第1章-国家体育场主结构安装施工组织设计.doc

[键入文字] 11 第第 1 章章 国家体育场主结构安装施工组织设计国家体育场主结构安装施工组织设计 1.1 工程概况 1.1.11.1.1 工程简介工程简介 国家体育场位于北京市城府路南侧，奥林匹克公园中心区内，是北京2008年奥 运会的主体育场。建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3m，短轴为297.3m，最高点高度为 68.5m，最低高度为40.1m。屋盖中间开洞长度为185.3m，宽度为127.5m。 主桁架围绕屋盖中间的开口放射型布置，与屋面及立面的次结构一起形成了 “鸟巢”的特殊建筑造型。大跨度屋盖支撑在周边的24根桁架柱之上，主桁架尽可 能直通或接近直通，并在中部形成由分段直线构成的内环。为了避免出现过于复杂 的节点，4榀主桁架在内环附近截断。用分段直线代替主桁架空间弯扭曲线弦杆，减 少构件的加工难度。将腹杆倾斜角度控制在60左右，网格大小尽量均匀，上下弦 节点对齐，具有较好的对称性。桁架柱、弦杆与腹杆形成完整的桁架，腹杆主要连 接于外柱与立面次结构的交点。腹杆轴线与内外柱轴线在同一平面内，腹杆宽度为 1200m，与菱形内柱同宽。在屋盖上弦采用膜结构作为屋面围护结构，屋盖下弦采用 声学吊顶。主场看台部分采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构体系，与大跨度钢结构 完全脱开。 屋盖主结构的杆件均为箱型构件，其中，主桁架断面高度为12m，上弦杆截面为 1200mm1200mm～1000mmX1000mm，下弦杆截面为1000mm1200m～800mmX800mm，腹 杆截面基本为600mmX600mm，上下弦杆与斜腹杆交错纺织。桁架柱为三角形格构柱， ，每根格构柱由两根1200mmX1200mm箱型外柱和一根1200mm1200mm菱形内柱组成， 腹杆截面为1000mm1200mm。桁架柱上端大、下端小，上端与主桁架相连，下端埋 入钢筋混凝土承台内，并将屋盖荷载传至基础。 除菱形内柱下端（标高＋1.500m处）采用了Gs20Mn5V铸钢件外，屋盖主结构主 要采用Q345D、Q345GJD及Q460E钢材，钢材强度等级要求较高。 本工程主结构约为21700吨，其中桁架柱约为10500吨，主桁架约为11200吨。 [键入文字] 12 1.1.21.1.2 工程特点工程特点、难点、难点 1.工程特点 本工程作为国家标志性建筑，2008年奥运会主场馆，其主结构特点十分显著， 具体如下 （1）构件体型大，单体重量重。作为屋盖结构的主要承重构件，桁架柱最大断 面达25m20m，高度达67m，单榀最重达500吨。而主桁架高度12m，跨度大。桁架柱 与主桁架体型大、单体重量重，均无法整榀吊装。 （2）节点复杂。由于本工程中的构件均为箱型断面杆件，所以，无论是主结构 之间，还是主次结构之间，都存在多根杆件空间汇交现象。加之次结构复杂多变、 规律性少，造成主结构的节点构造相当复杂，节点类型多样，制作、安装精度要求 高。 （3）工期紧。本工程量大，但安装工期相当短，工期紧。 （4）焊接量大。本工程吊装分段多，现场焊缝长度长，加之厚板焊接的存在， 造成现场焊接工作量相当大。 （6） 整体卸载体量大，卸载点多，单点承载力大。 （6）冬雨期施工。本工程主结构吊装时间需跨越冬季和春节，所以存在冬雨期 施工，施工难度较大。 2.工程难点 （1）工程组织难度大。主结构吊装时，土建施工还未结束，现场组装正在大面 积开展，故存在多方施工交叉作业现象。加之，现场场地狭小，施工场地布置、构 件运输及大型吊机行走路线等受到很大限制。同时，本工程结构复杂，各吊装分段 之间相互关联，必须按一定顺序进行组装、吊装，否则将出现窝工现象。各施工方 需合理协调、统筹管理，工程组织难度大。 （2）构件翻身、吊装难度大。为降低组装难度，本工程中的桁架柱将采用卧拼 法，主桁架将采用平拼法（内圈主桁架除外） ，故拼装结束后、吊装前必须进行翻身 工作。由于构件体型较大，重量重，翻身时吊点的设置和吊耳的选择难度较大，特 别是桁架柱的翻身，吊耳在翻身和吊装时的受力有所变化，需考虑三向受力。同时， 翻身过程中的稳定性比较难控制。 [键入文字] 13 由于桁架柱和主桁架的分段口均为箱型断面，分段吊装时存在多个管口对接的 问题（最多大6个） ，对于箱型断面，要保证多个管口的对口精度，难度巨大。