单层空间变曲面弯扭斜交网格钢结构施工技术与应用

XXX体育中心

单层空间变曲面弯扭斜交网格

钢结构施工技术的研究与应用

一、工程概述二、研究背景三、研究思路和方法四、关键技术介绍及创新点五、总体实施效果六、经济与社会效益一、工程概述

XXX体育中心工程位于XX南山区后海填海区，工程占地面积307376㎡，建筑面积335298㎡，主体结构为钢筋混凝土结构+钢结构。建成后将作为2011年第26届世界大学生运动会的主场馆，并举办开幕式。1、总体概况工程名称：XXX体育中心钢结构工程工程地点：XX市南山后海填海区发包单位：华润XXX发展有限公司

设计单位：

监理单位：XX市中海建设监理有限公司施工总承包：钢结构专业分包：钢结构制作：整个主场馆长约500米，宽约240米，钢结构重量2.4万吨。整个屋盖由一个单层空间变曲面弯扭斜交网壳结构将“一场两馆”有机组合，外形酷似一只“春茧”。其中，单层网壳是整个屋盖的核心，是施工过程中的重点和难点，也是我们本次鉴定的主要内容。体育场观景桥大树广场体育馆游泳馆运动员接待中心副馆2、钢结构概况（1）本工程在关键部位使用了Q460GJD材质，现场存在大量箱型弯扭构件高空焊接、大直径厚壁圆管高空相贯焊接。2、钢结构概况（2）3、施工特点一二三四五六七施工工期紧深化设计难度大弯扭构件制作困难测量精度要求高施工措施复杂高强度钢材焊接难度大结构卸载风险大科技含量高屋盖分区图4、施工分区5、施工部署本工程主要在体育场内设置2台320T履带吊，在场外设置1台180吨与1台160吨履带，同时在大树广场结构楼层上设置2台K50/50行走式塔吊对整个屋盖进行吊装。

