大型体育场钢结构工程施工组织设计.doc

第11章 大型体育场钢结构工程施工组织设计 11.1工程概况 11.1.1工程简介 （一）工程项目性质、功能、地点及规模 体育场钢结构工程是近些年来国内少有的大型体育场钢结构工程，是全国第九届运动会的主会场，是一座集体育场与酒店于一体的现代化大型体育场馆（图11），占地300,000m2，建筑面积145,600m2，分地下一层，地上七层，看台可容纳80012个观众。由省体育运动委员会投资兴建，美国设计集团和大学建筑设计研究院设计，建设工程监理公司监理，省建筑工程集团有限公司总承包，钢屋架制作安装工程的施工承包方是省工业设备安装公司。 （二）工程范围 1. 钢屋架屋盖设计新颖、独特，总重约1.2万吨，采用东西两条飘带式桁架结构，飘带式屋架合计全长828m，宽78m，飘带最高点73m，最低点约50m，钢屋架分别由径向主桁架、环向主桁架、径向次桁架和环向次桁架组成，投影面积约6万m2，整个钢屋架靠21根塔柱上的42片榀主桁架支承，每榀主桁架长75.1m、高5.6m、宽仅0.6m，每根塔柱上有2榀主桁架，主桁架悬臂54m（图12体育场馆平面结构图），用铰支座支承，铰支座后边4.8m处有一个悬空的后支座，每榀主桁架的后部有2根拉索予以调节平衡，两个塔柱之间20m～40m不等，两柱之间有1榀环向主桁架，3榀径向次桁架。钢桁架由进口H型钢焊接而成，由于采用飘带式设计，每根柱，甚至同根柱上的每榀主桁架标高都不相同，相邻柱间标高最大相差7m，8000个高空焊接接头无一相同。采用的型钢以及重量因其承力不同而不同。 2.整个屋面分东、西两大片（两条飘带）（见图12体育场馆平面结构图），共有A、B、C、D、E、F、G七个区间，环长约735m，环宽（即单片屋架长）75.1m。钢屋架的所有构件，全部支承于21组塔柱上，并由后部84条钢索予以平衡。 图12 体育场屋盖钢结构平面结构图 3. 钢屋架由径、环向桁架纵横布置，主要有以下名称的桁架 （1）径向主桁架代号为MT，共42片。每一塔柱上有两片主桁架，其单片重量约110吨。除自身有上下弦杆和腹杆外，两片主桁架之间由支承桁架和水平桁架连为一体，合计重量约248吨。 （2）环向主桁架代号为MCT，共38片，它是连结径向主桁架的主要构件，分布于21根塔柱之间，最大片重量达22吨。 （3）径向次桁架代号RT，总数57片，单件重量最大约为36吨，每两组塔柱之间有三榀径向次桁架，其长度和外形与径向主桁架相同。 （4）环向次桁架代号为CT，总数152片。单件重量最大约28吨，它是连接径向主、次桁架的基本构件。 （5）边缘桁架 代号为ET，总数有四部份，它分布于东西两大片屋架的边缘，结构近似于径向次桁架。 （6）支撑桁架代号为BT，总数210片，它是将两片径向主桁架连成一体的轻型构件。 （7）水平支撑分布在径向主桁架及环向主桁架的上弦部位，杆件均为方形钢管，采用高强螺栓连接。 （8）其他构件，除以上桁架外，本工程还包括了边部支撑、屋面、檀条、钢索、马道、火炬和塔柱锚座等。 （三）工程及施工特点 1. 总体造型为空间立体飘带式结构，形式新颖、壮观。每一根杆件都有不同的三维坐标，不具有互换性，加工制作和安装难度较大，工艺要求高。 2. 每片径向桁架悬臂伸出50米多，全部重量靠塔顶铰轴支承，以及后臂拉索得以平衡。其结构设计甚为独特，桁架的安装、调正及测量必须按图纸的坐标要求认真进行。 3. 所有构件除径 、环向主桁架的水平支撑为高强螺栓连接外，均为焊缝连接，主桁架上下弦翼缘厚度多在δ＝40125毫米之间，焊接量较大，且有一定难度。焊接质量直接影响整个工程质量。 4. 安装作业面主要在5070米的高空作业区，加之地面场地是观众梯台，给吊装工作增加了困难和压力。 （四）主要工程量及总工程量 1. 钢屋面施工总工期为6个月。钢屋架制作安装工程预计2000年4月开始安装工程的施工，需确保在2000年10月全面完工。 2.体育场钢屋架制安工程，其钢结构总重量1.2万吨，钢屋面的最高点约72m。 3. 整个屋面分东、西两大片（两条飘带）共有A、B、C、D、E、F、G七个区间，环长约735m，环宽（即单片屋架长）75.1m。钢屋架的所有构件，全部支承于21组塔柱上，并由后部84条钢索予以平衡。 4. 