起吊 时，必须调整好分段构件的角度和方位，而对于体型大、重量重的构件，角度调节 相当困难，吊装难度大。 （3）高空构件的稳定难度大。由于本工程采用散装法（即分段吊装法） ，分段 吊装时，高空构件的风载较大，在分段未连成整体或结构未形成整体之前，稳定性 较差，特别是桁架柱的上段和分段平面主桁架的稳定性较差，必须采用合理的吊装 顺序（尽量首尾相接、分块吊装）和侧向稳定措施（如拉锚、缆风绳等） 。 （4）焊接难度大。本工程中既有薄板焊接，又有厚板焊接，既有平焊、立焊， 又有仰焊，既有高强钢的焊接，又有铸钢件的焊接，焊接工作量大。薄板焊接变形 大，厚板焊接覆熔量大，温度控制和劳动强度要求高。而高空焊接、冬雨季焊接更 使得焊接难度增大。 （5）安装精度控制难。由于施工过程中结构本身因自重和温度变化均会产生变 形，而且支撑胎架在荷载作用下也会产生变形，加之，结构形体复杂，为箱形断面 构件，位置和方向性均极强，安装精度受现场环境、温度变化等多方面的影响，安 装精度极难控制，施工难度大。施工时必须采取必要的措施，提前考虑好如何对安 装误差进行调整和消除，如何进行测量和监控，使变形在受控状态下完成，以保证 整体造型和施工质量。 （6）质量要求高，施工难度大。本工程无论是外观质量，如外形尺寸、焊缝外 观，还是内在质量，如焊缝质量等级、焊接残余应力等，都要求相当高，而现场施 工条件又相当艰苦，这无疑加大了施工难度。 同时，对于大跨度空间结构，温度变形和温度应力较大，为此，设计确定了分 块合拢和合拢温度，操作难度大。 （7）整个体育场主结构采用整体卸载方式完成从临时支撑到自身支撑的过渡， 卸载的体量非常大，共布置 78 组卸载点，通过计算机控制分步完成。 1.2 编制依据及施工部署 1.2.11.2.1 所依据的规范、规程及标准所依据的规范、规程及标准 [键入文字] 14 所依据的规范、规程及标准见表 1-1。 所依据的规范、规程及标准 表 1-1 施工图纸及有关文件有国家体育场钢结构设计施工图和 2004 年 12 月审查 通过的国家体育场工程施工组织设计 ，其他文件见表 1-2。 施工图纸及有关文件 表 1-2 序号名称编号 1 建筑结构长城杯工程质量评审标准 DBJ/T01-69-2003 2 建筑长城杯工程质量评审标准 DBJ/T01-70-2003 3 北京城建集团国家体育场工程总承包管理体系文件 2003 版 4 国家体育场钢结构工程焊接工艺评定方案 2005.5 5 关于施工方案编制规定的通知 1.2.21.2.2 施工部署施工部署 1.施工区域划分 根据施工总承包合同以及土建施工分区情况，结合钢结构总体安装方案确定的 分阶段分区域对称安装原则，将钢结构安装划分I、II两大施工区域，I区范围为C21 序号名称编号 1 钢结构设计规范GB50017-2003 2 建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002 3 钢结构制作安装施工规程YB9254-95 4 钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001 5 工程测量规范与条文说明GB50026-93 6 建筑工程测量规程DBJ01-21-2000 7 建筑施工安全检查标准JGJ59-99 8 建筑工程施工现场供用电安全规范GB50194-93 9 北京市建筑工程施工安全技术规程DBJ01-62-2002 10 建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2001 11 国家体育场钢结构工程施工质量验收标准 [键入文字] 15 立柱C8立柱区域，II区范围为C9立柱C20立柱区域，如图1-1所示。 图1-1 钢结构施工分区图 根据总体安装思路，每个施工区域选用1台800t履带吊和1台600t履带吊进行主 结构的吊装。其中，800t履带吊布置在外环，负责桁架柱、外圈主桁架及部分中圈 主桁架的安装，600t履带吊布置在内环，负责内圈及部分中圈主桁架的安装。所以， 根据800t履带吊和600t履带吊承担的任务，又将每个施工区域分成内外两个小吊装 分区，具体见图1-2 图 1-2 钢结构吊装任务分工图 [键入文字] 16 2.