建筑工程镂空曲面超薄全铸钢结构综合技术附图

镂空曲面超薄全铸钢结构建造综合技术研究与应用科技成果综合报告二○一三年五月三日目录HYPERLINK\l"_Toc356063217"一、项目简介-1-HYPERLINK\l"_Toc356063218"1、项目概况-1-HYPERLINK\l"_Toc356063219"2、立项背景-1-HYPERLINK\l"_Toc356063220"二、详细科学技术内容-1-HYPERLINK\l"_Toc356063221"1、整体思路-1-HYPERLINK\l"_Toc356063222"2、项目研究的主要过程及内容-2-HYPERLINK\l"_Toc356063223"2.1项目研究的主要过程-2-HYPERLINK\l"_Toc356063224"2.2本课题研究内容-3-HYPERLINK\l"_Toc356063225"2.3创新技术和其他技术-3-HYPERLINK\l"_Toc356063226"（一）全铸钢空间曲线波浪塔造型研究、结构体系优化及深化设计研究、结构整体有限元分析、空间曲线铸钢节点有限元分析及试验研究-4-HYPERLINK\l"_Toc356063227"（二）优质低合金双曲薄型铸钢构件铸造工艺、热处理、校正和机加工技术-49-HYPERLINK\l"_Toc356063228"（三）可调环形拼装胎具、环形单元组拼和镂空曲面铸钢单元吊装高空多点定位拼装技术-54-HYPERLINK\l"_Toc356063229"（四）锌加配合热镀锌成套防腐技术及铸钢结构焊缝检测方法和评定办法-74-HYPERLINK\l"_Toc356063230"（五）超高无附着操作脚手架搭设施工技术-85-HYPERLINK\l"_Toc356063231"三、主要技术创新点-89-HYPERLINK\l"_Toc356063232"四、与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较-90-HYPERLINK\l"_Toc356063233"五、推广及应用情况-90-HYPERLINK\l"_Toc356063234"六、效益-91-HYPERLINK\l"_Toc356063235"1、经济效益-91-HYPERLINK\l"_Toc356063236"2、社会效益-91-HYPERLINK\l"_Toc356063237"七、工程图片-91-一、项目简介1、项目概况镂空曲面超薄全铸钢结构综合建造技术研究与应用属大型空间钢结构领域。“镂空曲面超薄全铸钢结构建造综合技术研究与应用”是选课题，本课题研究周期2012年2月至2012年12月，分准备、实施、总结三个阶段进行。该综合施工技术针对空间曲面全铸钢结构曲率大、施工空间狭小、材料性能及外形独特的现状，结合目前世界无相关技术研究以及在镂空曲面超薄全铸钢结构制作安装过程中精度标准高及难度大等特点和难点所提出；尤其对全铸钢空间曲线波浪塔造型研究、结构体系优化及深化设计研究、结构整体有限元分析、空间曲线铸钢节点有限元分析及试验研究，优质低合金双曲薄型铸钢构件铸造工艺、热处理、校正和机加工技术，可调环形拼装胎具、环形单元组拼和镂空曲面铸钢单元吊装高空多点定位拼装技术和锌加配合热镀锌成套防腐技术及铸钢结构焊缝检测方法和评定办法进行了重点的研究和开发。目前课题研究已完成全部研究项目，达到预期研究目标，并在工程应用中成功应用，创造了良好的经济效益和社会效益。2、立项背景目前，国内外无镂空曲面超薄全铸钢结构综合建造技术研究与应用相关报道。经国内外针对镂空曲面、全铸钢塔结构和铸钢构件及施工技术等数据查新，其多见节点和铸钢轴的文献报道，如铸钢节点设计、多角度钢结构铸钢节点的研制和铸钢节点铸钢轴和铸钢塔结构的研究等，而针对镂空曲面超薄全铸钢结构综合建造技术研究与应用国内外均无研究。镂空曲面超薄全铸钢结构综合建造技术研究与应用不同于其他大型空间钢结构综合安装技术，尤其是安装过程中需同步针对形式复杂的结构和建筑造型的新颖，同时从前期设计、中期施工和后期防腐维护,更需通过过程施工结合设计予以一体化分析和技术创新,可以说技术更加专业。本综合施工技术通过对镂空曲面超薄全铸钢结构综合建造技术研究与应用的特点和难点分析，提炼其关键技术并进行深入研究和开发；从镂空曲面超薄全铸钢结构综合建造技术研究与应用施工技术、特殊施工技术和通用施工技术三个层面进行研究，形成镂空曲面超薄全铸钢结构综合建造技术研究与应用，进而填补了我国在大型空间钢结构下镂空曲面超薄全铸钢结构施工领域方面的技术空白。二、详细科学技术内容1、整体思路1.1攻关目标科技立项的攻关目标是：以迎宾塔工程为依托，研究镂空曲面超薄全铸钢结构综合施工技术研究与应用，并等从此得到完善的、可操作的、先进的施工成果，指导本工程顺利实施完毕，为本企业及其他企业类似项目提供指导依据，并指导同类工程施工，整体技术研究确保国内领先水平的前提下达到国际先进水平。1.2研究思路针对此建筑造型新颖、结构形式复杂、专业性强、技术难度大等特点，在本成果开发研究中，我们始终遵循以下思路：（1）借助相关知名研究院及专家，用理论分析、模拟仿真及实验方法相结合，对各类工程难点进行技术攻关，力求规范化、标准化，指导类似工程实践；（2）在详细策划的基础上，对施工全过程进行全面系统的技术总结；（3）在总结的技术上提高，力求对一般钢结构施工具有实用性或指导性；（4）结合同类工程，进行类比并提炼。2、项目研究的主要过程及内容2.1项目研究的主要过程（1）调研阶段自签订总承包合同起即组织相关专家、技术人员对本工程进度、安全、质量、成本起关键作用的重要施工方案、施工工艺进行调研，研究各项施工方案、施工工艺的可行性。针对施工过程中的关键技术及难点，收集相关大量技术资料，确定了各项关键技术的研究思路和实施方案。（2）方案论证阶段在施工技术准备阶段，组织了国内知名专家以及有丰富施工经验的技术人员进行多种方案的比较、论证，确定了总体施工组织设计和关键施工方案的整体思路和技术路线。在工程施工的各个阶段，又针对现场的实际情况进行方案的“再论证”，不断地进行调整和优化。因此说，迎宾塔工程的实施方案是在不断实践、探索、反复论证并优化中完成的。（3）模拟分析阶段针对各项关键技术，进行了多次分析、研究，并邀请相关知名专家专题论证，使工程得以顺利实施。铸钢单元的施工是在通过计算机做了每一种工况的模拟实施无误后，才能进行实际施工。（4）实施阶段本项目研发的关键技术全部应用于实践，项目严格按照既定的技术方案组织施工，在施工过程中也根据实际工况多次对方案进行优化调整，同时多次组织专家进行“再论证”。在实施过程中不断创新，保证了工程施工工期、安全、质量和成本目标的实现，将所有的施工偏差控制在设计图纸要求的范围内，主体质量验收一次性全部合格。所研究和开发的技术，为本工程的施工提供了技术保障。（5）本工程施工难点由于铸钢构件在浇筑过程中受热胀冷缩影响，导致波形构件及钢柱不可避免的产生变形，很难实现工程制作安装所要求精度，构件铸造难度大。。本工程属于市的标志性建筑，对建筑的观赏性要求极高，对铸钢构件来说提出了特殊的要求，增加了制作的难度。。铸钢构件的双曲面造型及构件的形状增加了拼装的难度，同时主体结构对圆度和垂直度的要求对拼装安装的精度提出了高要求，增加了施工难度。迎宾塔工程工期异常紧迫，自领取施工图纸至主体结构封顶工期要求仅45天；同时施工场地狭窄、钢塔高耸、主体结构刚度小，不适用附着式起重机械及脚手架。增加了施工组织的难度。2.2本课题研究内容在分析了本工程特点和难点的基础上，我们从中提炼了4项目前国内外还未解决的施工难题，作为本课题创新内容进行研发，分别是：(1)全铸钢空间曲线波浪塔造型研究、结构体系优化及深化设计研究、结构整体有限元分析、空间曲线铸钢节点有限元分析及试验研究。