径向主桁架共42片。每一塔柱上有两片主桁架，其单片重约110吨。除自身有上下弦杆和腹杆外，两片主桁架之间由支承桁架和水平桁架连为一体，合重约248吨。 5. 环向主桁架共38片，它是连结径向主桁架的主要构件，分布于21根塔柱之间，最大片重量达22吨。 6. 径向次桁架总数57片，单件重量最大约为36吨。 7. 环向次桁架总数152片，单件重量最大约28吨。 8. 边缘桁架总数有四部份，它分布于东西两大片屋架的边缘，结构近似于径向次桁架。 9. 支撑桁架总数210片，它是将两片径向主桁架连成一体的轻型构件。 10. 水平支撑分布在径向主桁架及环向主桁架的上弦部位，杆件均为方形钢管，采用高强螺栓连接。 11. 其他构件，除以上桁架外，本工程还包括了边部支撑、屋面、檀条、钢索、马道、火炬和塔柱锚座等。 11.1.2建设要求 （一）本工程施工必须符合美国国家标准协会标准。 （二）质量目标 保证一次成优，确保工程质量达到“鲁班奖”要求。 （三）工期目标 钢屋面施工总工期为6个月。钢屋架制作安装工程预计2000年4月开始安装工程的施工，需确保在2000年10月全面完工。 （四）安全及文明施工目标 严格按国家、地方法律法规规定及施工方工地安全文明施工管理规定要求施工，确保工程顺利实施。施工全过程实现“六无”，即无死亡、无重伤、无中毒、无爆炸、无重大机械交通事故、无火灾，确保工程实施全部顺利完成。 （五）环境及职业健康安全工程目标 1. 环境目标 有效控制重要环境因素，杜绝重大环境污染事故；防污治污达到排放标准；加强管理，节能降耗，提高经济效益。 2. 职业健康安全目标 有效控制重大风险因素，杜绝重大伤亡事故，年工伤事故频率不超过24‰；按JGJ59建筑施工安全检查标准对施工现场进行各级大检查，项目合格率100；为员工创造一个健康安全的工作环境。 11.1.3实施条件 （一）现场条件 现场“四通一平”水、电、通讯、道路通，场地平整），划出预制加工场地，临时设施、材料堆场禁止占用道路。同时临时设施的布置尽量避开地下管道电缆，避免多次移位。 （二）资源条件 1. 合同签订后七个工作日，根据业主提供的施工图纸和详细资料，将编制详细的施工作业计划并报业主审批；经审批后的施工计划将作为项目施工的指导文件，施工阶段将严格按照计划的要求进行施工作业安排，并根据现场的实际进度情况，计划将每周更新一次； 2. 制定详细的设备材料进场计划，紧密配合工程进展，确保工程总工期。材料计划应根据分段施工计划，提前做好材料进场的准备工作，保证及时供应合格的材料。图纸会审后立即制定详细的机具进场计划， 3. 抓住计划“关键路径”的施工作业，从实际出发，合理安排工序，做好人力、物力的综合平衡。主桁架吊装，选用了两台500t汽车吊，分两个工作面同时施工。 （三）法规条件 1. 工程合同签订后，进行协助甲方进行报建报装工作，以确保工程实施能够顺利展开。报装工作由我方安排专人跟进，负责收集施工图、施工组织设计、红线规划图、开工许可证、申请表等等资料，并随时与当地的质监站、公安消防队、供电局、自来水公司、劳动局、技术监督局、环保局、防雷办等政府有关职能部门联络。 2. 特种作业人员如焊工、起重工、电工、无损检测人员等的资格证检查和上岗培训。 11.2 施工组织设计主体部分 11.2.1编制依据 本施工组织设计编制依据 （一） 钢结构工程施工及验收的有关标准 1. GB50205钢结构工程施工及验收规范 2. GB50169电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 3. GB50194建设工程施工现场供用电安全规范 4. JGJ46施工现场临时用电安全技术规范 5. GB50221钢结构工程质量检验评定标准 6. GBJ301建筑工程质量检验评定标准 7. JGJ33建筑机械使用安全技术规程 8. GBJ17钢结构设计规范 9. 美国钢结构协会（AISC）建筑用钢结构设计、制造与安装规范 10. 美国材料及试验协会（ASTM）颁布的有关钢材的标准 11. JGJ81建筑钢结构焊接标准 12. GB11349钢结构手工焊缝超声波探伤 13. GB50026建筑工程施工测量技术 14. GB/T1591低合金高强度结构钢 15. GB359－88施工现场临时用电安全生产管理制度 16. 