大跨度张弦桁架一次张拉及吊装施工工法国企编制大量附图

TJGF085-2010大跨度张弦桁架一次张拉及吊装施工工法1XX2XX1XX1XX1XX1XX2XX1.前言天津梅江会展中心工程主体钢结构总用钢量约为2.9万t，但钢结构安装工期却仅有75d。其中主展厅屋盖钢结构采用了大跨度预应力张弦桁架，桁架总长103m，总重量近100t，安装高度近40m，考虑到该工程主展厅跨度大、现场场地限制与土建的穿插配合、以及仅仅8个月的总工期要求，张弦桁架的施工采用“地面散拼成分段，分段组拼成整体通过一次张拉完成后双机抬吊就位”的方法，在22d时间内完成了32榀张弦桁架张拉及吊装施工。取得了极大的社会效益与经济效益。本文通过介绍主展厅张弦桁架的拼装、张拉以及双机抬吊等重要工序的施工方法，形成本工法，并为后续类似工程施工提供参考。2.工法特点2.1利用地面散拼成分段，分段组拼成整体通过一次张拉完成后双机抬吊就位”的方法大量减少高空作业，增加安全系数，保证钢结构拼装精度，在短时间内完成大面积、大跨度钢结构施工工作。2.2采用新的张弦桁架拼装技术，用ansys等软件模拟实际工况，对各种最不利情况进行计算分析，得出分析数据，将数据信息反馈技术应用于施工，并据此检测指导施工，动态修正施工方法保证所有拼装、抬吊、安装、张拉等所有条件均满足规范及设计要求，确保施工安全时效。图2.2张弦桁架整体模型施工模拟计算2.3张弦施工技术是如今钢结构施工的前沿技术，拼装、张拉安装技术充分发挥其时效的功能性，与时俱进。其施工方法的有用性适应了外部环境的变化，并根据实际情况相应调整施工方法以利钢结构安装技术的生存和发展。3.适用范围大跨度场馆桁架结构，超高层建筑加强层桁架，受地形复杂、高空限制等大型钢结构施工。4.工艺原理张弦桁架施工技术采用现场散件拼装，在地面卧拼胎架上分段拼装之后倒运至安装位置，上高拼胎架上组拼成正榀桁架，在地面拼装完单榀张弦桁架后，一次张拉到位，然后把张弦桁架吊装到柱顶就位，此时桁架支座允许滑移，安装完次桁架和屋面结构后，固定桁架支座，并对张弦桁架的上弦变形进行监测张拉后再整体吊装。图4桁架地面上拼装示意图5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图5.1张弦桁架施工流程图5.2操作要点桁架拼装的地面拼装本工程张弦桁架分六段进行散件制作，主弦杆长度控制在18m以内，在地面组装成三个大分段，拼装完成后分段长度在30m左右。桁架拼装尺寸按照设计要求进行设置，拼装时实时监测桁架节点位置坐标，及时调整避免累积误差，并在构件焊前焊后做好变形监测。图5.2.1-1张弦桁架地面散拼施工中具体要求有如下几点：1、严格控制胎架位置精度，确保胎架与桁架关系。2、搭设胎架前，对桁架进行分段，根据重量进行模拟验算，分析胎架变形情况。3、由于场地有限，张弦桁架双机抬吊高空组装，构件在进场前必须选好堆放、拼装场地及转运路线，对汽车吊抬吊施工区域进行加固4、胎架上方设置可调节千斤顶，防止桁架地面拼装变形。图-2胎架顶部示意图、分段桁架在张拉胎架上组拼由于桁架下弦撑杆及拉索安装后高度将达到11m，为了便于桁架张拉体系的安装，施工中设置了一组高空张拉胎架，胎架高度最高为11m，一组共设置四个独立胎架用来支撑桁架的三个分段，胎架选用圆管、工字钢等材料。张拉胎架的外形设计在计算机模型中进行，根据张弦桁架模型对胎架的细部尺寸进行计算，对碰撞位置进行调整，最终得到胎架的精确布置及细部节点尺寸。分段桁架就位后利用千斤顶调节节点标高，桁架分段安装顺序为先中间后两边，组对完成后安装撑杆及拉索。图-1张拉胎架的设计模型张拉胎架张拉胎架图-2现场高空组拼照片、拉索的安装索在地面开盘，借助导链牵引放索。为防止索体在移动过程中与地面接触，损坏拉索防护层或损伤索股，在地面沿放索方向间距2.5m左右设置滑动小车，以保证索体不与底面接触，同时减少了与底面的摩擦力。由于索的长度要长于跨度，索展开后应与轴线倾斜一定角度才能放下，因此牵引方向要与轴线倾斜一定角度，并牵引时使索基本保持直线状移动。索头的安装先将牵引端的索头安装就位，再安装另一端，在索体未进节点孔时用一只2t倒链将索头位置吊起，微调至节点孔内，同时用另一只5t牵引倒链进行牵引就位。图放索及索头安装、张拉施工1、按照理想模型在地面拼装完单榀张弦梁后，一次张拉到位，然后把张弦梁吊装到柱顶就位，此时桁架支座允许滑移，安装完次桁架和屋面结构后，固定桁架支座，并对张弦梁的上弦变形进行监测。