多面體異形組合鋼屋蓋結構施工工法

異形多面體組合鋼屋蓋結構施工工法2008年3月月異形多面體組合合鋼屋蓋結構構施工工法1.前言隨著我國國民經(jīng)經(jīng)濟和文化建建設的快速發(fā)發(fā)展，展覽館館、博物館等等大型公共建建筑不僅使用用功能越來越越全面，而且且建筑造型更更加強調與環(huán)環(huán)境和地域文文化的融合，并并使建筑物形形體越來越美美觀與個性化化。異形多面面體組合鋼屋屋蓋結構是一一種獨特的建建筑形式，由由多個架空或或懸挑的多棱棱邊多面體組組合而成，形形成山巒疊嶂嶂的感覺，給給建筑賦予了了立體美感，如如圖1-1所示。其獨獨特的建筑造造型給施工帶帶來很大難度度，突出表現(xiàn)現(xiàn)為：1、建筑物整個個鋼屋蓋結構構由數(shù)個異形形的多面體組組合而成，每每個異形多面面體各棱邊長長度、與地面面垂直夾角不不相同，各棱棱邊之間的平平面夾角也相相不同。多面面體棱邊作為為結構的梁采采用了方形、矩矩形、不對稱稱梯形等截面面鋼管，每個個節(jié)點匯聚連連接了3～8根鋼管，多多根不同截面面類型鋼管且且軸線不完全全匯交于一點點的特性造成成節(jié)點異形，如如圖1-2所示，給構構件加工、測測量定位與施施工安裝帶來來很大困難。2、施工現(xiàn)場的的鋼結構構件件安裝全部采采用現(xiàn)場人工工焊接，結構構與構件的異異形特性造成成鋼屋蓋整體體結構的焊接接應力和焊接接變形協(xié)調控控制難。復雜雜的結構形體體造成桿件與與節(jié)點各不相相同，加大了了現(xiàn)場的構件件堆場管理和和施工精度控控制難度。3、鋼屋蓋結構構施工前，下下部混凝土框框架結構已施施工完成，由由于展覽館為為多層結構，混混凝土梁板的的設計承載力力不足以承受受自行式起重機機的重量，而而塔吊、汽車車吊等一般起起重機的吊裝裝能力又不足足以把鋼結構構件吊裝定位。針對新型異形體體結構帶來的的對施工技術術的挑戰(zhàn)，公公司與高等院院校聯(lián)合成立立了課題組，共共同承擔了浙浙江省建設廳廳科研項目“大跨度復雜雜形體空間結結構的力學特特性與施工方方法研究”。通過研究究開發(fā)了“虛擬四面體體頂點測量定定位法”等一系列科科研成果，并并申請了專利利。把這些科科研成果成功功應用于“浙江美術館”等工程的施施工建設，取取得了明顯的的社會效益與與經(jīng)濟效益。圖1-1異異形多面體組組合鋼屋蓋結結構建筑立面面圖abc圖1-2部部分異形節(jié)點點示意圖2.工法特點1、施工質量好好。采用自主主開發(fā)的“虛擬四面體體頂點測量定定位法”解決了異形形多面體組合合結構施工安安裝的測量定定位難題。主主梁采用以節(jié)節(jié)點為中心對對稱、節(jié)點與與各桿件同時時焊接的方法法以抵消焊接接應力與焊接接變形，保證證了施工安裝裝精度。2、施工安全。采采用格構式臨時胎胎架先固定異異形節(jié)點，以以節(jié)點為中心心對稱吊裝焊焊接至少三根根主梁鋼管，以以形成一個穩(wěn)穩(wěn)定的屋蓋結結構系統(tǒng)，再再吊裝焊接次次梁鋼管及其其它屋面構造造系統(tǒng)。施工工流程清晰、方方法合理，使使高空吊裝作作業(yè)施工安全全性加強。3、施工成本低低。采用小型型汽車吊配合合自制的水平平與垂直運輸輸系統(tǒng)，不僅僅解決了復雜雜結構的施工工吊裝問題，而而且由于自制制的水平與垂垂直運輸系統(tǒng)統(tǒng)材料便宜、構構造與操作簡簡單，使施工工成本大大降低。4、施工工效高高。采用的施施工方法與技技術便捷，加上通通過合理組織織配置施工機機械、設備和和人員數(shù)量，提提高了施工效效率，加快了了施工進度。3.適用范圍本工法適用于異異形多面體組組合鋼屋蓋結結構安裝施工工。4.