广州歌剧院钢结构工程施工技术介绍

**歌剧院项目介绍目录一、**歌剧院总体概况二、土建概况三、钢结构概况四、工程重点、难点及其对策五、科技推广与创新立项简介六、目前工程进展情况一、**歌剧院总体概况参建单位建设单位：广州市文化局代建单位：广州市建筑工程总公司项目管理分公司设计单位：（英国）*****设计师事务所广州市****设计院监理单位：广州*****监理有限公司、广州*******咨询事务所有限公司联合体总包单位（包括土建、钢结构施工）：*****建设工程股份有限公司基础施工单位：广东省****公司安装施工单位：广东省****安装公司幕墙施工单位：珠海市******有限公司设计理念其外部形状尤如平缓起伏的山丘上放置的两块大小不同的砾石。整体建筑保持水泥粗糙面不予磨光，外部地形呈沙漠形状。后现代性特征非常突出，以灰黑色调的双砾构成的自然、粗野的原始造型，具有伸手可及的质感，与周边高楼林立的现代都市的形象构成显著的对比。“圆润双砾”建筑概况**歌剧院工程位于珠江**中心区南部，广州市新城市中轴线西侧，滨临珠江，北靠广州市新地标——珠江****，与新广州电视塔隔江相望。建筑面积总面积70781m²建筑层数地下室1层地下室30223m²主台仓4层多功能剧场8800m²多功能剧场4层大剧场27020m²大剧场7层开放空间4738m²建筑层高地下室6.5/3.5/3.5/5m建筑高度多功能剧场22.45m开放空间5m大剧场43.255m多功能剧场5/5/5/3.5m结构安全等级一级大剧场5/6/5/3.5/4.5/4.5/14.3m设计使用年限100年防水等级一级抗震设防裂度大剧场8度,其余7度建筑耐火等级一级使用功能示意图总体目标本工程合同目标包括：质量目标：确保鲁班奖安全生产文明施工目标：确保广东省安全生产文明施工样板工地二、土建概况土建工程概述本工程基础采用人工挖孔桩，台仓采用抗拔锚杆，主体结构形式为框架剪力墙结构，为满足造型的需要，本工程结构设计大量使用斜梁、斜柱、斜墙、倾斜错洞剪墙结构以及后张有粘结预应力钢筋混凝土结构。主要受力钢筋均采用三级钢筋，混凝土强度等级C30、C40，钢筋总量约1.2万吨，混凝土总量约6.2万立方。填充墙除有隔声要求的部位采用陶粒砌块外，其它均采用加气混凝土砌块。地下室概概况地下底板板面标高高-4.85m，底板厚厚度400mm，顶板厚厚度400/300mm，侧墙厚厚度400mm，台仓底底板面标标高-18.00m，底板厚厚度1200mm，侧墙厚厚800/1200mm。一层平面面多功能剧剧场概况况二层平面面四层平面面三层平面面一层平面面大剧场概概况二层平面面四层平面面三层平面面五层平面面大剧场概概况六层平面面七层平面面三、钢结结构概况况钢结构三三维示意意图钢结构概概述屋盖、幕幕墙一体体化结构构，呈空间间不规则折折面组合合型体大剧场：64个面，41个转角和和104条棱线，，外表面面积23180m²；投影长长度为135.9m，投影宽宽度128.5m多功能剧剧场：38个面，18个转角和和54条棱线，，外表面面积9440m²；投影长长度为87.6m，投影宽宽度62m结构体系系采用空空间组合折板板式三向向斜交网网格结构构大剧场：周边79个落地支支点，内内部设置置14个上部支支点，平平面夹角角79°°～177.5°。平面内内次梁夹夹角45°~60°°，少数15°~30°°多功能剧剧场：周边54个落地支支点，内内部设置置4个上部支支点，平平面夹角角43.9°～174.1°，平面内内次梁夹夹角为15～90.2°网格大小小－6m主梁相贯贯节点大大量采用用铸钢节点点大剧场48个，多功功能剧场场21个，铸钢钢节点单单件最大大重量38T，最多分分枝为10个枝，最最大枝长长18m。