不规则形状网架及采光顶施工技术研究

1、. xx城项目 不规则形状网架及采光顶施工技术研究不规则形状网架及采光顶施工技术研究单 位： x安装工程有限公司 小组名称：xx城项目高新技术课题研究小组小组类型： 创新型 日 期： x.x.x :目 录一、工程概况：2二、小组简介：2三、技术课题：2四、设定目标及可行性分析：3五、提出方案：3六、方案实施：4七、成果分析：26八、施工总结：27不规则形状网架及采光顶施工技术研究小组名称xx城项目高新技术课题研究小组一、工程概况xx城大商业钢结构及屋面工程主要由主题乐园钢网架及采光顶组成，钢网架水平投影面积约14000平米，网架为抽空四角锥形式，高度3.3米，依靠周边47个、内侧6个钢筋混凝土

2、钢柱支承其重量，网架最大跨度58.8米。整个网架共有螺栓球664个，焊接球1082个，共计1746个，约220吨，杆件约480吨。单个球体最大重量为0.36吨，单根杆件最大重量为1.08吨。1#采光顶水平投影面积约2026平米，钢柱76根，钢梁最大跨度23.7m，采光顶投影形式类似于S型。钢柱最大截面为500*250*25，钢梁最大截面为500*200*20，材质均为Q345B。钢梁最大重量为4.83吨。本工程原计划于2015年8月25日完工，但由于甲方原因，期间停工，于2017年3月5日复工。停工期间总包单位已将部分塔吊拆除且将预留孔洞封闭，无法在原位置安装塔吊等起重设备，导致现场三分之一区

3、域塔吊无法覆盖。由于吊装设备不足现有塔吊无法同时满足材料运输工作和吊装作业需要。二、小组简介1、小组概况技术课题研究小组成员表序号姓名性别学历在公司职务所学专业课题分工1x男大学本科2x男大学本科钢结构建造技术3x男大学本科4x男大学本科5x男大学专科三、技术课题1、课题内容1）不规则形状网架桁车吊装高空原位散拼技术2）采光顶大跨度实腹梁双机提升技术3）动滑轮组在起重吊装施工中的运用2、选题理由：1）工程现状：本工程钢网架结构属于大跨度空间四角锥双层网架结构，最大跨度58.8m。在常规网架安装施工中根据其结构和施工条件的不同可采用高空拼装法、整体安装法和高空滑移法进行安装。但由于本工程现场地形

4、及空间位置限制，高空滑移法及整体安装法实施难度太大。与此同时现场吊装机械不足，导致现场网架三分之一、采光顶二分之一部位无塔吊覆盖。现有塔吊无法同时满足结构安装和材料运输工作，按原计划采用塔吊进行高空散拼作业方案已不可行。若采用大吨位汽车吊进行安装，由于机械投入太大、现场路道、场地等条件不允许，同样无法实施。因此需提出一种既满足吊装需要又符合现场施工条件的施工方案。2）经济及工期目标：采光顶原计划采用搭设满堂脚手架原位散拼施工，但考虑到此方案费时费力，安装措施费用投入较大而且增加脚手架搭设工序，施工周期必然增加。重新制定安装技术措施可节约大量施工成本和施工时间，为确保本工程工期目标及经济效益目标

5、提供条件。3）积累经验：本工程属于大跨度多点支承空间四角锥钢网架结构，在以往工程中类似工程施工经验较少，施工条件、施工难度及施工方法相较以往常规网架有一定的特殊性，通过对本工程施工方法的研究可以为今后类似工程钢结构吊装作业提供数据支持和宝贵经验。四、设定目标及可行性分析1、课题目标1）进度目标：本工程网架安装采用脚手架搭设平台进行施工，脚手架管租赁成本随着施工周期的延长而成比例增加，因此在满足业主方所要求的工期节点的情况下提前完成网架安装，将脚手架拆除退场是本工程进度目标的重点。2）质量目标：确保网架及采光顶质量符合规范要求。3）成本目标：在满足进度及质量目标的情况下节约成本。2、目标可行性分