美国国家标准协会标准及根据现场实际和甲方要求需参照的规范、标准。 （二） 钢屋架结构设计总说明及相关文件 1. 结构布置图 2. 主桁架详图 3. 次桁架详图 4. 环向桁架详图 5. 其他结构施工图 （三）施工方程序文件 11.2.2组织方案 （一）施工组织管理机构 为了确保钢结构工程快捷、高效、低耗、安全进展，按照招标文件要求，我方拟采用指挥部项目经理部区域专业的模式进行管理。 1．项目经理部设置了质量安全部、工程管理部、材料设备部、配合协调部、资料档案管理等部门。项目组织机构框架图2-1。 图21 项目组织机构框图 总指挥长 副总指挥长 项目副经理 项目技术负责人总指挥长 质量安全部 工程管理部 材料设备部 配合协调部 档案管理部 项目经理 2. 职能分工及其职责 基于本工程的社会影响力和工程规模大、工程技术和质量要求高的特点，我方将本工程列为公司重点工程，派我司一位副总经理为本工程的总指挥长，派驻管理协调能力强、技术精湛的一位高级工程师为副总指挥长，对项目经理部进行强有力的指挥和管理。指挥长、副指挥长、项目经理岗位职能如下 （1）总指挥长是本工程的最高领导者，负责与公司内部各机构协调，向项目部调配各种资源，参与业主、监理机构、总承包等管理公司的主要管理及协调会议，负责整个工程总体目标的宏观调控。对整个工程起着指挥、统筹、宏观控制作用。 （2）副总指挥长主要协助和配合工程指挥长完成各项对内对外工作，在特殊情况下可代理指挥长做出各种决策。 （3）项目经理负责在指挥长领导下对本工程在施工管理过程中出现的各项情件做出决策，负责协调与各相关单位的关系，传达业主指挥部、监理等管理单位及指挥部的各项指令，并负责分配至各专业去执行。对项目经理部职能部门进行管理，监督其落实材料设备的供应、施工设备的调配、各项施工计划的制定，领导项目经理部各管理人员处理好与各方配合工作，与各方保持良好的关系。同时贯彻执行公司的各项制度，严格履行工程承包合同。 （4）项目技术负责人负责本项目的质量和技术的组织工作，包括组织施工图纸的会审工作，对提出的问题要组织研究或提交设计院解决；负责施工技术准备及组织编制施工组织设计； 组织解决施工生产中的技术问题，组织召开项目技术会议，审批重大技术方案；督促有关部门和各施工班组认真做好工程质量的检查验收工作，组织工程竣工验收工作；负责重大安全技术方案的审批，参加安全大检查，解决施工中存在的安全技术问题； 负责组织开展新技术、新工艺、新材料、新设备的研究和推广工作。 （5）工程管理部负责管理分项目部内部各专业的施工技术、方案的编制工作，负责项目部内部的工程实施的管理与配合工作，负责工程实施的测量和定位工作。 （6）材料设备部负责具体的材料采购工作，审核材料计划，并组织对材料的进场验收标识工作，负责各分项目部的施工机械（具）的调配。 （7）计划管理部负责制定总体进度计划，审核各项目的进度计划，并督促各分项目部按计划实施，分析进度偏离原因，制定纠偏措施。 （8）协调配合部负责与土建总承包、装修、弱电、煤气等所有甲招专业和甲招设备的协调配合及管理工作。 （9）质量安全部负责组织并参与对各分项目部进行质量、安全检查，组织并编制纠正/预防措施，并监督各项整改的落实情况。 （二） 工作管理流程 本工程实施中突出项目经理部作为现场施工管理机构的工程计划、统筹和实施的管理职能，以使各分项目部能集中精力搞好现场的施工管理工作，同时要发挥指挥部对项目实施的监督、指导和支持的职能。发挥好“指挥部－项目经理部－专业施工人员”三级管理体制在工程实施过程中各自的职能作用和工作潜力，使工程实施的各环节紧密链接，使工程得以顺利实施。项目经理部具体运作模式如下 1．项目经理部职能管理部门要加强对各分项目部的监控和指导，并提供强有力的后勤支援。负责工程的施工进度控制、工程质量控制、工程资料的编制和组卷、工程预结算书的编制、项目部信息网络系统的建立和维护等事项。 2. 各专业施工管理人员直接负责各区域各专业的施工质量、进度和技术管理工作，负责施工班组的工程任务单的下达和结算，对施工班组的施工安全、质量、进度等进行考核，并为施工班组的工资收入提供考核依据。 3.