复杂多变空间刚架节点构造测量定位施工工法secret.docx
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复杂多变空间刚架节点构造测量定位施工工法secret
复杂多变空间刚架节点构造测量定位施工工法
完成单位：
XX股份有限公司
主要完成人：
1前言
随着我国建筑行业的飞速发展，建筑造型更加强调与环境和地域文化的融合，并使建筑物形体越来越美观、复杂以及富有个性化。
为了满足上述要求，应用复杂多变空间异形钢结构的建筑物越来越普遍，而采用多个分支节点和空间面的折板钢架完成其造型复杂，将是一个新的钢结构形式，但该钢构件空间吊装工作量繁琐以及常规方法难以有效的控制安装精度。
为了控制其在安装过程中的尺寸偏差，保证安装精度，我公司通过试验研究、探索实践和创新总结，最终形成了一套涵盖各种复杂多变空间节点构造、成熟、快捷和经济的施工工艺，并在辛亥革命博物馆新建工程箱型、楔型网状空间组合结构的折板钢结构安装过程中得到了成功应用，我公司结合该工程实践编制本工法，以指导今后类似工程的施工。
2工法特点
2.1测量定位效果好
采用“节点坐标拟合测量定位法”，通过对节点的控制来准确实现钢结构空间位置的定位，解决了异形多面体折板钢架施工安装的测量定位难题。
使用全站仪坐标拟合法，实现全站仪与计算机之间的双向通信，保证节点测量数据的准确性。
2.2施工安装精度高
折板钢架安装前对支撑构架和定位构架的进行空间三维模拟和放样，通过详细模拟保证现场安装的精度；同时折板钢架采用以节点为中心对称、节点与各杆件同时焊接的方法以抵消焊接应力与焊接变形，保证了施工安装精度。
2.3施工操作方法简单实用
采用的施工方法与技术操作简单，同时关键测量仪器全站仪的架设地点可灵活选择，再加上通过合理组织和配置施工机械、设备和人员，加快了施工进度，缩短了施工工期。
3适用范围
本工法适用于复杂多变空间结构大型多分支节点无可操作控制点的精确测量定位，特别是不规则大跨度多节点折板钢架的三维空间定位。
4工艺原理
本工法采用“节点坐标拟合测量定位法”，如图4.1所示，其基本原理和应用方法为：
首先通过设计给予的节点工作点与各端口中心点之间的尺寸关系，得出节点各端口的设计坐标值，建立节点三维空间模型。
然后实用全站仪对节点实体进行外形尺寸检测，对节点各端口进行坐标测量，所得相对坐标值通过绘图软件转换为几何图形即实体模型。
最后将实体模型与设计模型（理论值坐标点与点连接的线条组合）进行拟合（节点所测坐标值转换的实体模型图与设计值转换的设计模型图相互作比较）。
通过对实体模型的移动，使实体模型达到理论最佳位置，所得的各点坐标值为拟合值也是最佳控制坐标值。
拟合方法：
将实体模型与设计模型通过绘图软件相互重叠，在图形四周找出端口与端口控制点相近的“十”连接线，移动两图形“十”字连接线相重叠拟合。
将拟合后的实体模型移到建筑坐标系，得出实体模型各端口控制点坐标，即为最佳控制点坐标。
将最佳控制值与设计值的各端口偏差参照验收标准进行对比，未超出标准规定的节点为检测合格。
用“节点坐标拟合测量定位法”精确测量定位一个异形节点的位置与方向在理论上成立，同时，工程应用实践证明该方法可行且实用方便。
图4.1坐标拟合法检测异形多分支节点效果图
5、施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程（图5-1）
图5.1复杂空间异形折板钢架施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1施工准备
1、钢结构三维建模及放样
对于空间复杂的钢结构，安装前进行三维模拟可有效的分析和评估安装过程中可能出现的问题，通过详细模拟，对后期的安装实践及保证现场安装的精度具有重要的指导作用。
折板钢架为空间多平面结构，现场安装前要进行支撑构架和定位构架的详细模拟，确保现场安装定位的准确。