钢结构工工程总用用钢量约约10000吨，其中大大剧场7800吨，多功能能剧场2200吨球形支座座落地处设设置收边边环梁，，搁置在在93球形支座座上；另另在内部部设置14个球型支支座，支支撑在混混凝土结结构上主、次梁梁均为箱箱型截面面，最大大截面2005×400mm大剧场－－次梁断断面300××800~1000mm，主梁宽宽度400mm，高度随随面夹角角变化，，约在1.0~1.5m多功能剧剧场－次次梁断面面250××750mm，主梁宽宽度300mm，高度随随面夹角角变化，，约在0.76~1.5m钢结构箱箱梁截面面尺寸主梁次梁铸钢节点点铸钢节点点典型结构构面钢结构构构件示意意图序号附属结构分项1歌剧院主、侧、后舞台栅顶钢结构（主次梁结构）2多功能厅栅顶钢结构（主次梁结构）3观众厅栅顶钢结构（主次梁结构）4钢楼梯（梁式楼梯）5外围护结构中的主龙骨6观众厅劲性钢柱、钢梁歌剧院主主舞台顶顶面承重重钢结构构采用纵纵横双向向桁架体体系，横横向主桁桁架跨25.2m；主桁架架之间设设置纵向向支撑桁桁架形成成空间结结构。主主桁架高高度为2.4m。桁架的的弦杆及及腹杆为为焊接和和轧制H型钢。附属结构构四、工程程重点、、难点及及其对策策土建施工工重难点点分析重难点施工重难点分析主台仓超深基坑施工大剧场主台仓开挖深度达到19.5m，属超深基坑工程，该基坑开挖由业主指定单位广东省基础公司完成，作为总包单位，加强管理，确保基坑施工安全是施工重点之一。因此，监督和指导其进行基坑工程施工质量控制，并对基坑进行监测尤其重要，在基坑出现险情时及时组织分析其原因，并监督实施。超高结构模板支撑本工程楼层较高，一般为5~6m，最大达33.08m，为满足使用功能和造型要求，高支模和超高支模使用普遍，确保支撑体系安全是施工管理重点之一，应认真组织编制可行的施工方案，按要求逐级审批后严格按规范和方案要求实施，并加强过程检查。劲性钢筋混凝土结构施工大剧场观众厅劲性钢筋混凝土结构是本工程施工难点之一，其难点主要在钢骨与钢筋的施工顺序如何很好的保证其位置准确，及混凝土的浇筑质量控制。应协调好钢构与土建的施工。清水混凝土施工清水混凝土是本工程施工难点之一，在国内建筑工程上大量使用是近年刚刚兴起的一股热潮，本工程清水混凝土除在其它建筑工程中大量使用的竖向结构外，还包括复杂梁板结构。应认真落实样板引路制度、技术交底与培训制度及检查制度。主台仓超超深基坑坑大剧场地地下一层层（局部部四层）），地上上七层，，深基坑坑深度达达到19.5m超高模板板支撑体体系施工工为满足造造形及功功能需要要，本工工程存在在大量超超高结构构，尤其其是舞台台和观众众厅部分分，大剧剧场观众众厅上部部超高结结构高度度达到33.08m，而且，，由于池池座的标标高变化化较大而而形成较较大基底底高差。。33.08m超高模板板支撑体体系施工工对策：采采用扣件件式钢管管脚手架架采用PKPM软件进行行胎架设设计计算算方案履行行签字手手续，并并请广州州市高支支模委员员会的专专家进行行方案评评审劲性钢筋筋混凝土土结构施施工观众厅楼楼座看台台采用不不对称叠叠落式布布置，结结构面标标高变化化较大，，为满足足功能需需要，劲劲性混凝凝土结构构挑出跨跨度达12.08m对策：绑绑扎后整整体就位位清水混凝凝土施工工为满足设设计效果果要求，，平台、、草坡下下部空间间三向斜交交梁板结构及坡坡道栏板板均采用用清水混混凝土，，尤其是是平台下下部空间间为国内首次次大面积使使用复杂杂结构梁梁板清水水混凝土土。对策：样样板引路路钢结构安安装施工工重难点点分析重难点钢结构安装施工重难点分析铸钢节点的制作与安装铸钢节点为空腔异体箱型截面,体形大、单件重；节点上多杆件汇交，最多分支达10个，空间位置与大地呈多角度；构造复杂，其制作和安装定位难度大。空间异种钢材箱形截面全位置焊接空间异种钢材箱形截面全位置焊接，焊缝形式有平焊、横焊、立焊、仰焊、仰爬焊等；焊接最大截面2005*400，最大壁厚70mm.吊装机械设备选择单个铸钢节点相对于主次梁来说相对较重,且散布于整个网壳内,而其数量比例不足1.2%,因此合理配备吊装设备显得尤其重要.安装胎架布设落地网壳主要受力在收边梁上,跨内整个结构除少数点支撑于混凝土柱上外大部分构件为悬空结构,需要设置临时支撑胎架;胎架设置于已完成的土建结构空间位置复杂，临时支撑设置位置多样，难度较大。