施工班组按照施工管理人员下达的工程任务单的各项要求进行施工，施工班长负责本班组的施工安全、质量、进度和技术管理，确保按时按质完成项目部下达的工程任务。 （三）施工总进度计划 体育场钢屋架制作安装工程，其钢结构总重量为1.2万吨，施工总工期为6个月，即钢屋架制作安装工程预计2000年4月开始到2000年10月全面完工。我方将按照施工总进度计划，确定合理的施工方案，分配各工序作业时间，确保总工期目标实现。 （四）劳动力投入计划及保证措施 1.企业内部人力资源优势 多年来我方着眼于不断加强职工的技术素质锻炼和提高施工管理水平，在人力资源上，完全有能力保证该项目的完成。在许多大型尤其是工期紧迫、劳动力需求大、质量要求高的工程项目中，充分体现了在人力资源方面的优势。 2. 施工方内部的协调机制 针对本工程面积大、工程量大、高空作业面广、技术要求高等特点，为加强全面管理，确保本工程的按期、保质地完成，我方必定全力以赴，调动公司一切人力资源来满足本工程需要。 由副总指挥长、公司工程管理部门和人力管理部门分别调动和统筹所有劳动力资源，提供劳动力服务和施工技术支持，优先保证本工程劳动力需要，确保工程按计划顺利完成。 3.细化施工区域，共享人力资源 针对本工程的特点，再结合现场的实际情况，在工程整体施工布署上我访将把本工程划分为东西两个施工区进行实施，两个施工进行区流水施工。在项目经理的统筹管理下实现劳动力等资源共享，相互补充，积极推进本工程的顺利进行，确保本工程质量、安全、工期等各种管理目标的实现。 4．劳务队伍的培训与考核 在这部分劳动力进场之前，将对起重工、电工、焊工、铆工、钳工等各工种进场前进行培训，培训内容包括本工程相关情况介绍、劳动力安全技能培训、生产技能培训。 金放费.3 4 .劳动力组织计划 施工方针对本项目的各施工区域制定了详细调密的劳动力进场计划，预计投入起重工80名、铆工60名、焊工70等工种共计617名员工，保证各时段劳动力的顺利投入。实际施工时还将根据工程的具体进展，及时编制劳动力计划，并及时进行调整，确保劳动力投入满足工程进展的需求。 五 材料设备投入计划及保证措施 本项目工程量巨大，预计施工高峰期施工材料的采购、供应、管理和运输会异常紧张。所以制定科学、合理、可行的实施方案，确保材料按时按量供应，是保证工程顺利完工的重要保证。 1. 材料保证管理机构 为了快捷、高效、保质、保量地完成材料的采购、管理和运输，施工方组建了由公司材料设备部、工程管理部、及项目部经理、技术负责人、材料设备部主任组成的材料领导小组。 2.采取多条材料供应链，减少供应链单一的风险 针对本工程如此大的材料需求，单一的材料供应渠道是不能保证和满足材料设备供应的可靠性、及时性。因此必须开展多种供应渠道，多地域的供应渠道，加强对供应商的情况进行跟踪评估。 除建立多地域、多个供应商的材料供应链外，还须对每个供应商情况进行跟踪了解，分析现有供应商的现状和供货中存在的问题，对供应商的业绩、设备管理、人力资源开发、质量控制、成本控制、技术开发、用户满意度、交货协议等方面也要作充分的调查。 3．施工机械设备投入计划 制定详细的设备材料进场计划，紧密配合工程进展，确保工程总工期。根据工程进度，投入的主要设备有500t汽车式起重机2台、300t履带起重机2台、250t塔式工况履带起重机3台、150t履带起重机2台、50t履带起重机2台、30t大型拖车2台等大型吊车16台。电焊机86台、全站仪2台等。 11.2.3技术方案 （一）钢屋架工程预埋技术方案 （二）钢屋架吊装方案 （三）钢屋架测量方案 （四）钢屋架焊接施工方案 （五）屋面维护系统安装方案 11.3 主要施工方案 11.3.1飘带式屋盖钢结构吊装工艺 一、 工程概况 （一） 结构概况 钢屋架屋盖设计新颖、独特，总重约1.2万吨，采用东西两条飘带式桁架结构，飘带式屋架合计全长828m，宽78m，飘带最高点73m，最低点约50m，钢屋架分别由径向主桁架、环向主桁架、径向次桁架和环向次桁架组成，投影面积约6万m2，整个钢屋架靠21根塔柱上的42片榀主桁架支承，每榀主桁架长75.1m、高5.6m、宽仅0.6m，每根塔柱上有2榀主桁架，主桁架悬臂54m，用铰支座支承，铰支座后边4.8m处有一个悬空的后支座，每榀主桁架的后部有2根拉索予以调节平衡，两个塔柱之间20m～40m不等，两柱之间有1榀环向主桁架，3榀径向次桁架。