双向编制穹顶分条块安装工法讲解.docx
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双向编制穹顶分条块安装工法讲解
湖北省工程建设工法
申报书
工法名称：
双向编制穹顶分条块安装工法
类别：
房屋建筑工程
申报单位：
申报时间：
2014年8月
湖北省住房和城乡建设厅
二○一四年制
工法名称
双向编制穹顶分条块安装工法
主要完
成单位
通讯地址
邮编
联系人
电话
主
要
完
成
人
姓名
职务
职称
所在工作单位
本工法应用的工程
名称及时间
2014.04—2014.06应用于中海·凤凰熙岸商业项目采光顶钢网壳安装工程
本工法关键技术名称、企业审定时间
本工法的关键技术名称为：
1、可调节胎架制作技术
2、网壳单元地面预拼装技术
3、穹顶网壳分条块拼装技术
企业审定时间：
2014.08
本工法关键技术获得成果奖励的情况
工法内容简述：
随着我国建筑施工技术的高速发展，建筑平面日渐膨大，建筑内部采光要求也越来越高，中庭采光穹顶正好能满足这要求，在结构设计中出现的频率越来越高。
中庭采光穹顶网壳施工传统方法都是采用满堂脚手架施工，施工效率低，质量差，安全性差。
因此，进行穹顶网壳施工技术的创新对于推动该类结构在国内外建筑钢结构领域的安装具有积极的创新和推广意义，同时也符合建筑行业安全生产的要求。
本工法是结合南京中海凤凰熙岸项目钢结构采光穹顶安装工程，自行研制的兼具创新性和先进性的双向编制穹顶分条块安装工法。
其主要做法是：
以两根主梁及对应次梁、横梁、圈梁组成一个基本的拼装单元，在地面进行单元拼装及两单元间预拼装，再进行单元吊装。
实施过程中为了保证施工质量和安全，采取了可调节胎架制作技术，网壳单元地面预拼装技术，穹顶网壳分条块拼装技术等一系列先进的技术工艺措施，保证了整体工程快速、安全、优质完工。
关键技术及保密点（有专利权的，请注明专利号）：
本安装工法具有以下几项关键安装技术：
1、可调节胎架制作技术
2、网壳单元地面预拼装技术
3、穹顶网壳分条块拼装技术
技术水平和技术难度（包括国内外同类技术水平比较）：
穹顶网壳分条块拼装技术在国内处于领先水平。
可调节胎架制作技术、穹顶网壳分条块拼装技术在国内处于先进水平。
工程应用情况及推广应用前景：
本工法应用在南京中海凤凰熙岸项目采光顶穹顶网壳安装工程为工程顺利竣工赢得了宝贵的时间，得到了业主的嘉奖和监理的首肯，社会效益良好。
本工法介绍的可调节胎架制作技术、网壳单元地面预拼装技术、穹顶网壳分条块拼装技术实用性强，操作简单可靠，具有很大的推广应用前景。
经济效益和社会效益：
1、经济效益
采用双向编制穹顶分条块安装方法，与传统方法相比，穹顶网壳传统安装时间为46天，而实际拼装时间为30天，节约工期16天。
措施材料脚手架为7元/m·月,脚手架用量为30040m3，人工平均工资按250元/日，施工人数16人，25t履带吊按2.6万元/月计算，胎架材料3800元/吨，胎架材料用量4.2吨，总计节省施工成本：
250*16*46+30040*7*46/30-（250*16*46+26000*30/30+3800*4.2）=34.4509万元
2、社会效益
凤凰熙岸项目位于南京市中心，工期紧，距南京青奥会不到4个月，穹顶采用分片施工方法，提高了工效，缩短了施工时间，提前16天完成了采光顶穹顶网壳施工，为工程顺利竣工赢得了宝贵的时间，确保工程在青奥会开幕之前完成，得到了业主的嘉奖和监理的首肯，社会效益良好。
市管
州部
建门
设审
行查
政意
主见
年月日
（公章）
评
审
委
员
会
成
员
姓名
性别
工作单位
专业
职务职称
专家评审意见
主任／组长（签字）：
2014年月日
省审
住查
建意
厅见
2014年月日
（公章）
附件目录
一、工法文本和电子版
二、关键技术的鉴定、评估证书复印件
三、工程应用证明
四、经济效益证明
一、工法文本和电子版
目录
1前言1
2工法特点4
