最新大跨度钢网架结构的制作与吊装.docx

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最新大跨度钢网架结构的制作与吊装

大跨度钢网架结构的制作与吊装

大跨度钢网架结构的制作与吊装

大跨度钢网架结构的制作与吊装    1

一、工程简介    1

二、吊装特点    1

三、吊装区域界定    1

四、方案选择    1

五、中心区吊装    2

六、外围区与中间区吊装简介    3

七、经验总结    3

一、工程简介

长春综合体育馆钢结构网壳为贝壳造型，是目前亚洲最大跨度的方钢管钢结构屋面。

该钢结构网架纵向水平跨度191.682m，横向水平跨度146.000m，钢结构网壳总高度为49.557m，网壳落地矢高为42.097m，径向拱架上下弦中心距离为2.854m。

总建筑球面积为39135m2，水平投影面积为22016m2，网壳总重量为2065t，其中含大小支撑、屋面梁、檩条565t。

二、吊装特点

（1）由于外围拱脚至中心跑道之间有5m宽的马道，四周最高处为30.380m高的围墙，8m宽走廊，以及31.500m宽、19.820m高的看台等构筑物，占据了体育馆外围近16800m2的面积和大量空间，使施工时不能通视，起重吊装机具的吊装能力受到较大的限制。

（2）中心区吊装到安装高度后，其三维座标的调整、找平、找正和中间区的安装完成，需5座桅杆持续吊重30～40d时间。

（3）中间区安装时不可能使对称受力的拱架同步到位，先拼装的径向拱架会对中心区产生向下压力和水平推力，使已找平找正的中心区平衡破坏。

（4）中心区吊装的全过程正处于长春市大风期，应充分考虑风载对吊装桅杆造成的不稳定因素。

（5）经过计算，中间区吊装最不利时将会对中心产生一个1194kN的压力。

三、吊装区域界定

（1）根据体育馆内跑道范围，确定在H7节点向外延伸0.8m椭圆周为中心区，中心区长轴85.6m，短轴46.3m，其球面积为3800m2，水平投影面积为3113m2，中心区网壳加上绳索、机具重量接近300t。

（2）外围区的外端直接安装于拱脚基础上，内侧临时支于围墙的混凝土立柱上，并向内延伸5.8m左右，以保证拱段节点完整为前提。

该区的总重量为680t，投影面积为7837m2，单件最大长度为48.598m，最大重量为217.98t。

（3）中间区为中心区和外围区的安装剩余部分，其总重量为520t，投影面积为11066m2，单件最大长度为38.800m，最大重量为9.98t，见图7.12。

四、方案选择

在众多的施工方案中，多次进行技术论证和经济分析，决定采用分区安装法（详见表7-18）。

表7-18各种吊装方法比较

方案名称    钢材用量/t    主材人工单价/（元/t）    承台桅杆工期/d    吊车费用/万元    起重机索具费用/万元    计划工期/d    合计费用/万元