施工组织 国家体育场钢屋盖结构复杂，造型新颖，举世瞩目，施工难度极大，作为体育 场工程的核心，钢结构工程是整个体育场工程的重中之重，体育场工程的总体安排 必须以钢结构的安装为统筹主线，钢结构详图设计、加工制作、现场拼装等必须围 绕现场安装工作来进行。另外，由于工期紧，钢结构工程需与混凝土看台交叉作业， 而且制约着基座工程的开始乃至整个工程的竣工，因此，需要建立一个以总包为核 心、完善有效的钢结构组织管理体系，对钢结构工程进行全面系统的管理，以保证 总体施工的顺利实施。 由于本工程钢结构分成两大施工区域来进行加工和安装，所以，在施工组织上， 不但要建立总包钢结构组织管理体系，进行统筹管理、统一协调。同时要建立分区 专业钢结构项目部组织管理机构，实施对钢结构施工班组和作业人员的具体管理及 钢结构施工过程中的各项管理工作，以确保各项技术要求、质量要求及安全要求等 能够贯彻落实到实际施工当中，确保各项工作按预期的目标进行。 （1）总包钢结构组织管理体系。作为国家体育场的总承包方，总包应建立总包 钢结构组织管理体系，以实施对钢结构各分工单位的管理和钢结构施工过程的宏观 管理。 （2）专业项目部管理组织机构。专业钢结构项目部是该工程钢结构的具体实施 单位，钢结构各项工作目标的实现都建立在专业钢结构项目部的具体施工和管理工 作之上。由于钢结构在整个国家体育场的特殊地位，专业钢结构项目部的各项工作 会对整个工程产生重大的影响，为此，需建立专业钢结构项目部管理机构，具体如 图 1-3 所示。 一一一一 一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一一一一一一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一一一 图 1-3 专业项目部管理组织机构 为保证国家体育场钢结构工程的统一管理和指挥，专业项目部管理组织机构要 服从总包钢结构的统一管理，统一协调，并各自承担各施工分区的施工任务和各项 管理工作。 [键入文字] 18 3.施工总体程序 根据本工程钢结构的结构特点，主结构安装采用散装法。即桁架柱和主桁架散 件出厂，运至施工现场，在施工现场进行地面拼装，然后分段进行吊装。 由于本工程主结构主要由桁架柱和主桁架组成，且Ⅰ、Ⅱ区钢结构180旋转对 称，鞍形屋面东西高、南北低，桁架柱和主桁架分段重量重，提升高度高，主桁架 纵横交错，所以在施工总体程序的选择上，必须遵循以下原则 （1）Ⅰ、Ⅱ区主结构安装要对称同步（180旋转对称） ，并尽早形成安装区域 局部稳定单元； （2）要先低后高，先柱后桁架； （3）要保证前、后吊装分段的搭接关系，以保持吊装工作的整体连贯性，避免 吊机闲置和窝工现象的出现； （4）要尽量减少前、后吊装分段的对口数量，降低安装难度； （5）尽量减少吊车工况的变化及吊车的行走路程，以保证安全和整个工程的进 度。 （6）要保证主导施工路线的作业时间，确保工程按期完工。 （7）要考虑现场实际情况，包括场地条件、土建施工进度、地面拼装进度及加 工制作进度。 根据以上原则，在施工总体程序上，将主结构安装分为三个阶段六个步骤，先 安装南北方向桁架柱，后安装东西方向桁架柱，内外主桁架的安装穿插进行，具体 如下 第一阶段之步骤一进行Ⅰ区P2、P1、P24Ⅱ区P14、P13、P12桁架柱的安装； 第一阶段之步骤二外环进行Ⅰ区P23、P22、P21桁架柱及P24、P1、P2对应的 外圈主桁架（Ⅱ区P11、P10、P9桁架柱及P14、P13、P12对应外圈主桁架）的安装， 内环进行南北方向内圈主桁架的安装； 第一阶段之步骤三外环进行Ⅰ区P3、P4、P5桁架柱Ⅱ区P15、P16、P17桁架 柱的安装，内环进行南北方向中圈主桁架的安装和合拢； 第二阶段之步骤一外环进行Ⅰ区P6、P7、P8桁架柱及对应外圈主桁架Ⅱ区 P18、P19、P20桁架柱及对应外圈主桁架的安装，内环进行东西方向内圈及部分中 [键入文字] 19 圈主桁架的安装； 第二阶段之步骤二外环进行东西方向中圈主桁架的安装和合拢； 第三阶段外环进行四个角部区域外圈和中圈主桁架的安装及屋面的整体合拢。 因现场安装受多方施工条件的制约，所以在总体施工程序上必须充分考虑前后 各工序间的搭接关系，具体施工程序如图1-4所示。 