6、析：项目部管理经验丰富，小组成员均有多年钢框架结构、钢网架结构和管桁架结构吊装施工经验，技术攻关能力强。选出3名施工经验丰富的起重工完成钢梁吊装作业现场指挥工作。目标可行拟邀请多位专家对施工方案进行技术论证，并要求项目部技术人员针对方案要求做详细的交底。针对钢梁吊装按方案设计制作合适的起重设备并对其进行受力验算，确保施工安全。五、提出方案1、施工难点1）网架施工区域地势不平，拼装难度大本工程网架位于大商业四层顶部，网架下弦球中心距四层地面高度差为18.4，且大商业四层存在大量设备基础，设备夹层等结构，拼装场地不理想。采用整体拼装法和高空滑移法进行施工难度较大。2）大型塔式起重设备不足，施工区域

7、无法全覆盖本工程原计划钢结构安装与C、D、E座主楼同时完工，利用现场5#11#塔吊进行吊装工作。但由于2017年复工进场时土建已将C、D、E座主体施工完毕，5#、6#、10#塔吊已经拆除，塔吊预留洞及塔吊基础全部封闭，无法在原位置安装塔吊。如下图所示阴影部分为塔吊无覆盖区域。现场平面布置图3）采光顶箱型梁吊装作业难度大采光顶箱型梁最大跨度23.27m，重量4.83吨，最小跨度10.44m，重量1.75吨。原计划在采光顶位置一层搭设满常脚手架平台至钢梁完成面，在平台顶直接进行箱梁拼装及安装工作，但考虑到搭设脚手架平台施工投入过大，同时由于10#塔吊已拆除无法重新安装，仅使用11#塔吊无法独立完成

8、整根箱梁吊装作业。4）工作面垂直落差大，吊装工作危险性大本工程大商业共四层，采光顶位于其屋顶层上部，与屋面最大落差5.317m，正下方直至一屋均为空洞，工作面垂直落差33.817m，吊装施工危险性大。2、提出方案小组全体成员针对起重设备不足、采光顶大跨度钢箱梁吊装方式等难题多次讨论提出了如下方案：1）网架拼装及吊装采用桁车吊装高空原位散拼技术施工2）采光顶大跨度钢箱梁采用动滑轮组双机提升技术施工。六、方案实施1、不规则形状网架桁车吊装高空原位散拼技术。本工程钢网架结构属于大跨度空间四角锥双层网架结构，最大跨度58.8m。在常规网架安装施工中根据其结构和施工条件的不同可采用高空拼装法、整体安装法

9、和高空滑移法进行安装。但由于本工程现场地形及空间位置限制，高空滑移法及整体安装法实施难度太大。因此本工程采用高空原位散拼技术进行安装作业。具体施工顺序：脚手架搭设网架拼装网架焊接网架卸载1）脚手架搭设：本工程网架下弦中心标高为35.900m，四层楼板最低处标高为17.400m，为确保给网架拼装提供足够施工平台作业面条件，脚手架顶部施工平台需达到35.200m标高位置，最大立杆高度为17.8m，横纵向间距均为1.2m*1.2m，步距为1.5m。由于脚手架搭设区域存在大量设备基础，设备夹层，楼梯出屋面结构等因素限制，遂采用对场地条件要求小的扣件式脚手架进行搭设。设计、计算及构造要求参照JGJ130

10、-2011规范执行。2）材料选用：脚手架钢管采用48×3.5直缝焊接钢管，标准应符合现行国家标准直缝电焊钢管(GB/T137 93-2008)或低压流体输送用焊接钢管(GB/T3092-2008)中规定的3号普通钢管，其质量应符合国家标准碳素结构钢(GB/T700)中Q235A级钢的规定。脚手架钢管尺寸最长不超6.5m，每根重量24.97kg，钢管上严禁打孔，外观平直光滑，不应有裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划道。钢管脚手架所用扣件必须符合国标钢管脚手架扣件(GB15831)的各项技术要求。扣件材质采用GB9440中所规定的力学性能不低于KTH330-08牌号的可锻铸