钢桁架由进口H型钢焊接而成，由于采用飘带式设计，每根柱，甚至同根柱上的每榀主桁架标高都不相同，相邻柱间标高最大相差7m，8000个高空焊接接头无一相同。采用的型钢以及重量因其承力不同而不同。 （二） 钢屋盖特点 本工程结构体系为框架、空间钢桁架结构。设计空间造形复杂，观众席为花瓣型，钢屋面呈波浪状，建筑平面布设轴线多，形成由92条径向轴线和7条环向轴线组成的网状闭合图形，图形圆心分布有19个，半径各不相同，最大半径接近562m，附属工程也分布有圆心15个，径向主桁架分别安装在21组变截面的塔柱顶上，每组塔柱顶的三维坐标各不相同。钢屋架工程难点 1. 造型新颖，结构复杂，施工难度大，而且是高空作业； 2. H型钢桁架结构，等强度对接，空中对接难度大，吊装工艺要求高； 3. 制作和安装精度高、难度大各构件三维坐标不一，主桁架安装误差≤2mm；测量控制难度大； 4. 焊接难度大钢结构板厚达125mm，空中接头多，且为全溶透的Ⅰ级焊缝，100％通过超声波检验； 5.程量大，工期要求高屋盖总重量达12000t，工期只有五个半月。 6.在两组塔柱的主桁架之间，由径向次桁架和环向桁架构成一个悬空框架（称为一跨）。每跨有三榀径向次桁架呈等距分布，其间用环向桁架相连。径向次桁架每榀整重33－37t。环向桁架分上、斜、下三根弦杆（见图2-1）。 图2-1 钢屋架平面图 二、 吊装方案的选择 吊装方案的制定受各种条件的制约，如环境、工期、安装工艺以及经济条件等等。 （一） 环境条件 整个工程工期比较紧，不可能根据钢屋架的吊装要求来安排其他机电和土建工程的施工工序。而且在钢屋架吊装时，体育场的看台等土建结构已经完成，由于考虑到主桁架重心偏移，所以采用场外吊装。 （二） 安装工艺要求 1. 焊接方面 主桁架对接接头最厚板为125mm，最薄60mm，为了保证焊接质量和节约时间，板厚45mm以上的焊接接头尽量在地面焊接。 2. 穿轴方面的要求 主桁架是用轴与事先固定在柱上的铰支座相连的，但由于两榀主桁架有标高差，两榀主桁架的轴不是穿在同一条轴线上，只能单榀主桁架吊装。 三 起重设备的限制 每榀主桁架约120t，就位高度约50m（柱标高），周边地区的最大吊车性能在这样的吊装高度和回转半径内，只能吊一榀主桁架。 四 工期方面的考虑 原总体施工进度安排钢屋架安装有10个月的工期，后由于设计图纸出不来等原因，仅剩下5个半月时间，应采用移动容易的吊装设备。 综合考虑以上因素，径向主桁架的吊装我们采用500t汽车吊单榀整体吊装，单榀径向次桁架分前后两段利用250t履带吊分别在场内外吊装，整个吊装过程采用流水作业。 五 桁架吊装方案的选择 通过认真研究图纸和分析桁架结构，尤其是主桁架的节点和分段情况，计算出主桁架重量及重心位置；其次，要认真熟悉所用吊车性能，认真分析每一片主桁架吊装的吊装环境；如塔柱高度，看台飘出部份的高度、长度，周围地面建筑物情况等。并结合钢结构的受力顺序是环向次桁架→径向次桁架→环向主桁架→径向主桁架。综合考虑各种因素，设计了几套吊装方案。 方案一在体育场内组装二片径向主桁架（共约250吨），在看台大柱上做一些支承点，用两台吊车抬吊的办法将桁架吊装就位。在二片径向主桁架完成后，以二片环向主桁架组装成一组，用吊车吊至空中与径向主桁架对焊。这一方案的优点是不用搭排栅，可利用径向主桁架的马道进行焊接操作。该方案缺点是 1.每组环向桁架需在地面拼装，而且尺寸要相当精确，否则与径向主桁架在空中无法连接。由于钢屋盖形状不是一个平面而是曲面，这一点较难做到。 2.把二柱间三片与径向主桁架外形尺寸相同的径向次桁架，分成多段，增加了焊接接口。 3.吊车起吊能力要求较高（因为中间段吊车的回转半径达40多米）。 4.安装顺序与设计传力顺序有一些差别。 5.径向主桁架的抬吊和铰支座穿轴有相当的难度。 方案二是以径向桁架为主的安装方法。吊装顺序是单片径向主桁架→塔柱上二片径向主桁架空中组装→拉索固定→把二塔柱间三个径向次桁架分成前后两半部分，吊装后半部并连成整体，然后再在场内吊装前半部分→各条环向次桁架。该方案的优点是 1.加工制作比较容易。由于径向桁架外型尺寸是一致的，只是杆件和接点不同，便于工厂加工。 2.便于定位。