工藝原理4.1控制測量量定位精度準確的測量定位位是決定異形形多面體組合合鋼屋蓋結構構高精度施工工安裝的關鍵鍵。根據(jù)土建建移交的測量量基準點，用用全站儀精確確放出鋼屋蓋蓋結構主梁的的標準軸線，以以此作為預埋埋件和臨時胎胎架的定位依依據(jù)。把異形形節(jié)點精確定定位安放在臨臨時胎架上是是施工的關鍵鍵點和難點，由由于結構與構構件的異形特特征造成多根根相交于同一節(jié)點的各根根鋼管的軸線線卻不完全匯匯交于一點，同時，異形節(jié)點上有許多連接桿件的相貫口，測量定位一個節(jié)點不僅應包含該節(jié)點的平面和高程位置，而且還應包括所有與該節(jié)點連接桿件的朝向，因此，鋼結構施工測量定位的一般方法，即：以構件軸線為基準的測量對位方法，將不能或非常不方便應用于異形體結構工程施工中。經(jīng)自主研究發(fā)明明了“虛擬四面體體頂點測量定定位法”，如圖4.1所示，其基本本原理和應用用方法為：在在一個異形節(jié)點點設計圖上取取四個不在同同一平面內的的點1、2、3、4構成一個虛虛擬四面體，依依據(jù)設計圖紙紙計算出這四四個點的三維維坐標，然后后在異形節(jié)點點實物上作出出這四個點的的相應標記。除除了考慮測量量讀數(shù)方便外外，在選擇虛虛擬四面體時時應使六條邊邊的長度盡可可能相近且長長度盡可能長長。一般可把把一個異形節(jié)節(jié)點的最上部部頂點作為該該上部節(jié)點的的主控制點，把把一個異形節(jié)節(jié)點的最下部部頂點作為該該下部節(jié)點的的主控制點；；把與該節(jié)點點相貫口附近近的三個點作作為輔控制點點。把異形節(jié)點點吊起就位時時，首先測量人人員在0點位置用全站站儀監(jiān)測主控制點1的三維坐標標，施工人員員位于該節(jié)點點的胎架上，借借助手拉葫蘆蘆、千斤頂?shù)鹊容o助設備進進行調整，以以精確控制主主控制點1的平面位置置與標高。然然后，施工人人員在胎架上上借助輔助設設備，把該節(jié)節(jié)點以主控制制點1為中心進行行平面的和立立面的三維旋旋轉調整，直直至2、3、4三個輔控制制點的坐標監(jiān)監(jiān)測讀數(shù)與計計算值精確擬擬合。根據(jù)幾幾何學原理可可知，四個不不在同一平面面內的點可確確定一個四面面體，當其四四個點的坐標標唯一時，該該四面體的位位置與方向是是唯一的。因因為由點1、2、3、4構成的虛擬四四面體來源于于一個特定的的異形節(jié)點，虛虛擬四面體與與該異形節(jié)點點的相對位置置是恒定的，所所以用本方法法所測量定位位的該異形節(jié)點點的位置與方方向也是唯一的。只只要保證了虛虛擬四面體測測量定位的精精確，就能保保證該所在節(jié)節(jié)點測量定位位的精確。因因此，用“虛擬四面體體頂點測量定定位法”精確測量定定位一個異形形節(jié)點的位置置與方向在理理論上成立，同同時，工程應應用實踐證明明該方法可行行且實用方便便。4.2控制焊接接質量由于大部分異形形多面體是非非軸對稱結構構，為了防止止節(jié)點與桿件件焊接殘余應應力及其焊接接變形對施工工質量的不利利影響，在節(jié)節(jié)點測量定位位后應及時把把它臨時點焊焊固定在胎架架上。當與該該節(jié)點相連接接的至少三個個方向的桿件件吊裝到位、臨時固定好好后，才允許許進行節(jié)點與與桿件的焊接接。主梁焊接接采用以節(jié)點點為中心對稱稱、節(jié)點與各各桿件同時焊焊接的方法；；次梁矩形鋼鋼管焊接采用用兩端異側同同時施焊的方方法，以抵消消焊接應力與與焊接變形，保保證了施工安安裝精度。1144323200圖4.1虛擬四四面體頂點測測量定位法工工作原理圖5.