3适用范围5
4施工工艺原理5
5施工工艺流程及操作要点5
6材料与设备7
7质量控制8
8安全措施9
9环保措施10
10效益分析10
11工程实例12
双向编制穹顶分条块安装工法
1前言
随着我国建筑施工技术的高速发展，建筑平面日渐膨大，建筑内部采光要求也越来越高，中庭采光穹顶正好能满足这要求，在结构设计中出现的频率越来越高。
无论是在展览馆、贸易中心、商业中心，或是在学校、医院、图书馆，中庭采光穹顶都非常常见。
钢结构由于自重轻、强度大、造型美观等诸多特点，大部分设计师在设计采光穹顶的时候均选择钢结构作为骨架。
通常中庭采光顶位于建筑内部，施工布局狭隘，相对底层标高非常高，传统的施工方法是在内部搭设满堂脚手架进行散装。
这种安装方案可操作性强，且不需要大型吊装设备，使用非常广。
但这种方案也存在一些固有的缺点：
高空作业量多，危险性较高；施工难度大，施工质量较差；脚手架搭、拆时间长，安装作业效率低，施工进度较慢；脚手架占用空间大，影响其他工种施工。
图1-1传统穹顶搭设满堂脚手架施工立面布置图
由我司施工的南京中海凤凰熙岸项目钢结构采光穹顶安装工程为单层斜向椭球形网壳结构。
穹顶长轴68.8m，最大跨度24m，位于裙楼四层内部，距裙楼边最短距离约38m，距底下楼板高22m。
穹顶结构外观轻盈协调，富有时尚感。
针对结构设计的特点、施工场地紧凑的条件和施工工期短的要求，项目部经过权衡决定采用分条块安装工艺，以达到高效率、高质量、低风险的施工要求。
图1-
2整体效果图
穹顶由30榀主梁、30榀次梁、9榀横梁、1道圈梁组成。
主梁通长布置，次梁、横梁、圈梁通过相贯节点与主梁连接，主梁通过66个销轴与裙房砼结构预埋件连接。
图1-3采光穹顶平面布置图
主梁
次梁
横梁
圈梁
相贯连接节点
梁支座节点二
图1-4采购穹顶主要构件及连接节点图
施工过程中，我们根据结构特点，以两榀主梁为一个单元，将穹顶网壳分为15个单元。
首先依据三维放线制作可调节胎架，地面拼装单元，然后采用25吨汽车吊于穹顶地下由北往南依次吊装单元，最后一个合拢单元进行散装。
整个穹顶安装历时仅30天，获得各方好评。
2工法特点
2.1安装效率高
采取25t汽车吊吊装，无需搭设满堂脚手架；制作可调节胎架，减少胎架工程量；将高空散装转化为有序的地面拼装，降低了施工难度；单元高空对接与单元地面拼装同时施工，增大作业面；依次拼装和依次吊装衔接连贯，形成流水作业；以上5点极大地提高了安装效率。
2.2安装质量高
拼装过程中通过三个胎架支撑主梁，严格控制主梁标高，同时防止单元变形；下一单元的拼装以上一单元为参照，两单元进行地面预拼装，保证两个单元相接处的相贯连接质量；将高空焊接转化为地面焊接，提高焊接质量。
2.3安全系数高
70%的工作在地面完成，减少了高空作业的风险；通过搭设标准通道和操作平台，保障了高空作业安全；拉设双层安全兜网，预防坠落事故。
2.4成本投入少
采取25t汽车吊吊装，无需搭设满堂脚手架；制作可调节胎架，节约胎架材料；制作标准通道和操作平台，随着吊装进度移动，进行重复利用；形成合理的分工和流水作业，减少工人流动性、提高工人效率；缩短了工期，节约了劳动力和机械设备成本。
3适用范围
双向编制穹顶分条块安装工法适用于中庭采光顶钢结构安装。
4施工工艺原理
4．1可调节胎架设计原理
根据网壳平面图，主梁间距及次梁间距均为2.2m，为减少胎架工程量，提高拼装精度，胎架底座及立杆做成标准样式，再做一个可调节支承横杆，拼装过程中，根据三维模型拉出支承点相应的标高，进行调节。
每榀主梁设置三个支撑点，这样能准确快速将主梁定位。
4．2地面预拼装原理
穹顶拼装过程中，先拼装完成第一个单元，再拼装第二个单元，在第一个单元吊装前，进行两相邻单元预拼装，这样保证了两相邻单元安装的准确性，防止出现过大偏差。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
图5.1穹顶施工工艺流程
5.2施工操作要点