(2)优质低合金双曲薄型铸钢构件铸造工艺、热处理、校正和机加工技术。(3)可调环形拼装胎具、环形单元组拼和镂空曲面铸钢单元吊装高空多点定位拼装技术。(4)锌加配合热镀锌成套防腐技术及铸钢结构焊缝检测方法和评定办法。课题实施中，我们结合工程特点，分别成立了针对分部分项工程和专项技术攻关的联合攻关、专业攻关小组。研制过程中，针对工程编制的研究方案，并对试验结果进行理论分析和实践检验。同时，我们借鉴国内各类钢结构工程已形成的综合技术指导该工程的施工，并对新的成果进行充实、完善和提高，持续改进，最终形成了本研究成果。2.3创新技术和其他技术在施工过程中，通过理论和实践相结合，精心策划、研究和提炼，总结了4项创新技术和1项其他施工技术，分别简要介绍如下。（一）全铸钢空间曲线波浪塔造型研究、结构体系优化及深化设计研究、结构整体有限元分析、空间曲线铸钢节点有限元分析及试验研究1、全铸钢空间曲线波浪塔建筑造型研究1.1引言根据建设单位对建筑功能的要求，并立足于市及的总体规划，经过方案的层层比选，提出了空间曲线波浪塔的建筑造型，并对建筑的照明方式、检修措施进行了一系列的研究。1.2空间曲线波浪塔建筑造型研究1.2.1工程特点市的建设在市城市规划中占有重要的地位。建筑对处，没有一个典型建筑或结构与大剧院相呼应，文化效果体现不明显；并且西侧仅有绿化景观，在两侧场馆的衬托下却显暗淡，晚间灯光开启时尤为明显。迎宾塔项目的实施，成功打造完成了的核心形象，其艺术外观作为艺术修养的一种表现与市大剧院在文化意义上相呼应，进一步丰富了的文化氛围，成为市的点睛之笔，进一步突出的整体形象。图1.2.1-1项目选址位置示意图立足上述规划要求，该课题针对建筑选型做了上百种方案，其中多项方案都获得各界专家好评，在经过多轮比选后以正弦曲线为基调的空间曲线波浪塔建筑造型脱颖而出。图1.2.1-2至1.2.1-9为比选过程中的多项具有代表性的建筑方案。图1.2.1-2生命之树一图-3生命之树二图-4生命之树三图-5幸运四叶草图-6月季花塔图-7彩虹图-8渤海风帆图-9双螺旋基因塔1.2.2建筑造型该方案中波浪层叠的形式象征着市厚重的历史、人文的积累，同时也象征着稳固的经济基础。市作为临海城市，充满了生机与活力，蕴藏着巨大的发展潜力，必将吸引世界的目光。波浪代表城市不竭的发展动力，在波动中蕴藏着能量并释放能量，波浪翻滚流动来源于自然力量的和谐。这种和谐的曲线也代表着这座城市人与自然和谐的发展观，以及人与人之间和谐相处的城市文化氛围，充分展示的现代城市形象。市迎宾塔占地面积314m2，是以正弦曲线为基础的呈波浪造型的迎宾塔。塔直径12米，广场地坪以上51.854米，广场地坪至下沉广场地坪9.806米，建筑高度为61.66米，是世界上首例全铸钢结构建筑物，由弧面波浪构件、16根竖向立柱和塔内轮辐结构组成。16根立柱共同支撑塔体重量，轴向环绕分布，象征着16个区县紧密团结，共同支撑的繁荣发展。图1.2.2-1迎宾塔白天效果图图1.2.2-2迎宾塔白天实景图1.3建筑照明研究各建筑均为浅黄的柔亮色，南北两侧场馆分别位于大剧院左右两侧，凸显出大剧院的清新通透。为体现核心汇聚力的完整性，避免形成环湖三面灯光璀璨，而西侧独暗的局面，迎宾塔的夜景景观也是的重要一笔。迎宾塔沿弧面波浪构件设置LED点光源，通过设置不同灯光变化程序，不同控制场景模式实现多样的灯光照射效果。同时该塔设备平台处共设有16盏探照灯，夜晚时银色光柱直指苍穹，象征着市的发展向上无限攀升。该建筑照明方案恰当地突出了被照主题在这个大环境中的地位，并且和周围环境照明协调一致，充分体现了照明技术和艺术的有机结合。图1.3-1迎宾塔夜晚效果图图1.3-2迎宾塔夜晚实景图1.4维护措施研究为方便塔体的清理工作以及照明设备的维修，同时考虑到不影响塔体的通透性和灵巧性，在迎宾塔内部设置旋转上升的爬梯，每隔4.39米设置一爬梯平台以供维修人员休息。同时在设备平台处设置一吊篮，维修人员可以通过吊篮运送到塔体的各个位置进行塔身清理以及LED灯源的维修。图1.4-1维修措施详图1.5小结依据市总体规划安排，为适应整体景观的要求，同时凸显市深厚的文化底蕴，在步行景观轴内下沉广场处建设了以正弦曲线为基调的空间曲线波浪塔。该方案经过层层比选，脱颖而出，是最能够代表市厚重文化底蕴的标志性建筑物。同时配套的照明设施也将迎宾塔打造成一个美丽素雅的艺术品，市建筑群以及迎宾塔必将成为屹立在美丽的文化建筑经典作品。2、全铸钢空间曲线波浪塔结构体系选型研究2.1引言本课题根据建筑造型、功能和施工进度的要求，提出了整体结构采用全铸钢结构的方案，并对全铸钢空间曲线波浪塔结构体系选型和空间曲线铸钢节点选型进行了研究。2.2全铸钢空间曲线波浪塔结构体系选型研究对于迎宾塔这种全铸钢空间曲线钢结构建筑，由于其曲率大，且在空间两个方向弯曲，使用传统的型钢进行结构设计必须使用大量节点和杆件才能实现设计效果，导致造价成本高，施工难度大，工期长，并且会由于焊接数量的增加而降低结构的承载能力。由于使用传统的型钢进行结构设计不利于施工，提出了迎宾塔采用全铸钢结构的建设方法，且经过专家论证该方法合理、经济、可行。为保证节点的加工制作质量及其受力性能，并达到工期要求，塔体所有节点均采用铸钢节点。主体结构由592个铸钢节点通过焊接连接而成，单个节点形状特殊，传力复杂。图2.2-1铸钢结构专家论证意见结构体系图2.2.1-1塔体结构模型竖向立柱采用矩形截面和工字形截面，截面高度为175mm，柱截面尺寸在塔高9.163m处发生改变，从塔底面到塔高9.163m范围内柱子截面尺寸为175×80，9.163m到塔顶范围内柱子截面尺寸为175×80×40×30。弧面波浪构件截面为槽形截面，截面宽度为300mm，高度878mm，波长4710mm。弧面波浪构件截面尺寸在塔高9.163m处发生改变，从塔底面到塔高9.163m范围内弧面波浪构件截面尺寸为300×80×30×30的槽形截面，9.163m到塔顶范围内弧面波浪构件截面尺寸为300×65×30×30的槽形截面。塔内每隔4390mm=878*5设置一层轮幅结构，用于增强塔体的稳定性，控制结构水平位移，共计14组。在标高+50.989m处为一设备平台。用于放置程控表演探照灯等相关配件。在结构上与轮幅结构有相同的作用。主要构件的截面如表2.2.1-1所示。表2.2.1-1主要杆件截截面表截面号截面类型截面号截面类型1实腹圆形截面Φ2255实腹矩形截面1775×802实腹圆形截面Φ3306H型钢截面175×880×40××303槽钢截面300××80×300×307H型钢截面150×1150×7××104槽钢截面300××65×300×302.2.2结构布置迎宾塔结构布置图如图2.2.2-1、图2.2.2-2、图2.2.2-3。图2.2.2-1竖向立柱布置图、图2.2.2-2弧面波浪构件布置图图2.2.2-3轮幅结构和平台布置图2.2.3结构材料在我国，近年高牌号钢材应用越来越普遍，我国铸钢件标准没有与之相当的牌号，现多参照德标DINEN10293选择材料，塔体主结构采用牌号为G20Mn5的铸钢。该材料焊接性能良好，合理控制化学成分，配合热处理，其屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥500MPa，完全能达到与Q345相当的力学性能。组成轮幅结构的拉杆和平台拉杆采用Q345B钢材。焊接材料选择与主体金属力学性能相适应的材料。2.3全铸钢空间曲线波浪塔铸钢节点选型研究相较于目前国内钢结构建筑广泛使用型钢构件焊接或栓接形成结构的方法，迎宾塔所采用的建筑结构方案为，直接浇铸成规定形态的基本单元－空间曲线铸钢节点，铸钢节点之间通过焊接而形成结构主体。