施工工藝及及操作要點5.1鋼屋蓋結結構施工工藝藝流程測量定位放線預埋件安裝±0.000±0.000-5.000臨時爬梯臨時胎架加固支撐土建資料交接吊機進場、拔桿桿安裝臨時胎胎架安裝構件檢驗、運輸輸、堆放節(jié)點點、主梁安裝裝次梁安裝纜風繩纜風繩測量、拉鋼絲線線玻璃幕頂?shù)臋_條安裝鋼結構防腐、防防火工程鋼結構安裝分項項驗收結構卸載、胎架架拆除玻璃幕頂安裝工程驗收圖5-1鋼屋屋蓋結構施工工工藝流程圖圖圖-1臨時胎架示示意圖5.2鋼屋蓋結結構施工施工準備1、臨時胎架搭搭設根據(jù)土建移交的的測量基準點點，精確放出出建筑物的標標準軸線作為為預埋件和臨臨時胎架的定定位依據(jù)，依依此正確安裝裝預埋件和臨臨時胎架。臨臨時胎架是用于放放置結構各個個節(jié)點和主梁的臨時支支撐體，如圖-1所示。胎架架截面為1000××1000，高度根據(jù)異異形節(jié)點的尺尺寸與標高確確定，主肢、腹桿桿、綴條具體體型號根據(jù)胎胎架所承受的的荷載由計算算確定。為保保證胎架的穩(wěn)穩(wěn)定性，從頂頂部拉纜風繩繩與地面固定定物連接，同同時，相鄰胎胎架之間用桁桁架連接以加加強其穩(wěn)定性性。胎架上設設置臨時爬梯以方方便施工人員員上下。胎架架安裝在混凝凝土樓板上，因因為胎架與吊裝構件的的重量之和超超過了樓板的的承載力，所所以在胎架安安裝點樓板下下設置格構式式柱，從而把大部分分荷載傳遞到到基礎厚板上上。2、吊裝拔桿安安裝拔桿底部設在±±0.00平臺的樓面面上，為了保保證樓面不受受損壞，在樓樓板上設置截截面高度600的Ⅱ字形型鋼并并上鋪鋼板，拔拔桿底部支點點可在鋼板上上面移動以滿滿足吊裝點改改變的需要，如圖-1所示。拔桿與與樓面的夾角角≥60°，連接拔桿頂頂部的攬風繩繩錨固在地面面固定物上，采采用滑輪組和和卷揚機組合合進行吊裝作作業(yè)。3、構件進場與與水平運輸構件堆放位置根根據(jù)施工順序序和現(xiàn)場條件件合理安排。構構件進場用25t汽車吊，停停機點以其距距離安裝點最最近為宜。因因為25t汽車吊無法法將大部分構構件一次性送送到吊裝位置置，所以在現(xiàn)現(xiàn)場樓板上安安裝了臨時水水平運輸系統(tǒng)統(tǒng)，如圖-2所示。小車滾杠-20鋼板牽引構件滾杠小車±0.000構件拔桿小車滾杠-20鋼板牽引構件滾杠小車±0.000構件拔桿abb圖-2水平平運輸示意圖圖鋼屋蓋結構梁安安裝1、主結構安裝裝把異形節(jié)點逐一一吊裝到臨時時胎架上，用用“虛擬四面體體頂點測量定定位法”分別對它們們進行測量定定位?？紤]到到實際工程中中，構件制作作、測量、安安裝存在著不不可避免的誤誤差，所以，應應用“虛擬四面體體頂點測量定定位法”時可在節(jié)點點上再多選擇擇若干個點以以便進行復核核校正。把節(jié)節(jié)點測量安放放準確后，及及時把它點焊焊在胎架的定位裝置上作臨時固定。節(jié)節(jié)點吊裝完成成后開始吊裝裝主梁桿件，在桿件件端部設置工工裝件以方便便與節(jié)點對位和和臨時固定，把桿件吊裝到位并與節(jié)點軸線對中準確后，及時焊工裝件以臨時連接節(jié)點與桿件。當與節(jié)點相連接的至少三個方向的桿件吊裝對位臨時固定好后，再進行節(jié)點與桿件的正式焊接。主梁焊接采用以節(jié)點為中心對稱、節(jié)點與各桿件同時焊接的方法，次梁焊接采用兩端異側同時施焊的方法，以抵消焊接應力與焊接變形。正式焊接完成后，割除工裝件。施工現(xiàn)場嚴格執(zhí)執(zhí)行《建筑鋼鋼結構焊接規(guī)規(guī)程》對焊接接的操作要求求進行手工電弧弧焊，對于焊焊接環(huán)境溫度度低于-12℃；環(huán)境風速速大于9m/s；焊件表面面暴露在潮濕濕、雨、雪、大大風嚴寒等氣氣候下；焊接接操作人員處處于惡劣條件件下等情況，不不得進行焊接接。