超大悬挑异形钢桁架安装和过程监控施工工法附施工现场照片

超大悬挑异形钢桁架安装和过程监控施工工法完成单位：xxx股份有限公公司主要完成人：1前言在xx建工股份份有限公司承承建的辛亥革革命博物馆新新建工程中，博博物馆三层至至屋面外尖头头飞檐部分有有大跨度悬挑挑异形重钢桁桁架结构（见见图1.1和图1.2），为V形对称的四榀钢桁架，桁桁架悬挑跨度度达到38m，桁架间设设有纵向桁架架支撑，结构构复杂。针对对这种复杂的的超大悬挑异异形重钢桁架架结构，总结结了一套完整整的安装和卸卸载施工方法法，并且在施施工过程中，融融入了计算机机仿真分析和和施工过程同同步监控，将将实用的结构构测试技术、现现场计算分析析技术、现代代控制技术应应用于施工，结结合施工过程程形成结构计计算分析、监监测及反馈控控制系统。通通过施工现场场的结构测试试，跟踪计算算分析得出合合理的反馈控控制措施，给给施工过程中中结构“力”与“形”的变化提供供决策性技术术依据，也对对过程中弹性性变形和刚体体位移问题进进行综合分析析，帮助工程程技术人员更更加全面、真真实地把握结结构在施工过过程中的受力力变形情况，确确保各种工况况下的结构状状态符合设计计要求，真正正实现了对结结构生命周期期全过程力学学性能的评估估。图1.1辛亥亥革命博物馆馆飞檐悬挑钢钢桁架立面图图图1.2辛亥亥革命博物馆馆飞檐悬挑钢钢桁架模型图图2工法特点2.1结构安全全性好。安装装过程由悬挑挑固定端向悬悬挑端施工，桁桁架逐步形成成稳定体系。小小行程等距循循环多步卸载载，卸载过程程中桁架杆件件内力变化平平缓，避免了了应力突变。2.2利用计算算机仿真、计计算参数与监监测数据对比比以及反馈技技术指导施工工，为钢结构构施工提供了了一体化协同同时变分析系系统，确保结结构安装安全全及受力状态态符合设计要要求。2.3卸载操作作简便，成本本低，环保性性好。采用手手动螺旋式千千斤顶，操作作直观，动作作准确，并且且经济、简单单、适用，较较计算机中控控液压式千斤斤顶的费用大大幅降低，同同时无能源消消耗，无污染染。3适用范围本工法适用于大大型公共建（构构）筑物中，具具有复杂立面面、曲面外形形，超大以及及超长跨度的的悬挑重钢桁桁架结构施工工。4工艺原理主要工艺原理是是采用临时支支撑体系和空空中散装结合合的安装工艺艺，在结构组组装完成后拆拆除临时支撑撑。在临时支支撑搭设前，分分阶段适时模模拟安装和卸卸载过程，用用计算参数和和监测数据的的对比来指导导钢桁架安装装和卸载操作作，并确保安安装过程和卸卸载过程中的的安装精度和和结构稳定。首先，以计算机机建模分析为为基础，对桁桁架安装和卸卸载过程中结结构的控制性性工况状态进进行计算机模模拟分析，给给出安装和卸卸载时的结构构位移、构件件内力应力、支支撑和约束条条件的目标值值等，并对各各安装步骤和和卸载步骤需需要满足的条条件和注意事事项预见性地地给出相应的的要求和指导导。其次，在桁架安安装和卸载过过程中以监测测、监控为手手段，进行施施工阶段性的的结构位移、应应力、变形的的实时监测值值和模拟值对对比。当对比比值结果出现现较大偏差时时，需分析原原因，必要时时进行矫正或或纠偏，以确确保后续步骤骤顺利及最终终成型符合设设计要求。5施工工艺流程程及操作要点点5.1工艺流程程（见图5.1）建立钢结构桁架架深化设计和和结构分析模模型钢桁架构件制作作和预拼装制作和预拼装过过程监控钢桁架现场分段段安装钢桁架安装过程程监控钢桁架卸载施工工钢桁架卸载过程程监控钢桁架安装完毕毕后期分阶段段加荷成型监控钢桁架结构验收收图5.1工工艺流程5.2操作要点点5.2.1建立立钢桁架结构构深化设计和和结构分析模模型1.建立钢桁架架结构深化设设计模型。通通过分析深化化设计模型，指指导工厂的数数控下料、构构件组装、焊焊接成型、预预拼装等工序序。2.确定钢桁架架制作和安装装方案。