11、铁或GB11352中ZG230-450铸钢制作。扣件与钢管的贴合必须严格整形，应保证扣件抗滑、抗拉性能的要求。扣件必须经过65N·m扭力矩试验，不允许破坏。木脚手板，每块重量不宜大于30kg。材质应采用杉木式松木制作，其材料应符合现行国标木结构设计规范(GB/T5)中的有关规定。脚手板宽度200mm，厚度50mm。两端应挷扎4mm镀锌铁丝两道。3）脚手架搭设要点：扫地杆应采用直角扣件固定在距底座上表面不大于200mm的立杆上。立杆下用50mm厚木板垫实。立杆应采用对接扣件进行连接，严禁采用搭接。立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度不能超过0.5m。两相邻立杆的接头不能设置在同步内，

12、同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不宜小于500mm；各接头中心至主节点的距离不大于步距的1/3；垂直度允许偏差不超过30mm；水平杆接长应采用对接扣件连接或搭接，两根相邻纵向水平杆的接头不能设置在同步或同跨内；不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不小500mm；各接头中心至最近主节点的距离不大于纵距的1/3；搭接长度不小于1米，应等间距设置3个旋转扣件固定；端部扣件盖板边缘至搭接纵向水平杆杆端的距离不小于100mm，水平杆长度不小于3跨。为确保脚手架整体性，架体外侧周边及内部纵、横向每8.4米由底至顶设置连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度8.4米。剪力撑与地面的倾角保持45

13、度，剪力撑跨越立杆的为7根。剪刀撑用直角扣件与水平杆连接牢固，扣件中心至主节点距离150mm。竖向剪刀撑在纵横向沿轴线方向连续设置；竖向剪刀撑顶部交点平面设置连续水平剪刀撑；水平剪刀撑间距及至架体底平面的距离不超过8.4m。4）脚手架主要节点示意图：立杆与水平杆连接示意脚手板搭接示意剪刀撑搭接示意立杆对接示意立杆底部处理示意连墙件平面示意脚手架与周边楼板支顶构造6）预埋件及支座的安装支座及预埋件的形式如下图支座形式示意图埋件形式示意图埋件及支座的平面位置示意图支座埋件需要在土建钢筋绑扎完后安装固定，安装时埋件锚筋不得切割，如与钢筋碰撞需调整钢筋位置；土建木工模板支设完毕后需重新复核埋件的位置；

14、在混凝土浇筑过程中需及时观测埋件是否偏位；在混凝土施工完毕后，再一次复核埋件的位置及标高，确保埋件安装精度复核规范及设计要求。在混凝土强度达到设计要求后，开始安装支座。本工程中网架支座采用的是工厂成品支座，其对位置和标高的要求比较严格。支座安装允许偏差见下表：项目允许偏差（mm）支承面标高0，-3.0水平度L/1000定位轴线3.0中心偏移15.0支座定位轴线3.0支座安装完毕后，利用全站仪测量全部支座的位置，并通过计算机绘图，复核各个支座的相对位置是否准备，如有偏差及时调整。埋件安装后，锚筋必须与建筑结构钢筋做牢固焊接，为后期避雷接地做好准备。5）网架安装：满堂脚手架搭设完毕后，即开始网架的

15、安装工作。根据现场情况确定网架安装采用高空散拼的施工工艺，由于现场吊装机械限制需利用吊装桁车进行网架安装施工。桁车结构如下图·吊装桁车结构示意图网架吊装示意图网架安装主要流程图： 下弦球定位示意图下弦球定位现场施工图下弦杆安装示意图下弦杆安装现场施工图上弦球定位及腹杆安装示意图上弦球定位及腹杆安装现场施工图上弦杆安装示意图上弦杆安装现场施工图网架安装完成示意图网架安装完成图6）网架焊接：本工程网架共计有球节点1746个，其中焊接球节点1082处，其余为螺栓球节点。焊接工作量大，因此本工程在焊接作业时如何消除焊接残余应力保证焊接后节点精度是焊接工作的重中之重。在进行施焊过程中主要采用跳