第一阶段第二步 主结构吊装 支撑塔架安装 支撑塔架设计 支撑塔架加工 构件按吊装顺序 分阶段现场拼装 第一阶段第一步 钢柱吊装 构件运输到场 构件预拼装检验 构件加工制作 详图设计 材料采购 大型吊车进场 施工准备 第一阶段第三步 主结构吊装 第二阶段第一步 主结构吊装 第二阶段第二步 主结构吊装 主结构验收 第三阶段 主结构吊装 图1-4 主结构总体施工程序 [键入文字] 110 4.施工方法 本工程钢结构跨度大、构件体型庞大、重量重，无法整榀桁架进行吊装，而其 他施工方法在某种程度上均存在不足，本工程主结构安装采用散装法。即桁架柱和 主桁架散件出厂，运至施工现场，在施工现场进行地面拼装，然后分段进行吊装， 待屋面主结构形成整体后，再整体同步卸载。 根据吊装分段情况和吊机作业半径，每个施工分区选用1台800t履带吊和1台 600t履带吊进行主结构的吊装。其中，800t履带吊布置在外环，负责桁架柱、外圈 主桁架及部分中圈主桁架的安装，600t履带吊布置在内环，负责内圈及部分中圈主 桁架的安装。 5.施工进度计划 钢结构总工期包括详图设计、材料采购、构件制作、现场安装、支撑胎架卸载 等在内的作业时间。本工程工期短，因此，必须合理地安排每道工序的作业时间及 每根构件的吊装时间。为确保国家体育场总体施工进度，钢结构工程主结构的安装 进度严格以总包提供的进度大纲为基准。在充分考虑钢结构工程主结构总体工程量 （包括焊接工作量） 、施工难度、各种不可预见因数的基础上，编制国家体育场钢结 构工程主结构施工进度计划，见附表。 同时，在钢结构安装实施过程中需要上道工序包括土建施工单位、钢结构加工 单位密切配合，为保证现场安装进度，特作如下相关要求 （1）钢结构详图设计、构件加工和现场拼装的顺序必须严格按现场钢结构安装 顺序进行。 （2）钢结构详图设计、构件加工和现场拼装进度必须满足现场连续吊装的要求。 （3）施工现场应尽可能多、尽可能早提供钢结构施工场地和工作面，避免钢结 构安装受场地条件的制约而影响吊装进度。 （4）要严格控制构件加工制作质量和现场拼装质量。 （5）要实行倒班作业，特别是现场焊接工作，保证厚板一次焊接完毕。 （6）要提供足够的施工用电，特别是施工高峰期的用电和夜间照明用电。 （7）要保证劳动力资源的数量和质量。 [键入文字] 111 （8）要求合理利用资源，避免资源浪费。 6.主要资源计划 （1）设备资源配置计划。主要施工设备见表 1-3。 施工设备列表 表1-3 序 号 设备名称 及型号规格 数 量 配 置用途施工时间 1 800 吨履带吊 CC4800 1 主臂/副臂 54m/42m、60m/54m 超起22*480tmax 桁架柱、外围主桁架 吊装 2005.9～2006.5 2 800 吨履带吊 LR1800 1 主臂/副臂 56m/35m、56m/63m 超起22*350tmax 桁架柱、外围主桁架 吊装 2005.9～2006.5 3 600 吨履带吊 CC2800 2 主臂/副臂60m/36m 超起1117*300tmax 内圈主桁架吊装 2005.10～2006. 4 4 300 吨履带吊 2 桁架柱翻身、散装杆 件吊装 2005.9～2006.5 5 50 吨履带吊 2 卸车、配合吊装 2005.9～2006.5 6 50 吨汽车 2 水平运输 2005.9～2006.5 7 交直流焊机 60 焊接 2005.9～2006.5 8 CO2气体保护 焊 60 焊接 2005.9～2006.5 9 碳弧气刨 4 清根 2005.9～2006.5 10 焊条烘箱 4 焊条烘烤 2005.9～2006.5 11 温控箱 4 预热，热处理 2005.9～2006.5 测量和监测设备见表1-4。 测量和监测设备 表1-4 序号机械设备名称型号数量来源 1 全站仪 TCRA1201 4 台自备 2 经纬仪 T2 4 台自备 3 电子水准仪 DNA03 2 台自备 4 水准仪 NA2 4 台自备 [键入文字] 112 5 CDX 磁粉探伤仪 4000-10000A 2 套自备 6 超声波探伤仪 JTS-7 2 台自备 8 超声波探伤仪 LISN52 1 台自备 9 超声波探伤仪 CTS-2000 1 台自备 10 涂层测厚仪 EPK60BF 2 套自备 11 调频通话机5km 通话能力 40 自备 （2）劳动力计划。根据钢结构安装工作量，主结构安装时，总体劳动力需求 见表 1-5。 