钢屋盖呈飘带状，是通过径向桁架不同的标高及仰角角度变化而形成。以径向桁架为定位标准，只要把每片径向桁架的标高和仰角控制住就能达到设计的效果。 3.容易进行桁架的空中对接，只要径向桁架的定位准确且伸出来的牛腿（焊接接点）加工正确，环向桁架就容易对接。 4.焊接接点最少，同时可避免厚度较大的杆件在空中焊接。 5.吊车的吊装能力可充分发挥。吊装重的径向桁架，其回转半径小，在中间位置回转半径大时吊装较轻的环向杆件。 6.安装顺序可完全与结构传力顺序一致，不会附加安装应力。 缺点是空中焊接点分散，从操作和安全角度着想要搭排栅。就此工程而言，由于屋盖前后二端都有18米长的下层装饰板，端头还有不锈钢圆弧板，需要搭设排栅才能施工。即使采用第一方案，二端的排栅也不能免除，而排栅量最大在两端，由于看台呈阶梯状，所以中间排栅高度较小。 方案三从塔柱出发，把钢结构分成许多许多井字型小块在空中对焊。用这种方法，在空中定位和对焊都相当困难，而且有大量的厚板在空中对焊，工期和质量都无法保证。 按照工期、质量、安全、成本的要求进行综合比较，我们选取方案二。 六 吊车的选用及定位 1．本工程主桁架吊装，选用了两台500t汽车吊，分两个工作面同时施工。不同的吊机有不同的特性曲线，即使同一台吊机在不同的工况下也有不同的吊装性能；因而吊机的选用及分配是否合理对整个吊装工程具有重要的意义。 主桁架分三段在场外加工，在现场采用卧式拼装，由于主桁架侧向稳定性差，长75.1m，重120t，且前重后轻，在翻身过程中为防止变形，采用6个吊点，用300t为主和150t为辅二部吊车同步进行。主桁架的吊装以500t吊车为主，150t吊车吊主桁架之间的连接杆件及吊拉索；径向次桁架和环向桁架的吊装以250t吊车为主；300t吊车作主桁架翻身，150t吊车吊屋面板及檀条。 本工程施工周期非常短，为保证工期尽可能提高机械化施工程度，本工程采用了150t以上大型吊机九台，50t以下的小型吊机6台。 2. 吊机一个位置的多点吊装 500t汽车吊的优点在于起吊能力强，配以超级提升装置，扩大了吊车的工作半径，但它的移位，需要拆杆、倒杆，需要搬运配重、支脚，极为麻烦，一般移位需用4天时间。四十二片主桁架分布于不同位置，频繁的变动吊车位置，将浪费许多宝贵的吊装时间。 为节约宝贵的时间采取吊车一位多吊，对吊车的占位位置需进行了严格的计算、复核，要测量了相关建筑物的尺寸、高度以，对主桁架的重心及吊车工作半径作精确计算。这样采用了一位多吊共节约了十次吊车移位时间约四十天。 三、吊装技术难点及其措施 （一） 倾斜吊装 一般大型设备及构件的吊装，都要求确保被吊物体水平，为的是使受力均匀、吊装平稳。由于四十二片主桁架的安装倾角都不相同，高空就位时角度调整较为困难，加之铰轴支脚与轴座的插入间隙太小，主桁架上弦前后端高差最大达16.2m，为满足安装要求采取了主吊点为承力吊点，副吊点为为调整吊点的“一点半吊装法”。 实际吊装中，应注意使副吊点在已就位桁架一侧，并使副吊端低于主吊端，让副吊端先于主吊端就位。为确保吊点不超载，吊前对主桁架的重心进行了计算和测定，经几何分析（见图2-2）可知A＝（1/6～1/10）B，B＝tgαα为倾角。 图2-2 主桁架倾斜起吊分析图 （二） 吊点的选择 图2-3 主桁架立面图 考虑吊车的起吊能力，我们采用一个主吊点和一个辅吊点的办法（见吊装立面图2-3），主吊点离主桁架的重心位置1～1.5m左右，辅吊点采用一组30t滑轮组，用倒链调节主桁架的仰角，每榀主桁架的仰角都不相同，最小的2.5o ,最大 12.5o，辅吊点同时也增强主桁架的稳定性，由于主吊点不在节点上，采用专用夹具夹住上弦，在主吊点两边，用杆件与下弦连接，改善上弦的受力状态，避免上弦的局部变形。利用临时杆件，把主桁架的中间部分作局部加强，增强其侧向刚度。 （三） 主桁架的就位和临时固定 1. 主桁架安装精度要求高，支座允许误差≤2mm。主桁架插入铰支座槽内的二个孔板与槽的侧向间隙。一边只有3mm，轴径Φ200mm，重200kg；铰支座孔Φ200.3mm，间隙只有0.3mm；主桁架孔板上的孔是Φ202mm。除原支座有8个螺栓孔，要同时就位，所以主桁架吊装的垂直度和仰角精度要求都相当高，穿轴的难度相当大。我们在吊装时已调好仰角，一般不用在高空再调整。