图2.3-1为早期提出的基本单元形式，图2.3-2为单元的拼接方式。由于铸造条件的限制，后期提出了以单个形式的铸钢节点进行铸造，图2.3-3和图2.3-4为设计图中提出的两种标准形式的铸钢节点。在施工深化阶段，为方便施工，铸钢节点共分为19种形式。图2.3-1早期提出的基本单元形式图2.3-2单元拼接方式(a)节点三视图(b)节点三维模型图2.3-2空间曲线铸钢节点形式1(a)节点三视图(b)节点三维模型图2.3-4空间曲线铸钢节点形式22.4小结通过对全铸钢空间曲线波浪塔结构体系选型和空间曲线铸钢节点选型进行研究，发现与用传统的型钢进行结构设计相比，全铸钢结构更利于实现体形较小，造型复杂，且对施工进度要求紧的钢结构建筑。同时，该项研究也为类似工程的设计提供了参考依据。3、全铸钢空间曲线波浪塔结构体系有限元分析3.1引言市迎宾塔作为世界上首例全铸钢结构建筑物，应对其受力特性进行研究。本章对全铸钢空间曲线波浪塔结构体系进行了研究，采用MidasGen有限元分析软件，研究了结构的静动力特性以及轮幅结构对整体结构的影响。3.2全铸钢空间曲线波浪塔结构体系静力特性研究3.2.1主要技术参数（1）结构设计使用年限：50年；（2）结构安全等级：二级；（3）抗震设防烈度：7度，基本地震加速度0.15g，丙类建筑；（4）场地土类别：Ⅲ类，特征周期：0.55s。（5）主要荷载：1)结构自重；2)风荷载：基本风压：ω0=0.5kN/m2；风振系数β=2.25；风载体型系数μs按图3.2.1-1选取，取风荷载的方向分为+X向；风压高度变化系数μz=1.86；挡风系数Φ=0.375。图3.2.1-1风风载体形系数数图3)设备层恒荷载载：程控灯1100kg//个，共计1.6t；4)设备层活荷载载：0.5kNN/m2；5)温度作用：考考虑温度升高高40℃,温度降低25℃；6)地震作用。荷载工况和荷载组组合（1）荷载工况自重、平台恒荷载载（DL）平台活荷载（LLL）风荷载（WX）地震作用（EX）正温度作用（T++）负温度作用（T--）（2）荷载组合表3.2.2-1荷载载组合名称类型荷载组合工况LCB1承载能力1.35DLLCB2承载能力1.35DL++0.84LLL+0.884WX+00.84T++LCB3承载能力1.35DL++0.84LLL+0.884WX+00.84T--LCB4承载能力1.2DL+1.4WXXLCB5承载能力1.0DL+1.4WXXLCB6承载能力1.2DL+1.4T++LCB7承载能力1.2DL+1.4T--LCB8承载能力1.2DL+1..4LLLCB9承载能力1.2DL+1.4WXX+0.844LL+0..84T+LCB10承载能力1.2DL+1.4WXX+0.844LL+0..84T-LCB11承载能力1.2DL+0.84WWX+0.884LL+11.4T+LCB12承载能力1.2DL+0.84WWX+0.884LL+11.4T-LCB13承载能力1.2DL+1..4LL+00.84WXX+0.844T+LCB14承载能力1.2DL+1..4LL+00.84WXX+0.844T-LCB15承载能力1.2DL+0.28WWX+1.33EX+1..0LLLCB16承载能力1.0DL+11.3EXLCB17使用性能1.0DL+1.0WXX+0.7LLL+0.66T+LCB18使用性能1.0DL+1.0WXX+0.7LLL+0.66T-LCB19使用性能1.0DL+1.0EXX+0.7LLL+0.66T+LCB20使用性能1.0DLLCB21包络承载能力包络LCB22包络使用性能包络塔体静力特性分析析1.塔体杆件应力力设计结果采用MidasGeen7300建立空间有有限元模型进进行分析计算算，弧面波浪浪构件、竖向向立柱均采用用梁单元模拟拟，塔内组成轮轮幅结构的拉杆均均采用只受拉拉单元模拟。柱柱脚处设置16个支座，均均为铰接。根据MidasGeen7300软件中的杆杆件设计功能能进行杆件截截面的设计，选选择规范GB500017-20003。结构杆件件经反复调整整验算后，得得斜向拉杆最最大应力比0.729，弧面波浪浪构件最大应应力比0.723，竖向立柱柱最大应力比比0.664，满足构件件设计要求。应应力图与应力力分布区间如如图3.3.3-1、图3.3.3-2和图所示。图梁单元应力图((N/mm2)图桁架单元应力图图(N/mm2)图杆件应力分布区区间2.变形计算结果果经计算，结构的变变形以风荷载载为主，在风风荷载为主的的荷载标准组组合作用下水水平位移如图图所示。图以风荷载为主的的荷载标准组组合下结构水水平位移图(mm)其中最大水平位移移为45.00mm，故挠挠度不超过限限值1/75（819.55mm），满满足规范要求求。3.支座反力注：（1）坐标系系遵循右手定定则，坐标正正方向如右图图所示。（2）柱底竖向反力FZZ为正值表示示压力，FZ为负值表示示拉力。图支座节点编号图图1）自重、平台恒荷荷载和预拉力力（DL）工况下图自重下柱底反力力FX（kN）图自重下柱底反力力FY（kN）图自重下柱底反力力FZ（kN）2）平台活荷载（LLL）工况下图平台活荷载下柱柱底反力FX（kN）图平台活荷载下柱柱底反力FY（kN）图平台活荷载下柱柱底反力FZ（kN）3）风荷载（WX）工工况下注：由于结构平面面对称，故仅仅列出正X向风载下反反力值。图风荷载标准值下下柱底反力FX（kN）图风荷载标准值下下柱底反力FY（kN）图风荷载标准值下下柱底反力FZ（kN）4）地震作用（EXX）工况下图水平地震作用下下柱底反力FX（kN）图水平地震作用下下柱底反力FY（kN）图水平地震作用下下柱底反力FZ（kN）5）地震作用（EZZ）工况下图竖向地震作用下下柱底反力FX（kN）图竖向地震作用下下柱底反力FY（kN）图竖向地震作用下下柱底反力FZ（kN）6）正温度作用T++工况下图温度作用下柱底底反力FX（kN）图温度作用下柱底底反力FY（kN）图温度作用下柱底底反力FZ（kN）7）负温度作用（TT-）工况下图温度作用下柱底底反力FX（kN）图温度作用下柱底底反力FY（kN）图温度作用下柱底底反力FZ（kN）8）包络工况下：图包络工况下最大大柱底反力FX（kN）图包络工况下最小小柱底反力FX（kN）图包络工况下最大大柱底反力FY（kN）图包络工况下最小小柱底反力FY（kN）图包络工况下最大大柱底反力FZ（kN）图包络工况下最小小柱底反力FZ（kN）3.3全铸钢钢空间曲线波波浪塔结构体体系动力特性性研究结构前5阶周期如如表3.3-1所示，5阶自振模态态如图图3.3-1至图3.3-5所示。表3.3-1结结构前5阶周期模态号周期(sec)10.962820.962730.443640.278150.2781图3.3-1第一一阶自振模态态图3.3-2第二阶阶自振模态图3.3-3第三三阶自振模态态图3.3-4第四四阶自振模态态图3.3-5第五五阶自振模态态3.4轮幅结结构对整体结构受力力性能的影响响上一节对塔整体结结构进行了分分析，得到了了结构的静动动力特性，本本节不考虑塔塔内轮幅结构构和平台对整体体结构的影响响，与上一节节的静动力特特性进行比较较，得到了塔塔内轮幅结构构对整体结构的作作用。塔体杆件应力设计计结果采用MidasGeen7300建立空间有有限元模型进进行分析计算算，弧面波浪浪构件、竖向向立柱均采用用梁单元模拟拟。柱脚处设设置16个支座，均均为铰接。根据MidasGeen7300软件中的杆杆件设计功能能进行杆件截截面的设计，选选择规范GB500017-20003。结构杆件件经反复调整整验算后，弧弧面波浪构件件最大应力比比0.7477>0.7223，竖向立柱柱最大应力比比0.6522<0.6664，满足构件件设计要求。