劳动力需求表 表1-5 作业面 吊车 司机 起重 工 测量 工 校正 工 焊工 架子 工 油漆工电工 后勤人 员 安装一线 320560102 安装二线 315 6 54010 10 2 安装三线 320560102 安装四线 315 6 54010 10 2 项目部管理 人员 40 小计 127012202004020840 总计 422 1.2.3 施工准备 1.技术准备 （1）工程技术及施工管理人员熟悉、审查工程图纸和有关资料，勘察施工现场。 （2）要调查研究，收集必要的资料，包括自然条件和当地的技术经济资料，如 气象资料、地方材料、建筑构配件的供应等。 （3） 要编制详细施工预算。 （4）编制详细的专项施工方案和施工作业设计，并做好技术交底等各项工作。 [键入文字] 113 （5）根据焊接接头形式、母材材质、所用焊材及焊接方法等具体情况做好焊接 工艺评定工作和现场焊接方案。 2.现场准备 由于本工程施工现场比较狭窄，工期紧，钢结构安装受到一定的影响。同时， 本工程钢结构吨位量大，构件多且体型大，不但需要大量的构件堆放场地和组装场 地，而且要求现场畅通，确保大型吊车的进退场、行走路线和大型构件的进场。因 此，工程现场必须进行场地平整，清除施工障碍，修筑道路，接通施工用水管道、 用电线路，保证构件运输、转弯的畅通。外环道路能够满足800t履带吊吊装、行走， 内环道路能满足600t履带吊吊装、行走。 为了便于工程文明施工管理，同时结合本工程现场条件，将生产区、办公区与 生活区严格分开，设办公用房1500m2，各类仓库1000 m2， 构件堆放场地7000m2，且 各区根据自身特点制定不同的管理制度。 （1）施工总平面布置 施工总平面布置合理与否，将直接关系到施工进度的快慢和安全文明施工管理 水平的高低，为保证现场施工顺利进行，现场施工总平面布置需要遵循以下原则 1）在满足施工的条件下，尽量节约施工用地； 2）在满足施工需要和文明施工的前提下，尽可能减少临时建设的投资； 3）在保证场内交通运输畅通和满足施工对材料要求的前提下，最大限度地减少 场内运输，特别是减少场内二次搬运； 4）符合施工现场卫生及安全技术要求和防火规范。 根据现场场地、钢结构的施工顺序及其他实际情况，拼装场地和吊机行走道路 要按时间分阶段提供。本工程施工总平面布置见施工总平面布置示意图。 （2）场区交通组织 针对构件体型大、现场车辆多及现场情况复杂等特点，合理安排构件运输线路 和场区交通组织十分重要，以避免出现道路堵塞现象。为保证正常施工和道路畅通， 要求在场地西北侧预留不小于11m宽、5m高的通道（可利用混凝土看台结构通道） 。 体育场内、外设置吊机行走环道，道宽外环30m，内环28m。具体见施工总平面布 置示意图。 [键入文字] 114 （3）施工临时用电计划 现场用电包括现场施工用电和生活用电两大部分，其中现场施工用电又包括现 场设备用电和现场照明用电，现场设备用电根据现场施工设备数量和额定功率来计 算，并根据使用情况（使用频率和使用时间）考虑一定的折减系数，现场照明用电 则应考虑整个施工现场的照明和加班作业这一实际情况。由于该工程工期短，焊接 工作量大，施工时需要大量的焊机。工程开工后，现场用电量相当大。故工程开工 前，必须事先布置一定数量和容量供电点（变压器），以满足现场施工用电的要求 和一定的用电安全储备。 施工用电量计算具体见表 1-6。 施工用电量计算表 表 1-6 项目或设备名称额定功率数量合计功率 焊机 30kW1203600kW 空压机 24kW8192kW 焊条烘箱 5kW420kW 生活用电 150kW1150kW 现场照明 100kW1100kW 总用电需求量 P1.1[0.6192/0.650.53600200.81501.0100]2428KVA 现场生活用电使用独立的三相五线制电缆由现场接驳点引至生活区；现场施工 用电由一级配电箱引至施工区，再由二级配电箱引至施工作业面内，电缆靠边悬空 挂设，配电箱内需设置自动空气开关、漏电开关，各配电箱必须作重复接地，现场 所有设备实施一机、一闸、一漏电开关制，由专人负责管理，以确保施工用电安全。 同时，安排好现场用电的平面和空间布置，以满足施工现场地面及高空焊接的用电 合理分配需求。 [键入文字] 115 3.3.劳动力准备劳动力准备 项目管理班子按要求成立，施工作业人员按工种、数量根据劳动力计划表准时 到位。 特种施工人员要具备相应的资质证书，其中焊工还要经过统一考试录用。