3.建立钢桁架架结构仿真分分析模型，模模拟各种工况况，分析在不不同工况下全全过程中桁架架的受力状态态和变形状态态，对受力不不利和变形较较大的部位进进行全天重点点监控。5.2.2钢桁桁架构件制作作和预拼装1.根据数控下下料情况进行行钢桁架构件件制作。2.钢桁架构件件应在工厂内内将整个钢桁桁架分段进行行预拼装。5.2.3对钢钢桁架构件制制作和预拼装装过程监控在制作过程中应应对成型的构构件焊缝进行行全超探检查查；对钢桁架架构件制作和和预拼装过程程采用全站仪仪进行监控。将将监控值与设设计和分析值值进行对比，随随时对预拼装装结果进行修修正，对应力力和变形较大大的节点进行行应力监测和和拍X片检查。5.2.4钢桁桁架现场分段段安装1.通过仿真模模拟对安装步步骤和顺序进进行优化比选选，依据分析析结果对方案案进行调整，最最后确定安装装步骤和顺序序，确保桁架架在现场拼装装的每一步为为结构不变体体系。2.钢桁架构件件现场安装1）对预拼装的的构件进行预预检和复检，预预拼装的构件件在钢结构加加工厂质检部部门预检的基基础上，现场场安装项目部部要进厂对制制造质量进行行复检，合格格后方可出厂厂，不允许不不合格构件进进入安装现场场。2）对桁架支座座的连接点进进行复测。3）搭设桁架局局部承重支撑撑体系，支撑撑体系的位置置、大小和数数量应通过工工况模拟计算算确定，并根根据受力情况况进行设计和和搭设。支撑撑体系搭设以以辛亥革命博博物馆工程为为例见图5.2.44-1。图5.2.4--1悬挑钢桁架架支撑体系4）桁架构件吊吊装:：每榀桁架架的安装顺序序应严格按照照计算机模拟拟分析的过程程进行安装，以以辛亥革命博博物馆为例：：先安装下弦弦，焊接成整整体后，再安安装腹杆，只只进行连接处处螺栓的初拧拧，接下来再再安装上弦，校校正好腹杆和和上弦后，最最后进行焊接接，即从下往往上安装。整整个悬挑钢桁桁架的安装顺顺序则是从与与内部结构连连接的固定端端向悬挑部分分延伸安装。在在吊装过程中中为了保证施施工安全，悬悬挑钢桁架构构件在延伸的的过程中与内内部结构可连连接时，应立立即连接，尤尤其是刚性连连接节点，在在校正好后，优优先焊接牢固固，使其形成成稳定结构。桁桁架的自重均均作用在内部部结构上，而而不是承重支支撑体系上。如如此尽量利用用原有的结构构来承载，减减小临时支撑撑的负载。5）吊装完毕后后进行初检，并并进行垂直度度、轴线、标标高的调整。6）桁架进行下下一榀构件的的安装，直至至所有构件吊吊装完毕。钢桁架安装顺序序和安装过程程以辛亥革命命博物馆为例例，见图5.2.44-2和图5.2.44-3。图5.2.4--2悬挑钢桁架架安装顺序图5.2.4--3悬挑钢桁架架吊装过程图图钢桁架安装过程程监控在钢桁架现场安安装过程中，随随着分阶段安安装的实施，应应在构件上设设置应力和变变形监测点，这些监测点分别通过应变传感器和位移传感器的设置来实现应力和变形的监测。1.监测点的设设置要求1）应力监测点点的设置应根根据结构的受受力特征来布布置监测点，测测量部位主要要集中于钢桁桁架的弦杆等等内力较大的的截面，要严严格按照能够够体现结构受受力与方向的的实际情况来来布设，从而而能够真实准准确的反映构构件的工作状状态。2）变形监测点点的设置要有有合理的密度度，应能反映映结构的几何何形态和几何何变形情况，并并易于布设，施施测方便，以以满足施工监监测精度高，速速度快的要求求。2.传感器的布布设操作要求求：1）传感器安装装时，先在钢钢结构表面放放线，确定传传感器安装位位置，然后在在安装位置的的钢结构表面面进行打磨，打打磨范围约为为50mm××150mmm大小。2）将应变计自自带的基座拆拆下，装入安安装模板。通通过点焊基座座的方式，将将安装模板焊焊接在钢结构构表面，形成成螺栓，点焊焊位置及安装装模板如图。