5.2.1施工准备
1）场地准备
一层地板穹顶投影面全部清空，并使用围栏做安全维护。
2）圈梁四层楼板验收
穹顶网壳施工前，四层混凝土楼板强度等级要达到设计要求。
3）预埋件复测
施工前，复核砼结构上的预埋件轴线、标高，合格后方可可是穹顶网壳安装。
5.2.2可调节胎架制作
1）根据设计提供的三维线模型，将穹顶网壳的空间坐标转化为地面胎架拼装坐标，制定胎架设计方案。
运用midas软件，计算网壳在胎架上拼装时和拼装后的应力应变，确保胎架支点合理布置，保证网壳在拼装过程中不出现过大变形。
2）设置可调节支承横杆，通过调节支承横杆高度来支撑不同单元主梁。
3）采用H型钢作为胎架制作和支撑材料，制作前对定位轴线进行复核。
5.2.3网壳拼装
1）用管道弯曲机将钢管弯曲成需要的弧度。
主梁在弯曲前需接长，按长焊缝100%无损检测。
2）利用数控等离子切割机切割管道相贯线及坡口。
2）在可调节胎架上首先安装3根主梁。
3）在3根主梁间依次安装次梁。
安装前次梁端部坡口用数控切割机切割出相贯线。
4）在主梁之间依次安装横梁和圈梁。
5）安排双数焊工，以网壳单元中心为对称点，从中心对称点到四周对称焊接各相贯口，以使网格焊接应力均匀分布。
6）焊接安装成后对焊缝质量及网格整体尺寸进行检测。
7）第一个单元拼装完成后，暂时不吊装，另增加两根主梁和相应的次梁、横梁和圈梁，在可调节胎架上开始下一个网壳单元的地面拼装工作；首个安装单元为3根主梁，其余安装单元为2根主梁，第二个单元与第一个单元连接处焊缝不焊接。
8）第二个单元拼装完成后，吊装第一个单元，然后调节胎架横杆，将第二个单元移到第一个单元位置，开始拼装第三个单元。
5.2.5吊装
1）利用力学分析软件计算网片在不同吊装位置的应力应变，采用两点吊装方式。
2）选用25t汽车吊，安装首个3主梁单元，吊装过程中通过拉绳调节单元。
待网壳单元定位后，将主梁两端通过销轴与预埋件上的牛腿稳固连接，并通过手拉葫芦进行固定。
4）吊装第二个单元。
先将主梁两端销轴安装牢靠，进一步用手拉葫芦固定，再在两个单元交接处搭建走道，通过点焊将两个单元初步焊牢，最后搭设悬挂式操作平台，将两单元之间的焊缝全部焊完。
5）受吊装条件限制，最后一个单元进行散装，先将杆件全部吊至四层楼顶，利用吊车先安装主梁，然后利用手拉葫芦依次安装次梁、横梁、圈梁。
5.2.6焊缝检测
在折片网格高空焊接完成后，对所有杆件对接焊缝按100%比例进行检测，相贯焊缝按20%进行抽检，确保焊缝质量满足规范要求。
6材料与设备
6.1材料
表6.1工程主要材料
序号
材料名称
用途
备注
1
工20a
制作胎架
2
工16a
制作胎架
3
焊条
焊接
4
焊丝
焊接
6.2机具设备
表6.2立面折曲网格施工主要机具设备
序号
机具名称
型号
数量
用途
1
汽车吊
25t
1台
拼装、吊装
2
平板汽车
10t
1
转运材料
3
弯管机
200mm
1
弯管
4
数控切割机
5Kw
1
相贯线
5
直流电焊机
BX-500
4台
焊接
6
气保焊
CL-500
6台
焊接
7
全站仪
TCA2003
1台
测量
8
经纬仪
J2
1台
测量
9
卷尺
5把
测量
10
水平尺
5把
测量
11
手拉葫芦
10个
吊装就位
12
气割设备
3把
切割
7质量控制
7.1对钢结构加工制作安装分包商选用的钢材及焊材出厂证明、质量保证书、试验报告等技术资料检查审核。
7.2对杆件变形进行监测，对网格吊装后变形进行测量，变形符合下表要求。
表7.2穹顶结构变形检测表
序号
检查项目
标准规范
规范值
1
网壳变形
钢结构设计规范（GB50017）
24mm
2
结构应力
215N/mm2
3
杆件接长率
空间网格结构技术规程（JGJ7）
10%
7.3网壳杆件对接均为一级焊缝，需全部检测。
其余为二级焊缝，抽检20%，要求全部合格。
7.4网壳吊装前复查埋件坐标值。
