体育场悬挑大型钢结构网架吊装施工技术.pdf

体育场悬挑大型钢结构网架吊装施工技术 徐书立 丁齐国 董振杰 程立 中国建筑第七工程局有限公司 上海 2 0 1 8 1 2 【 摘要 】 安庆市体育中心体育场的钢结构工程体型大、质量大、形状复杂、安装精度要求高，吊装就位过程中的安全 稳固措施难度大。针对上述特点 ，对钢结构吊装施工进行深入研究 ，总结出钢结构吊装的关键技术，确保了施工质量 完全满足设计及验收标准的要求，可为类似工程提供借鉴。 【 关键词 】 体育场 大悬挑钢结构网架 吊装 施工技术 【 中图分类号 】 T U 7 5 8 【 文献标识码 】 B 【 D O I 】 1 0 ． 1 4 1 4 4 ／ j ． c n k i ．j z s g ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 2 7 Co n s t r uc t i o n T e c h n o l o g y f o r I n s t a l l a t i o n o f S t a d i um La r g e Ca n t i l e v e r S t e e l S t r u c t u r e Ne t - Ra c k X u S h u l i Di n g Qi g u o D o n g Z h e n j i e C h e n g L i C h i n a C o n s t r u c t io n S e v e n t h E n g i n e e r i n g B u r e a u S h a n g h a i C o r p ． ， L t d ． S h a n g h a i 2 0 1 8 1 2 1 工程概况 安庆市体育 中心体育场屋面 由2 8榀网架和5 0榀空间 曲面桁架组成。其2 5个采光罩边缘为变高曲线平 面桁架 ， 采光罩由网架结构连接桁架组成 ，网架与左右两边桁架组 成一个区域的罩篷 ，屋面下由雨篷撑杆支撑。结构形式为 网架 桁 架组合 而成的桁架结构 图1 。网架为钢管 ， 网架节点为焊接空心球 ；屋 面桁 架和 网架与撑杆采用轴 销连接 ，撑杆与柱支座 用关 节轴承连接 ；采光罩结构 为 焊接工字钢钢拱 ，温度 缝边采光罩 内设有支撑系统 。结 构环向长4 8 5 m，径 向长约6 0 m，钢结构屋面安装高度为 3 2 ． 6 3 ～ 5 4 ． 3 5 r t l 不等 ，悬挑长3 0 m。单榀罩篷最大质量约为 1 5 7 ． 5 8 t ，最大截面高5 m，长约5 9 m，总用钢量5 3 0 0 t 。 图1 体育场屋面网架钢结构 2 工程特点及施工控制重点 1 悬挑网架钢结构特点 为 采光罩边缘为变高曲线 平 面桁架 ；网架 部分为正方 四角锥与三角锥混合体 ；悬 作者简介徐书立 1 9 7 4 一 ，女，本科，工程师。 通讯地址j上海市曹 安路3 o 5 5 号 2 0 1 8 1 2 。 收稿 i日 期 2 0 1 4 _ 1 I 8 。 皿建 筑 施 工 第 3 7 卷 第 2 朗 挑部位超过3 0 m；单榀罩篷质量超大 、截面超高 、长度超 长。采光罩安装于相邻两榀网架之间，连接处采用焊接方 式 ；单榀网架质量达6 0 t 。 2 施工控制重点及难点为工期紧 ，钢结构安装时间 不能超过3个月 ，为总工期 中关键考核时间节点 ；在节约 成本的同时 ，保障安全 、保证质量是本工程钢结构施工的 一 个重点与难点。 3 施工方法 3 ． 1 施工工艺流程 方案确定及验证一吊装路线基础处理一预埋件复核 、 拼装单元检测验收一 中跨网壳 吊装和就位一尾跨 网壳 吊 装和焊接一前跨网壳 吊装和焊接 一重复括号项一 吊装和 焊接采光罩一网架检测和验收 3 ． 2 操作要点 3 ． 2 ． 