焊接設備備與材料選擇擇如表-1所示。在焊焊縫焊后24小時后進行行焊縫超聲波波無損檢查，發(fā)發(fā)現(xiàn)缺陷及時時矯正。表-1焊接接設備與材料料表焊接方法鋼材材質焊材牌號焊接設備電流和極性手工電弧焊Q235+Q22335E4315、EE44316直流焊機直流、反接2、檁條安裝主體鋼結構完成成后安裝支撐撐玻璃幕頂?shù)牡臋_條，考慮慮到構件制作作與安裝中存存在不可避免免的誤差，為為了保證玻璃璃幕頂?shù)氖┕すぞ?，采用用“玻璃面控制法法”定位檁條的的準確位置。主主要步驟如下下：1)根據(jù)極坐標標放樣法由全全站儀放樣出出多面體各個玻玻璃面相交的的交點坐標，操操作過程中采采用正倒鏡觀觀測法以縮小小測量誤差。2)在安裝完成成的鋼主結構上焊接接短鋼筋并對對各個交點位位置作出標記記，用鋼絲線線把所有交點點拉接起來便便構成了玻璃璃幕頂?shù)母鱾€個面。3)用鋼尺量出出每個面交線線的實際長度度，同時用全全站儀測量出出各交點標記記的實際坐標，兩兩方面數(shù)據(jù)相相互校驗統(tǒng)一一后，將數(shù)據(jù)據(jù)提交給設計計方。工程師師根據(jù)數(shù)據(jù)在在AutoCCAD中進行建模模，確定玻璃璃幕頂檁條的的分格尺寸及及其構件加工工圖。4)根據(jù)設計方方提供的檁條條分格尺寸在在鋼絲線上作作出標記，按按照標記進行行檁條安裝。鋼屋蓋結構卸載載1、卸載條件。在在鋼屋蓋主結結構安裝完成成后、玻璃幕幕頂安裝前把把主結構從臨臨時胎架上進進行卸載，使使鋼屋蓋主結結構脫離臨時時胎架，依靠靠結構自身支支承重量。卸卸載條件具體體包括：1）鋼屋蓋主梁梁、次梁與所所有節(jié)點焊接接完成，與混混凝土上的預預埋件焊接完完成。2）所有檁條與與主、次梁焊焊接安裝完成成。3）構件安裝精精度和外觀驗驗收合格。4）卸載用千斤斤頂在胎架上上架設完畢。5）操作人員按按照卸載點配配備，施工交交底完畢。2、卸載方法與與流程。玻璃璃幕頂安裝前前節(jié)點的最大大撓度計算值為16mm，最小幾乎乎為0。結構卸載載按照撓度遞遞減的順序進進行，采用架架設千斤頂卸卸載。千斤頂頂大小與頂升升量程的選取取應考慮卸載過程程結構的內力力重分布影響響，通過施工工仿真分析計計算確定了選選用32t和50t螺旋千斤頂頂。對于撓度度≤10mm的節(jié)點，一一次卸載到位位；對于撓度度＞10mm的節(jié)點，分分兩級卸載到到位。卸載步步驟如圖所示示。1）鋼屋蓋主結結構安裝完畢畢，在胎架上上架設千斤頂頂。圖(a)。2）千斤頂頂升升節(jié)點定位裝裝置，抽出節(jié)節(jié)點定位裝置置與工字鋼之之間的墊板。圖(b)。3）拆除工字鋼鋼，千斤頂回回落，撤出千千斤頂。圖(c)。4）拆除節(jié)點定定位裝置，拆拆除臨時實施施及胎架。圖圖(d)。abcd圖結構卸載載流程示意圖圖玻璃幕頂安裝按照《玻璃幕墻墻工程技術規(guī)規(guī)范》與《玻玻璃幕墻工程程質量檢驗標標準》進行鋼鋼屋蓋結構玻玻璃幕頂?shù)氖┦┕づc檢驗。5.3勞動力力組織表5.3勞動動力組織情況況表序號鋼結構施工安裝裝所需人員備注1管理人員22技術人員33起重工64安裝工205電焊工126電工27普工10合計556.材料與設備備本工法采用的主主要機具設備備見表6。