另外折板构件不仅要保证轴线定位的准确，还应保证截面方向定位的准确，必要时需要辅以折板棱边的定位。
2、钢构件加工制作及工厂预拼装
采用通用的数控机床进行钢结构的切割及加工制作，保证钢结构拼装部分的精度。
现场安装采取先下部结构、后上部结构，先安装转角处节点、再安装掛梁、最后安装支撑的施工顺序，将节点固定在与其连接的钢梁上空间定位支撑到设计位置，利用三维模型进行支撑构架和定位构架的详细模拟，确保现场安装定位的准确。
3、钢构件的预检和复检
构件的预检在钢结构加工厂质检部门检查的基础上，项目部要进厂对加工质量进行复检，复检合格后出厂。
不允许不合格构件进入安装现场，同时项目部根据现场安装进度要求及提供的构件清单监督制造部门是否按进度要求配套加工，避免由于加工构件不配套造成现场安装间断，影响安装工期和质量。
预检：
钢材材质的成品质量证明书及复验报告，焊条、焊丝材质的成品质量证明书及复验报告，构件焊缝外观及超声波探伤报告，以及实际偏差等预检资料；构件外观检查包括：
钢构件的几何尺寸、连接板零件的位置、角度、螺栓孔直径及位置，焊缝的坡口，节点摩擦面，附件的数量及规格等。
复检：
对进场构件，现场材料员、质量员应按照构件发运清单及相关技术标准、规范及设计文件进行清点，核查。
对构件制作过程中形成的各项技术资料进行核查。
4、轴线、标高的复核
钢结构安装前进行钢构件轴线及标高的移交和复核检查，符合要求后才能进行预埋件的埋设；同时对每一个混凝土结构上预埋件的位置进行复核，复核结果必须满足设计要求，才能进行下一步钢结构的安装。
5、构件标识和构件表面的清理
吊装前对钢构件做好中心线、标高线的标注，不对称的构件还应标注安装方向，对大型构件应标注出重心或吊点，标注可采用不同于构件涂装涂料颜色的油漆作记号，做到清楚、准确、醒目。
在钢构件吊装前应清除附在其表面上的灰尘、雨水、油污和泥土等杂物，对损坏的油漆及时进行修补。
6、搭设承重脚架
根据土建移交的测量基准点，精确放出建筑物的标准轴线作为预埋件和承重脚手架的定位依据，依此正确安装预埋件和搭设承重脚手架，承重脚手架的如图5.2.1。
承重脚架是用于放置结构各个节点和主梁的临时支撑体。
搭设承重脚架，且操作架继续往上升。
安装中弦杆时，立即安装其与内部结构（如剪力墙、钢柱、直立柱等）的连梁，保证钢结构的面外稳定。
校正好后，对需要焊接的对接口进行施焊。
为安装上层的构件做好准备。
图5.2.1承重脚手架示意图
5.2.2钢结构安装
1、主结构安装
根据折板刚架不规则的多平面网状空间结构的特点，为保证刚架空间定位准确和折板刚架整体安装精度，工厂制作完成后模拟构件空间位置进行预拼装；现场安装采取先下部结构、后上部结构，先安装转角处节点、再安装掛梁、最后安装支撑的施工顺序，将节点固定在与其连接的钢梁上空间定位支撑到设计位置，利用三维模型进行支撑构架和定位构架的详细模拟，确保现场安装定位的准确。
把异形节点逐一吊装到承重脚手架上，用“节点坐标拟合测量定位法”分别对它们进行测量定位。
考虑到实际工程中，构件制作、测量、安装存在着不可避免的误差，所以，应用“节点坐标拟合测量定位法”时可在节点上再多选择若干个点以便进行复核校正。
把节点测量安放准确后，及时把它点焊在胎架的定位装置上作临时固定。
节点吊装完成后开始吊装主梁杆件，在杆件端部设置工装件以方便与节点对位和临时固定，把杆件吊装到位并与节点轴线对中准确后，及时焊工装件以临时连接节点与杆件。
当与节点相连接的至少三个方向的杆件吊装对位临时固定好后，再进行节点与杆件的正式焊接。
主梁焊接采用以节点为中心对称、节点与各杆件同时焊接的方法，次梁焊接采用两端异侧同时施焊的方法，以抵消焊接应力与焊接变形。
正式焊接完成后，割除工装件。
2、钢构件的安装测量
（1）钢构件标高的测控
钢构件的测量校正主要为平面位置、标高和垂直度三项内容，按照先调整标高，再调整位移，最后调整垂直度的顺序按照规范规定的数值进行校正。