焊点焊点安装模板图安装模板与钢钢结构焊接示示意图3）将安装模板板取下，将应应变计装入冷冷却后的基座座内，两边带带上M6的螺母，先先拧紧，如图图“安装示意图”中左侧基座座（即没有调调节螺母的一一端）。再拧拧紧时为防止止被拧紧螺母母带动应变计计，导致应变变计扭曲，应应在拧紧螺母母的同时用手手扶着左侧的的端座施加反反力。图传感器安装示示意图4）测量应变计计读数，调整整调节螺母（见见图的6号零件）将将应变值调整整在1500με左右，若结结构体受力变变形较大，受受压应变值应应调至2800με左右，再拧拧紧图中右侧侧基座，拧紧紧时为防止被被拧紧的螺母母带动应变计计，导致应变变计扭曲，应应在拧紧螺母母的同时用手手扶着右侧的的端座施加反反力。5）最后将应变变计上的调节节螺母完全旋旋松，用小铁铁锤轻击左右右端，防止螺螺母虚假锁死死。测量应变变值应能稳定定、否则要重重新安装。6）安装好传感感器后，将传传感器的数据据传输线绑扎扎在钢构件表表面，引至方方便到达和测测量的地点。7）到达指定的的工况时用便便携式数据采采集箱采集数数据。对钢桁桁架分段安装装过程逐步成成型的结构进进行应力和变变形的过程监监测，并进行行分析，反馈馈调整现场安安装工作。5.2.6钢桁桁架卸载施工工1.通过计算机机仿真模拟计计算分析，对对卸载步骤和和顺序进行优优化比选，确确定最优卸载载方案。2.在卸载之前前对结构进行行一次系统全全面的应力和和变形的监测测。3.预卸载为能够进一步了了解承重结构构的变化情况况，在卸载前前一天进行预预卸载，千斤斤顶行程为5mm，预卸载完完毕后对卸载载部位承重架架的变化情况况、千斤顶的的下降高度、结结构焊缝的质质量情况及桁桁架挠度的变变化情况进行行一次全面的的检查。各项项检查合格无无误后，才可可进行正式卸卸载。4.正式卸载，采采用同步等距距循环卸载，操操作步骤如下下：1）完成所有卸卸载千斤顶的的地面试压和和高空卸载点点的布置。2）卸载千斤顶顶对主结构下下弦杆对应位位置的顶紧，同同时完成结构构整体外形的的测量验收工工作。3）将原安装支支撑点移去每每次卸载量相相应高度的垫垫块或将支撑撑点顶部割除除相应高度，行行程为5mm。4）同步将一排排的千斤顶下下落，使桁架架下弦再次与与支撑点接触触。5）调整千斤顶顶的水平位置置，使其保持持垂直状态和和对应支撑点点，消除水平平位移影响。6）再次顶紧千千斤顶。7）将原安装支支撑点再次移移去每次卸载载量相应高度度的垫块或将将支撑点顶部部割除相应高高度。重复以上操作，在在每次卸载量量完成后，对对各监测点的的数据进行读读取，并同理理论计算数据据相比较，指指导后续卸载载过程。直至至将整体主结结构卸载到位位。卸载点详详图见图5.2.6。5.卸载应急预预案对于卸载过程中中发生的各种种突发事件，宜宜按表5.2.6确定对应处处理措施进行行处理。图5.2.6卸载节点详详图表5.2.6卸载过程应应急预案序号分类表现形式处理方法1动力故障千斤顶未能提供供预测的顶升力更换千斤顶2动力故障千斤顶油路不畅畅添加润滑油或更更换油管3计算差异卸载过程中，未未达到卸载位位移量时，单单点失去支撑撑力回顶一次，接触触为止，随下步卸载，至至再次脱离为为止4计算差异卸载过程中，达达到计算的位移量，单点点支撑力仍然较大全面检查结构状状态，确定是是否继续卸载，或给定下下一个位移截截止值，修正卸载顺序，继继续卸载5计算差异卸载点局部受压压破坏立即停止卸载，用用垫块或垫片将支撑点楔楔紧使各点保保持到原支撑状态。加加大千斤顶垫垫块尺寸6结构变形钢结构出现异常常响声对出现异常部位位进行检查，确确认无误后，继继续卸载；否否则进行加固固处理7重大差异突破设计院的最最大位移截止止值，仍有较较大支撑力现场暂时停止卸卸载，并将各各点保持到原支撑状状态，设计院院详细核算，以及全面面检查钢结构构质量情况后，确定是是否继续卸载载8承重架体变形监测到的承重架架体变形大于原要求求调整千斤顶位置置，确保最小小的偏心作用，调整整临近的千斤斤顶顶升力，加固承承重架体9天气突发雷雨天气立即停止卸载，用用垫块将支撑点楔紧使使各点保持到到原支撑状态。