毕后，待到下榀安装完毕后安装其间的环形桁架安装其间的环形桁架-3-3、环形桁架、环形桁架-1-1

9、、构环形、构环形桁架件桁架件-2-2三段环桁架三段环桁架 （3 3）形成一个稳定单）形成一个稳定单元后方可进行下一单元元后方可进行下一单元的施工，依次推进。如的施工，依次推进。如右图所示。右图所示。2.2 2.2 施工流程施工流程- -垂直段安装垂直段安装主桁架垂直段（球型支主桁架垂直段（球型支座处到方型支座）安装座处到方型支座）安装- -主吊设备主吊设备150t150t履带式履带式起重机起重机 （1 1）安装从有水平撑）安装从有水平撑杆单元开始（每两榀主杆单元开始（每两榀主桁架与其连接的环形桁桁架与其连接的环形桁架规定为一个安装单元架规定为一个安装单元），向两侧安装，以便），向两侧安装，以便

10、减少安装过程中累积误减少安装过程中累积误差。差。 （2 2）第一榀安装调整）第一榀安装调整完毕后应用缆风绳固定完毕后应用缆风绳固定，待到下榀安装完毕后，待到下榀安装完毕后安装其间的环形桁架安装其间的环形桁架-5-5、环形桁架、环形桁架-4-4、构环形、构环形桁架件桁架件-6-6三段环桁架。三段环桁架。 （3 3）形成一个稳定单）形成一个稳定单元后方可进行下一单元元后方可进行下一单元的施工，依次推进。如的施工，依次推进。如右图所示。右图所示。2.2 2.2 施工流程施工流程- -分阶段安装分阶段安装3.1 3.1 管桁架钢结构深化设计管桁架钢结构深化设计技术难点剖析：技术难点剖析： （1 1）钢

11、结构管桁架深化设计）钢结构管桁架深化设计时间紧、任务大、工艺复杂。时间紧、任务大、工艺复杂。 （2 2）铸钢节点的深化设计及）铸钢节点的深化设计及制造难度大（铸钢节点最多三制造难度大（铸钢节点最多三维多向接头维多向接头1414个）。个）。先进技术应用先进技术应用 （1 1）采用）采用x-steelx-steel软件进行钢软件进行钢结构管桁架深化设计：结构管桁架深化设计：a.a.建立建立结构整体结构三维线框模型，结构整体结构三维线框模型，对重要部位的复杂节点，进行对重要部位的复杂节点，进行三维实体仿真放样。三维实体仿真放样。b.b.合理选合理选 正确的结构节点形式，根据安装条件，确定桁架节段拼接

12、位置；多根杆件相贯时正确的结构节点形式，根据安装条件，确定桁架节段拼接位置；多根杆件相贯时，为保证节点施焊方便和焊缝质量，确定节点工作点的定位以及允许偏心量。，为保证节点施焊方便和焊缝质量，确定节点工作点的定位以及允许偏心量。c.c.对三维的曲线桁架，将其弦杆进行二维弧形展开，展开放样时充分考虑桁架对三维的曲线桁架，将其弦杆进行二维弧形展开，展开放样时充分考虑桁架拼接节点的安装精度与难度，选用合理的拼接节点形式。拼接节点的安装精度与难度，选用合理的拼接节点形式。 （2 2）铸钢节点的深化设计及制造）铸钢节点的深化设计及制造: :采用采用x-steelx-steel进行铸钢节点的建模及深化；采进

13、行铸钢节点的建模及深化；采用消失模铸造工艺（用消失模铸造工艺（epseps）。）。3.2 3.2 管桁架预拼装及其精度控制管桁架预拼装及其精度控制技术难点剖析：技术难点剖析： 管桁架预拼装是保证管桁架预拼装是保证现场的安装精度首要现场的安装精度首要条件。条件。先进技术应用先进技术应用 针对本工程主桁架结针对本工程主桁架结构特点及现场吊装要构特点及现场吊装要求，将其分成求，将其分成2 2个吊个吊装单元，装单元，5 5个制作单个制作单元。每段主桁架的制元。每段主桁架的制作单元在工厂预拼装作单元在工厂预拼装完成后，在现场组成完成后，在现场组成吊装单元。拼装采用吊装单元。拼装采用全站仪进行控制，构全站

14、仪进行控制，构件连接端采用连接板件连接端采用连接板和样冲点进行定位安和样冲点进行定位安装。装。3.3 3.3 多管相贯节点下料多管相贯节点下料用用x-steelx-steel建立三维线框模型建立三维线框模型，将此模型转换成，将此模型转换成dxfdxf格式，格式，输入输入win3dwin3d设计软件进行对相设计软件进行对相关杆件进行相关分析。用分关杆件进行相关分析。用分析后的数据确定加工设备、析后的数据确定加工设备、切割速度等元素并形成放样切割速度等元素并形成放样程序单下发车间，分批切割程序单下发车间，分批切割下料。下料。3.4 3.4 主桁架杆件冷弯工艺主桁架杆件冷弯工艺钢管的冷（压）弯工艺钢