通过与上一节的比较可知轮幅结构对整体结构的强度影响不大。应力图与应力分布布区间如图33.4.1-1和图3.4.1-2所示。图3.4.1-1梁单元应力力图(N/mm2)图3.4.1-2杆件应力分分布区间变形计算结果经计算，结构的变变形以风荷载载为主，在风风荷载为主的的荷载标准组组合作用下水水平位移如图图3.4.2-1所示。图3.4.2-1以以风荷载为主主的荷载标准准组合下结构构水平位移图图(mm)其中最大水平位移移为101..7mm>45.0mmm，结构只在迎迎风面出现大大的水平位移移，而在有轮轮幅结构的作作用下，结构构在顶部均出出现大的水平平位移，可见见轮幅结构对整体结构的刚刚度和整体性性有很大的影影响。全铸钢空间曲线波波浪塔结构体体系动力特性性研究结构前5阶周期如如表3.4.3-1所示，5阶自振模态态如图图3.4.3-1至图3.4.3-5所示。表3.4.3-1结构前5阶周期模态号周期(sec)11.151321.151330.907740.907750.5055图第一阶自振模态态图第二阶自振模态态图第三阶自振模态态图第四阶自振模态态图3.4.3-5第五阶自振振模态通过与上一节结构构动力特性的的对比，轮幅幅结构明显提高高了整体结构的整整体刚度。且且观察结构的的自振模态发发现，无轮幅幅结构下的结构构自振时局部部振动明显。而有轮幅结构下的结构自振时则是整体振动，其自振模态类似于一根悬臂柱，可见在有轮幅结构下的结构刚度大，整体性强。3.5小结本章对全铸钢空间间曲线波浪塔塔结构体系的的静动力特性性进行了研究究，通过讨论论在有无轮幅幅结构下整体体结构的静动动力特性，发发现轮幅结构构对结构的刚刚度和整体性性具有很大的的影响，证明明了轮幅结构构的设置是合合理、高效、经经济的。4、空间曲线铸钢节点点有限元分析析及试验研究究4.1引言对结构的基本单元元－空间曲线线铸钢节点进进行了有限元元分析及试验验研究，通过过大型通用有有限元分析软软件建立节点点模型并进行行有限元分析析，研究节点点在受力过程程中应力应变变大小及分布布规律；通过对空间间曲线铸钢节点的的的静力荷载载试验，研究究节点在受力力过程中应力力应变大小及及分布规律。4.2空间曲曲线铸钢节点试试验研究由于单个节点形状状特殊，6个肢的汇交交区域应力状状态复杂，计计算分析难以以准确把握节节点的实际受受力状况。因因此通过对节节点模型的静静力试验研究究验证铸钢节节点的实际受受力性能是否否满足抗震及及设计要求，检检验铸钢节点点构造的合理理性，为设计计提供可靠的的保障。根据《铸钢节点应应用技术规程程》（CECS2235—2008）第条规定，宜宜进行节点试试验。为了实现整体工程程的安全、完完好实现，同同时保证结构构体系和构件件节点的科技技价值体现，从从而达到工程程整体的科技技成果完整，进进行铸钢节点点试验是必要要的。构件材料试验根据铸钢节点材性性检验报告，材材性试验结果果如下：表-1材性检验结果果抗拉强度MPa屈服强度MPa断后伸长率%冲击（J）（KVV2）54539029.073.0试验构件设计结合工程需要，根根据midassGenver.7730建筑结构通通用有限元分分析和设计软软件对结构整整体进行静力力计算分析的的结果，节点点形式确定如如下：柱（实实心截面175×80）－弧面波波浪构件（槽槽形截面300×80×30×30），如图4.2.2-1所示。图4.2.2-1试验节点形形式试验试件均按照设设计的标准节节点以同样方方式进行铸造造、加工。试验为足尺模型试试验，且为承承载力验证试试验。（1）通过承载力验证证试验得到实实际工程中的的节点在设计计荷载下的受受力情况，验验证节点的安安全性；（2）试验结果与有限限元分析结果果作比较，得得到节点的整整体受力性能能，为节点的的设计提供参参考依据。加载方案(1)加载装置试验加载装置采用用大学自制的的空间加载自自平衡加载框框架，此框架架可以满足本本试验需要的的空间多角度度加载需求。图4.2.3-1空间加载自自平衡加载框框架图4.2.3-2试验节点加加载装置立面面图图4.2.3-3试验节点加加载装置平面面图图4.2.3-4试验节点垫垫块加工图图4.2.3-5试验节点剖剖面图(2)加载制度试验的加载程序分分为预加载和和正式加载两两个阶段，分分别采用分级级加（卸）载载制度。1)预载预加载分两级，每每级为设计荷荷载的10%，然后分级级卸载，加（卸卸）载一级的的间隔时间是是10min。预加载结结束后，进入入正式加载状状态。2)正式加载对于承载力验证试试验。弹性阶阶段，每级荷荷载为设计荷荷载的10%；加至设计计荷载后，每每级荷载为设设计荷载的5%加至1.2倍设计荷载载。荷载等级的时间间间隔为5min，待应变稳稳定后再采集集数据。3）分级卸载卸载按照每级荷载载为设计荷载载的20%进行卸载，荷荷载等级的时时间间隔为3min。4）加载制度试验加载制度如表表4.2.3-1所示。表4.2.3-1节点承载力力验证试验模模型加载制度度预加载荷载分级3端(压力、kN)2端(压力、kN)1端(压力、kN)荷载比例112.16.275.00.1224.312.3150.20.2正式加载荷载分级2端(压力、kN)3端(压力、kN)4端(压力、kN)荷载比例112.16.275.00.1224.312.3150.20.2336.518.5225.20.3448.624.6300.30.4560.830.8375.40.5672.936.9450.40.6785.043.0525.50.7897.149.2600.50.89109.455.3675.70.910121.561.5750.7111127.564.5788.31.0512133.667.7825.71.113139.770.7863.31.1514145.873.8900.91.2注：1端使用320T千千斤顶，2端、3端使用50T千斤顶。4.2.4量测方方案(1)量测内容1）荷载：施加在节节点试件上的的荷载为静力力荷载，由液液压千斤顶施施加，油压传传感器测量施施加荷载值。2）应变：由应变片片和三向应变变花测量。在在节点各钢管管端部布置应应变片以校对对施加荷载大大小；在钢管管交汇等节点点应力集中处处，依据有限限元初步分析析结果，布置置三向应变花花，测量该区区域复杂应力力状态。(2)测点布置图4.2.4-1试验节点测测点布置图（“”表示应变片片，“”表示应变花花）试验过程(1)试验准备过过程实验室吊车配合工工人将节点固固定于指定位位置，然后进进行试验辅助助构件与节点点的拼接。试试件安装过程程如图4.22.5-1至4.2.5--3所示。图4.2.5-1辅助构件的的安装图4.2.5-2试验节点的的安装图4.2.5-3试验节点与与辅助构件的的焊接根据试验节点测点点布置图在试试验节点的指指定位置进行行打磨，并粘粘贴应变花（片片），将应变变花（片）通通过屏蔽线与与BZ22055G型静态电电阻应变仪进进行连接，将将BZ22055G型静态电电阻应变仪与与电脑进行连连接，通过BZ22055C静态应变变采集分析系系统控制应变变仪。如图44.2.5--4至4.2.5--9所示。图4.2.5-4粘粘贴应变片和和应变花图4.2.5-5接接线图4.2.5-6调调试(2)试验现场图4.2.5-7杆件约束情情况和接线情情况图4.2.5-8试验现场图4.2.5-9正式加载现现场(3)试验过程调试后各项准备工工作完成，在在预加载后进进行正式加载载。1）加载过程在加载第7级、第第9级时试验构构件有轻微“滋滋”声，除此之之外没有出现现明显试验现现象。2）卸载过程在卸载第3级时试试验构件有轻轻微“滋滋”声，除此外外没有出现明明显试验现象象。