超大钢结构球体超高空吊装方法创新（18页）

1、超大钢结构球体超高空吊装方法创新工程概况XX工程位于素有“天下第一村”之称的江苏省江阴市华西村。地上72层，地下两层，总高度328米，占地面积2.84万平方米，总建筑面积21.3万平方米。该建筑中间一个塔，外围三个塔，上部一个50米直径的圆球，意为“三足鼎立、明珠置顶、如日中天”。(见图1、图2)图1、XX效果图图 图2、XX顶部钢球体效果图QC小组概括QC小组简介 QC小组内容简介 （表一）课题超大钢结构球体超高空吊装方法创新小组名称中建二局深圳分公司XXQC小组小组活动时间2010年2月23号2010年7月20号小组成立时间2010年2月23号课题类型创新型小组注册号CSCEC-SZ-00

2、5组长XX小组人数11人QC教育时间48小时以上活动频次3次/月审核人： XX 制表人： XX 制表时间：2010年2月23号2、QC小组成员（表二）序号姓名文化程度职称职务组内职务组内分工1本科高级工程师副总工程师组长主持小组工作2大专工程师项目经理副组长项目负责3大专工程师生产经理副组长现场负责4硕士工程师技术负责人组员技术负责5本科工程师技术员组员焊接技术、质量6高中技师安全员组员起重、机械7大专职员预算员组员成本考核8高中职员安全员组员安全9本科职员资料、后勤组员资料、统计10大专职员吊装队队长组员安装实施11本科教授级高工技术顾问总监技术把关审核人： XX 制表人： 王乐 制表时间：

3、2010年2月23号选择课题1、问题的提出塔楼顶部球体钢结构的腰桁架中心线从下弦开始往外倾斜，到“赤道”最大直径处悬挑跨度11米。并且构件截面大、重量重，塔吊起重能力有限，不能采取整榀甚至分段进行吊装，如果散拼又难于解决胎架和操作平台。工期因素、安全因素、成本因素，必须找到既快捷又安全、既安全又节约的安装施工方法。具体分析如下：（1）、如果搭设脚手架进行高空散装，经计算需脚手架高度30米左右，面积1700多平方米，安装措施投资很大，并且工期很长。（2）、在300米的高空搭设悬挑脚手架本身的安全风险就很大，搭设措施、安全防护又有很大的工程量，安全隐患多。2、课题确定球体钢结构安装的难点要点是在没

4、有满堂红脚手架的情况下采用散件吊装时，腹杆与上弦接口的组对困难，没有脚手架不能去人，搭脚手架又有安全、工期、成本等诸多制约因素。能不能找到两头兼顾、两全其美的安装方法呢，以此提出了本课题。设定课题目标1、课题目标一次性通过球体钢结构安装分项工程的结构验收。2、目标可行性分析（1）、可以通过钢结构专业分析软件，搭建球体的三维实体模型，进行仿真模拟安装，提供方案实施提供参考依据。（2）、充分利用各楼层梁可以用于桁架的临时固定，并可通过楼层梁可以到达桁架上弦的条件，统筹考虑，完善安装程序和措施，能达到课题目标。（3）、本小组的技术力量强、有多年丰富的钢结构安装施工经验，创新意识强，能群策群力，QC活

5、动，完成课题任务。提出方案并确定最佳方案1、方案的提出2010年3月5日至10日，围绕“直径为50米的球形钢结构在300米高空的吊装”这一中心课题，QC小组成员通过“头脑风暴法”集思广益对高空悬挑球体安装方案进行讨论，绘制亲和图加以归类、汇总共提出了三种主要安装方法：钢管脚手操作架的高空散拼法、桁架分段安装法、上弦与相关腹杆组合安装法。图3 亲和图审核人： XX 制图人： 李群林 制表时间：2010年3月10号2、方案对比、分析塔顶球体桁架吊装方案对比分析 (表三)序号安装方案名称安装主要方法工期、经济成本及可行性分析优点缺点结论方案一钢管脚手操作架的高空散拼法从桁架下弦层悬挑搭设钢管脚手架，

6、按原设计分段，从下往上安装桁架杆件构件重量在塔吊起重能力范围之内不用修改原设计分段所有腹杆与上弦的接口都需要搭设脚手操作架，工作量很大；工期预计加长30天，成本高出近70万；在300米高空脚手架共需悬挑11米，危险性大，安全防护措施难度大。不适合方案二桁架分段安装法地面分段组装和焊接、分段吊装、高空对接工人可以在上弦和下弦进行安装作业，操作架和安全措施相对简单，成本较低、工期较短桁架分段不可能太短，塔吊起重能力只有5吨，不能满足分段的桁架重量不适合方案三上弦与相关腹杆组合安装法先吊装上弦楼层的水平钢梁，腰桁架端用钢马凳临时支撑在下层钢梁上。然后在地面将一段上弦和与之相关的竖腹杆、斜腹杆用螺栓临