15、管的冷（压）弯工艺 钢管压弯采用压力机与吊车配合，钢管压弯采用压力机与吊车配合，从一端向另一端逐步煨弯，每次煨从一端向另一端逐步煨弯，每次煨弯量约为弯量约为500mm500mm，根据钢管的曲率半，根据钢管的曲率半径控制压制时下压量，分为五次压径控制压制时下压量，分为五次压制成形，每次下压量控制如下：制成形，每次下压量控制如下： 第一次第一次:1/3l;:1/3l;第二次第二次:1/3l;:1/3l;第三次第三次:1/5l;:1/5l;第四次第四次:1/10l;:1/10l;第五次第五次:1/20l:1/20l（l l为压制长度钢管范围内的理论拱为压制长度钢管范围内的理论拱高）。高）。下压量标杆

16、控制法下压量标杆控制法 在钢管侧立面立一根带刻度的标杆，下压量通过与标杆上的刻度线进行对比来控在钢管侧立面立一根带刻度的标杆，下压量通过与标杆上的刻度线进行对比来控制。制。冷（压）弯管后的检验冷（压）弯管后的检验 成品弯管后表面不得有微裂缝缺陷存在，表面应圆滑、无明显皱褶，且凹凸深度成品弯管后表面不得有微裂缝缺陷存在，表面应圆滑、无明显皱褶，且凹凸深度不应大于不应大于1mm1mm； 壁厚减薄率：壁厚减薄率：10%10%或实际壁厚不小于设计计算壁厚；或实际壁厚不小于设计计算壁厚； 波浪率波浪率（波浪度（波浪度h h与公称外径与公称外径dodo之比）不大于之比）不大于2%2%，且波距，且波距a a

17、与波浪度与波浪度h h之比大于之比大于1010。3.5 39m3.5 39m大悬挑构件安装及变形控制工艺大悬挑构件安装及变形控制工艺吊装单元的确定吊装单元的确定 针对钢结构主桁架结构特点及设备针对钢结构主桁架结构特点及设备情况，将其分成情况，将其分成2 2个吊装单元，个吊装单元，5 5个个制作单元。每段主桁架的制作单元制作单元。每段主桁架的制作单元在工厂预拼装完成后，在现场组成在工厂预拼装完成后，在现场组成吊装单元。吊装单元。吊装过程中变形控制吊装过程中变形控制 考虑多种吊装方式，择优选用，考虑多种吊装方式，择优选用，并制定详细的吊装措施；并制定详细的吊装措施； 在吊装在吊装过程中队吊具进行计

18、算分析，满足过程中队吊具进行计算分析，满足吊装的承载力。吊装的承载力。 在吊装前进行在吊装前进行全方位模拟计算分析。全方位模拟计算分析。确定桁架起拱值确定桁架起拱值 计算确定桁架的下扰值，使其卸载计算确定桁架的下扰值，使其卸载后悬挑端部标高与设计标高吻合。后悬挑端部标高与设计标高吻合。预起拱值预起拱值= =恒载恒载+0.5+0.5活载。活载。3.6 3.6 结构分区卸载及卸载同步性控制结构分区卸载及卸载同步性控制卸载原则卸载原则变形协调、卸载均衡。变形协调、卸载均衡。卸载分区卸载分区 体育场钢结构根据不同施工阶段，钢结构合拢缝位置的设置，划分为四个区域，体育场钢结构根据不同施工阶段，钢结构合拢

19、缝位置的设置，划分为四个区域，八个合拢缝。其中四个主合拢缝和四个次合拢缝。八个合拢缝。其中四个主合拢缝和四个次合拢缝。卸载条件卸载条件 卸载前条件卸载前条件安装条件、焊接完成条件及焊接责任划分、支座安装条件、焊接完成条件及焊接责任划分、支座-2-2处的临时加固拆处的临时加固拆除、卸载设备准备、卸载人员等条件；卸载过程注意事项除、卸载设备准备、卸载人员等条件；卸载过程注意事项每次卸载量控制在每次卸载量控制在5-5-10mm10mm，每卸载一次要进行一次悬臂端标高的测量，检查桁架、腹杆、临时支撑架，每卸载一次要进行一次悬臂端标高的测量，检查桁架、腹杆、临时支撑架的变形情况，检查焊缝变化情况，每释放

20、一次下降量的时间为的变形情况，检查焊缝变化情况，每释放一次下降量的时间为1 1天；卸载后要求天；卸载后要求卸载完成后必须卸载完成后必须“养护养护”3-53-5天后拆除临时支撑架，卸载后对焊缝全面检查（重点天后拆除临时支撑架，卸载后对焊缝全面检查（重点检查部位是主桁架高空对接焊缝、环桁架两端与主桁架相贯焊缝及受拉焊缝）。检查部位是主桁架高空对接焊缝、环桁架两端与主桁架相贯焊缝及受拉焊缝）。卸载过程卸载过程 1 1）在预先做好标记的桁架下临时支座板上做好标记，标记出每次下降量的标记线）在预先做好标记的桁架下临时支座板上做好标记，标记出每次下降量的标记线；2 2）在预备好的千斤顶支点用千斤顶支撑于桁