高空散装法    700    3750    150    204        240    466.50

中心编织法    390    3750    120    146    205①    215    497.25

分区安装法    150    3750    50    30l    49    155    406.25

注：

含外围区吊装费用36万元。

五、中心区吊装

为了保证工期、质量和安全，中心区吊装是分区安装法的关键。

1.桅杆设置

中心区设置D1200×16、高57m，单根偏正受压承载能力l800kN管式桅杆5座，利用120t吊车竖立，共设12根缆风绳（见图7-13）。

中间区拼接时40个径向拱架，经过计算有1194kN的重力通过H7节点处法兰加在中心区5座桅杆上。

每座桅杆设4套H32×4D滑轮组，并配有平衡滑轮，分别通过4台8t卷扬机牵引，桅杆自重370kN。

2.载荷计算

F=KlK2（Ql+Q2+q）=1.2×1..3×（3000+1194+180）kN=6832kN

式中：

Q1——吊装总重量，Q1=300t；

Q2——中间区附加重量，以最不利因素计，Q2=119.4t；

q——机索具重量，q=18t；

K1——动载系数，取1.2；

K2——不均衡系数，取1.3。

3.一座桅杆受力

式中：

r——实际与理论铅垂夹角，r＝5o

4.每套滑轮组卷扬机构牵引力

式中：

α——滑轮组荷载系数，取0.134；

β——滑轮组绳索与桅杆夹角，β=15o。

选择钢丝绳直径23mm，抗拉强度为1700MPa。

5.滑轮组上部吊具受力

式中：

M——滑轮组数。

6.主缆风绳受力Fx

式中：

θ——缆风绳与地面最大夹角，30o。

选择d=30mm直径钢丝绳双根，抗拉强度1700MPa。

7.侧缆风受力

8.桅杆核算（选用欧拉公式）

根据桅杆钢管断面积A=595cm2；惯性矩J=1042543cm4；截面系数W=13206cm3；惯性半径r=42cm。

求得细长比λ=H/r=136>100，

单位面积承载能力

计算吊装能力

9.桅杆总受力F总

F总=Fd+Fz+G1=（1462+282+370）kN=2114kN

式中:

G1为每根桅杆自重370kN，故F总<[F]，是安全的。

六、外围区与中间区吊装简介

（1）外围区G1、G11、G1a、G2a、G3a、G4a、G5a各两榀，用90t和45t两台吊车单榀抬吊安装，其余26榀为单台45t吊车单榀安装。

（2）中间区虽然单件吊重吨位较轻，但是吊车拔杆幅度和起升高度均很不利，需要一台45t吊车扶正配合。

视情况可用120t或160t吊车单台单榀吊装就位。

七、经验总结

（1）此方法可以100％地面预制、大范围拼装，可以多机多人同时施工，并有较大作业面，能有效地保证施工进度。

（2）由于施工操作高度的降低，便于质量措施的贯彻和质量控制点的复查、检测，能有效地控制施工质量。

（3）因为制作、拼装高度的降低，吊装次数减少，对安全生产极为有利。

（4）中心区吊装选用5台桅杆20个绑扎点，受力点较为合理、对称，桅杆受力状态好，相对稳定性强。

（5）吊装方案便于找平找正，有利于三维座标网的建立。

建议今后同类工程应先施工网壳，后施工看台和围墙，可以使工程成本大幅度降低，并有利缩短施工周期。

大门斜拉索施工

大门斜拉索施工

一、工程概况

屋盖结构平面尺寸为56m×12m，由两跨21.5m波浪式钢筋混凝土井式梁板（梁高60cm）组成，两端成悬臂状态。

中间设一根1.2m×2.5m的钢筋混凝土柱，用20根斜拉索拉住屋面梁板，见图8-94。

.

二、斜拉索构造

1.拉索材料

拉索材料选用1860级中φ15.24低松弛钢绞线。

拉索设计索力一般为钢索极限索力的1/3。

所需的钢绞线根数见表8-10。

表8-10斜拉索设计索力与钢绞线根数

拉索编号    拉索根数    设计索力/kN    每束钢绞线

a    4    320    4φs15.24

b    4    340    4φs15.24

C    4    250    3φs15.24

d    4    200    3φs15.24

e    4    200    3φs15.24

2.拉索防腐处理’

第一道采用涂防腐油脂外包PE管，壁厚增至1.2mm；第二道采用直径75mm的PVC硬塑料管，壁厚4mm；第三道采用水泥浆将管道内的空隙灌满，达到全封闭要求。

3.锚具选用

拉索张拉端位于屋盖井式梁交点处，采用0VMXGl5-4（3）系杆锚具。

该锚具为三片式，特殊齿形，有防松装置，以防低应力状态下滑索；其锚板具有外螺纹并配有螺母，供最后整体张拉用。

拉索固定端采用0VM1.5P挤压锚具。

4.节点构造

拉索张拉端的构造见图8-95，由钢垫板、螺旋筋及φ70（60）mm金属波纹管组成。

在屋面处插一段φ60mm×2.5mm无缝钢管，并设置一道止水钢环。

拉索固定端的构造见图8-96，由锚垫板（钻有3或4个φ20mm孔）、螺旋筋及φ80mm金属波纹管组成。

为防止锚板与金属波纹管连接处漏浆，在锚板上焊有封口钢管。

三、斜拉索施工

1.工艺流程

屋盖梁板模板钢筋安装→张拉端埋件安装→屋盖混凝土浇筑→中间立柱模板钢筋安装→固定端埋件安装→中间立柱混凝土浇筑→穿拉索→装PVC套管→拉索单根张拉φ拉索整体张拉→拉索张拉端锚具封头→PVC管竖向灌浆。