2、拉索采用单端张拉，张拉时对位移和材料应力进行双控。张拉设备示意如图。经计算，索的张拉力约140t左右，单端张拉，考虑四个展厅故选用4台250t千斤顶。预应力钢索张拉前根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对千斤顶、油泵进行标定。实际使用时，由此标定曲线上找到控制张拉力值相对应的值，并将其打在相应的泵顶标牌上，以方便操作和查验。3、施工前用仿真模拟张拉工况，以此作为指导第一榀桁架试张拉的依据。计算表明索拱达到变形控制点时所需张拉索力为137t，试张拉逐级加载分成5级，分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.05σcon，既274、548、822、1096、1439kN。先测定张弦桁架中点的矢高，依次测定桁架端部水平位移，以及其他测点的位移和内力，并及时在现场进行计算机辅助分析，调整下部张拉。试张拉完成后，整理出各张拉技术参数的控制指标值，形成技术文件，用于指导正式张拉。图张拉工装4、由于在张拉时桁架能够滑动，故必须减少桁架弦杆和胎架之间的摩擦力，因此在胎架和桁架之间设置滑动措施，减小张拉过程中对胎架的水平力，施工安全性更容易保证。、双机抬吊施工主桁架长103m，宽3m，高约2.5m，总重约95t（包括吊钩及吊绳的重量），吊装选择2台300t汽车式起重机作为屋面桁架吊装的主吊机。根据有关规范规定：每台汽车吊的额定起重量*80%＞双机抬吊分配吊重双机总额定负荷*75%＞双机抬吊构件重量则每台汽车吊的起重能力为：64t*80%=51.2t＞95t/2则二台汽车吊的起重能力为：64t+64t=128t128t*75%=96t＞95t综上所述，所选2台300t汽车吊进行双机抬吊主桁架方案可行。双机抬吊时为充分发挥300t汽车吊的起重性能，在选择吊点时尽可能缩短吊点间距从而减少汽车吊吊装时的臂长，针对张弦桁架的吊装进行相应的施工模拟计算，对吊装过程中索应力及杆件应力的变化进行验算。图-1吊装工况验算图-2双机抬吊现场、张弦桁架施工技术改进1、增设临时支撑胎架，胎架顶部设置千斤顶，精准测量，监测复校。对胎架进行精准布置、测量放线、模拟加载计算，将数据反馈于施工，监测胎架变形，同时利用胎架上方千斤顶对胎架上的桁架进行校核，节省大量高空作业，保证地面一次安装到位，产生很好的经济及社会效益。2、高空张拉施工，施工难度高，保证结构稳定按照理想模型在地面拼装完单榀张弦桁架后，一次张拉到位，然后把张弦桁架吊装到柱顶就位，此时桁架支座允许滑移，安装完次桁架和屋面结构后，固定桁架支座，并对张弦桁架的上弦变形进行监测。6.材料与设备工程中所使用材料无需特别说明，采用机械设备见表6：表6机械设备表序号名称规格/型号数量备注1300t汽车吊300t4台桁架吊装2150t汽车吊150t6台主展厅次桁架吊装装3二氧化碳焊机NBC-500163台4直流焊机ZX7-400105台5压型钢板点焊机CPVD3501台6空压机0.6m³24台7高温烘箱00C—50000C4台8测温笔、测温仪50支9碳弧气刨枪20支7.质量控制施工现场质量符合《钢结构施工质量验收规范》GB50205-2001等有关规范。钢结构施工质量控制的重点在于如何控制焊接质量，本工程中桁架采用散件拼装，焊接量大，如何保证焊接质量，成为了整个工程的质量控制重点。焊接质量控制措施见表7。表7焊接质量保证措施表序号焊接质量保证措施施1焊接施工前搭设防防护棚。2焊接使用药芯焊丝丝，并使用大大流量的CO2气体进行焊焊接保护，增增加CO2保护气柱的的挺度，提高高抗风能力，形形成对焊接熔熔池的渣—气联合保护护。3焊接前进行焊口清清理，清除焊焊口处表面的的水、氧化皮皮、锈、油污污。4严格按照焊接工艺艺评定所得参参数施焊。5焊接过程中严格控控制层间温度度。6焊道之间熔渣的清清除必须彻底底。7分次完成的焊缝，再再次焊接前要要进行预热处处理。8采取合理的焊接顺顺序施工。9焊后后热处理8.安全措施本钢结构安装工程的安全防护主要做好以下四个方面的防护：施工前安全设施准备、安装过程安全防护、起重设备安全防护、用电安全防护。8.1施工前安全设施准备安全机具、材料防护设施的准备；吊装安全防护设施的准备；焊接安全防护及防火设施准备；栓焊施工临边安全防护、防火设施准备；安装辅助材料、气体、废铁垃圾吊运安全吊篮的准备；现场机具房、材料库房、气体房安全警示牌及消防器材布设，配电柜等用电设施检查验收。