雨后全面面检查后恢复复卸载钢桁架卸载过程程监控卸载完成后244小时内对钢钢桁架分阶段段进行4次监测，4次监测时间间为卸载完后后1小时、6小时、12小时和24小时。为了了减少温度变变化对钢桁架架的影响，卸卸载一般在早早晨或晚上完完成，其24小时内的监监测也应该在在早晨或晚上上完成。5.2.8钢桁桁架后期分阶阶段加荷成型型监控1.钢桁架成型型后，在每进进行一次楼板板结构施工和和二次维护结结构施工前后后，对布置在在钢桁架上的的监测点进行行监测。2.在进行钢桁桁架外装饰施施工阶段前后后，对布置在在钢桁架上的的监测点进行行监测。3.在全部荷载载施加完成后后，对布置在在钢桁架上的的监测点进行行监测。5.2.9钢桁桁架结构验收收依据过程监控资资料、现场感感观，编制钢钢结构验收资资料，经过各各个相关责任任单位同意通通过验收。6材料与设备主要材料与设备备见表6表6主要材料料和设备序号名称数量用途1塔吊2座吊装钢构件2汽车吊3台吊装钢构件3全站仪1台测量空间坐标4经纬仪1台控制构件垂直度度5监测设备——应力应变监测6千斤顶每卸载点一台顶升用7电焊机若干焊接构件8对讲设备同卸载人员数量量信息沟通9连接螺栓若干连接钢构件10螺栓扭矩扳手若干螺栓紧固用11气焊割枪2台切割构件12吊索具——吊装构件13扣件式钢管若干搭设承重支撑体体系7质量控制7.1本工法实实施中应满足足以下标准要要求：《钢结构设计规规范》（GB500017-20003），《钢结结构工程质量量验收规范》（GB50205-2001），《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002），《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（JGJ82-91），《工程测量规范》（GB50026-2007）。吊索具应符合设计要求与相应企业标准。7.2钢桁架构构件的预检和和复检构件的预检在钢钢结构加工厂厂质检部门检检查的基础上上，项目部根根据现场安装装进度要求构构件清单监督督制造部门是是否按要求配配套加工，避避免由于加工工构件不配套套造成现场安安装间断，影影响安装工期期和质量。7.2.2预检检：钢材材质质的成品质量量证明书及复复验报告，焊焊条、焊丝材材质的成品质质量证明书及及复验报告，构构件焊缝外观观及超声波探探伤报告，以以及实际偏差差等资料，记记录预检的所所有资料；构构件外观检查查包括：钢构构件的几何尺尺寸、连接板板零件的位置置、角度、螺螺栓孔直径及及位置，焊缝缝的坡口，节节点摩擦面，附附件的数量及及规格等。7.2.3复检检：对进场构构件，现场项项目材料员、质质量员应按照照构件发运清清单及相关技技术标准、规规范及设计文文件进行清点点，核查。对对构件制作过过程中形成的的各项技术资资料进行核查查。7.3焊接检验验所有焊缝均需由由焊接工长100%进行目视检检查，并记录录成表。设计一级焊缝的的必须进行100%超声波无损损检测，设计计二级焊缝的的必须进行20%的超声波无无损检测，检检测质量必须须达到相应规规范要求。焊缝表面严禁有有裂纹、夹渣渣、焊瘤、咬咬肉、气孔等等缺陷。对焊道尺寸、焊焊角尺寸、焊焊喉进行检查查记录。焊缝UT探伤应应在焊缝外观观尺寸检查合合格后进行，并并必须在焊缝缝冷却24小时后进行行。探伤人员必须具具有二级探伤伤资格证，出出具报告者必必须是三级探探伤资质人员员。探伤不合格处必必须返修，在在探伤确定缺缺陷位置两端端各加50mm清除范围围，用碳弧气气刨进行清除除，在深度上上也应保证缺缺陷清理干净净，然后再按按焊接工艺要要求进行补焊焊。