4.2.6节点试试验应力结果果分析(1)试验节点应力结果果分析分析试验结果得到到：在设计荷荷载内的加载载过程中，等等效应力基本本处于线性增增加的状态，在在设计荷载下下整个节点的的最大等效应应力为129.330MPaa，位于4端柱子与弧弧面波浪构件件连接处的应应变花H33，测点编号84、64、12。1.2倍设计荷载载下整个节点点的最大等效效应力为136.665MPaa，与1.0倍设计荷载载下整个节点点的最大等效效应力的位置置一致。试验节点1.0倍倍和1.2倍设计荷载载作用下三向向应变测点的的应力测试值值见表4.22.6-1，试试验节点1.0倍和1.2倍设计荷载载作用下单向向应变测点的的应力测试值值见表4.22.6-2。表4.2.6-1试验节点1..0倍和1.2倍设计荷载载作用下三向向应变测点的的应力测试值值（Mpa）测点号H1H2H3线缆号1236541314155应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.00.36-81.2981.461.69-86.1587.0037.901.5337.161.20.76-93.7594.131.79-100.97101.8840.243.6138.57测点号H4H5H6线缆号161718826272882324255应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.015.763.0814.4611.16-0.2711.3011.871.0811.371.218.696.0316.5211.07-2.8312.7211.370.1011.32测点号H7H8H9线缆号989910001121111103736355应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.010.63-9.1617.169.43-6.4913.8729.4511.4525.711.212.11-9.4618.7311.26-7.1416.0626.4511.2123.00测点号H10H11H12线缆号48495009796955107108109应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.0-0.16-2.192.12-3.28-70.0068.416.92-7.2112.241.2-1.88-2.832.49-3.99-75.4773.565.10-9.8013.12测点号H13H14H15线缆号1031021011131141153433322应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.00.50-36.9937.242.85-21.6823.234.30-25.4927.901.2-0.26-43.5943.462.86-26.7028.244.76-31.5434.17测点号H16H17H18线缆号454647740393885152533应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.04.89-23.1425.943.65-29.8531.832.09-10.0311.221.25.50-27.2730.392.65-37.6739.062.24-11.9513.21测点号H19H20H21线缆号61626337372711106105104应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.018.73-5.7822.1923.597.9020.805.35-4.478.521.219.31-1.3620.0225.739.2922.575.21-4.928.78测点号H22H23H24线缆号31302991161171184243444应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.05.98-10.9814.905.34-3.868.005.23-8.1711.701.27.30-14.9519.655.80-4.048.575.43-11.0214.52测点号H25H26H27线缆号818283393929115859600应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.013.850.5713.577.33-1.157.97-12.40-17.9115.891.213.14-4.3115.7513.13-0.4713.37-13.74-19.2217.15测点号H28H29H30线缆号706968878798009089888应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.0-4.93-16.8415.00-0.48-10.7010.4712.02-3.2013.901.2-6.02-24.0021.63-1.78-14.1113.3147.155.2444.76测点号H31H32H33线缆号227894542118464122应力σ1σ2σmisesσ1σ2σmisesσ1σ2σmises1.00.04-52.7252.748.45-58.1862.83-13.22-135.40129.301.2-1.13-67.7367.176.12-62.3365.61-15.27-143.65136.65测点号H34线缆号1174411应力σ1σ2σmises1.021.021.9420.121.215.192.4614.12表4.2.6-2试验节点1.0倍和1.2倍设计荷载载作用下单向向应变测点的的应力测试值值测点号P1P2P5P6P9P10P11P12线号9101920566676861.019.36-110.429.48-111.24-20.81-17.728.0312.981.222.04-127.939.27-131.43-23.90-21.636.39-4.12测点号P13P14P15P16P17P18P19P20线号55576567757785871.0-35.43-46.56-6.39-30.90-4.333.306.59-9.271.2-33.99-58.71-5.36-39.76-4.94-0.8210.30-12.57由以上表中的数值值得到，在设设计荷载下，试试验节点各部部位的等效应应力较小均在在弹性范围内内。加载过程程中，试验节节点各主要位位置在1.0倍设计荷载载下最大等效效应力值见表表4.2.6--3相对应测测点在1.2倍设计荷载载下的等效应应力值见表44.2.6--4。表4.2.6-3节点各主要要位置在1.0倍设计荷载载下最大等效效应力值主要位置1端柱子4端柱子弧面波浪构件弧面波浪构件节点域测点编号P6P2P14H27H2线缆号2010575859600654测点形式应变片应变片应变片应变花应变花等效应力111.24110.4246.5615.8987.00表4.2.6-4节节点各主要位位置在1.2倍设计荷载载下最大等效效应力值主要位置1端柱子4端柱子弧面波浪构件弧面波浪构件节点域测点编号P6P2P14H30H2线缆号2010575859600654测点形式应变片应变片应变片应变花应变花等效应力131.43127.9358.7144.76101.88应变片P6位于试试验节点背面面1端柱子中部部；应变片P2位于试验节节点背面4端柱子中部部；应变片P14位于3端弧面波浪浪构件的下翼翼缘中部；应应变花H30位于6端弧面波浪浪构件近节点点域处。由此我们可以得出出结论：柱子子及节点域柱柱子附近的应应力较大，这这与有限元的的结果相符合合。