1 方案确定及验证 在钢结构桁架正式 吊装施工前 ，工程技术人员首先需 完成专项技术方案的编制 ，为了确实保 障工程施工质量和 安全 ，首先在体育场某 区轴线进行钢结构主桁架第x 榀中 段实体吊装的试作业 ，以验证整个方案的可行性 ，为确保 工期 、工程施工质量和施工安全性 ，事先需对该方案进行 专家论证 ，经专家论证和试作业成功后 ，方可正式施工。 3 ． 2 ． 2 行走路 线路基 处理 网架结构拼装平 台应平整 ，且有足够的承载力 ，对平 台场地不平整 、承载力达不到要求的进行处理 土方分层 换填进行场地平整时，用2 5 0 k N 压路机碾压密实 ，并浇筑 厚 1 0 0 m m 的C 2 0 混凝土。为了满足吊装需要 ，保障吊车行 走安全和正常起 吊，需要在体育场 内、外环各换填一条钢 皇 里 兰 堡 查 皇 墨 塑 竺 塑 曼 兰 三 苎 结构 吊装行走路线道路 ，用作钢结构吊装体育场主桁架单 元组件和檩条 的吊装道路。 根 据方 案 确定 的机械 设 备及 机 械设 备行 走 路线 的 道路 宽度和承载力要求 ，吊车行走路线道路 宽度 不小于 1 0 m，道路承载力不小 于9 0 k P a 。由于场地为 回填土 ，地 基承载力不能满足 吊车行走路线路基承载力要求。因此 ， 在体育场 内外 围吊车行走路线1 0 m 范围内换填毛石 放坡 3 1 ，根据方案要求向下开挖 1 n q ，开挖完成后及时回填 毛石，在毛石回填过程 中，每厚5 0 0 m m 毛石面上满铺不小 于厚 1 0 0 m m 碎石 ，然后用2 0 0 k N 压路机压实 ，即整个路面 分2 次压实 压实系数为0 ． 9 4。 3 ． 2 ． 3埋件复核和拼装单元检测验收 支座埋件标高及 轴线复测是安装就 位准确性 的一个 重要环节 ，在 吊装前仔细复核埋件标高和轴线 ，若偏差过 大，需与设计联系确定处理方案并按处理方案实施 。由于 场地受限 ，每榀网壳分为前跨 悬挑部位单元组件 、中 跨 和尾跨 3段 ，每段为一个拼装单元 。尾跨 和中间跨在体 育场外 围拼装 、分块 吊装 ，前跨在体育场场 内拼装 、吊 装 。中间段通过4根撑杆单点安装在混凝土柱上 ，尾部采 用撑杆与体育场外 围混凝土柱连接 ，呈v 形并与前段罩篷 形成稳定空间体系。 网架单元组件在组装前 ，先进行材料检测验收 ，包括 除锈 、刷漆 ，均合格后 ，按照设计图进行加工组装。网架 拼装单元完成后 ，由专业检测机构 ，对焊接点进行专项检 测 ，确保每个焊接点的焊接质量 ，再按照三检制原则对网 架拼装单元进行验收 ，经 自检合格后报请监理单位 、建设 单位 、设计单位共同验收 ，验收合格后方可进行 吊装 。所 有钢结构单元组件安装前 ，混凝土结构和钢结构安装支点 强度必须 1 0 0 ％ 满足设计要求。 每榀钢结构网架的中跨和前跨 ，在分别完成单元构件 组装后 ，按照每榀网架轴线布置位置 的设计要求 ，在每榀 网架中跨的前后杆件上 ，刻画出轴线位置 ，在每榀网架前 跨 的前后杆件上，刻画出轴线位置 。 每榀钢结构网架的中跨 、尾跨和前跨 ，在单元构件组 装完成过程中，按照构件设计情况 ，计算出每个单元网架 构件的4个 吊点 。在单元构件组装完成后 ，分别标 出每个 单元构件的吊点位置。 3 ． 2 ． 4 中跨 网壳吊装和就位 吊装 顺序遵循先主结构后次结构 的原则 ] ，先 网架 吊装和焊接 ，最后采光罩的吊装和焊接 。整个 吊装顺序为 先高跨 、后低跨。每榀网架 ，先中跨 ，后尾跨 ，最后前跨 图2。 中跨 网壳单元组 件是最先进行 吊装 和就位 的一个 单 元 ，是每榀网架安装工序中的关键项之一，其步骤如下 1 中跨 吊装采用4 0 0 0 k N 汽车吊，其位置位于主体外 图2 单榀 网架分跨示意 围。中跨 吊装前 ，精确测量并释放轴线位置和支座标高 ， 按照设计要求 ，将中跨支座与支点预埋钢板进行焊接。 2 主体结构网壳结构形状呈不规则状态 ，采用四点吊 装法进行吊装 ，两侧钢丝绳连接处布置手拉葫芦并在设置 手拉葫芦的地方另加一根安全绳 ，便于调整构件的空间姿 态。