根据屋盖结构吊装单元块的划分，考虑到支撑胎架下侧混凝土结构的形式，屋盖下侧总计设置支撑点250个，其平面布置图如下：支撑点平面布置6、卸载支撑布置二、研究背景空间钢结构构常见的安安装方法包括：高空散装装，分块吊吊装、整体体吊装、滑滑移就位法法和整体提提升等。安装前，都都涉及到大大量的构件件拼装，如何有效效的保证拼拼装精度，，进而使得得高空安装装就位后达达到设计要要求坐标，，满足建筑筑外观造型型是钢结构构施工的控控制目标。。体育馆展览馆候车厅飞机库超高层1、结构安装装研究的背背景同时，随着各类特特大型复杂杂钢结构工工程的不断断涌现,国产高强强超厚板,如60～～100mm厚的Q390、、Q420、Q460等材质质的钢板开开始大量使使用，各种种高强材质质构件的现场场焊接也越越来越多，难度越来越越大，特别是高高建钢箱型型弯扭构件件高空焊接接和大直径径厚壁圆管管的相贯焊焊接更是加加大了钢结结构施工难难度。目前，国内内外对Q460材质质的焊接也也有涉及。。而对于Q460GJD的焊焊接研究，，在国内外外均未见报报道，其焊焊接性能和和焊接工艺艺都有待研研究。2、焊接施工工研究的背背景综合目前国国内的研究究现状，可可以看出，，钢结构的的卸载方式式主要有：：螺旋千斤斤顶回程转转换、砂箱箱卸载、液液压设备控控制卸载。。卸载顺序序主要是：先合合龙，再整体体由内向外或或者由外向内内分步卸载。。对于先局部卸卸载、再合龙龙、最后卸载载的研究还未未涉足。3、卸载施工研研究的背景三、研究思路和方法科技创新引引领未来来研究思路：（1）固定胎胎架费时、费费料、费人工工，已满足不不了现场的拼拼装任务。（2）弯扭构构件拼装单元元面积大，拼拼装定位工艺艺复杂。（3）地面拼拼装，焊接易易引起整体变变形。（4）多牛腿腿现场对接容容易出现错口口现象。（5）分片吊吊装易引起弹弹性变形。弯度最大扭度最大1、非标准单元元弯扭构件的的地面拼装与吊装装定位技术研究方法：（1）采用可可调节标高、、角度的地面面拼装支架；；（2）采用单单元卧拼、端端点平面投影影定位的测控控方法。（3）地面拼拼装选取合理理的焊接顺序序（4）高空杆杆件端口预留留200mm组合焊缝现现场焊接（5）采用双双机抬吊，减减少弯扭构件件吊装变形。。1、非标准单元元弯扭构件的的地面拼装与与吊装定位技技术2.Q460GJD现场场焊接技术淬硬高强钢焊接变变形及残余应应力控制难度度大。变形裂纹厚板焊接容易易产生焊接裂裂纹。碳当量高、有有淬硬倾向，，预热温度和和层间温度要要求高。研究思路：2.Q460GJD现场场焊接技术加强防温度散散失、防风、、防潮措施，，对预热、层层温、后热、、保温等进行行有效控制，，需要优化焊接工艺艺，选择匹配的焊材，制定合理的焊焊接顺序。需要大线能量量输入以克服服其淬硬倾向向研究方法3.单层空间间变曲面弯扭扭斜交网格钢钢结构的合龙龙与卸载技术术由于不能保证证两个标段同同时施工完成成，寻求一种种互不影响的的卸载顺序及及方法变得迫迫在眉睫。支撑点水平位位移、力的释释放。在安装过程中中，卸载工装装的选定对于于工程卸载的的安全性、经经济型、实用用性具有重要要意义。研究思路研究方法项目自主创造造的卸载专用用工装，有效效的解决了卸卸载的同步性性问题，以及及替代千斤顶顶的作用。在工装支撑杆杆件上提前涂涂抹润滑油，，以释放水平平约束。在这种情况之之下，只能考考虑先完成的的标段独自卸卸载，后合龙龙，再卸载合合龙带的施工工顺序，并采采用分区分步步逐级的卸载载工艺，有效效的避免了两两个标段的相相互影响。3.单层空间间变曲面弯扭扭斜交网格钢钢结构的合龙龙与卸载技术术科技创新引引领未来来四、关键技术介绍及创新点1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术2、Q460GJD现场场焊接技术3、单层空间间变曲面弯扭扭斜交网格钢钢结构的合龙龙与卸载技术术1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术底部平台采用用200*200的H型型钢焊接而成成,竖向支撑采用用两组16#槽钢靠背而成成，中间预留留30mm的的间隙，然后后与底座焊接接。槽钢上每每隔150mm高度设置置一个定位销销的定位孔，，双型钢之间间设置两块钢钢板，上面一一块支撑构件件，下面一块块用于放置千千斤顶，调整整上部钢板的的角度和高度度，两侧采用角钢钢进行加固。。胎架具体做法法控制点地面放放样地面点标高放样点地面点位置编编号1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术根据定位轴线线设置拼装胎胎架1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术采用倒链调节节构件状态主杆件在拼装装胎架上就位位1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术初步校正1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术依次吊装其它它主杆件1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术千斤顶设置实实物铅垂仪控制水水平投影1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术全站仪复测拼拼装主杆件精精度1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术次杆件拼装1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术脱离拼装胎架架安装姿态调整整1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术起吊落在指定胎架架上1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术现场测量1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术1、非标准单单元弯扭构件件的地面拼装装与吊装定位位技术焊接工艺评定定方案焊接工艺流程程2.Q460GJD现场场焊接技术现场焊接工艺艺评定试验2.Q460GJD现场场焊接技术监理对焊接工工艺进行评定定2.Q460GJD现场场焊接技术焊接工艺评定定报告资料2.Q460GJD现场场焊接技术接头形式的选选择针对箱型梁的的高空焊接及及圆管相贯焊焊接的形式，，经与设计协协商，选用坡坡口形式为带带内衬板的V形坡口。以减少少焊缝断面，减减少根部与面缝缝部收缩差，防防止由于焊接应应力过度集中在在近面缝区产生生撕裂现象。圆管斜支撑接头头形式箱型弯扭构件可可调衬板2.Q460GJD现场焊接接技术校正、预留焊接接收缩量圆管斜撑下端口口放高标高预留留收缩量箱型构件预留收收缩量2.Q460GJD现场焊接接技术制定合理的焊接接顺序序号焊接形式示意图焊接顺序焊接说明1采用两人分段对称焊接，即1、3同时进行，然后是2、4。要求对称、分层、同步、多焊道焊接。2