16、焊法、对称焊法交替进行焊接。并且在焊接前对相应部分进行焊前预热处理，焊后回火加热至600度左右，然后缓慢冷却。尽量减少焊接应力及焊接变形。7）网架卸载：网架卸载过程是使网架缓慢协同空间受力的过程，在此过程中网架结构发生较大的内力重分布，并逐渐过渡到设计状态，因此，网架卸载工作，至关重要，必须针对不同结构和支承情况，确定合理的卸载顺序和正确的卸载措施，以确保网架安全落位。为此网架卸载必须遵循以下原则“变形协调、卸载均衡”的原则。卸载实际就是荷载转移过程，在荷载转移过程中，必须遵循“变形协调、卸载均衡”的原则。不然有可能造成临时支撑超载失稳，或者网架结构局部甚至整体受损。因为施工阶段的受力状态与结

17、构最终受力状态完全不一致，制定切实可行的技术措施，确保满足多种工况要求，这是空间网架施工的要求和特点。“中间向四周，中心对称”的原则。卸载由中间向四周，中心对称进行，通过放置在支架上的可调节点支承装置，经多次循环微量下降来实现“荷载平衡转移”(在杆件上的支撑，设置刻度，保证计量卸载)“分区、分阶段按比例下降”原则。为防止个别支撑点集中受力，宜根据各支撑点的结构自重挠度值，采用分区、分阶段按比例下降或用每步不大于10mm的等步下降法拆除支撑点。“精确计算，严格监控”的原则。在卸载过程中由于无法做到绝对同步，支撑点卸载先后次序不同，其轴力必然造成增减，在每一区块卸载后，由于支撑架体受力发生变化，应

18、及时对架体变形进行观测，严格控制循环卸载时的每一级高程控制精度，设置测量控制点，在卸载全过程进行监测，实行信息化施工管理。确保临时支架和网架的安全。根据上述原则，本工程采用“整体分段逐步”卸载法，将整个网架分为五道环线以实现整体网架卸载工作。环线布置如下图所示： 网架的整个卸载周期为2天，每一天的卸载量为整个模拟计算挠度的50，上午完成25，下午完成25，其上下午间隔时间不得小于2小时。为了控制卸载速度，规定每转顶丝半圈（180度）为卸载行程的控制单元，应将其速度控制在15秒完成，待监测完成重新得到卸载指令后方可开始进行下一步卸载。在卸载过程中，项目部选定8个水平位移观测点及4个挠度观测点。卸

19、载时针对所选择8个点进行监测，每一步卸载完成，利用全站仪观测支座的相对位移。对挠度观测点沉降值进行实时观测并对下挠值进行记录分析网架在卸载过程中要加强脚手架变形情况观测，尤其应监测顶丝下水平横管的挠度，当其大于15mm时应及时报告；同时应加强监测脚手架立杆的垂直度，发现有异常情况及时报告，为保证架体的安全稳固，满足施工使用要求，须对架体进行有效沉降变形巡视、观测，及时进行调整加固。2、 采光顶大跨度实腹梁动滑轮组双机提升技术。本工程大商业共四层，采光顶工程位于其屋顶层上部，其结构为大跨度实腹式钢梁框架结构，完成面与屋面最大落差5.317m，正下方直至一屋均为空洞，工作面最大垂直落差33.817

20、m。且箱型梁最大跨度23.27m，重量4.83吨，最小跨度10.44m，重量1.75吨。原方案计划利用脚手架搭设平台，利用10#、11#塔吊进行安装，但由于10#塔吊已经拆除无法使用，仅使用11#塔吊无法独立完成吊装作业且采用脚手架搭设平台施工投入过大，故不采用该方案进行施工。若采用300吨汽车吊进行吊装作业费用高且仍有二分之一部分无法覆盖。经过多次对方案进行探讨最终确定采用动滑轮组双机提升方案施工。1） 施工准备本方案计划利用采光顶钢柱顶端吊耳作为支撑点，在柱顶设置突出混凝土结构钢悬臂，依靠此悬臂安装动滑轮组配合卷扬机进行吊装作业。由于钢箱梁最大自重接近5吨且垂直落差大。大大增加了施工难度。