针对网壳 中间段部分进行 中心分析 ，起 吊时挂有4根 钢丝绳 ，其 中沿体育场外的吊点分别采用2台2 0 0 k N 的手拉 葫芦通过钢丝绳连接，用来调整网壳整体空间姿态，使其 达到理想设计位置 ，靠近前跨 的吊点直接挂钢丝绳 。钢丝 绳和手拉葫芦选用 ，要依据网架单元组件质量确定 ，保 障 吊装安全。 3 通过测量和校正 ，调整好网架单元空间位置后 ， 焊接支座。为保障 中间跨侧向稳定 ，在中间跨上 弦四周拉 设缆风钢丝绳 ，中跨 吊装就位后 ，将 中跨4个角点缆风钢 丝绳与结构进行拉结 ，检测中跨网架单元组件轴线 ，采用 手拉葫芦对缆风绳进行调整，达到单元组件上轴线与地面 控制轴线之间重合 ，待支座焊接完成经检测符合要求 ，将 网架空间单元连接点与支座进行螺栓连接 ，检查符合要求 后 ，在 网架单元组件的前后分别用型钢进行焊接支撑 ，保 障钢网架单元组件的稳定性 ，检查符合要求后摘除吊钩。 3 ． 2 ． 5尾 跨 网壳吊装和焊接 其基本步骤和 中跨 吊装方式基本一致，尾跨 网壳提升 到预定位置后 ，用免棱镜全站仪对其进行三维坐标校正测 量 ，调整其空间位置后 ，用 吊车将支柱就位与支座进行螺 栓连接 ，再将支柱与尾跨进行焊接 ，上述工作完成后 ，尾 跨与已安装就位的中跨网架单元进行焊接 。所有 吊装 、焊 接和机械连接工序完成后 ，采用紧密水准仪测量 中跨 网架 单元组件前段2个主杆焊接球顶标高或底部标高 ，在松除 尾跨钢结构单元组件 吊钩过程 中，由专人观察中跨单元组 件下部与支点结点处的变化情况 ，确保安装过程和工程结 构的安全。尾跨钢结构吊装点全部松除后 ，测量 中跨前段 2 个主杆焊接球顶标高或底部标高 ，观测变化 情况。 3 ． 2 ． 6前跨 网壳吊装和焊接 每榀钢结构 网架 的前跨 吊装 ，是该榀 网架三跨 吊装 作业 中的关键。按照设计要求 ，至少需要2榀钢结构 网架 的中跨和尾跨安装完成 ，再按设计图要求 ，安装2榀钢结 构之间的桁架 ，使钢结构网架间形成可靠稳定结构后 ，再 2 0 1 5 ． 2 ． B u il d in g C o n s t r u c t i。 n 圜 主 童里 重堡查 堡 皇 堕 墨 塑 笙 塑 曼 茎 塑 三 垫 在前跨安装 的就近点部位 ，使用吊车吊装前跨 网架单元组 件 ，起吊设备一般使用大型履带 吊车。 1前 跨 网 架单 元 组 件 首 次起 吊时 不 宜 高于 地 面 5 0 c m，以便于人工地面操作。在首次起 吊结束后 ，由专 业操作人员和技术员，按照设计图要求 ，对前跨起 吊就位 前 的空间位置和姿态进行调整 ，在前跨4个方向的端部各 预设置1根缆风绳 ，另在前跨两侧主杆件上弦 ，19前向后 各牢 固设置l 根钢丝安全绳。在调整姿态过程中 ，工程专 业技术人员要现场监督和指导 ，要充分考虑 中跨前段标高 变化情况 ，并结合钢结构 网架前跨和中跨单元组件连接后 产生的扰度变化。扰度变化量 ，需专业技术人员在前跨 吊 装前 ，按照钢结构特点和原设计 图进行计算。前跨单元组 件起吊就位前 ，在前跨前端横向杆件及轴线位置控制标志 处 ，设置1 根测量绳 ，以便控制起 吊后的高度。 2 完成前跨钢结构组件空间位置和姿态调整无误后起 吊。前跨钢结构组件初步完成起 吊就位 ，通过测量及对缆 风绳的调整 ，达到调整前跨空间位置和姿态符合设计要求 的目的。 3 另配1台吊车 ，将前跨和中跨连接部位杆件进行高 空焊接拼装。前后跨经焊接拼装完成后 ，需对焊缝进行外 观和探伤检测 ，经检测符合要求 ，且焊缝已 自冷却 ，用仪 器检测前跨最端一点 系测量绳部位 的高程 ，起 吊前跨 的吊车需缓缓松绳 ，不得松绳过快 。吊车卸载完毕后 ，检 测测量绳高程变化情况 ，以判定单榀网架完成后产生的扰 度变量，为后续安装工作的顺利进行提供技术支撑。 