7、时连接在一起，形成“爪”字形，然后起吊，将上弦与楼层水平钢梁相连，完成腹杆和上弦4支构件的安装工人只需在上弦和下弦进行安装作业，操作架和安全措施最简单，成本低、速度快、工期短；通过“爪”字形方案的创新后，散件数量由原来的800件减少为近500件左右。需要根据组合吊装方案，重新进行桁架制作厂的构件分段。最佳审核人： XX 制表人： XX 制表时间：2010年3月12号3、确定最佳方案通过对比，分析，第三种方案（上弦与相关腹杆组合安装法）评为最佳方案。制定对策1、关键工序确定根据方案选择的上弦与腹杆组合安装法编制具体施工工艺并确定关键工序。 图4 球体桁架施工工序图小组成员认真分析了球体桁架施工的

8、工序流程，综合考虑工期、质量、安全等因素确定了如下关键施工工序：球体托桁架单元吊装；球体下弦及上弦水平梁吊装；球体上弦钢梁吊装；球体悬挑腹杆及上弦杆吊装。2、绘制对策表针对施工过程中的关键工序，小组成员采用“5W1H”的方法制定了具体的施工对策。 关键工序对策表 （表四）关键工序对策（what）目标（why）措施（how）地点（where）完成时间（when）执行（who）球体托桁架单元吊装地面拼装单元吊装空中对接在15天内完成托桁架安装工作，托桁架节点中心线偏差在2mm以内提前在地面将托桁架单元组对焊接；托桁架地面安装临时安全平台施工现场2010年5月30日球体桁架下弦及下弦水平钢梁吊装单元

9、吊装全站仪精确定位保证下弦杆件安装位置及标高误差在2mm以内计算机三维建模测量节点坐标值；全站仪测量每一个安装节点坐标值施工现场2010年6月20日球体桁架上弦楼层水平钢梁吊装采用可调节标高式马凳临时支架满足悬挑桁架腹杆及上弦固定需要，标高误差在9mm以内制做可调节式临时支架；水准仪测量水平钢梁标高施工现场2010年6月30日桁架上弦、腹杆吊装将上弦和腹杆组装“爪”后组合吊装， 桁架节点垂直度偏差值在5mm以内 解决组合吊装的吊点位置、绑扎方法及吊索数量及长度施工现场2010年7月15日审核人： XX 制表人： XX 制表时间：2010年4月26号对策实施实施一 球体托桁架单元吊装托桁架从筒体

10、67层墙体悬挑向外伸出，最大悬挑11米，总计12榀，分为A、B两种类型。按照深化设计图纸杆件总计48件，如进行高空散拼空中对接次数为36次，小组成员充分考虑结构特点和现场情况，将托桁架进行单元重组，将吊次降低为16吊，空中对接次数降低为4次。此部分由雷志强、王加林执行。图5 托桁架平面布置图实施效果：2010年5月25日对安装完成的12榀托桁架进行了检查，安装质量符合设计要求，其中托桁架实际节点中心线最大偏差值为2mm，最大理论偏差值为2mm，对策目标实现。图6 托桁架测量数据（部分）实施二 球体桁架下弦及下弦水平钢梁吊装 球体下弦坐落在12榀托桁架上部是形成球体造型的基础，下弦桁架安装位置的

11、准确是确保球体安装质量的关键所在。所以小组针对此进行了球体桁架的计算机三维建模。计算机三维模拟测量,由王燕国、XX执行。 9-1a 9-5a 桁架下弦桁架上弦桁架腹杆图7 球体桁架三维模型示意在计算机模型中对桁架下弦节点进行测量，输出三维节点坐标数据。 下弦桁架节点三维坐标表 （表六）节点编号x轴坐标y轴坐标z轴坐标节点编号x轴坐标y轴坐标z轴坐标9-1205.383684.867287.29-10161.517677.133287.29-1a204.378688.617287.29-10a162.522673.383287.29-2202.737682.135287.29-11164.163

12、669.865287.29-2a200.511695.315287.29-11a166.389666.685287.29-3197.765698.061287.29-12169.134663.939287.29-3a194.585700.287287.29-12a172.315661.713287.29-4191.067701.928287.29-13175.833660.072287.29-4a187.317702.933287.29-13a179.583659.067287.29-5183.45703.271287.29-14183.45658.729287.29-5a179.583702

13、.933287.29-14a187.317659.067287.29-6175.833701.928287.29-15191.067660.072287.29-6a172.315700.287287.29-15a194.585661.713287.29-7169.134698.061287.29-16197.765663.939287.29-7a166.389695.316287.29-16a200.51666.684287.29-8164.163692.135287.29-17202.737669.864287.29-8a162.522688.617287.29-17a204.378673.