7.5确定每周召开质量例会，对本周的质量活动进行总结，分析质量状况，对各部门、分包单位进行质量评价，质量控制不符合工程总体质量目标的要求时，实施质量否决，暂停其施工，直至清退出场。
7.6施工操作注重工序的优化、工艺的改进和工序的标准操作，在每项工作开始之前，实行样板引路制。
7.7实行并坚持自检、互检、交接检制度、自检要作文字记录，预检及隐蔽工程检查做好齐全的隐预检文字记录。
7.8制定专项成品保护措施，设专人负责成品保护工作。
7.9工程项目所有管理人员及操作人员应经过业务知识技能培训。
对于焊接，必须经过焊接知识技能培训，考试合格者方可按照要求持证上岗。
8安全措施
8.1进入作业面的电源电缆及操作设备的绝缘性能良好，严禁旧电缆，接头电缆，护套线等进入施工作业面，严格按三相五线制用电。
8.2在施工中、施工人员必须佩带劳保用品，高空作业应系好安全带，工具、零配件等应放在随身佩带的工具袋内，不可随意向下丢掷。
8.3所有钢丝绳、吊索及挂索等在使用前和吊装作业前必须经过合格起重工检查。
8.4高空作业点下地面不允许站人，防止高空坠落事故。
8.5吊机必须由专人指挥，所有操作必须符合规范要求。
8.6严格遵守施工工地有关防火的规定，加强防火设施，执行动火票制度，电、气焊作业前，清除作业范围内易燃、易爆物品或采取有效隔离措施，杜绝火灾事故。
8.7氧气、乙炔瓶严禁放在动火地点下方，并有效遮盖，不得曝晒，严禁用明火检查漏气情况。
8.8电焊机不得接在建筑物、机械设备及金属架上，不得使用无柄的焊、割工具。
遇五级以上大风时应停止室外电气焊作业。
电气焊作业完毕，应切断电源、气源，并检查确认操作区域内无火险隐患。
9环保措施
9.1施工现场配备一名工人专门负责垃圾的管理，将垃圾类别的标志牌尽量做到清晰易识别，项目负责人对其进行不定期检查和监督，争取切实做好施工人员的环境意识观念，保护好现场的环境。
9.2对进驻的施工人员进行交底，建立宿舍卫生制度，做到奖惩分明，使每一位施工人员自觉遵守卫生制度。
9.3食堂必须设置简易有效的隔油池，定期掏油，防止污染，现场食堂设泔水桶，宿舍设一定数量的垃圾桶，由专人负责清扫。
9.4严格控制人为噪声，进入施工现场不得大声叫喊，乱仍杂物等最大限度控制人为噪声。
9.5严格控制作业时间，晚上10：
00～次日凌晨6：
00停止强噪作业。
确系特殊情况必须昼夜作业时，采取降低噪音措施。
10效益分析
10.1经济效益
采光顶穹顶网壳传统高空散装施工方法需要在网壳投影区域搭设满堂脚手架，脚手架体积约3万立方米。
通过对南京中海凤凰熙岸项目采光顶穹顶网壳安装的创新，采用地面分条块拼装，高空组对焊接安装的施工方法，避免了搭设满堂脚手架。
两种施工方法整个安装工作量相同，由于减小了操作难度，所以缩短了工期，表10.1对两种施工方法进行了成本分析。
表10.1成本分析表
费用类别
高空散装施工
分片施工
人工费用
250元/人、天
施工总人数：
16人
250元/人、天
施工总人数：
16人
架管租赁费用
架管7元/m3·月
架管用量：
30040m3
0
胎架材料费用
0
钢材3800元/吨
实际用量：
4.2吨
吊车租赁费
0
2.6万元/月
工期
46天
30天
总费用
50.6元
15.7万元
穹顶网壳分条块施工与高空散装比较，总共节省费用34.4万元，经济效益显著。
10.2社会效益
凤凰熙岸项目位于南京市中心，工期紧，距南京青奥会不到4个月，穹顶采用分片施工方法，提高了工效，缩短了施工时间，提前16天完成了采光顶穹顶网壳施工，为工程顺利竣工赢得了宝贵的时间，得到了业主的嘉奖和监理的首肯，社会效益良好。
11工程实例
工程应用实例：
工程名称：
南京中海凤凰熙岸项目中庭穹顶采光顶安装工程
工程地点：
南京市鼓楼区
实物工作量：
穹顶网壳127吨
安装周期：
2014.05-2014.06
应用效果：
良好
图11采光顶穹顶网壳施工完
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