3 _ 2 _ 7 吊装和焊接采光罩 网架形成整体空间结构后 ，现场若干塔机及吊车配合 高空散装采光罩构件 ，先安装采光罩环 向的拱形主构件 ， 再连接径 向的次构件 ，形成局部的稳定结构，依此顺序逐 一 安装完采光罩。 3 ． 2 ． 8 网架检 测和验 收 网架加工制作前 ，需对所有材料做进场验收并取样送 检 ，保障材料合格和复合设计要求 。网架安装前 ，对混凝 土结构 、支座质量进行检查 、检测 ；钢结构网架焊接是检 测重点 ，施工前 ，除做焊缝和焊接工艺检测 ，尚应对焊接 构件进行编号 ，并明确责任人和登记施焊人员【6 】 。 单榀 网架加工完成后 ，依据设计图逐次检查验收。每 榀网架 、桁架安装过程 中，其轴线位置和标高 ，以及屋面 标高和檐 口标高 ， 要求符合设计和规范规定。 建筑物施工过程中 ，要按设计要求和规范规定做好沉 降观测 ，及时预警 ，为后期钢结构吊装安装和建筑物安全 提供科学数据。每榀钢结构网架安装过程中要做好标高变 量检测 、挠度变量检测 ，并预先设置网架应力变量检测装 置。屋面桁架 、型钢 、屋面板等所有工序完成前后 ，均应 进行应力检测。钢结构工程所有工序完成后 ，在建筑物使 皿建 筑 袍 工 第 3 7 卷 第 2 明 用过程中，应按季节 、天气等环境变化情况 ，分别进行应 力监测 ，确保结构安全使用。 4 结语 悬挑焊接球节点单元式钢网架高空 吊装施工方法与高 空散装法比较，具有以下优缺点 1 大量的拼装工作在地面进行 ，施工操作方便 ，质量 便于检查和检测试验 。 2 每榀网架 、桁架拼装 ，可在混凝土结构完成前进 行 ，既可在场外加工组装 ，也可在场内地面拼装 ，整个过 程 ，不占用工程施工工期。另每榀钢结构单元组装采用小 型机械 吊装 ，使用大型 吊车较少 ，且 可同时组装 ，功效 高，加快了钢结构单元组装进度。 3 不需要搭设 大量 的支撑脚手架 ，安全设施投入减 少 。 4 集中吊装对其他工序施工影响较小。 5 每榀钢结构单元按照设计要求和规范规定进行地面 拼装 ，空间尺寸容易控制。 6 高空作业相对大量减少 ，降低了安全风险。 7 对拼装完成且检查验收合格的每个钢结构单元组 件 ，选用满 足吊装吨位要求的大型机械 ，起 吊前进行试 吊，并按照设计使用功能和空间要求 ，起 吊前 ，在低空进 行钢结构单元就位前空间位置及姿态的调整和控制 ，耗时 较长。 8 依据每榀钢结构单元组件的荷载 、 起 吊高度 、拼装 顺序 ，需事先确定 吊装路线 ，对大吨位吊车行走道路路基 要求高 ，高空就位 固定及拼装要求高 。上述整个过程耗时 较长。其中吊车道路路基处理可提前进行 。 ◇◇ 参 考 文 献◇◇ [ 1 ]程建国， 何玲． 浅谈钢结构网架吊装[ J ] ． 水泥科技， 2 0 0 8 3 4 5 4 6 ． [ 2 ]吴现 钢结构网架的分块吊装工艺及其应用[ J ] 福建工程学院学 报， 2 0 1 O S 1 1 6 4 1 6 6 [ 3 】柳松， 周道传， 陈小春． 圆形煤场球壳钢网架高空散装法施工技术[ J ] 钢结构 ，2 0 1 4 9 6 2 6 6 [ 4 ]周观根， 郑孝谨， 洪王东， 等． 杭州奥体博览中心主体育场钢结构罩棚 施工关键技术研究[ J ] 施工技术， 2 0 1 4 8 1 3 1 6 [ 5 ] 杨溢 冈 结构 网架的分块 吊装工艺及其应 用[ J ] ． 广东建材， 2 0 0 9 1 O 7 0-7 2 ． 【 6 ] 赵志刚， 郝海飞， 阴文革． 大跨度球型网架结构高空拼装施工及 吊装技 术[ J 】 l 科技信息， 2 0 1 3 9 3 6 5 3 6 6 ． [ 7 ]金新安 双千吨起重机提升大跨度钢网架施工技术[ J 】 施工技术， 2 0 1 3 1 4 2 5 2 8 ． [ 8 ]陈志祥， 周观根，严永忠， 等 南京红太阳华东Ma l l B 2 栋网架结构整体 提升施工技术 【 J 】 l钢结构，2 0 1 1 6 6 1 6 5 ．