4.3结果分析析因为本试验是以标标准节点整体体受力最不利利确定的试验验加载方案，且且试验节点柱柱子受力远大大于弧面波浪浪构件受力。因因此重点考察察本试验中柱柱子及其附近近测点的应力力情况，如图图4.3-11～图4.3-4。图4.3-1正面面主要测点应应力情况图4.3-2背面面主要测点应应力情况图4.3-3左侧侧面主要测点点应力情况图4.3-4右侧面面主要测点应应力情况注：（1）应变片片均显示的单单向应力数值值。（2）应变花均均显示等效应应力数值。由图4.3-1和和图4.3--4可以看出在1.2倍设计荷载载范围内，节节点应力增长长趋势基本呈呈线性，且均均处于弹性范范围内。结合试验过程中的的具体情况进进行分析可知知，试验中千千斤顶漏油、人人视读数误差差等原因是导导致试验数据据偏差的来源源之一。4.4试验总结通过对铸钢节点进进行足尺模型型试验，试验验结果表明，在在设计荷载作作用下，节点点域应力均处处于弹性阶段段，安全度较较高，符合设设计与使用要要求。1、试验加载过程中中测点应力随随荷载步基本本成线性变化化；2、试验表明，节点点的应力分布布呈区域性特特点，柱子附附近区域应力力较大，柱子子近节点域的的地方存在一一定程度的应应力集中现象象,弧面波浪构构件部分应力力较小；3、通过对足尺模型型试验加载分分析得到，铸铸钢节点在设设计荷载下，节节点应力均完完全处于弹性性状态，结构构符合使用要要求，具有可可靠的安全保保证。4.5空间曲曲线铸钢节点点有限元分析析使用有限元分析软软件Ansyss14.0对铸钢节点点进行静力计计算分析，试试验节点的分分析结果如下下所述。该节点试件进行足足尺模型检验验性试验，选选择最不利的的静力工况LLCB9:11.2DL++1.4WXX+0.844TLL+00.84T++，提取该工工况下节点内内力。图4.5-1下部部节点三维模模型示意图图4.5-2杆件内力图图（轴力）（kN)图4.5-3SSolid445单元模型型等效应力计计算结果（MMPa）节点域最大应力1182.366MPa，杆杆件应力均小小于铸钢材料料屈服强度（390MPaa），满足强强度要求。4.6小结对结构的基本单元元－空间曲线线铸钢节点进进行了试验研研究和有限元元分析，得到到空间曲线铸钢钢节点的基本本受力特性。为整体工程的安全、完好实现提供了依据，同时保证结构体系和构件节点的科技价值体现，从而达到工程整体的科技成果完整。（二）优质低合金金双曲薄型铸铸钢构件铸造造工艺、热处处理、校正和和机加工技术术1、优质低合金双曲薄薄型铸钢构件件铸造技术优质低合金双曲薄薄型铸钢构件件铸造技术关关键在于铸钢钢节点模具制制作、砂型制制作和钢水冶冶炼。钢模制制作的工艺要要求和精确度度直接影响着着优质低合金金双曲薄型铸铸钢构件批量量生产进度与与合格率。目目前国内铸造造模型主要有有木模型、蜡蜡模型、金属属型、消失模模等四种，其其中，蜡模型型、木模型只只适用于小件件生产，消失失模多适用于于结构各不相相同的铸钢节节点，金属型型钢模适用于于铸铁件、批批量生产。本本项目要求精精度高、故选选用金属模来来生产迎宾塔塔工程铸钢节节点。1.1模型制作钢模的模型制作以以设计提供的的工艺、图纸纸、技术要求求和检测数据据为模型的生生产检查验收收为依据。模模型制作过程程严格执行金金属模型工操操作规程，模模型制作材料料采用金属模模型用高强度度金属材质，采采用抗拉、抗抗弯实验进行行检测刚度，按按设计图纸和和铸造工艺图图及模型检测测数据表为依依据对模型检检测和验收。1.2造型砂型制作造型用原原材料型砂，型型砂采用二氧氧化碳水玻璃璃石英砂和二二氧化碳水玻玻璃铬铁矿砂砂。造型操作作造型工序生生产以设计提提供的图纸和和工艺为依据据。型砂采用用水玻璃石英英砂、热节较较大处放水玻玻璃铬铁矿砂砂。生产过程程严格执行造造型工操作规规程，首件砂砂型必须校核核验证，效验验依据图纸、工工艺图。1.3冶炼和浇筑筑铸钢冶炼化学成分分按《铸钢节节点应用技术术规程》(CECSS235-22008)的要求，材材质牌号G20Mnn5炉前分析化化学成分应符符合。必须确保优质低合合金双曲薄型型铸钢构件节节点的内在质质量和化学成成分控制在标标准之内除严严格按低合金金钢电弧炉操操作规程外、特特采取废钢采采用低合金钢钢下脚料以保保证钢水原始始的纯净度、钢钢水化清后，化化验碳和磷、必必要时补足脱脱碳量、钢水水氧化末期化化验磷，要脱脱到0.0055%以下扒除全全部氧化渣后后、方可进入入还原期、还还原期白渣保保持10分钟后做成成分全分析、出出钢后浇注化化学成分的终终检试样。并并做化学成分分全分析，作作为此炉铸件件的最终化学学成分出具报报告浇注时在在前期浇注速速度要快。钢钢水上升到冒冒口后，慢浇浇至浇满并放放足冒口保温温剂等施工工工艺。2、优质低合金双曲薄薄型铸钢构件件热处理和校校正技术2.1热处理铸钢节点热处理的的目的是：1）消除铸态态组织2）细化晶粒3）消除铸造造应力，保证证铸件的机械械性能。经热处理后后，随炉试样样的力学性能能应达到如下下表（二）的的要求。力学性能标准表（二）热处理状态屈服强度抗拉强度伸长率冲击功室温-30℃-40℃正火N480-6205027优质低合金双曲薄薄型铸钢构件件铸钢节点热热处理关键技技术在于保证证铸钢节点的的内部应力基基本处于平衡衡状态、使铸铸钢节点达到到良好的力的的传递性能和和延长铸钢寿寿命保证其寿寿命期的质量量安全。主要方法是采用正正火≥300℃对浇筑完成成的铸钢节点点进行加热，消消除其铸态组组织、细化晶晶粒；消除铸铸造应力，保保证铸件的机机械性能。2.2校正优质低合金双曲薄薄型铸钢构件件热处理完成成之后，由于于铸钢件在热热处理的过程程中，构件内内部应力从不不同方向释放放，再加上构构件自身双曲曲、壁薄且长长度长等特点点，就会造成成构件有不同同程度的变形形。要达到完完全合格的优优质低合金双双曲薄型铸钢钢构件，铸钢钢构件的矫正正是非常关键键的技术之一一。根据优质低合金双双曲薄型铸钢钢构件自身的的特点专门设设计、制作了了铸钢件的弧弧度检测工具具和铸钢件矫矫正胎具。矫矫正胎具是由由液压千斤顶顶和钢结构支支撑架构成，主主要工作原理理就是将铸钢钢件用吊起，放放至安装好的的矫正平台上上，矫正平台台支撑钢柱根根据铸钢节点点图纸模型而而成弧线布置置，所以理论论上铸钢件放放置矫正平台台上时，若是是合格的，就就应该彼此吻吻合，否则就就要用液压千千斤顶进行施施压进行矫正正，然后再次次用弧度检测测工具进一步步检测，直到到检测合格为为止。同时对构件的其他他部位进行检检测，如：两两波形之间横横向和竖向的的距离，如下下图所示，检检查都合格后后进行打磨处处理，然后送送往机加厂进进行下道工序序。图2.2-1铸钢钢件尺寸检测测图2.2-2铸钢件件放置矫正平平台图2.2-3千斤顶顶施压进行矫矫正不合格铸钢件经过过矫正后，下下一道工序就就是再次用弧弧度检测工具具进一步检测测，然后再次次进行微调、矫矫正，依次循循环矫正，最最终达到合格格为止。图2.2-4弧度检检测图2.2-5弧度检检测3、优质低合金双曲薄薄型铸钢构件件机加工技术术3.1机加工优质低合金双曲薄薄型铸钢构件件矫正完成后后，进行精修修即打磨、清清除缺陷、补补焊、抛丸、表表面涂装。迎迎宾塔工程为为标志性建筑筑，对构件的的外观尤其是是对表面的平平整光洁程度度有较高要求求。铸钢构件件出厂后表面面较为粗糙，难难以达到建筑筑要求，因此此铸钢构件表表面处理分为为如下两步：：第一，用角角磨机等工具具人工打磨。第第二，用数控控铣床表面处处理。铸钢构构件机加工技技术的关键在在于增加了机机加工的施工工工艺，使用用三维数控铣铣床精确定位位，对铸钢构构件进行外表表面机加工，解解决了铸钢构构件表面粗糙糙的问题，构构件表面经过过机加工后平平整度、美观观度达到了建建筑要求。