中冶成工建設有限

1、中冶成工建設有限第1頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日一 、 工程概況嘉峪關氣象塔位于甘肅省嘉峪關東湖風景區(qū)內(nèi)景觀廣場中軸線上，是該市的標志性建筑。由國家氣象局和甘肅省嘉峪關市政府聯(lián)合投資3400多萬元，總建筑面積5278平方米，總高94.94米，是目前國內(nèi)最高的氣象塔。由裙樓和外掛“海豚”造型鋼網(wǎng)殼的塔樓組成。第2頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日海豚狀網(wǎng)殼采用2726根直徑89-219mm的鋼管對接焊接構(gòu)成。圍繞核心筒共有24根立桿、30層環(huán)桿和斜桿。網(wǎng)殼在3、6、9、11層通過水平拉壓桿連接在鋼筋砼核心筒體以及觀光層外環(huán)鋼梁的半球支座上。第3頁

2、，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日二 、工程特點海豚狀網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)造型復雜。高空安裝定位點多。定位數(shù)據(jù)計算繁瑣。制造難度大、精度要求高、高空操作業(yè)困難。第4頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日三 、工程難點1 制造難點網(wǎng)殼的相貫線三維建模復雜、相貫線桿件的切割精度求高。高空定位焊接操作難度大，焊縫質(zhì)量要求高。立桿為空間折線結(jié)構(gòu)，立桿的加工精度的保證。焊接變形的控制。第5頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日2 測量難點立桿、小拼單元的拼裝測量對空間坐標進行轉(zhuǎn)換，便于立桿、小拼單元的地面加工與拼裝 。高空安裝組對三維定位測量定位觀測時受鋼框架

3、、腳手架等障礙物阻擋，定位立桿空間方位角各不相同。第6頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日3 安裝難點安全技術措施鋼網(wǎng)殼高度高，高空安裝難度極大。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的吊裝組成網(wǎng)殼的吊裝單元都是不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在吊裝過程中容易變形。第7頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日四 、施工與測量1、桿件加工2、測量定位3、小拼單元的組裝與測量4、網(wǎng)殼安裝的安全技術措施5、小拼單元的現(xiàn)場定位拼裝與吊裝6、“海豚”頭部拼裝與吊裝7、“海豚”鰭的拼裝與吊裝第8頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 1 桿件加工海豚結(jié)構(gòu)鋼網(wǎng)殼計算機建模第9頁，共55頁，2022年，5

4、月20日，3點10分，星期日相貫線切割加工第10頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日立桿的制作1-鋼平臺 2-鏈桿組 3-立桿 4-卡環(huán) 5-支桿 6-磁座空間定位工裝示意圖立桿（Z,X）平面坐標示意圖 第11頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日立桿的焊接立桿同徑對接接頭示意圖立桿變徑對接接頭示意圖第12頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日2、測量定位（1）、測量控制網(wǎng)的建立 因氣象塔網(wǎng)殼中的混凝土筒體四周基本上是封閉的，故選擇在塔體四周地面上布設6各測量控制點，實施遠距離實施定位觀測。為避免定位網(wǎng)殼頂部時，豎直角過大觀測不便及影響定

5、位精度，布設的控制點均距塔體中心150米以外，大體均勻地分布在塔體四周，任何一個定位點都能與6個觀測墩之一通視。由于控制點直接用于安裝定位測量，不僅使用頻繁，且觀測時間很長，對穩(wěn)定性有較高要求，因此全部采用帶強制對中裝置的鋼筋混凝土觀測墩。第13頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 控制點采用閉合導線形式連接，平面部分采用萊卡全站儀按1級導線的技術要求觀測，高程部分則采用索佳數(shù)字水準儀按二等水準的要求施測。網(wǎng)殼設計坐標采用的工程坐標系統(tǒng)，原點設在氣象塔混凝土筒體幾何中心，以“海豚”的對稱軸為Y坐標軸，方向由“海豚”腹部指向背部；順時針90度方向為X軸，Z軸鉛直向上。為將設立