由于 本工程的焊接难度大，并要求高，要在现场安装单位中选80名焊工进行仰焊、立焊 培训。 所有工人进场施工前必须进行安全、技术教育。 4.机具准备机具准备 现场施工机械特别是大型吊机如800吨、600吨、300吨必须按要求进场，计划 800t履带吊在9月1日开始进场，在9月15日前完成组装，具备吊装能力。吊机进场前， 现场运输道路、大型吊机行走道路按要求敷设完成，满足设计压力要求。 现场需要的工器具按施工机具表要求数量准备。 5.5.材料准备材料准备 除支撑胎架外，主结构安装时，需用大量措施用材，如吊耳、工卡具、操作平 台、钢丝绳、卡环、卸口、缆风绳等，为保证安装工作的顺利进行，所有这些材料 的采购工作必须在开吊前完成，并落实到位。 1.3 专项施工方案专项施工方案 1.3.11.3.1 桁架柱吊装桁架柱吊装方案方案 桁架柱截面大，高度高，单体重量重，单根桁架柱的最大重量达 500t，高度达 67m，整根吊装难度极大，且既不经济，又不安全。根据桁架柱的重量分布及目前市 场上的吊车资源，采用分段安装的方法,分段断口设置于桁架柱直线段断口。为确保 桁架柱的整体制作和安装进度,将桁架柱直接在拼装胎架上整体立体拼装，焊接完成。 因受运输条件限制而进行的制作分段节点,在安装分段线位置采用对接连接板固定， 使桁架柱在胎架上形成整体。桁架柱拼装完成，并经验收合格后，采用双机翻转的 方式将卧拼状态，转化为竖直的安装状态，并根据主吊车的站位需要将桁架柱安装 分段就位于正式吊装作业半径范围内，采用主吊车单车起吊就位。上段桁架柱就位 [键入文字] 116 后采用刚性支撑与就近的混凝土结构进行拉接，上段桁架柱在下段桁架柱完成对口 焊接 50以上后，就位并采用柔性拉索与混凝土结构进行拉接，确保每个分段在安装 过程中及立面次结构安装前的稳定。在桁架柱安装过程中设置两个作业面，其中一 个在北侧的第一标段，桁架柱安装顺序为 P2-P1-P24-P23-P22-P21，然后 P3-P4-P5- P6-P7-P8；另外一条作业线设置在南侧的第二标段，桁架柱安装顺序为 P14-P13- P12-P11-P10-P9，然后 P15-P16-P17-P18-P19-P20，立面次结构的安装在已完成的桁 架柱间进行。 1.桁架柱分段 本工程中的桁架柱为三角形断面组合柱，主要由一根菱形内柱和两根箱型外柱 组成，内、外柱之间设有箱型腹杆，两外柱之间则设有箱型立面次结构。桁架柱上 大下小，上端与主桁架相连，下端则与柱脚相接。为保证吊装进度和安装质量，桁 架柱分段时必须依照如下原则进行 （1）分段长度和重量必须满足吊机性能要求； （2）分段后，各吊装分段必须为具有一定整体性和刚度的空间实体，能满足吊 装时的受力要求； （3）分段位置必须避开节点区，包括桁架柱内部节点及与立面次结构和内楼梯 梁交叉节点； （4）确保上部弯扭段为一整体安装分段，避免高空对接弯扭接口； （5）要尽量保证桁架柱内部两外柱之间的立面次结构能随桁架柱一起吊装； （6）分段位置要尽量避开厚板区域、高强钢区域、不等厚区域及扭转区域；适 当将制作分段与现场分段位置结合； （7）菱形内柱与箱型外柱的分段口要水平，且尽量在同一高度，以方便安装对 口，确保安装质量； （8）要尽量减少分段数量，以加快安装进度。 根据以上原则，对桁架柱进行了初步分段，并将在深化设计过程当中对桁架柱 的分段进行分段点细化，兼顾制作与安装的方便性。初步桁架柱分段位置见附图。 根据以上原则，将桁架柱分为二段，即柱下段、柱上段。各桁架柱分段见桁 架柱分段示意图，分段重量及分段安装顶点标高见表1-7。 分段重量及分段安装顶点标高 表1-7 [键入文字] 117 序号桁架柱编 号 分段重量t安装标高m总重 1 上段 22940.746 2 P1P13 下段 23223.550 461 3 上段 17642.831 4 P2P14 下段 25424.985 430 5 上段 24648.238 6 P3P15 下段 22230.841 468 7 上段 24255.045 8 P4P16 下段 26535.346 507 9 上段 23861.037 10 P5P17 下段 21941.535 457 11 上段 24065.603 12 P6P18 下段 25642.431 496 13 上段 23067.122 14 P7 下段 24446.656 474 15 上段 24265.603 16 P8P20 下段 26243.558 504 17 上段 24161.307 18 P9P21 下段 24637.729 487 19 上段 24055.045 20 P10P22 下段 27235.266 512 21 上段 20348.238 22 P11P23 下段 26130.541 464 23 上段 19042.831 24 P12P24 下段 27627.635 466 25 上段 23167.122 26 P19 下段 25146.656 482 [键入文字] 118 2.