2.预埋件安装

根据设计图样要求，计算每个张拉端预埋孔道的水平偏移角及垂直偏移角，按此角度严格控制预埋孔道的安装位置及角度，并与周围钢筋焊牢，混凝土浇筑时派人跟踪检查，以确保预埋孔道的位置与角度符合要求。

3.穿束、装套管

无粘结钢绞线下料后，固定端装挤压锚具；在钢绞线两端750mm范围内剥皮，用柴油清洗后用锯末擦净，以确保灌浆粘接。

中间立柱混凝土浇筑后，将斜拉索钢绞线逐根从顶部穿入。

每束穿完后理顺，隔2m扎一个钢筋对中器。

PVC套管从下向上依次套入。

套接时外接口朝下，涂专用胶水粘合打紧。

PVC套管上端插入波纹管内不小于100mm，下端套在露出屋面的钢管上；同时将钢绞线穿过屋面梁内的预埋孔道。

4.斜拉索张拉

张拉设备选用2台YDC240Q型前卡式千斤顶（配液压顶压器）、2台YC60型千斤顶（配连接套筒）、2台ZB4-500液压泵及2台ZBl-630液压泵。

张拉工作分三次循环：

第一循环用前卡式千斤顶将每根钢绞线拉至索力的40％，第二循环再用前卡式千斤顶将每根钢绞线拉至索力的80％，并用液压顶压器将夹片顶紧，安装防松装置；第三循环用YC60千斤顶整束张拉至设计索力的90％（由于屋盖反拱大，索力减小10％），用螺母拧紧（图8-97）。

张拉顺序为两跨对称从e索→c索→a索→b索→d索进行。

5.管道压浆

PVC管道压浆前先将张拉端锚具封头，并将固定端凹槽堵口。

灌浆材料采用42.5级普通水泥，掺10％（质量分数）UEA膨胀剂和1.5％液态CSP-4高效减水剂，水灰比为0.38。

灌浆设备采用UBJl.8型挤压式灰浆泵。

灌浆工作从下向上，压力为0.6～0.8MPa，待顶部固定端凹槽灌满为止。

单层钢结构安装工程

（一）

单层钢结构安装工程

单层钢结构安装工程    1

1、施工准备    1

1.1技术准备    1

1.2材料要求    1

1.3主要机具    2

1.4作业条件    3

2、施工工艺    3

2.1工艺流程    3

2.2操作工艺    4

3、质量验收要点    10

3.1基础与设计面验收要点    10

3.2钢结构质量验收要点    10

4、成品保护    10

5、环境、职业健康安全控制措施    10

5.1环境控制措施    10

5.2职业健康安全控制措施    11

6、应注意的问题    11

7、质量记录及内容要求    11

1、施工准备

1.1技术准备

1.安装前，应进行图纸会审与自审。

2.编制单层钢结构安装施工组织设计。

主要内容包括：

工程概况与特点；施工组织与部署；施工准备工作计划；施工进度计划；施工现场平面布置图；劳动力、机械设备、材料和构件供应计划；质量保证措施和安全措施；环境保护措施等。

在工程概况的编写中由于单层钢结构安装工程施工的特点，对于工程所在地的气候情况，尤其是雨水、台风情况要作详细的说明，以便于在工期允许的情况下避开雨期施工以保证工程质量，在台风季节到来前做好施工安全应对措施。