同时为保证安装精度，避免因温度变化对钢构件垂直度校正产生的偏差，主楼钢构件的测量校正统一日照变化小的傍晚进行。
每安装一节钢构件前，首先在钢构件上标设上、下中心线及相对标高，当钢构件安装后，应对构件顶作一次绝对标高实测，然后根据实测值来控制下一节钢构件的标高，以便提前通过临时固定板及处理端部来进行控制。
图5.2.2-1钢构件标高的测量示意图图5.2.2-2钢构件垂直度的测量示意图
（2）钢构件垂直度的测控
钢构件垂直控制方法如下：
用两台激光经纬仪置于构件基相互垂直的两条轴线上，视线投射到预先固定在钢构件的靶标上，光束中心同靶标中心垂直，且通过旋转最少3次经纬仪水平度盘，若投测点都重合，表明钢构件垂直度无偏差。
（3）吊装的测量
图5.2.2-3钢构件吊装测量程序
3、折板钢架变形监测及复核
钢结构工程结构特点十分显著，构件体型较大，单体重量重，节点复杂，因此施工过程中的变形监测是一项非常重要的工作，主要包括以下内容：
主体结构基础沉降观测；吊装阶段主体结构变形监测；次结构吊装过程中主体结构变形监测；受温度变化影响及焊后收缩结构整体变形；折板结构支撑构架应分多步拆除，并在拆除前设置多个变形测量点（竖向和水平变形），在每步拆除完成后进行测量点的读取。
所有的变形监测数据及时整理及分析，并根据检测数据采取合理的措施，保证钢构件处于受控状态下。
5.2.3钢构件结构卸载
5.2.3.1卸载条件：
在主结构安装完成，并完成所有的焊接工作后，形成稳固的空间受力体系后，才开始对钢构件结构进行卸载，卸载工作须同时缓慢进行，才能减少残余变形和残余应力，以防焊缝崩裂。
在每次卸载量完成后，对各监测点的数据进行读取，并同理论计算数据相比较，指导后续卸载过程。
直至将整体主结构卸载到位。
卸载条件具体包括：
1）钢结构主梁、次梁与所有节点焊接完成，与混凝土上的预埋件焊接完成。
2）构件安装精度和外观验收合格。
3）卸载用千斤顶在承重脚手架上架设完毕。
4）操作人员按照卸载点配备，施工交底完毕。
5.2.3.2、卸载点详细形式见图5.2.3。
图5.2.3卸载点详图
3、卸载操作步骤及说明
第一步：
所有卸载千斤顶的地面试压和高空卸载点的布置；
第二步：
卸载千斤顶对主结构下弦杆对应位置的顶紧，同时完成结构整体外形的测量验收工作；
第三步：
将原安装支撑点移去每次卸载量相应高度的垫块或将支撑点顶部割除相应高度；
第四步：
同步将一排的千斤顶下落，使钢构件下弦再次与支撑点接触；
第五步：
调整千斤顶的水平位置，使其保持垂直状态和对应支撑点，消除水平位移影响；
第六步：
再次顶紧千斤顶；
第七步：
将原安装支撑点再次移去每次卸载量相应高度的垫块或将支撑点顶部割除相应高度；
重复以上操作，在每次卸载量完成后，对各监测点的数据进行读取，并同理论计算数据相比较，指导后续卸载过程。
直至将整体主结构卸载到位。
5.3劳动力组织
本工法劳动力组织情况见表5.3。
表5.3劳动力组织情况表
序号
类别
单位
数量
备注
1
指挥工
人
4
各工种人员根据施工工序和进展情况陆续进场和退场，及根据施工作业任务要求调整
2
起重工
人
12
3
铆工
人
30
3
电焊工
人
60
4
杂工
人
20
5
电工
人
2
6
测量工
人
4
合计
人
132
6、材料与设备
6.1主要施工机具投入计划见表6.1。
表6.1主要施工机具投入计划
序号
设备名称
规格型号
数量
用途
备注
1
220吨汽车吊
QAY220
1台
吊装构件
2
50吨汽车吊
QY50
1台
吊装构件
3
直流电焊机
ZX-320
40
焊接
4
CO2焊机
CPXS-500
20
焊接
5
碳刨机
ZX5-630
12
焊接
6
电焊条烘箱
YGCH-X-400
4
焊条烘焙
7
电热焊条保温筒
TRB系列
60
焊条保温
8
角向砂轮机
JB1193-71
40
焊缝打磨
9
空气压缩机
XF200
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