表6主要機機具設備表序號名稱型號數(shù)量用途備注125t汽車吊QY25型2臺構件吊裝2獨立拔桿φ426×1663臺構件吊裝2用1備3獨立拔桿φ273×1223臺構件吊裝2用1備4獨立拔桿φ219×1005臺構件吊裝3用2備5鐵滑車H10×3D三三輪輪吊環(huán)型4套構件水平運輸2用2備6鐵滑車H5×3D三輪輪吊吊環(huán)型4套構件水平運輸2用2備7鐵滑車H2×2D雙輪輪吊吊環(huán)型5套構件水平運輸3用2備8慢速卷揚機3t3臺構件垂直運輸2用1備9慢速卷揚機2t3臺構件垂直運輸2用1備10慢速卷揚機1t10臺構件垂直運輸8用2備1132t千斤頂LQ32型螺旋旋4臺節(jié)點校正，結構構卸卸載1250t千斤頂LQ50型螺旋旋4臺節(jié)點校正，結構構卸卸載13逆變焊機ZX7-4000SS10臺現(xiàn)場焊接14弧焊整流器ZXG-80006臺現(xiàn)場焊接15直流焊機26KW2臺現(xiàn)場焊接16焊條烘箱7.5KW1臺現(xiàn)場焊接17全站儀WILD-TCC77021臺現(xiàn)場測量定位18經(jīng)緯儀TDJ22臺現(xiàn)場測量定位19水準儀AL-M43臺現(xiàn)場測量定位20標準格構柱1000×100000臨時胎架7.質量控制7.1工程質質量控制標準準1、《鋼結構工工程施工質量量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）2、《建筑鋼結結構焊接規(guī)程程》（JGJ811-91）3、《鋼結構制制作工藝規(guī)程程》（DBJ088-216--95）4、《冷彎薄壁壁型鋼結構技技術規(guī)范》（GBJ188-87）5、《建筑設計計防火規(guī)范》（GBJ16-87）6、《玻璃幕墻墻工程技術規(guī)規(guī)范》（JGJ1002-96）7、《玻璃幕墻墻工程質量檢檢驗標準》（JGJ/TT139-22001） 7.2鋼結構構安裝質量指指標1、測量放線序號測量項目允許偏差(mmm))1標高-5～±02定位軸線22、預埋件、錨錨固件安裝項目目允許偏差(mmm))支承面標高±3.0水平度L/1000位移53、構件安裝序號工程項目測量項目允許偏差(mmm))1臨時胎架標高-3～±02位移103節(jié)點定位標高±54位移35主梁位移±56撓度L/1000，且且小于207檁條位移±56撓度L/750，且且小小于108.安全措施1、配合土建進進行預埋件的的埋設和檢查查，對鋼結構構施工需要的的錨固點或纜風繩拉拉接點予以重重點檢查。2、對拔桿、臨臨時胎架下部部的混凝土樓樓面按照方案案進行支撐加加固。拔桿在使用用前對卷揚機機、滑車、鋼鋼絲繩、纜風風繩等進行仔仔細檢查，試試吊正常后正式吊吊裝。臨時胎胎架搭設位置準確確，纜風繩拉拉接牢固。臨臨時胎架上設設臨時上下爬梯梯和操作平臺臺以方便施工工和保障安全全。3、嚴格按照施施工方案的順順序進行施工工，保證安裝裝構件的空間間穩(wěn)定性。4、在吊裝的鋼鋼梁上設置安安全欄桿、臨臨時爬梯和吊吊籃等簡易臨臨時設施，為為施工人員提提供操作平臺臺，方便施工工、確保安全全。5、吊裝鋼絲繩繩與構件之間間放置橡膠皮皮或焊接吊裝裝耳板，吊裝時構構件拉設溜繩繩，吊裝由專人指揮，專專人監(jiān)護，不不可超負荷作作業(yè)。6、現(xiàn)場配置相相應的消防器器材，及時清理易燃燃物。7、施工區(qū)域拉拉設警戒繩，并并專人看護。施施工人員正確確佩帶安全防防護用品，不不違章作業(yè)。配配備專職安全全員和電工，做做好施工用電電安全。8、鋼結構防腐腐、防火涂裝裝和玻璃幕頂頂安裝時，用用鋼板和木板板在鋼結構或或檁條上鋪設施工通通道、張掛安全網(wǎng)網(wǎng)、懸掛安全繩繩，以構建安全實實用的工作面面。9.環(huán)保措施9.1粉塵控制制1、總平面范圍圍及工地周邊邊場地派專人每天進進行2—3次灑水與清掃，并對對場區(qū)內綠化化地段的花草草定期灑水，保保持潔凈。2、鋼材堆放處處砌筑圍墻，搭設雨棚，防止鋼材銹蝕。3、現(xiàn)場設置高高壓洗車泵，派派專人清掃泥泥漿及車輛沾沾帶的泥土，保保證環(huán)境潔凈。4、高出地面的的土方用安全全網(wǎng)覆蓋。