3.根据起吊吊点位置，验算柱、屋架等构件吊装时的抗裂度和稳定性，防止出现裂缝和构件失稳。

4.进行详细的技术交底。

包括任务、施工组织设计或作业设计、技术要求、施工条件措施、现场环境（如原有建筑物、构筑物、障碍物、高压线、电缆线路、水道、道路等）情况、内外协作配合关系等。

1.2材料要求

2.2.1钢构件的准备

钢构件的准备包括：

钢构件堆放场的准备；钢构件的检验。

1.钢板有薄板、厚板、特厚板和扁钢（带钢）等，其规格如下：

（1）薄钢板一般用冷轧法轧制，厚度0.35mm～4mrn，宽度500mm～1800mm，长度为0.4m～6m。

（2）厚钢板，厚度4.5mm～60mm（亦有将4.5mm～20mm称为中厚板，>20mm；称为厚板的），宽度700mm～3000mm，长度4m～12m。

（3）特厚板，板厚>60mm，宽度为600mm～3800mm，长度4m～9m。

（4）扁钢，厚度4mm～60mm，宽度为12mm～200mm，长度3m～9m。

厚钢板用作梁、柱、实腹式框架等构件的腹板和翼缘，以及桁架中的节点板。

特厚板用于高层钢结构箱形柱等。

薄钢板主要是用来制造冷弯薄壁型钢。

扁钢可作为组合梁的翼缘板、各种构件的连接板、桁架节点板和零件等。

2.钢构件堆放场的准备

钢构件在吊装现场堆放时一般沿吊车开行路线两侧按轴线就近堆放。

其中钢柱和钢屋架等大件放置，应依据吊装工艺作平面布置设计，避免现场二次倒运困难。

钢梁、支撑等可按吊装顺序配套供应堆放，为保证安全，堆垛高度一般不超过2m和三层。

3.钢构件验收

在钢结构安装前应对钢构件进行检查，其项目包含：

（1）钢材的数量和品种是否与订货单符合。

（2）钢材的质量保证书是否与钢材上打印的记号符合。

（3）核对钢材的规格尺寸。

（4）钢材表面质量检验，不论扁钢、钢板和型钢，表面均不允许有结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷。

有上述缺陷者应另行堆放，以便研究处理。

（5）钢材表面的锈蚀深度，不得超过其厚度负偏差值的l，2。

2.2.2高强度螺栓的准备

钢结构用的高强度连接螺栓应根据图纸要求配套供应至现场。

应检查其出厂合格证、扭矩系数或紧固轴力（预拉力）的检验报告是否齐全，并按规定作紧固轴力或扭矩系数复验。

对高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数按规范规定及时进行复验，其结构应符合设计要求。

2.2.3焊接材料的准备

钢结构焊接施工之前应对焊接材料的品种、规格、性能进行检查，各项指标应符合现行国家产品标准和设计要求。

对重要钢结构采用的焊接材料应进行抽样复验，其结果应符合要求。

1.3主要机具

单层钢结构安装工程的普遍特点是面积大、跨度大，在一般情况下应选择可移动式起重设备如汽车式起重机、履带式起重机等。

对于重型单层钢结构安装工程一般选用履带式起重机，对于较轻的单层钢结构安装工程可选用汽车式起重机。

单层钢结构安装工程其他常用的施工机具有电焊机、栓钉机、卷扬机、空压机、倒链、滑车、千斤顶、电动扳手等。

详细情况见表5-1。

表5-1主要机具

序号    名称    规格型号    用途

1    起重机（履带、塔式、汽吊）    根据构件重而定    钢构件拼装、安装

2    千斤顶    螺旋式20～30t    钢柱校正、构件变形校正

3    交流弧焊机    42kVA    钢构件（柱、屋架、拱架、门式刚架、支撑）焊接

4    直流弧焊机    28kW    碳弧气刨修补焊缝

5    小气泵        配合碳弧气刨用

6    砂轮    φ100～120    打磨焊缝

7    全站仪        轴线测量

8    经纬仪        轴线测量

9    水平仪        标高测量

10    钢尺    30m～50m    测量

1l    拉力计    l0kg    测量

12    气割工具        

13    倒链        

14    滑车        

15    高强度螺栓扳手        高强度螺栓终拧

1.4作业条件

1.根据正式施工图纸及有关技术文件结合现场条件编制施工组织设计（或施工方案）并经审批。

2.对使用的各种测量仪器及钢尺进行计量检查复验。

3.根据土建提供的纵横轴线和水准点进行验线交接完毕。

4.安装前，应按照构件明细表核对进场的构件，查验质量证明书和设计更改文件；工厂预装的大型构件在现场组装时，应根据预组装的合格记录进行；构件交工所必需的技术资料以及大型构件预拼装排版图应齐备。