图3.1-1铸钢件件表面机加工工过程图3.1-2铸钢件件表面机加工工完成（三）可调环形拼拼装胎具、环环形单元组拼拼和镂空曲面面铸钢单元吊吊装高空多点点定位拼装技技术1、可调环型拼装胎具具制作安装技技术铸钢塔吊装单元结结构在地面进进行拼装，必必须有一个牢牢固的平台，以以使段单元在在地面生根且且稳固，为此此设计钢平台台。钢平台必必须牢固并能能提供平整操操作面。吊装单元结构的直直径为12mm，制作的钢钢平台直径为为13米，钢平台由由呈井字型的的龙骨和其上上满铺的钢板板组成。钢平平台龙骨由H型钢焊接而而成，主龙骨骨为H型钢规格为H400**400*113*21，次龙骨H型钢规格为为HM2444*175**7*11，上上部钢板为δ=20mm钢板板，钢板与主主次龙骨掏孔孔点焊牢靠，钢钢板上部用仪仪器超平，达达到一个大概概水平的效果果。图1-1钢平台结构构图钢平台制作完成后后，开始进行行放线标识工工作，首先在在钢平台中部部位置确定一一个点，设为为圆心，用洋洋铳做永久标标识，然后将将十六条轴线线按照相隔22.5度的扇形展展开，并用洋洋铳在每条轴轴线上做至少少十处的永久久的标记点，在在轴线消失后后，可利用永永久的标记点点找处该轴线线，不用再次次放线。将结构的外轮廓线线投影至钢平平台上，以轴轴线交点为圆圆心画Ф12米直径的圆，即即是吊装单元元结构的外轮轮廓线，外轮轮廓线非常重重要，应做出出明显的标识识，主要用于于确定及复核核铸钢节点的的位置。图1-2钢平台龙骨骨图钢平台制作完成后后，安装定位位钢立柱，定定位钢立柱的的作用是支撑撑铸钢节点，固固定铸钢节点点并定位铸钢钢节点。在16根轴线及结构外轮轮廓线交点后后侧距50mmm处，各设设置1根型钢立柱柱，型钢立柱柱相切于外轮轮廓线，立柱柱截面为HWW250*2255*144*14，应应使两个翼缘缘板与轴线平平行，腹板与与外轮廓线相相切；在主立立柱侧边与铸铸钢节点上下下分肢对应的的位置焊接横横向钢梁，每每根横向钢梁梁仅对应一个个分肢，横向向钢梁的截面面为I22a，钢梁梁的长度是左左右两个钢梁梁的外端总尺尺寸达到铸钢钢节点宽度一一半为宜，即即可对铸钢节节点做出较好好的支撑，且且端头距外轮轮廓线距离并并不大。在横向钢梁在端头头设置水平支支撑，因水平平支撑要对铸铸钢节点的分分肢直接支撑撑，在单元起起吊时，水平平支撑必须拆拆除以免影响响起吊路线，所所以水平支撑撑与横向钢梁梁的连接不能能采用焊接，而而是采用螺栓栓连接，拆除除方便，再次次安装时也不不影响工序的的施工时间。在水平支撑上焊接接两根限位调调整支座，支支座材料可用用角钢或槽钢钢制作，在两两个支座上分分别设置调节节顶丝，两根根调节顶丝即即可调节构件件的前后位置置，使其完全全处于外轮廓廓线上，即设设计位置。图1-3定位钢立柱柱示意图图1-4定位钢立柱柱俯视图图1-5定位钢立柱柱侧视图图中：1--钢钢平台；2--钢立柱；；3--横向钢梁梁；4--水平支撑撑；5--内调整支座座；6--外调整支座座；7--铸钢节点；；8--内侧调整顶顶丝；9--外侧调整顶顶丝。图1-6定位钢立柱柱照片图1-7定位钢立柱柱调整装置照照片图1-8可调环型拼拼装胎具整体体照片2、双曲面铸钢构件环环形定位组拼拼施工技术2.1上胎具每个吊装单元共有有32个铸钢节点点，分为4层，每层为8个，拼装时时采取逐个逐逐层向上的拼拼装方式，即即先将首层的的8个节点逐个个上胎定位固固定，再将第第二层的8个节点逐个个上胎定位固固定，直至将将32个节点全部部上胎定位固固定完成。2.2定位调节轴线与标高定位准准确后，定位位节点的外轮轮廓线，即可可通过定位钢钢柱上的限位位调节顶丝，前前后调节，将将节点外表皮皮调整至与平平台上的外轮轮廓线重合，即即达到理论的的空间位置，节节点已被完全全空间定位，如如图2.2-1所示示。图2.2-1首层铸铸钢节点定位位照片2.3二层以上节节点的定位二层及以上三层节节点的轴线定定位方法同首首层节点的轴轴线定位方法法，使用激光光标线仪；标标高的定位方方法则不同，因因为首层节点点的标高已经经调整到位，后后三层只需在在首层的基础础上拼装即可可，为快速施施工，制作简简易的托架，即即在首层已定定位的节点上上的上两肢的的下口焊接角角钢，角钢一一半与节点焊焊接，另一半半则悬空，在在上层的节点点落位时，直直接落位于角角钢上，即直直接调整了标标高，也完成成了对口的工工作，省时省省工，如图22.3-1所示。图2.3-1简易易定位装置照照片二层及以上三层节节点的下两肢肢就位后，上上两肢则通过过水平支撑上上的限位调节节顶丝进行调调节，使节点点外皮与外轮轮廓线重合即即完成了节点点的定位拼装装工作，依次次将节点放上上胎架，逐层层往上安装，如如图2.3-2所示。图2.3-2二层及及以上节点施施工照片2.4铸钢波形构构件焊接铸钢件焊接工艺流流程：打坡口焊前预热热坡口内侧施施焊2-3遍碳弧气刨清清理缺陷外侧侧施焊2遍清理焊缝内侧施焊成成型。铸钢焊接除在焊接接前经过工艺艺评定确定基基础参数外，为为保证焊缝质质量及外立面面观感，根据据焊接工艺评评定编制了焊焊接作业指导导书。在铸钢构件的焊接接过程中，为为减少变形、缺缺陷及残余应应力，采取预预热、保温、探探伤检测等常常规方法结合合“单面焊接、双双面成型”的焊接方法法，在背面贴贴陶瓷衬垫，V型破口内侧侧予以施焊，每每施焊一遍均均及时清理焊焊缝表面，坡坡口内侧焊接接二到三遍后后，在焊缝另另一侧用碳弧弧气刨清理缺缺陷，消除残残余应力后在在外侧施焊二二遍，然后继继续施焊内侧侧焊缝。经过过此工艺流程程的实施，使使焊缝质量合合格率达到1100%，确确保了焊缝成成型美观，提提高了冬季焊焊接施工质量量。图2.4-1焊前预预热图2.4-2焊口外外侧陶瓷衬垫垫图2.4-3焊缝外外侧气刨清理理缺陷图2.4-4施焊完完成图2.4-5吊装单单元组拼完成成照片3、镂空曲面铸钢单元元吊装高空多多点定位拼装装技术3.1吊装单元起起吊吊装单元结构在地地面专用平台台上拼装完成成后即可起吊吊进入安装工工序。吊装单元结构的直直径为12mm，是一种镂镂空型筒壁结结构，铸钢构构件的平均厚厚度为35mmm，若采用用传统的四点点吊装办法，单单元结构的自自身安全性不不能得到保证证，不能贸然然尝试，必须须进行吊装工工况的模拟分分析，来确定定一个适合的的吊装方法。为保险考虑，计算算采用8点吊装，吊吊点布置如图图1所示。吊索索选用6×37型纤维芯钢钢丝绳（公称称直径28mmm），钢丝丝绳最小破断断拉力41.7吨。选自重重荷载最大的的一段（21t），采用MidassGen进行受力分分析，段单元元构件采用梁梁单元，吊索索采用索单元元，计算模型型如图3.1-1所示（单位位：KN.mmm）。图3.1-1钢结构构段单元吊装装计算模型结构特性分析：（1）内力在上述荷载条件和和荷载组合作作用下，钢结结构段单元吊吊装的内力如如图2所示，分析析结果表明：：吊绳和段单单元在吊装过过程中构件的的应力比均小小于0.352，满足要求求。图3.1-2钢钢结构段单元元吊装构件应应力比（2）变形在上述荷载条件和和荷载组合作作用下，钢结结构段单元吊吊装的变形如如图3所示，其中中变形最大点点径向位移值值为4.3228mm，结结构变形满足足要求。图3.1-3钢钢结构段单元元吊装构件变变形经模拟分析，采用用8点吊装法，单单元的应力比比及构件变形形均满足要求求，故使用8点吊装法进进行吊装。图3.1-4起吊图图1图3.1-5起吊图图2图3.1-6起吊图图3图3.1-7局部详详图3.2吊装单元就就位单元用塔式起重机机缓慢起吊至至安装平台上上方后，即开开始就位工作作，每个吊装装单元下端有有16个分肢，要要与平台上前前个单元的16个分肢对接接安装，单元元因直径大较较软，直径不不均匀，对接接难度很大，若若单纯依靠起起重机将单元元完美对接，偶偶然性太大，成成功率低，必必须要使用工工装辅助对接接，在本工程程中，使用了了限位斜铁，限限位斜铁与单单元外表皮呈呈锐角，限位位斜铁在就位位之前先与下下部结构点焊焊牢固，在16个分肢上全全部焊接限位位斜铁；吊装装单元落位时时，仅需落位位在限位斜铁铁的范围内，通通过构件的自自重，顺着斜斜铁的锐角往往下滑，直至至完全落位。