吊机选择 桁架柱整体重量重，起吊高度高，作业半径大，为此，在进行桁架柱的安装时 需采用特大型吊机。根据分段吊装工艺和最大分段重量（约275t） ，选用2台800t履 带吊场外进行桁架柱的吊装。其中1台LR1800型负责I区桁架柱吊装，一台CC4800-1 型负责II区桁架柱吊装。 LR1800型800t履带吊选用SDWB工况，具体性能见表1-8。 LR1800型800t履带吊性能 表1-8 工况配置主臂 56 米，仰角 88，副臂 35 米，超起配重 350 吨 工作半径 m 20222426283032 起重能力 t 394367340318295275256 CC4800-1型800t履带吊选用SWSL工况，具体性能见表1-9。 CC4800-1型800t履带吊性能 表1-9 工况配置主臂 54 米，仰角 88，副臂 42 米，超起配重 260 吨 工作半径 m 20222426283032 起重能力 t 308308308308308304285 根据桁架柱翻转直立过程中的重量分配，辅助吊车的最大起重量为179 吨，起 重控制半径设定为10米，因此对辅助吊车的选择为CC2000型300吨吊车，选用42米主 臂，起重性能见表1-10。 CC2000型300吨吊车 表1-10 工况配置CC2000 ，主臂 42 米，250 吨吊钩 起重半径 m8101214161820 起重能力 t203179140110917666 [键入文字] 119 3.吊装索具的选用 桁架柱最重吊装段为G275t，根据桁架柱形状及分段重量、长度、起吊方法 及吊机性能等，采用吊耳吊装。为满足受力要求，吊耳应设置在桁架柱的节点区。 其中，上段柱应设在内柱柱顶、外柱与腹杆相交的节点。下段柱应设在内外柱与腹 杆相交的最上面的节点处，具体见图 1-5。为便于吊装和考虑到桁架柱的外观质量要 求，上段柱吊耳都设在柱顶外表面，下段柱吊耳都设在内外柱的内侧。每段柱吊装 都设置三个吊点，由于桁架柱吊装段重量大，所以在每个吊点上设置两个吊耳，用 双股钢丝绳，以减少吊装索具分担的拉力。吊耳的设计不但要满足受力要求，还要 考虑吊耳的方向能满足构件翻身和吊装两个工况的受力。 图1-5 桁架柱吊点设置示意图 根据吊耳的布置情况初选一定长度的钢丝绳，钢丝绳的长度要满足不同吊点之 间所挂钢丝绳起吊时的夹角不大于60，然后进行受力分析，算出钢丝绳的荷载分 配情况，然后查钢丝绳参数表，选择合适的钢丝绳。为保证桁架柱吊装时的平衡以 及就位时的准确对口，需要采用滑轮组或稳定平衡索来调节某一个或多个吊点到吊 钩的距离。此时，还需考虑滑轮组的承载能力和滑轮组中所用钢丝绳的承载能力。 吊耳、钢丝绳等吊装用工装具设计详见“吊装用工装件设计方案” [键入文字] 120 4.桁架柱拼装及吊机站位 由于桁架柱的安装分段重量均超过了 200 吨，因此该类构件的安装属于超大型 构件的安装，对于起重设备的定位和起吊、落钩等一系列的位置都必须进行细化。 而且本工程的桁架柱位置沿整个体育场的周边布置，因此所有桁架柱均采用大型履 带吊在外围进行安装，由于采用的大型履带吊均选用了超起性能，而且超起配重的 回转半径大于 22 米，如果采用全位置的回转，则外围的场地要求和构件的安装半径 都较大，因此在外围的桁架柱安装过程中，桁架柱的拼装位置将给予详细的规划， 避免大型履带吊的全位置回转和安装半径过大。 受吊机负荷行走的限制，应按照总平面布置图的要求就近进行桁架柱拼装，拼 装完成后，进行脱胎和翻身工作，翻身后应使得桁架柱距离安装位置最近，以满足 吊车安装就位的作业半径。构件脱胎摆放位置及吊车站位见图1-6、图1-7。 X-135506 Y98867 图1-6 桁架柱吊装吊机站位示意图一 [键入文字] 121 图1-7 桁架柱吊装吊机站位示意图二 5.