结构变形控制与监测为确保结构安全，本工程采用了原位监测，即在施工过程和建成投入使用的前两年内，对杆件应力集中部位、支座等受力关键部位进行应力、变形监控.。多维空间异形构件的测量定位多向斜交网壳结构中的铸钢节点为多维空间异形构件,设计给出的控制坐标工作点为空间虚拟点位,把空间虚拟点位如何转换为实际可操作的控制坐标,准确定位是本工程难点之一.69个铸钢节节点为空空腔异体体箱型截截面,体形大、、单件重重；节点点上多杆杆件汇交交，最多多分支达达10个，空间间位置与与大地呈呈多角度度；构造造复杂、、形状各各异。难点一：：机械设设备选择择难点三：：空间异异种钢材材箱形截面全位位置焊接接难点四：：支撑胎胎架布设设难度大大铸钢节点点特点及及安装难难点难点二：：多维空空间异形形构件的测量定定位复杂的铸铸钢节点点模型大剧院多功能剧剧场单个铸钢钢节点相相对于主主次梁来来说相对对较重,且散布于于整个网网壳内,而其数量量比例不不足1.2%,因此合理理配备吊吊装设备备显得尤尤其重要要.难点一：：机械设设备选择择优点:(1)吊装设备备货源相相对较多多，选择择方便。。(2)大小设备备合理搭搭配，施施工效率率相对较较高，能能满足工工期要求求。(3)机械费用用相对较较低，较较经济。。缺点:(1)胎架量相相对较大大;(2)主舞台横横向桁架架需散件件安装。吊装机械械设备选选择及平平面布置置：1、选用一一台SN630塔吊、两两台K50/50塔吊作为为主吊设设备；2、另配一一台250T履带吊作作为塔吊吊盲区部部分构件件及较重重铸钢件件的辅助助吊装设设备。难点一对对策：大大型塔吊吊及履带带吊综合合吊装法法与中型吊吊车配合合使用，，吊装设设备选择择方便、、经济；；施工部部署合理理、与土土建施工工配合紧紧密、工工期较易易保证。。因此从设设备投入入、工期期要求、、安全保保障、技技术可行行性及安安装精度度上综合合衡量，，选择该该方案为为实施方方案。250T履带吊K50/50塔吊K50/50塔吊SN630塔吊(1)钢结构的的安装采采用高空空胎架原原位拼装装法进行行安装;铸钢节点点和主梁梁安装时时下设安安装胎架架和安装装操作平平台。(2)安装总体体顺序：：立面上上从下向向上逐面面扩展安安装.平面上从从中间向向四周逐逐面扩展展安装。。行走区路路面处理理现场图图楼板加固固采用：：500mm×500mm的脚手架架通过可可调托撑撑顶紧楼楼板，脚脚手架采采用φ48××3.5的热轧无无缝钢管管，大横横杆最大大间距1000mm，斜撑在在平面内内连续布布置，每每四排脚脚手架设设一道斜斜撑，水水平支撑撑每两个个步距设设一道。。地下室顶顶板加固固措施地下室顶顶板加固固现场图图应力应变变监测楼板和梁梁变形监监测现场荷载载试验两次监测测的最大大应力值值为30.24MPa，最大变变形4mm.现场荷载载试验难点二对对策：型型钢架与与钢管架架组合胎胎架典型节点点胎架示示意图1.8××1.8m型钢标准准节脚手架铸钢节点点铸钢节点点下的胎胎架形式式胎架底部部与楼板板连接形形式局部楼板板穿孔胎架局部部楼板穿穿孔形式式主次梁胎胎架搭设设形式本工程钢钢屋盖异异型复杂杂空间壳壳体结构构，整个个测量重重点在于于连接主主、次梁梁的铸钢钢节点空空间位置置的精确确定位，，采用索隹331023高精度全全站仪对对铸钢节节点进行行空间三三维坐标标控制.难点三对对策：全全站仪定定位测量量循环测距距离法原原理：基基于端口口上的任任意一个个端点的的空间定定位坐标标均与同同一节点点不同断断面上的的可视端端点之间间的空间间有效距距离，循循环测量量、相互互校核，，以空间间距离来来达到控控制空间间角度的的原理;每个铸钢钢节点所所有端点点之间形形成封闭闭环，多多组数据据反复校校对.铸钢件检检测采用用循环测测距坐标标拟合法法x：127304y：986623z：61474直接用激激光捕捉捉测量控控制点的的空间三三维坐标标，将测测量数值值与设计计预控制制值比较较，贴厚厚度小于于1mm的全息反反射薄膜膜；节点点上的测测控点根根据设计计中心坐坐标转换换在节点点分枝表表面上.