通通过限位斜铁铁的使用，大大大简化了就就位施工，可可操作性好，安安全性高且精精度高，起到到了决定性的的作用。图3.2-1就位过过程1图3.2-2就位过过程2图3.2-3就位过过程33.3单元微调单元就位后，还需需进行调整，达达到设计位置置，调整的内内容主要是单单元的直径圆圆度、层水平平度及轴线，保保证了这三项项内容就能保保证整体的垂垂直度及总高高度。吊装单元直径圆度度调整措施：：首先从8个轴线方向向用钢盘尺测测量直径，若若直径存在偏偏差，将直径径偏大处设临临时轮辐，用用倒链调节直直径，全部调调节完成后，立立即安装轮辐辐，即可将直直径圆度进行行固定，达到到最终形态。图3.3-1直径圆圆度测量图3.3-2直径圆圆度调整每一层单元的安装装面必须保证证水平，否则则后安装的单单元易产生倾倾斜，层数越越多，倾斜偏偏差越大，导导致不可挽回回，所以必须须进行安装面面的水平调整整；以最底点点为基准面，其其它点则通过过切割等调低低标高，达到到水平的目的的。图3.3-3安装水水平面测量标标识图3.3-4错边调调整因为每个分肢的上上平面是斜切切口，长度较较长，在组对对时，难免出出现局部错边边的现象，无无法达到美观观的效果，制制作专用卡具具，通过千斤斤顶的使用保保证对接焊缝缝达到要求。轴线的测量调整尤尤其重要，塔塔本身是观赏赏性建筑，镂镂空及钢柱必必须要保证在在同一条垂直直线上，以保保证整体的美美观，在地面面拼装时，已已用激光标线线仪将胎架上上的8组轴线反射射于单元上，并并留下标识，在在高空安装时时，只要保证证上下两个单单元的8组轴线竖向向重合即达到到轴线的统一一，轴线测量量使用水平尺尺及铅垂仪。图3.3-5轴线测测量由于我们重视了拼拼装过程轴线线的测量控制制，最终保证证了塔体的垂垂直度公差为为4.3cmm，远高于设设计和规范的的要求。（四）锌加配合热热镀锌成套防防腐技术及铸铸钢结构焊缝缝检测方法和和评定办法1.锌加配合热镀锌成成套防腐技术术迎宾塔采用钢架结结构，希望镀镀锌层加涂料料防腐保证年年限为50年左右，为为了保证该迎迎宾塔在使用用年限内保持持良好的效果果，中远关西西涂料化工有有限公司根据据多年的涂料料生产技术和和涂料防腐的的经验，特推推荐如下防腐腐施工方案。1.1腐蚀环境分分析：金属的腐蚀过程：：金属在一定环境介介质中经过反反应恢复到它它的化合物状状态，这个过过程可以用下下式表示：金属材料+腐腐蚀介质腐蚀产物，此此过程可以分分为三个阶段段：(1)通过对流和扩扩散作用使腐腐蚀介质向界界面迁移；(2)在相界面上进进行反应；(3)腐蚀产物从相相界迁移到介介质中或在金金属表面形成成覆盖膜。电化学腐蚀是腐蚀蚀发生的常见见形式，其反反应如下：金属在大气中的腐腐蚀：在大气中普遍存在在的腐蚀成份份是氧、二氧氧化碳、水蒸蒸气。氧的含含量是基本恒恒定的，是大大量的，它真真正参与腐蚀蚀反应。水蒸蒸气对于在金金属表面形成成电解质溶液液，引起电化化学腐蚀起着着决定性作用用。而对于工工业地区，大大气中又存在在着许多污染染杂质：(1)二氧化硫大气中的二氧化硫硫来源于硫化化氢气体在空空气中的氧化化和含硫燃料料的燃烧。二二氧化硫是大大气中最经常常遇到的一种种氧化物，它它大大的促进进了大气腐蚀蚀。(2)氮化物大气中的氨是由雷雷电暴雨期间间形成的它使使雨水中的铵铵离子浓度增增高，另外就就是化肥生产产产生的。氨氨的存在会增增加金属的可可湿性。(3)盐粒主要有两种形式。首首先是硫酸铵铵，在工业地地区尤为明显显，当氨、三三氧化硫和硫硫酸悬浮物共共存时便生成成，它具有吸吸湿性和酸性性，是腐蚀的的激发剂。其其次是氯化物物，在工业地地区或沿海地地区主要是氯氯化钠，它也也是吸湿的，且且氯离子对某某些金属是强强烈促进腐蚀蚀的。(4)其他空中颗粒粒首先是惰性、没有有吸附性能的的颗粒，通常常是硅质。它它对腐蚀的影影响主要是在在颗粒与金属属表面接触点点处，使充气气不均匀；第第二种是吸附附体颗粒，如如碳尘和煤烟烟，它本身是是惰性的，但但是能吸附二二氧化硫及水水蒸汽，并使使之冷凝在与与金属接触的的地方，形成成具有腐蚀性性的酸电解液液。腐蚀环境的分类：：ISO129444-2中，根据一一年的腐蚀损损失的不同，将将腐蚀环境分分为6个等级，如如下表所示：：腐蚀环境分类等级级重量损失/膜厚损损失(一年暴露以以后)典型环境碳钢锌外面内面重量损失g/㎡膜厚损失μ重量损失g/㎡膜厚损失μC1轻微<10<1.3<0.7<0.1在洁净空气中的有有供暖的建筑筑物如;办公室、商商场、学校、宾宾馆C2低10~2001.3~250.7~50.1~0.7轻微污染的大气,,大多数生活活地区无供暖的可结露建建筑物,如仓库、体体育馆C3中200~40025~505~150.7~2.1城市和工业大气..中等硫的氧化物污污染低盐份的海滨高湿度和一些空气气污染的厂房房，如：食品品厂、洗衣店店、酿酒厂、乳乳品厂C4高400~65050~8015~302.1~4.2中等盐份的工业区区和滨海地区区化工厂、游泳池、海海滨船——船厂C5-I很高(工业条件)650~1500080~20030~604.2~8.4高湿度和侵蚀气体体的工业地区区常年结露、高污染染的建筑和地地区C5-M很高(船舶条件)650~1500080~20030~604.2~8.4高盐份的海滨和平平台常年结露、高污染染的建筑和地地区迎宾塔的主要腐蚀蚀条件：由上表可以看出，迎宾塔处于一个水面较多的环境下，属于一种较高高腐蚀程度的环境。(1)是一个中等污污染程度的城城市，一年中中二级良好天天气的天数2004年只有200多天，并且且主要的污染染物为含硫化化物和氮化物物的工业污染染物，此种组组分的大气在在潮湿环境下下是非常强的的腐蚀介质，不不但可以导致致电化学的腐腐蚀，而且会会直接导致酸酸腐蚀；(2)迎宾塔处在一一个相对湿度度较大的环境境，周围水面面较大，水分分不断蒸发在在周围形成一一个湿度较大大的小环境，并并且在秋冬季季节的有雾、霾霾的气象情况况经常发生，由由于水分的凝凝结，金属表表面出现极薄薄的水膜，空空气中的氧通通过接触金属属表面会发生生氢去极化腐腐蚀。下图即即为水膜厚度度与腐蚀速度度的关系：Ⅰ-水膜厚度δ=100~100ÅÅ的区域;Ⅱ-水膜厚度δ=100ÅÅ~1μ的区域Ⅲ-水膜厚度δ=1μμ~1mm的区域Ⅳ-水膜厚度δ〉1mm的区域域由上图可以看出当当水膜厚度为为100Å~~1μ时，腐蚀速速度最快，而而在湿度较大大的情况下，水水膜根据测定定为140Å左右，处在Ⅱ的区域内，是是腐蚀速度最最快的部分。(3)地处沿海地区区，空气的Cl-含量很大，它它可以破坏金金属表面的氧氧化膜，从而而使金属表面面不能建立钝钝化膜，使腐腐蚀持续的发发展下去，并并且Cl-在电解质中中的渗透性特特别强，对金金属的破坏性性也最大特别别是FeCl3、CuCl2等是强烈的的孔蚀促进剂剂，由于他们们的金属离子子电对的还原原电位较高，即即使在缺氧的的条件下也能能在阴极上进进行还原，促促进阴极去极极化作用，加加速孔蚀的进进行；(4)钢梁结构较为为复杂，焊接接部位很多，局局部有些部位位有水的积存存；而焊接部部位会由于其其部位的化学学成分与其他他部位的不同同而造成电极极电位差，引引起腐蚀的发发生。以上这些因素都会会加速水分和和水雾对涂膜膜的渗透，使使涂膜的耐蚀蚀年限缩短，加加速腐蚀的发发生。1.2推荐涂装配配套：迎宾塔镀锌涂层层镀锌层规格650g/m2涂料配套：涂装次序产品类型产品名称颜色涂层厚度底涂环氧漆GXEpomarinneGX灰色50μM*1中涂环氧漆EpomarinneBTDD白色50μM*1面涂氟碳面漆Kanpefloo