安装顺序与工艺流程 根据现场场地条件、吊机的搭配及施工任务的分工情况，整个钢结构工程的施 工分成两大施工区域，两大施工区域“分区安装、齐头并进” ，具体见主结构平面及 立面安装顺序图。 桁架柱安装安排在两个阶段四个步骤内进行，第一阶段第一步A区 P2、P1、P24B区P14、P13、P12；第一阶段第二步A区P23、P22、P21（B区 P11、P10、P9） ；第一阶段第三步A区P3、P4、P5B区P15、P16、P17;第二阶段第 一步A区P6、P7、P8B区P18、P19、P20。 桁架柱安装工艺流程 桁架柱脱胎→桁架柱翻身→下段柱吊装→吊装就位→临时固定→找正调整→焊 接（确保安全后）→吊机松钩→焊接→上段柱吊装 [键入文字] 122 6.桁架柱安装工艺措施 桁架柱在安装过程中，均采用独立悬臂安装的顺序。由于桁架柱从下至上成发 散的趋势，即头重脚轻。为控制桁架柱在安装阶段的精确定位和焊接过程中的变形， 必须在桁架柱与主桁架连接前做好必要的工艺措施 （1）桁架柱吊装前应将桁架柱从胎架上水平吊出，吊装时要保证桁架柱的平衡， 避免对胎架产生碰撞，桁架柱脱胎后应放在桁架柱吊装时吊机指定站位点的作业半 径范围内。 （2）在确定吊点和进行钢丝绳配置时，应先通过计算准确定出吊装分段的重心， 然后再确定吊点和钢丝绳配置。吊装时，要保证内柱与地面垂直，吊钩处于分段重 心的正上方。 （3）在桁架柱柱脚安装阶段，要控制柱脚端口的水平度，确保上段桁架柱在与 柱脚对口时不需要过大的外力即能精确定位。 （4）因桁架柱采用卧拼法，故吊装前要进行翻身。桁架柱翻转直立时，利用一 台 300t 履带吊配合 800t 吊车进行，详见图 1-8。同时，应根据施工图中的截面尺寸 和初步的节点设计，计算各分段的重心位置和上下吊点的荷载分配情况。 图 1-8 桁架柱翻身示意图 （5）为保证施工安全及便于操作，沿桁架柱内柱环向设置一圈操作平台，并在 相隔一段距离设置上环向平台的楼梯。桁架柱吊装时在接口处须设操作平台，操作 [键入文字] 123 平台由环向平台搭设引出，安全操作平台详细设置见“安全施工措施方案” 。 （6）吊装时，下段桁架柱与柱脚之间、上下段桁架柱之间应设置工装件，以确 保各管口的对口精度，且避免桁架柱受力情况下的焊接。 （7）因桁架柱菱形内柱与地面垂直，角度方向容易控制，故吊装就位时，应先 进行内柱的对口工作，并确保内柱的垂直度、标高及轴线偏差符合标准要求。 （8）在桁架柱的焊接过程中，采用对称焊接，并在加强焊工培训的同时，强调 焊工换位焊接，在焊接打底阶段加强桁架柱偏位的检测，及时纠正因焊接引起的偏 移。焊接完 2/3 以后，方可松钩。 （9）桁架柱吊装后，相邻桁架柱之间的立面次结构应随即进行吊装，以增加桁 架柱的侧向稳定性。 （10） 与混凝土结构的临时拉撑，在结构未形成整体稳定体系之前不得拆除。 7.桁架柱安装稳定措施 外围桁架柱在安装过程中，均采用独立悬臂安装的顺序，且由于桁架柱从下至 上成发散的趋势，即头重脚轻，因此桁架柱在安装阶段的稳定性非常重要。特别是 在桁架柱悬臂安装时，柱间立面次结构安装前，桁架柱在施工状态及风荷载的作用 下有较大变形，需要在桁架柱中部设置水平约索，以控制各个安装对接接口的精度。 无侧向支撑时，悬臂桁架柱的变形及应力情况见表 1-11。 无侧向支撑时悬臂桁架柱的变形及应力 表 1-11（a） 桁 架 柱 自重0.2 自重径向风载（0.45kN/m2）自重0.2 自重侧向风载（0.45kN/m2） 第一阶段第二阶段第一阶段第二阶段 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） P1 2.44.41419.32.25.41321.5 第一阶段第二阶段第一阶段第二阶段 无 侧 向 支 撑 P7 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） [键入文字] 124 725640122946133.9203127 无侧向支撑时悬臂桁架柱的变形及应力 表 1-11（b） 桁 架 柱 自重0.2 自重自重0.2 自重径向风载（0.3kN/m2） 第一阶段第二阶段第一阶段第二阶段 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最大变 形 （mm） 最大应 力 （MPa） 最