按施工平面布置图划分：

材料堆放区、杆件制作区、拼装区，构件按吊装顺序进场。

6.场地要平整夯实，并设排水沟。

7.在制作区、拼装区、安装区设置足够的电源。

8.搭好高空作业操作平台，并检查牢固情况。

9.放好柱顶纵横安装位置线及调整好标高。

10.参与钢结构安装人员要持证上岗。

11.检查地脚螺栓外露部分的情况，若有弯曲变形、螺牙损坏的螺栓，必须进行修正。

12.将柱子就位轴线弹测在柱基表面。

13.对柱基标高进行找平。

2、施工工艺

2.1工艺流程

构件、设备、工具的检查和堆放→放线及验线（轴线、标高复核）→钢柱标高处理及分中检查→构件中心线及标高检查→安装钢柱、校正→柱脚按设计要求焊接固定→柱间支撑或联系梁安装→安装吊车梁、校正→高强度螺栓初拧、终拧（或焊接固定）→门式刚架或钢屋架安装校正→屋面结构支撑系统安装→综合安装一节间→循环工序进行安装→验收

2.2操作工艺

3.2.1基础验收

钢结构安装前应对建筑物的定位轴线、基础轴线和标高、地脚螺栓位置、规格等进行检查，并应进行基础检测和办理交接验收。

当基础工程分批进行交接时，每次交接验收不应少于一个安装单元的柱基基础，并应符合下列规定：

1.基础混凝土强度达到设计要求；

2.基础周围回填夯实完毕；

3.基础的轴线标志和标高基准点准确、齐全，其允许偏差符合设计规定。

基础顶面直接作为柱的支承面和基础顶面预埋钢板或支座作为柱的支承面时，其支承面、地脚螺栓（锚栓）的允许偏差应符合表5-2的规定。

表5-2支承面、地脚螺栓（锚栓）位置的允许偏差（mm）

项目    允许偏差

支承面    标高    ±3.0

    水平度    l/1000

地脚螺栓（锚栓）    螺栓中心偏移    0

预留孔中心偏移    10.0

钢柱脚采用钢垫板作支承时，应符合下列规定：

1.钢垫板面积应根据基础混凝土和抗压强度、柱脚底板下细石混凝土二次浇灌前柱底承受的荷载和地脚螺栓（锚栓）的紧固力计算确定。

2.垫板应设置在靠近地脚螺栓（锚栓）的柱脚底板加劲板下，每根地脚螺栓（锚栓）侧应设1～2组垫板，每组垫板不得多于5块。

扩建板与基础面和柱底面的接触应平整、紧密。

当采用成对斜垫板时，其叠合长度不应小于垫板长度的2/3。

二次浇灌混凝土前垫板间应焊接固定。

3.采用座浆垫板时，应采用无收缩砂浆。

柱子吊装前砂浆试块强度应高于基础混凝土强度一个等级。

座浆垫板的允许偏差应符合表5-3的规定。

表5-3座浆垫板的允许偏差（mm）

项目    允许偏差

顶面标高    0.0

    —3.0

水平度    l/l000

位置    20.0

采用杯口基础时，杯口尺寸的允许偏差应符合表5-4的规定。

表5-4杯口尺寸的允许偏差（mm）

项目    允许偏差

底面标高    0.0

    —0

杯口深度H    ±0

杯口垂直度    H/l00，且不应大于10.0

位置    10.0

地脚螺栓（锚栓）尺寸的偏差应符合表5-5的规定。

地脚螺栓（锚栓）的螺纹应受到保护。

表5-5地脚螺栓（锚栓）尺寸的允许偏差（mm）

项目    允许偏差