型钢支架架和定位位架安装装铸钢件地地面预拼拼装难点三：：复杂铸铸钢节点点的测量量定位在地面拼拼装时通通过测量量量定位位将铸钢钢节点调调整至安安装姿态态.安装定位位铸钢节点点安装测测量定位位本工程现现场焊接接部位主主要有钢钢梁与铸铸钢件焊焊接，钢钢梁对接接，钢桁桁架焊接接，大部部分接头头焊接难难度较大大，特别别是铸钢钢件与钢钢梁异种种钢材焊焊接，铸铸钢件结结构复杂杂，焊接接操作空空间小。。焊缝形形式有平平焊、横横焊、立立焊、仰仰焊等高高空全位位置焊接接。焊接接量大，，焊接变变形控制制是本工工程的一一大重点点。铸钢节点（GS-20Mn5N)箱型梁(Q345JGB)对接焊缝难点四：空间异异种钢材箱型截截面全位置焊接接1、焊接工艺评定定针对现场钢结构构焊接施工特点点，选用本工程程最具特点的焊焊接位置进行试试验。评定的目目的是针对各种种类型的焊接节节点确定出最佳佳焊接工艺参数数，制定完整合合理详细的工艺艺措施和工艺流流程。对合格焊工进行行培训并进行技技术交底，施工工前进行复训与与考核。2、焊工培训与考考试3、焊材及焊接机机具选择CO2焊机手工电弧焊机本工程现场焊接接主要采用CO2气体保护半自动动焊、手工电弧弧焊两种方法。。焊丝选用WH50—6实芯焊丝和AT—YJ502Q药芯焊丝，直径径选用φ1.2mm，配备功率强大大（可远距离配配线，电压降极极小）性能先进进，可随时由操操作者远距离手手控电压、电流流变幅的整流式式CO2焊机，以适应高高空作业者为满满足全位置焊接接需要频繁调整整焊接电压、电电流的要求。坡口打磨清理坡口检查4、接头坡口处理理GS—20MN5N铸钢件与Q345GJB箱型钢梁焊接前前，预热应沿焊焊缝中心两侧各各100mm以内进行全方位位均匀加热，当当预热温度范围围均达到预定值值后，持续20-30分钟，温度的测测试须在离坡口口80-100mm处进行，采用触触式温度计测试试，加热源采用用氧乙炔加热时时至少使火焰焰焰蕊距管壁具有有不少于100mm的距离且不时绕绕钢梁运作，（（以免造成加热热不均匀，单点点温度过高而造造成对铸钢件的的损伤）（预热热温度见表）5、焊前预热钢种焊接方式壁厚（mm）T=16-30T=30-50T=50-70Q345GJBCO2气体保护焊180-200220-250250-280GS-20MN5NCO2气体保护焊200-220220-250220-280预热温度表焊接作业区域设设置防雨、防风风措施。连接节节点处，专门设设置可供2人同时同台作业业的操作平台。。平台除密铺脚脚手板外，还要要采用石棉布，，尽可能地减少少棚外大气对棚棚内焊接环境的的侵扰。对于柱柱间梁，斜支撑撑梁处水平对接接焊和斜对接焊焊，应设置防风风、防水、防高高温熔滴飞溅的的箱笼式防护架架，严密防护。。6、焊接保护焊接完成后采用用角向磨光机认认真除去飞溅与与焊渣，采用焊焊缝量规、放大大镜等器具对焊焊缝外观进行检检查，不得有凹凹陷、咬边、气气孔、未熔合、、裂纹等缺陷，，并做好焊后自自检记录，自检检合格后鉴上操操作焊工的编号号钢印，外观质质量检查标准应应符合GB50221表4－7－13的Ⅰ级规定。7、焊后外观检查查、清理8、后热处理焊后立即进行后后热保温处理，，后热应在焊缝缝两侧各100mm处全方位均匀加加热，后热温度度应为200－250℃，（采用火焰加加热的方式可对对构件进行去应应力回火处理））经表面温度计计在离焊缝80－100mm处测试温度达到到后不少于四层层石棉布紧裹并并用扎丝捆紧，，保温时间不少少于4小时以上，确保保接头区域达到到环境温度后方方能拆出。焊后保温处理后热处理焊缝在外观检查查合格的前提下下，经焊后≥24小时冷却使钢材材晶相组织稳定定后按图纸要求求对焊缝进行超超声波无损检测测，执行GB11345-89钢焊缝手工超声声波探伤方法和和结果分级，规规定的检验等级级并出具探伤报报告。9、焊缝的无损检检测单元主梁结构面面的焊接顺序，，先焊主约束，，后焊次约束的的方法；即先焊焊主梁拼接段，，后焊主梁与铸铸钢节点的连接接；再焊主梁与与次梁的连接节节点；最后焊接接次梁与次梁的的连接节点。钢梁焊接时，先先焊接1，再2人对称焊接2、3，最后焊接焊缝