为解决穿轴难题，我们在铰支座边做了一个托架并在任意方向都可用千斤顶调节，把200kg的轴节先对着铰支座的孔调整好，待主桁架就位并与铰支座孔对齐用千斤顶顶入。 2. 单榀主桁架的临时固定，利用柱面上4m多的空间作临时支撑，在54m悬臂上用2～3组缆风绳把它固定在两边相邻的柱上，见图2-4。 图2-4 单榀桁架临时支承示意 （四） 径向次桁架与环向桁架的吊装 径向次桁架与径向主桁架等高、等长、外形尺寸相同，只是使用工字钢的规格不同，每榀重量只有30～40t。把每榀径向次桁架分成二段，分别由场内外吊装，难点在于定位和安装的顺序安排。由于屋盖钢结构呈飘带式，故每榀径向次桁架的标高、仰角都不相同。其受力方式是环向次桁架→径向次桁架→环向主桁架→径向主桁架→塔柱。安装顺序必须与设计的传力方式相一致。为此，在完成相邻塔柱上的径向主桁架后，先吊装二柱间后半部分的径向次桁架。为支撑该半榀桁架，我们用一根Φ630的钢管作临时支撑，作用一是支撑、二是用来调节径向次桁架的标高。半榀桁架长约30多米，一个支点并不稳定，我们同时在径向主桁架上立若干小桅杆，吊住一些环向桁架与之相连，待完成后半部分桁架及环向主桁架后，再吊装前半部分径向次桁架及其环向次桁架。 1. 径向次桁架和环向桁架吊装分析 吊装径向次桁架场外段时，经计算吊装半径一般为23米左右。吊装高度一般为45米～66米范围。钢屋架场外边缘高度一般为38～55m，选用吊车的主臂最好高出钢屋架场外边缘，履带式吊车回转机构离地一般有2.5米高，所以场外选用型号为LS368-RH5，250t塔式工况履带吊进行吊装。该吊车主臂54米副臂48～61米，在26m半径时起吊能力为24t。 为了加快钢屋架安装施工进度，场外也可采用150t履带吊，吊装部分环向桁架、边缘桁架及配合其他吊装工作。 对径向次桁架场内段吊装，其吊装半径一般为25米左右，有部分吊装半径达38米，吊装高度一般为48～71米，所以也选用主臂60m，副臂60m，250吨塔式工况履带吊，型号为CC1400型，其吊装半径28m时，可以起吊能力22t。 2. 安装径向次桁架场外段、场内段之前先安装至少三组环向桁架和设置临时支撑立柱，以便径向次桁架支撑和定位。安装场外段径向次桁架时必须增加临时支撑或吊车不松钩的情况下进行安装、施焊。 （1） 吊点确定与找正方法 径向次桁架设置同样采取“一点半吊装法”。计算径向次桁架场外段和场内段的重心，离重心较近的节点为主吊点，另一节点为辅吊点（图2-5），主吊点承载16－17t，辅吊点承载6t－7t。注意吊点设置必须采取防滑措施。 图2-5 径向次桁架吊装示意图 吊装到位后，再依据次桁架的实际标高和倾斜角度进行精调，然后进行环向桁架的组装和焊接，测量标高时，有意的超出图纸标高30mm～50mm，以补偿桁架自重产生的下坠弹性变形。 （2）设置钢管支柱吊装法 现场有12跨钢屋架的径向桁架场外段重心投影到看台处均有混凝土大梁，为了径向次桁架场外段安装方便，保持桁架稳定便于调节，看台上设钢管立柱作为临时支撑。在钢管立柱顶部设置二个32t螺旋千斤顶，用以调节径向次桁架的高度。 钢管立柱安装好之后，在径向主桁架上安装三组环向桁架，每组环向桁架都用人字扒杆吊住，场外段吊装到位后，一方面支承在钢管上，另一方面和环向桁架相连，保持稳定牢靠并调整好径向次桁架的标高和角度。 （3）特殊区域径向次桁架吊装法 大部分区域可用钢管立柱的方法安装径向次桁架，但体育场仍有七片区间（这些区域暂称为特殊区域），由于建筑结构不适应设置钢管支柱，考虑到二片径向主桁架及其支撑桁架安装完毕之后，刚性比较好，受力也没问题，故吊装边跨径向次桁架时，在径向主桁架（4.8米塔柱段）下弦设置悬臂梁，悬臂梁用径向主桁架上弦杆处的人字扒杆拉住，临近主桁架的两段次桁架装配并焊接完成后，人字扒杆和悬臂梁暂不拆除，接着进行中间一榀径向次桁架的吊装，在两榀次桁架之间，架设一根钢横梁，横梁两端固定在径向次桁架下弦上，同时，再在已装好的次桁架上各立一根人字扒杆，从两边吊住横钢梁，然后在横钢梁中间支承吊装到位的径向次桁架场外段，三榀径向次桁架场外段和环向桁架全部吊装并焊接好以后，再拆除横梁、悬臂梁和人字扒杆。 3. 径向次桁架场内段吊装 场内段长38米，重量14～15.8t。如果在体育场场外组装，就采取空中接力的方案，先把径向次桁架场内段运至场内，再进行吊装。 