21、架下；）在预备好的千斤顶支点用千斤顶支撑于桁架下；3 3）切割、剔除标记在桁架）切割、剔除标记在桁架下临时支座板，第一阶段下降量切割；下临时支座板，第一阶段下降量切割；4 4）调整千斤顶高度，让桁架落于支座板；）调整千斤顶高度，让桁架落于支座板；5 5）检查桁架焊缝质量，监测桁架整体下降情况，与计算结果对照；）检查桁架焊缝质量，监测桁架整体下降情况，与计算结果对照；6 6）切割、剔）切割、剔除标记在桁架下临时支座板，第二阶段下降量切割；除标记在桁架下临时支座板，第二阶段下降量切割；7 7）重复）重复4 4）；）；8 8）重复）重复5 5） 3.7 “3.7 “跳仓法跳仓法”焊接顺序及合拢温度的

22、选择焊接顺序及合拢温度的选择主合拢缝位置主合拢缝位置 主合拢缝分别设置在主合拢缝分别设置在1 1）c1a1c1a1之间的环形桁架与之间的环形桁架与a1a1相贯的位置；相贯的位置；2 2）c14b1c14b1之之间的环形桁架与间的环形桁架与b1b1相贯的位相贯的位置；置；3 3）d1a20d1a20之间的环形之间的环形桁架与桁架与a20a20相贯的位置；相贯的位置；4 4）d14b20d14b20之间的环形桁架与之间的环形桁架与b20b20相贯的位置。相贯的位置。合拢顺序合拢顺序 根据现场实际情况本工程的根据现场实际情况本工程的合拢顺序为合拢顺序为“同一合拢线的同一合拢线的各合拢口同时、同步合拢

23、各合拢口同时、同步合拢”。合拢温度合拢温度 四个主合拢缝（在正常温度四个主合拢缝（在正常温度摄氏摄氏202055合拢），四个合拢），四个次合拢缝（在施工过程中合次合拢缝（在施工过程中合拢）。拢）。“跳仓法跳仓法”焊接顺序焊接顺序（1 1）焊接顺序）焊接顺序焊接总顺序是：控制起点和固定点，由中间向两侧对称焊接总顺序是：控制起点和固定点，由中间向两侧对称焊接，单杆双焊、双杆单焊，逐渐向合拢点逼近。焊接，单杆双焊、双杆单焊，逐渐向合拢点逼近。焊接区域顺序是：采用焊接区域顺序是：采用“跳仓法跳仓法”施焊，以一榀主桁架施焊，以一榀主桁架为焊接单元，主桁架之间相间施焊接。为焊接单元，主桁架之间相间施焊接。

24、（2 2）焊接应力控制点）焊接应力控制点起始点是焊接残余应力最小、但变形最大的地方，合拢起始点是焊接残余应力最小、但变形最大的地方，合拢点是变形最小而残余应力最大的地方。这是两处焊点是变形最小而残余应力最大的地方。这是两处焊接应力监控的关键点。接应力监控的关键点。第四章第四章 过程控制过程控制4.1 4.1 事前控制事前控制- -人人管理体系及特种人管理体系及特种人员上岗作业员上岗作业4.1 4.1 事前控制事前控制- -机机施工机械的选用施工机械的选用 450t/400t450t/400t履带起重机使履带起重机使用减少空中对接焊缝用减少空中对接焊缝4.1 4.1 事前控制事前控制- -料料材

25、料采购、检化验材料采购、检化验 知名厂商与第三方检测知名厂商与第三方检测4.1 4.1 事前控制事前控制- -法法施工组织设计、施工方案施工组织设计、施工方案中涉及的质量控制点中涉及的质量控制点 1 1）施工测量控制网的建立）施工测量控制网的建立 2 2）关键技术应用（）关键技术应用（ ） 3 3）深化设计方案的优选（檩）深化设计方案的优选（檩条立柱的转换支座的设计、条立柱的转换支座的设计、吊装单元的设计、沉降量控吊装单元的设计、沉降量控制的理论计算等）制的理论计算等）4.1 4.1 事前控制事前控制- -环环施工环境施工环境 施工道路施工道路 平面布置等平面布置等4.2 4.2 事中控制事中控制- -测量测量支座安装精度控制支座安装精度控制 1 1）全站仪、水准等）全站仪、水准等 2 2）控制精度）控制精度主桁架安装偏差的控制主桁架安装偏差的控制 1 1）全站仪、水准等）全站仪、水准等 2 2）控制精度）控制精度卸载变形量的控制卸载变形量的控制 1 1）理论计算）理论计算 2 2）起拱高度）起拱高度 3 3）实际下沉量）实际下沉量大连体育场钢结构大连体育场钢结构a a、b b、c c、d d四个区卸载结