6、的六個控制點納入施工坐標系統(tǒng)，聯(lián)測了Y坐標軸線上兩個點為已知點，對導線網(wǎng)作約束平差。平差數(shù)據(jù)處理使用COSA嚴密平差軟件完成，平差結(jié)果表明，已知點精度符合要求，六個控制點平面坐標和高程中誤差均小于2mm。第14頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日控制網(wǎng)略圖如圖所示。 控制網(wǎng)網(wǎng)型與建筑軸線注：中心圖形為核心筒體，不依比例繪制；Z1-Z3、Z2-Z4為建筑物軸線上的點位，Z2、Z4作為控制網(wǎng)起算點，1、2、3、4、5、6為布設的六個觀測墩。第15頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 （2）、坐標轉(zhuǎn)換 設計了一套基于AutoCAD系統(tǒng)的圖形操作轉(zhuǎn)換方法。根據(jù)圖

7、形整體變換，不改變其相對空間關系的基本原理，通過一系列圖形旋轉(zhuǎn)、平移及變換投影面的操作步驟，實現(xiàn)了吊裝單元交點設計坐標，向拼裝平臺相對坐標的變換。相對于數(shù)學計算方法，圖形操作變換的顯著優(yōu)點是避免了復雜的計算，可以根據(jù)拼裝場地實際情況，靈活選擇最方便作業(yè)的放置方式，并且操作簡單、直觀、便于檢驗而可靠性高。第16頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 （3）、拼裝圖的制作 在AutoCAD中完成坐標轉(zhuǎn)換并制作拼裝圖的具體步驟為： 步驟一：將吊裝單元相對應的立桿節(jié)點坐標投影到XOY面上，以一立桿底部節(jié)點為基點，以兩側(cè)立桿底部節(jié)點的連線為基線（以3根立桿的拼裝單元為例），繞Z軸旋轉(zhuǎn)到

8、使基線與X軸平行的位置。提取旋轉(zhuǎn)后的坐標，將其投影到ZOY面上得到吊裝單元水平面上的投影圖，投影圖反映了吊裝組件中立桿在拼裝平臺水平面上的相互關系。第17頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 步驟二：將旋轉(zhuǎn)后的坐標，投影到ZOX面上得到吊裝單元豎直面上的投影圖，投影圖反映了組件中立桿在拼裝平臺豎直高度方向上的相互關系。 步驟三：若拼裝單元兩端高差太大，會使得拼裝工作操作不便。為此可以在ZOX平面上，以拼裝單元中間立桿底端為基點，同一立桿頂端旋轉(zhuǎn)到與底端水平的位置，然后提取旋轉(zhuǎn)后的坐標，將其投影到ZOY面上，重新得到吊裝單元水平面上的投影圖。 步驟四：在拼裝平臺設立觀測點，以

9、任意坐標測繪拼裝平臺的范圍，將吊裝單元水平投影圖平移到拼裝平臺范圍內(nèi)，從圖上量取極坐標法定位平裝單元定位點的數(shù)據(jù)。第18頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 一個由3根立桿，4層組成的吊裝單元拼裝圖如圖2-1和圖2-2所示，其中圖21中標注了觀測站按極坐標法放樣吊裝單元立桿上下端點的水平角度與距離。 圖21 拼裝單元橫向投影圖(ZOY面)第19頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 圖22 拼裝單元縱向投影圖(ZOX面)第20頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 組裝放樣 步驟一：在拼裝平臺的觀測墩上用極坐標放樣法，按水平投影圖上的數(shù)據(jù)

10、精確將吊裝單元各立桿首尾兩個端點的位置，定位在拼裝場地上并做好標記。 步驟二：對放樣出的點位進行高差測定，通過測得的相對高差確定“地平改正數(shù)”，對縱向投影圖上的高程數(shù)據(jù)進行改正，以消除拼裝平臺地面不平整的影響。 步驟三：考慮要使焊接桿件下側(cè)時便于操作，還需再對豎直投影圖放樣點高程值統(tǒng)一加一個“高程常數(shù)”，即：放樣點相對地面高度值豎直投影圖上高程地平改正數(shù)高程常數(shù)。第21頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日3、小拼單元的試裝第22頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 4、 網(wǎng)殼安裝的安全技術措施鋼框架三維示意圖第23頁，共55頁，2022年，5月20日，3