场内段离看台高度较高，40至60米，在平台上树立钢管支柱较困难，采取下述方法吊装场外、场内段接头处的上、下主弦杆端头，增焊连接板，用双头螺栓临时连接，同时在主桁架上预吊装到位后，用双头螺栓连接好上、下弦杆，连接径向桁架接头，调整好标高和角度后，在吊车不松钩的情况下，将上、下弦杆和斜杆以及环向桁架的接头全部焊接好以后，再松开吊钩。 4. 径向次桁架标高控制 吊装径向次桁架时，必须至少先安装三组环向桁架。在径向次桁架与三组环向桁架的安装螺栓连接好之后，必须测量控制其标高和方向，然后再行焊接施工，焊接完毕之后，再复核其标高。 5. 环向桁架的安装 （1）与径向次桁架配合吊装 如前所述，在吊装场外、场内段径向次桁架以前，就预先在主桁架上安装三组和一组环向桁架，其吊装方法如下设计一根约7米长的平衡横杆，在横杆下设置了多个吊耳，以吊装不同长度的环向桁架。 （2） 环向桁架成组吊装 径向次桁架吊装到位连接好预装的几组环向桁架后，剩余的8组环向桁架，同样采取上、斜、下弦三根一组的方式进行组装。当上弦杆连接好以后便可松开吊车钩，斜杆、下弦杆用手拉葫芦便可组装。 11.3.2焊接工程施工方案 一、焊接工程概况 （一） 体育场钢屋架材料均为进口H型钢和钢板，材质为美国标准低合金高强度铌钒优质结构钢，钢号为ASTM A572 Grad50级，钢材总重约1万吨，由钢结构制作单位将预制好的钢构件运至工地现场，由安装单位吊装，进行高空组对焊接。 （二） 安装单位进行高空焊接，受现场各种施工条件和环境因素影响较大，焊缝容易产生各种焊接缺陷，而设计单位要求所有高空焊接对接焊缝质量等级为一级，从而对焊前准备、焊接过程和焊后检验的各个环节提出了很高的要求。焊接质量是整工程质量的关键所在，所以必须精心组织施工、严格管理，使焊接质量达到设计要求和国家规范的规定。 （三）焊接工艺编制考虑的一些问题 1. 径向主桁架H型钢板厚最大为125mm，焊接工作量很大，根据运输条件，部件的组焊尽可能在钢结构制作单位完成。 2. 从安装工序和部件组焊考虑，高空焊接尽量采用平焊、横焊和立焊，尽量避免仰焊。 3. 高空焊接，焊接顺序选用正确，能有效减弱焊接应力，避免拉裂，减小构件焊接变形，从而改善构件的承载性能。 4. 高空焊接工期共4个半月，从2000年6月初至10月中旬，近7500个焊接接头，焊缝总长度约6500m，耗用焊条35吨，投入焊机88台，焊工90名（施工高峰期）。 二、焊接工艺评定 按照钢结构焊接规范美国标准ANSI/AWS D1.1-98，制定焊接工艺评定方案报监理公司批准后进行有关项目的评定，并根据合格的评定报告制定焊接规程WPS，确定对应项目的焊接工艺参数。 （一）通过工艺评定选择最佳的焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数、焊后热处理等，以保证焊接接头的力学性能达到设计要求。在进行焊接工艺评定之前编制评定方案，并报送监理公司批准后进行。 （二）目前相关的国家标准只有钢结构工程施工及验收规范（GB50205－95，以下简称中标规范）。该规范第4.7.1条规定“焊接工艺评定应按国家现行的建筑钢结构焊接规程（JGJ81－91，以下简称焊接规程）和钢制压力容器焊接工艺评定（JB4708－92，以下简称容器评定）。”但由于国家规范、标准的适用范围有限，不能满足本工程的需要。在与设计单位和监理公司深入、慎重地交换意见之后，监理公司最终同意并批准按照施工单位的建议，焊接工艺评定方案的编制以美国国家标准钢结构焊接规范（ANSI/AWS D1.1－98，以下简称美标规范）为依据。 （三）由于本工程厚度δ介于60～125mm的钢材焊接量比较大，为了提供更有说服力的实验数据，施工单位进行了最高硬度试验。从试验结果看，经预热的厚度δ为125mm的试样，其最高硬度只有HV10319，而超过HV10300的总共只有2点，与国产钢材16Mn（碳当量Ceq＝0.415，见注）的允许最大硬度HV10319相比，是比较低的。亦即表示，A572 Grad50对冷裂纹是不敏感的。这也符合“最高硬度小于HV10350即表示冷裂倾向不严重”的焊接常识。 （四）金相试验结果表明，无论预热还是不预热的试样，其热影