8.2安装过程安全防护钢结构安装安全防护的重点是做好室内施工行走通道、垂直通道的防护，临边及屋顶悬挑结构部分的整体安全防护、具体如下：张弦桁架拼装安全防护，在胎架的顶部搭设安全操作平台，使用跳板铺设面，并在底部设置防火板，防止焊接火花引然地面堆放材料。操作平台四周设置1.2m的安全护栏，并使铺设绿网。图钢结构垂直通道钢结构垂直通道垂直通道主要采用环抱在主体钢柱上的脚手架楼梯作为垂直通道；通道口必须悬挂警示牌。钢结构临边采用不低于1.2m高的钢管脚手架进行防护。并拉设密目网及安装挡脚板见上图。屋面水平通道图钢结构屋面水平通道8.3起重设备的安全防护统一高空、地面通迅，联络一律用对讲机，严禁在高空和地面通过喊话联络。起重指挥要果断，指令要简短明确。按“十不吊”操作规程认真执行。8.4用电安全防护搞好安全用电。现场用电应有定期检查制度，对重点用电设备每天巡回检查，每天下班后一定要关闸。所有电缆、用电设备的拆除、现场照明均由专业电工担任，要使用的电动工具，必须安装漏电保护器，值班电工要经常检查、维护用电线路及机具，认真执行JGJ46—88标准，保持良好状态，保证用电安全万无一失。9.环保措施9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾的控制和智力，遵守有关防火及废弃物处理的规章制度。做好环境的交通疏导9.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.3优先选有先进的环保机械，采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施，尽量避免夜间施工。9.4对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。10.效益分析10.1本工法将工程施工由高空转成地面，避免了大梁的高空作业，消除了严重的高空作业隐患，施工产生的点焊火花作业高度减小，大幅度减小作业危害为以后大跨度网架的结构施工提供了可靠地决策依据和技术指标，新颖的工法技术将促进大跨度钢结构桁架工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显。10.2本工法与同类钢结构施工工法相比，由于高空施工少，安装精准，工期短，干扰因素少，有利于文明施工，各类资源能较好的利用，能确保周围既有设施完好无损，确保人员生命财产安全，节省大量场地，在22d内完成所有桁架施工，对所有后续工作的开展提供了广阔的平台，形成了较好的经济效益。11.应用实例天津梅江会展中心工程——大展厅屋盖张弦桁架安装11.1结构概况分布在建筑物四个角的展厅A、B、C、D，结构形式类似，屋盖均为大跨度弧形张弦三角桁架结构，包含8榀主桁架2榀边桁架，各主桁架间连接6榀次桁架，张弦桁架长度103m，最大跨度为89m，顶部标高最高点为35.6m，山墙位置有夹层钢框架结构。单个展馆建筑面积为1.3万㎡，张弦桁架两端在支座位置采用了铸钢节点，支座形式为一端固定，一端滑动，钢柱最大截面为2m×1m。材质选用Q345B，主桁架间距15m，次桁架间距18m，主次桁架高度相同均为2.5m，宽度3.0m，弦杆为圆钢管，最大截面为Φ457*26mm。跨中撑杆的高度为8m，撑杆采用圆钢管，均匀地布置9根，下弦索采用的是Ø265x7mm半平行钢丝束，拉索张拉力为137t。图11.1张弦桁架屋盖体系11.2工程施工难点本工程施工中面临的难点主要概括为以下几点：工期紧，质量要求高。工程要求投入使用时间为2010年5月，2009年9月正式开工，钢结构主体要求在12月底前完成，设计、深化、制作及现场安装都需在3个月内全部完成，同时工程为市重点工程项目，质量要求高，工程完工需确保“鲁班奖”。张弦桁架跨度大，结构形式特殊，安装难度大。张弦桁架全长103m，安装撑杆后自身高度近11m，总重近100t，施工工序繁多，包括桁架拼装、焊接、拉索安装、张拉，索夹预拧终拧等多道工序。拉索张拉及大跨度桁架的吊装的安全保证措施要求高。桁架张拉过程中会对桁架结构以及支撑体系产生较大影响，张拉过程中的安全性必须严格保证。桁架整体吊装过程中对拉索，杆件的影响也需进行细致分析，确保吊装安全。综合考虑现场场地以及工期要求，桁架