21、为确保该方案能顺利、快速准确、安全实施，首选需对该方案中所用到的卷扬机、钢悬臂、动滑轮组及钢丝绳选用进行确定并进行受力验算。卷扬机：本工程采用双机提升法进行施工，吊装过程中的受力情况比较复杂且两台机械相互配合、协同操作的一致要求比较高，且在提升过程中提升速度过快将不利于作业人员相互配合，为尽可能保证操作一致性，在机械选用中需采用两台同品牌、同型号慢速卷扬机（低于16m/min为慢速卷扬机）进行作业。钢悬臂：本工程所采用钢悬臂均由制作厂进行加工制作，由我司通过受力计算后选择合适规格、材质进行加工。动滑轮组：本工程所采用滑轮组均需符合受力要求且均为闭口卡环式双轮滑车。所选滑轮直径应不小于钢丝绳直径

22、的10倍。钢丝绳：钢丝绳选用应符合受力验算所要求直径的线接触钢丝绳。2）吊装方法及工艺本方案施工工序：钢箱梁拼接吊装设备就位钢箱梁吊装钢箱梁拼接：由于大部分钢梁长度超过20m，不利于构件运输，因此在制作过程中将钢梁分为2-3段分别运至现场，在现场进行拼装和焊接工作。为尽可能减少运输所产生的人工费用，在采光顶正下方一层和三层位置共设置三处拼装场地，确保钢箱梁拼接完成后直接可以进行吊装作业。分段过程中应注意，为了确保分段不会对钢箱强度造成过大影响，所有钢梁分段位置均应设置在梁两端三分之一位置，且在拼接完成后按一级焊缝要求对所有对接焊缝进行超声波探伤检测，需保证所有焊口100%合格率。方可进行吊装。

23、拼装场地如图所示：拼装场地示意图吊装设备就位：动滑轮组中起重滑车均使用闭口吊环式双轮滑车，根据现场每根框架梁位置设置数个的单轮导向滑轮。卷扬机安装于屋面层与结构可靠连接，利用导向滑轮对钢丝绳方向进行调整，确保卷扬机水平受力。滑轮组作业方式及绕线图： 滑轮组绕线及受力简图滑轮组吊装图：钢箱梁吊装：所有吊装设备就位后，开始进行钢箱梁吊装工作，吊装过程中应尽可能保证两台卷扬机统一指挥，协同配合，同时启动，同时提升。过程中应尽量保证钢梁均速提升。其次，由于主体结构楼面2层、3层及屋面层均存在悬挑结构，对箱梁直接提升造成阻碍。因此在提升至高度1m位置时需对箱梁姿态进行调整。增大箱梁提升仰角后开始均速提升

24、。待箱梁吊装至安装位置后恢复箱梁姿态，将箱梁就位。吊装流程：箱梁就位箱梁就位施工箱梁姿态调整箱梁姿态调整施工箱梁均速提升箱梁均速提升施工恢复箱梁姿态恢复箱梁姿态施工箱梁吊装完成箱梁吊装完成3）受力计算书荷载计算：受力简图: 采光顶箱型梁最大重量为4.83吨，为便于计算取载荷Q1=5吨进行计算.Q=Q1/2=5/2=2.5吨由于在吊装过程中需要对箱梁姿态进行调整，故滑轮组与重力方向会形成一个夹角，经对现场进行测量最大夹角不超过45°。按45度计算。F=Q/cos45°=2.5*2=3.5353.6吨动滑轮组受力简图： F1=F/4=3.6/4=0.9吨吊臂受力验算吊臂受力简图

25、: F2=F*COS25°=3.6*COS25°=3.26吨F3=F2*1.44/0.18=3.26*1.44/0.18=26.08吨设备选用及验算卷扬机：双机提升折减系数为0.8，安全系数取1.5。故0.9*1.5/0.8=1.69。卷扬机选用2吨慢速卷扬机。钢丝绳：安全系数取8，选用D=12mm,天然纤维芯钢丝绳，总荷载为0.9*10+50.5*0.17*10/1000=9.08KN，经查该钢丝绳最小破断拉力为75.1KN，75.1/9.08=8.27>8。滑轮：F=3.6，3.6/0.8=4.5,滑轮直径D=12*10=120mm。故滑轮选用直径大于120mm，载荷为5吨的双轮闭口吊环式滑车。吊臂：吊臂选用300*150*18*18，材质选用Q345B级钢。卡销直径40，材质为45号钢。Q(F3)=26.08*10*1000=260800N =260800/(18*2*40)=181.1N/mm²<295N/mm² FV=260800/(18*2*