14、383287.29-9161.517684.867287.29-18205.383677.133287.29-9a161.179681287.29-18a205.721681287.2 制表：李群林 日期：2010年5月16日施工过程中采用球体内部坐标控制网进行安装测量，球体外围三个塔楼顶部建立外部坐标控制网进行测量复核的双控制网（见图8）。采用全站仪根据三维坐标值进行测量校正，将测量数据与理论数据比较，控制偏差值在2mm以内后进行固定焊接。图8 球体测量控制网示意实施效果：2010年6月12日桁架下弦圆周封闭焊接完成后对其进行了测量复核，所有节点测量数据与理论数据比较，实测最大偏差值为2mm

15、，最大理论偏差值为2mm，满足规范要求。图9 球体下弦杆件坐标偏差值（部分）实施三 球体桁架上弦层水平钢梁吊装球体桁架上弦钢梁吊装。因桁架“爪”字形构件向外悬挑，为保证安装过程中的稳定性，必须通过上弦水平钢梁进行拉结固定。水平钢梁安装时利用可调标高的马凳进行钢梁支撑（见图10）。此部分由XX、胡忠敏执行。图10 上弦水平钢梁支撑马凳示意图 图11 马凳上部节点实物图实施结果：2010年6月18日钢梁安装完成后测其标高最大偏差值为6.6mm，最大理论偏差值为9mm，对策目标值实现。图12 上弦水平钢梁标高偏差值（部分）实施四 球体桁架上弦及悬挑腹杆吊装球体桁架悬挑腹杆及上弦杆吊装。如何在300m

16、高空安装悬挑距离达11m的大型桁架构件成为球形钢结构安装的重中之重!为此小组查阅大量资料，多次展开讨论，认真编写球体桁架安装方案，最终确定了采用无支撑“爪”字形悬挑安装的创新工法。此部分由XX、王加林执行。具体方法为在桁架下弦、上弦水平钢梁安装完成以后，在地面将一段上弦和与之相关的竖腹杆、斜腹杆用螺栓临时连接在一起，成“爪”字形，然后用塔吊进行起吊、就位、安装（见图13）。安装工人只需在下弦操作面进行腹杆与下弦接口的连接，再将上弦与楼层水平钢梁完成螺栓连接就快速完成4支构件的吊装。不需在高空进行腹杆上端与上弦接口的组对工作，降低了施工难度，也并减少了操作架搭设工作量。提高了效率、降低了成本，无

17、需搭设平台，安全防护易于实现。 图13 “爪”字形吊装现场照片实施效果：2010年7月1日球体桁架整体安装完成后，实际测量桁架中心线最大垂直度偏差值为5mm，最大理论偏差值为5mm，对策目标实现。图14 桁架中心线垂直度偏差值效果检查1、目标完成情况采用“爪”字形吊装方案顺利完成球体桁架安装。根据部分测量数据绘制了偏差值折线图，其中托桁架节点中心线最大偏差值为2mm，下弦杆件坐标最大偏差值2mm，钢梁标高最大偏差值为6.6mm，超声波探伤一次合格率98%。均满足设计和规范要求。（见图1518）图15托桁架节点中心线 图16 杆件节点最大偏差值折线图 图17 钢梁最大标高偏差值比较图图18 超声波探伤合格率柱状图并于2010年7月2010年7月10日钢结构球体桁架一次通过了业主、监理、质检站的专项钢结构检查验收。2、经济效益通过采用高空悬挑创新吊装方案节约工期30天，节约成本72万元，取得了很好的经济效益。这是一张小组对经济效益的分析表，也得到了公司各部门的肯定。图19 经济效益分析认证表3、社会效益通过此次QC小组活动，优质高效的完成了球体桁架安装施工，总结出了高空悬挑球体桁架创新施工工法。无安全事故发生，球体桁架安装完成后得到了监理、业主和设计单位的一致