采取两人分段对称焊接，既1、3同时进行，然后是2、4。要求对称、分层、同步、多焊道焊接。3

箱型杆件对接焊接时，不开焊接工艺孔，采用仰焊，先焊接2、3，再两人对称焊接1、4的方式进行。2.Q460GJD现场焊接接技术Q460GJD钢材现场焊接焊口清理→焊前预热→根部焊接→填充层焊接→面层焊接→后热与保温→焊后外观检查、、清理→焊缝的无损检测测搭设焊接防风棚棚2.Q460GJD现场焊接接技术面层焊接圆管多层相贯2.Q460GJD现场焊接接技术箱型弯扭构件高高空平焊箱型弯扭构件高高空立焊2.Q460GJD现场焊接接技术焊后保温打磨后外观效果果2.Q460GJD现场焊接接技术磁粉探伤超声波探伤2.Q460GJD现场焊接接技术焊缝检验报告资资料2.Q460GJD现场焊接接技术2.Q460GJD现场焊接接技术（1）合龙带设设置监测点，合合龙时跟踪监测测坐标变化。（2）在合龙焊焊接前，采集四四个位移监测点点的原始数据，，并做好记录。。（3）合龙温度度选择在23~30℃。位移、应力应变变监测点布置图图3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术合龙前动员大会会暨技术交底合龙焊接施工3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术卸载安全性评估估由右图可见，在在卸载全过程中中，无论主结构构或胎架结构，，在自重作用下下(并给予1.35的放大系系数)，其应力力均小于200Mpa，即保保持在弹性范围围以内，安全性性有足够保证(不致失稳)，，这是因为结构构的失稳总是发发生在弹塑性阶阶段。卸载全过程主结结构及胎架结构构应力响应3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术卸载次序可行性性评估由下图可见，分分步成型后的主主结构，各杆件件稳定应力比总总体与设计(一一次成型)接近近，而且相比而而言，“施工型型”各杆件的稳稳定应力比略低低于“设计型””。这表明“施施工型”与“设设计型”的受力力出入不大，分分步卸载并未对对主结构受力产产生大的影响。。主结构杆件稳应应力比(设计型与施工型型)3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术结构一次成型位位移云图(设计计型)结构分布成型位位移云图(施工工型)3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术总体卸载工艺流流程根据卸载的条件件，将五大区域域划分为五大卸卸载步骤，具体体如下图。总体卸载工艺流流程卸载前的准备项目内部组织卸卸载区域内构件件焊缝检查，防防止出现漏焊。。对卸载区域内内所有焊缝进行行探伤，合格后后通过第三方检检测，同时邀请请业主和监理进进行焊缝验收。。在结构相应位置置布置位移监测测点，记录各检检测点原始数据据；根据支撑点的理理论卸载量，在在支撑胎架顶工工装的支撑短立立柱上做刻度标标记（每个刻度度10mm），，以便控制卸载载切割量。3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术胎架工装水平支撑杆钢管短立柱托梁支撑胎架支撑胎架工装模模型图3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术①构件安装前就应应在支撑杆上涂涂抹润滑油。②卸载前，首先先对两根钢管短短立柱内侧钢管管槽进行切割，，使得每个工装装只保留两边的的外侧钢管槽，，减少卸载过程程的切割量。③切割时，先纵向向切割钢管槽，，接着对钢管槽槽进行水平切割割。水平切割应应两侧同时对称称进行，且每道道切割缝宽度为为2mm，使屋屋盖缓慢自由下下降。④在部分水平位移较较大的卸载点上的钢管槽进行行加宽切割，以以释放水平位移移，保证卸载顺顺利。切割示意图3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术卸载要点：屋盖卸载工装制制作卸载前各相关方方验收3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术卸载前交底切割卸载3.单层空间变变曲面弯扭斜交交网格钢结构的的合龙与卸载技技术II-1区卸载载完成II-2区卸载载完成II-3区卸载载完成II-4区卸载载完成大树广场卸载完完成3.单层空间变