11、點10分，星期日5、小拼單元的現(xiàn)場定位拼裝與吊裝第24頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 海豚”網(wǎng)殼主體（小拼單元）安裝示意圖小拼單元間散件安裝示意圖 第25頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日（1）、網(wǎng)殼安裝定位測量測量定位器第26頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日設立桿定位節(jié)點設計坐標為 ，所在立桿下一節(jié)點設計坐標為 ，棱鏡桿長度為，棱鏡坐標為則 ： 第27頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 根據(jù)上述公式計算棱鏡坐標簡便易行，定位時根據(jù)障礙物阻擋情況決定棱鏡桿長度后，由編程計算器就可快速計算。吊裝時首先使

12、吊裝單元立桿下端與下一層上端（已安裝好）對接，這時立桿上端即已基本到位，觀測人員指揮安裝人員移動吊裝單元上端，當監(jiān)測到棱鏡坐標觀測值等于 時，吊裝單元即已處于正確位置。 實際作業(yè)時，觀測標志可以估計障礙物高度在地面預裝，若被阻擋則改換觀測站觀測，避免了空中安置測量標志的操作，定位工作因而安全、快捷。第28頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日（2）、定位精度 如圖6所示，O為測站點，P為放樣點，S為斜距，Z為天頂距，a為水平方位角。則P點相對測站點的三維坐標為：第29頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 按照測量誤差理論,從上述計算式可求得三維坐標放樣的精

13、度為： 圖6 三維坐標放樣原理圖 第30頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 以2秒全站儀Leica TCR 402為例，當測站點至放樣點的距離為200 m，豎直角為30時（高程測量最不利的情況），三維坐標放樣精度滿足： 第31頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日（3）、單元吊裝與空間定位 用C5530塔式起重機將拼裝好的吊裝單元吊到相應位置后，首先對吊裝單元立桿底部進行“限位”，使其對接卡在相對應的下層立桿桿件頂部。然后用手拉滑輪將單元頂部移動到設計位置，由于單元立桿底部已經(jīng)到達設計位置，如果單元桿件上部能到達設計位置，則定位工作完成。 但實際上由于桿

14、件加工、組裝、焊接過程中不可避免的存在誤差，底部立桿對接處不會完全對口正確，這時要采用滑輪組對吊裝單元立桿做遷引，使上下立桿端口嚴格對齊。第32頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 下面圖7是1825層吊裝單元吊裝時的情況。第33頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日（4）、實際精度控制 平面位置定位的實際精度控制 網(wǎng)殼拼接采用桿件對接焊接的連接方式，理論上定位誤差應小于1mm。然而實踐中影響定位精度的因素眾多，任何一個環(huán)節(jié)不完善，誤差都會超過允許值。實際上，海豚狀網(wǎng)殼本身只是一個外觀裝飾工程，除安全、穩(wěn)固的基本要求外，只要求外形符合設計要求，形象逼真，而

15、節(jié)點定位值與設計值相差10多毫米，影響是完全可以忽略不計的。所以實踐中采用的作業(yè)辦法是：A、裝組件地面拼裝時，連接吊裝組件立桿上下端口的斜桿暫不焊牢，使立桿有一定移動自由度。B、吊裝時若上下兩吊裝單元立桿端口對接不上，通過手動滑輪施力，利用鋼管本身的韌性，強制移動吊裝單元，使上下立桿端口完成對接。C、在此基礎上，再定位吊裝單元立桿上端到設計位置。實踐證明，按此作業(yè)方法，立桿節(jié)點定位誤差在5mm以內(nèi)時，均能順利實現(xiàn)對口連接，并且定位誤差不會逐層積累，不影響網(wǎng)殼外觀和往各上層的吊裝定位。按此定位精度要求，觀測定位不必采用高精度儀器和繁瑣的觀測程序，2秒全站儀半測回觀測就可達到要求，操作簡單、快捷，

16、極大地提高了網(wǎng)殼安裝工作效率，保證了建設工程的順利進行。第34頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日高程定位的實際精度控制根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范（GB50205-2001），高度允許偏差為： 注：式中 為鋼管長度制造允許偏差； 為立桿長度經(jīng)核載壓縮后的縮短值； 為桿件接頭焊縫的收縮值；n為桿件焊接的節(jié)數(shù)。 實踐中發(fā)現(xiàn)，由于受桿件加工誤差、焊接收縮、端口對接不上而進行切割修口等諸多因素影響，吊裝單元立桿在長度上存在較大誤差，并且表現(xiàn)出趨短的一致性。高程上的定位誤差不同于平面定位誤差，前者不會積累，而后者是積累的，所以必須引起足夠的重視。實踐中，我們采用逐層測量24根立桿的