螺栓（锚栓）露出长度    +30.0

    0.0

螺纹长度    +30.0

    0.0

基础标高的调整应根据钢柱的长度、钢牛腿和柱脚距离来决定基础标高的调整数值。

通常，基础标高调整时，双肢柱设两个点，单肢柱设一个点，其调整方法如下：

根据标高调整数值，用压缩强度为55MPa的无收缩水泥砂浆制成无收缩水泥砂浆标高控制块，进行调整；

用无收缩水泥砂浆标高控制块进行调整，标高调整的精度较高（可达±1mm之内）。

3.2.2构件吊装顺序

1.并列高低跨的屋盖吊装：

必须先高跨安装，后低跨安装，有利于高低跨钢柱的垂直度。

2.并列大跨度与小跨度安装：

必须先大跨度安装，后小跨度安装。

3.并列间数多与间数少安装：

应先吊装间数多的，后吊装间数少的。

4.构件吊装可分为竖向构件吊装（柱、连系梁、柱间支撑、吊车梁、托架等）和平面构件吊装（屋架、屋盖支撑、桁架、屋面压型板、制动桁架等）两大类，在大部分施工情况下是先吊装竖向构件叫单件流水法吊装，后吊装平面构件，叫节间综合法安装（即吊车一次吊完一个节间的全部屋盖构件后再吊装下一节间的屋盖构件）。

3.2.3构件安装工艺

1.钢柱的安装工艺

（1）钢柱安装前应设置标高观测点和中心线标志，同一工程的观测点和标志设置位置应一致，并应符合下列规定。

1）标高观测点的设置应符合下列规定：

a.标高观测点的设置以牛腿（肩梁）支承面为基准，设在柱的便于观测处；

b.无牛腿（肩梁）柱，应以柱顶端与屋面梁连接的最上一个安装孔中心为基准。

2）中心线标志的设置应符合下列规定：

a.在柱底板上表面上行线方向设一个中心标志，列线方向两侧各设一个中心标志；

b.在柱身表面上行线和列线方向各设一个中心线，每条中心线在柱底部、中部（牛腿或肩梁部）和顶部各设一处中心标志；

c.双牛腿（肩梁）柱在上行线方向两个柱身表面分别设中心线标志。

（2）钢柱的安装方法

钢柱起吊前，应从柱底板向上500mm～1000mm处，划一水平线，以便安装固定前后作复查平面标高基准用。

钢柱吊装施工中为了防止钢柱根部在起吊过程中变形，柱吊装一般采用双机抬吊，主机吊在钢柱上部，辅机吊在钢柱根部，待柱子根部离地一定距离（约2m左右）后，辅机停止起钩，主机继续起钩和回转，直至把柱子吊直后，将辅机松钩。

为了保证吊装时索具安全，吊装钢柱时，应设置吊耳，吊耳应基本通过钢柱重心的铅垂线。

钢柱安装属于竖向垂直吊装，为使吊起的钢柱保持下垂，便于就位，需根据钢柱的种类和高度确定绑扎点。

具有牛腿的钢柱，绑扎点应靠牛腿下部，无牛腿的钢柱按其高度比例，绑扎点设在钢柱全长2/3的上方位置处。

为防止钢柱边缘的锐利棱角在吊装时损伤吊绳，应用适宜规格的钢管割开一条缝，套在棱角吊绳处，或用方形木条垫护。

注意绑扎牢固，并易拆除。

钢柱柱脚套人地脚螺栓，为防止其损伤螺纹，应用铁皮卷成筒套到螺栓上，钢柱就位后，取去套筒。

为避免吊起的钢柱自由摆动，应在柱底上部用麻绳绑好，作为牵制溜绳的调整方向。

吊装前的准备工作就绪后，首先进行试吊，吊起一端高度为100mm～200mm时应停吊，检查索具牢固和吊车稳定板位于安装基础时，可指挥吊车缓慢下降，当柱底距离基础位置40mm～l00mm时，调