7.4传感器的的监测时间一一般宜选择温温差较小的晚晚上或早晨。7.5卸载过程程注意事项7.5.1卸载载前进行精密密细致的前期期准备，组织织所有参与人人员对实施方方案和应急预预案进行详细细交底。7.5.2卸载载过程中严格格控制各卸载载点卸载位移移的同步精度度，确定各卸卸载点不同步步精度控制在在2mm范围内。7.5.3卸载载过程中要及及时处理结构构本体的应力力应变监测数数据，对发生生卸载点应力力超过设计要要求的点要及及时处理，确确保卸载过程程中结构本体体的安全。8安全措施8.1所有施工工人员进入施施工现场必须须带好安全帽帽、系好安全全带、穿好防防滑鞋。工人人在脚手架面面上作业，必必须挂好安全全带，为防止止意外，安全全带要挂在主主钢结构上。在在任何情况下下，严禁从架架上向下抛掷掷材料及其他他物品。8.2卸载前要要仔细检查各各卸载点的构构造处理情况况和千斤顶工工作性能，保保证符合技术术要求。8.3卸载过程程中，禁止随随意拆除脚手手架的基本构构架杆件，以以防止破坏脚脚手架的整体体性，卸载过过程中需要拆拆除的部分杆杆件必须经主主管人员同意意，采取相应应的补救措施施，方可拆除除。8.4在每步卸卸载作业完成成之后，必须须将架上剩余余材料物品移移走，清理脚脚手架面上的的多余物品，防防止坠落伤人人。8.5汽车吊的的行驶道路必必须坚实可靠靠，吊车不得得停置在斜坡坡上工作，防防止汽车吊倾倾覆。8.6暑期施工工注意防暑降降温，冬季施施工注意防冻冻防滑。9环保措施9.1购置环保保仪器设备，选选用无放射和和灼热类型的的全站仪，避避免在使用过过程中灼伤人人的眼睛。9.2采取措施施保证切割操操作时产生的的火花不会引引起火灾。9.3本工法采采用的是螺旋旋式千斤顶，无无噪声污染。9.4施工时应应对施工废料料进行集中收收集和分类，并并按照国家和和地方环保要要求进行相应应处理。9.5应严格遵遵守国家相关关职业健康法法规，保证场场内作业人员员的安全，并并保持生活区区的卫生。10效益分分析10.1通过应应用该工法的的施工工艺和和监控技术，使使大悬挑异形形重钢桁架能能够安全的进进行施工，施施工过程中桁桁架能保持稳稳定状态，质质量也得到保保证，并且成成型后能满足足设计要求，其其观感效果好好，相比常规规的满堂支撑撑和卸载方式式总造价节约约了43万元。10.2该工法法的施工工艺艺和监控技术术为复杂性逐逐步上升的钢钢桁架施工提提供了一体化化和精细化的的施工分析与与控制结合技技术，即在钢钢桁架的施工工中引入了同同步的应力和和变形监控，根根据监测的结结果，随时反反馈结构安装装情况，形成成一个施工监监控循环阶段段，最后顺利利建成并达到到设计要求。10.3通过该该工法对钢结结构施工过程程中受力变形形等非线性问问题的监控研研究和实践提提供了依据，体体现了我国钢钢结构信息化化施工技术的的跨越式发展展，取得了显显著的经济效效益和社会效效益。11应用实实例由xx建工股份份有限公司承承建的辛亥革革命博物馆工工程是为迎接接辛亥革命爆爆发100周年盛典而而新建的，位位于湖北省xx市武昌区阅阅马场首义文文化区的中心心位置，其博博物馆主体结结构共四层，地下一层，地上三层，结构采用钢筋混凝土框架-钢骨混凝土剪力墙结构，三层至屋面外尖头飞檐部分有大跨度悬挑钢桁架结构，为V形对称的四榀钢桁架，桁架悬挑跨度38m，桁架间设有纵向桁架支撑，桁架间楼板采用压型钢板组合楼盖，楼盖钢梁间设有水平支撑。钢桁架采用空中散拼的方式完成，其飞檐部分成型后整体重量达600t。针对钢桁架的结构特点，开展了QC小组攻关活动，编制了这套超大悬挑异形钢桁架安装和过程监控施工方法。悬挑钢桁架的变形监测点和应力监测点布置见图11.1和图11.2。通过对此施工方法的应用和监控，整个桁架施工过程中的“力”与“形”的控制得到了保证，有效控制结构中的“施工残余应力”，