17、設計高與設計高的差值，統(tǒng)一對立桿上端口作一定切割，使同一層立桿上端口相對高差符合設計值。最后通過當累加到一定值時，通過在較高層位置對立桿作統(tǒng)一加長處理來消除。第35頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日6、海豚頭部的拼裝與吊裝 “海豚”鋼網(wǎng)殼2535層是海豚的頭部，其桿件密集，焊接工作量相當大。由于頭部整體重量低于吊車的起重能力，為提高作業(yè)效率，安裝作業(yè)采用地面拼裝成型后再整體吊裝。地面拼裝按八根立桿為一個單元，將頭部分為四個組裝片，在拼裝平臺上分別組裝后再合攏焊接，最后整體吊裝。圖8介紹了頭部的拼裝與吊裝過程。第36頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日頭

18、部組裝圖 頭部吊裝圖 第37頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日7、 鰭的拼裝與吊裝 “海豚”的鰭是整個海豚網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中最復雜的部分，其中側(cè)鰭由206根長短、直徑不一的鋼管組成，其中一個節(jié)點最多有8根桿件對徑連接，定位及焊接工作量均很大。側(cè)鰭背腹脊立桿構(gòu)成一空間平面如圖9，平面兩側(cè)結(jié)構(gòu)并不對稱，但左右側(cè)鰭相對于坐標平面成鏡像關系。背鰭由106根長短、直徑不一的桿件組成，結(jié)構(gòu)相對于側(cè)鰭較為簡單，背鰭背腹脊所在構(gòu)成的平面為鉛直面，左右結(jié)構(gòu)相對于ZOY坐標平面對稱。第38頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 鰭的組裝工序 對側(cè)鰭的拼裝采用先對接組成鰭骨架的六根脊

19、線立桿，組裝完后將6根脊線按正確的空間關系架設在拼裝平臺的定位樁上，再焊接斜桿和橫桿組成鰭。 （1） 組單桿 根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，繪制縱橫向投影圖，得到測設定位樁的數(shù)據(jù)。測設定位樁，通過定位樁定位對鰭的立桿做對口焊接 （2） 鰭脊線立桿定位與斜桿、橫桿的拼裝 每根脊線立桿由首尾和中間3個定位樁控制其空間位置，在拼裝平臺上設置18根定位樁后，即可將6根脊線立桿空間位置確定。六根脊線立桿置于對應的定位立樁上，經(jīng)檢驗正確無誤后，就可以按設計圖連接橫桿、斜桿拼裝鰭了（圖10）。鰭在地面整體組裝好后，依據(jù)塔吊的荷載能力，計算最佳的分割點，將鰭切割成兩塊分別吊裝，在高空合攏。第39頁，共55頁，2022年，

20、5月20日，3點10分，星期日 側(cè)鰭拼裝、切割 第40頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日側(cè)鰭第一段吊裝圖 側(cè)鰭第二段吊裝圖側(cè)鰭的吊裝第41頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日背鰭的拼裝、吊裝尾鰭拼裝圖 尾鰭吊裝圖第42頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日側(cè)鰭、尾鰭的吊點側(cè)鰭吊點圖 尾鰭吊點圖第43頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日氣象塔工程竣工后的效果圖第44頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日五 、與國內(nèi)外技術水平對比根據(jù)查新報告：國內(nèi)未見高塔海豚造型網(wǎng)殼施工技術采用了測量定位器、六點的定位方法、鋼框架與腳手架結(jié)合的措施。第45頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日國內(nèi)未見氣象塔曲面外網(wǎng)殼的三維定位安裝技術。 第46頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日該工程的制造技術、測量技術、吊裝及安全技術措施是獨特的。嘉峪關氣象塔 海豚造型鋼網(wǎng)殼施工技術處于國內(nèi)領先水平。第47頁，共55頁，2022年，5月20日，3點10分，星期日 六、總結(jié)空間曲線采用折線成形，既保證內(nèi)在質(zhì)量又保證了外觀造型逼真。采