大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工法

1、大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)安裝施工工法1. 前言近年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)建筑憑借其造價(jià)低、大空間、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)迅速發(fā) 展，尤其在公共建筑和大型場(chǎng)館等公用設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。而拱形結(jié)構(gòu) 因其大空間、造型新穎、美觀等特點(diǎn)，受到諸多建設(shè)單位的厚愛(ài)。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)拱落地長(zhǎng)度較長(zhǎng)，土建結(jié)構(gòu)為混凝土梁板時(shí)，主拱安裝宜采 用分段安裝，由拱腳向上組裝，最后在頂部中間合龍。結(jié)合 205.44 米大跨 度空間拱形鋼結(jié)構(gòu)的安裝進(jìn)行施工總結(jié)，形成了本工法。2. 特點(diǎn)2.1 土建結(jié)構(gòu)為混凝土梁板，上部為箱形變截面鋼結(jié)構(gòu)主拱，主拱生根于 四個(gè)拱腳根底；2.2 在混凝土頂板上設(shè)置支撐塔架同時(shí)作為操作平臺(tái) ，混凝土頂板下局 部設(shè)滿(mǎn)堂紅架體支撐；2.

2、3 采用分段吊裝、現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接。3. 適用范圍本工法適用于工業(yè)與民用建筑工程中大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)安裝工程。尤 其適合土建主體結(jié)構(gòu)為混凝土框架梁板，上部為大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)的工程。4. 工藝原理主拱安裝在能同時(shí)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)分段要求和運(yùn)輸要求的前提下，采用分段 制作、運(yùn)輸和安裝。為確保整體空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，主拱的安裝需穿插在 其他結(jié)構(gòu)梁安裝的同時(shí)進(jìn)行，主拱的安裝順序是從四個(gè)主拱腳向上進(jìn)行安 裝，最后在頂部中間合攏，主拱安裝的同時(shí)，及時(shí)進(jìn)行主拱和屋面拱之間 的拉桿支撐的安裝。5. 施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1工藝流程建立測(cè)量控制網(wǎng)及測(cè)量控制t主拱支撐架體設(shè)計(jì)t 主拱吊裝及安裝t卸荷5.2操作要點(diǎn)大跨度鋼拱安

3、裝同時(shí)涉及分段及吊機(jī)的選擇、施工測(cè)量定位、支撐架 體的設(shè)置、鋼拱的吊裝及安裝、卸荷等多種施工工藝，而鋼拱的吊裝及安 裝是整個(gè)施工過(guò)程的關(guān)鍵。建立測(cè)量控制網(wǎng)及測(cè)量控制1. GPS點(diǎn)的交接及復(fù)核根據(jù)GPS點(diǎn)的成果，制定點(diǎn)位精度的復(fù)查，具體測(cè)量步驟：根據(jù)GPS點(diǎn)的布局，在施工區(qū)域邊布設(shè)二級(jí)控制網(wǎng)，按閉合導(dǎo)線的觀測(cè)方法，計(jì)算 出導(dǎo)線精度，再根據(jù)計(jì)算出的點(diǎn)位精度，如果GPS點(diǎn)的成果符合施工要求即可使用，反之要對(duì)導(dǎo)線實(shí)行平差后才可使用；對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)查，采用國(guó) 家二級(jí)水準(zhǔn)的要求進(jìn)行復(fù)查，在施工區(qū)域內(nèi)按施工需要布設(shè)假設(shè)干固定的水 準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)布設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)行聯(lián)測(cè)。建立施工控制網(wǎng)有軸線控制樁，形成統(tǒng)一布局見(jiàn)圖5

4、.2.1 圖1-1呼市機(jī)場(chǎng)航站樓鋼結(jié)構(gòu)安裝的測(cè)量控制網(wǎng) 圖5.2.1鋼結(jié)構(gòu)安裝測(cè)量控制網(wǎng)施工中的測(cè)量控制1.主拱跨度大，對(duì)于四個(gè)主拱與地面接觸點(diǎn)的控制精度要求相對(duì)高,在二級(jí)導(dǎo)線的根底上用極坐標(biāo)法放樣出四個(gè)接觸點(diǎn)，建立一矩形導(dǎo)線閉合 環(huán)，用距離、角度復(fù)核精度；2 .主拱為斜平面主拱，在測(cè)量控制上采用直角相交觀測(cè)法；3 .主拱采用分段安裝，在二級(jí)控制根底上布置方格網(wǎng)，對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行控制，詳見(jiàn)圖522 :X:90.000K2 Y:0.000K3 X:90.000Y:120.000ZG2 ZZK5ZZK6 ZG3K4 X:90.000Y:240.000如 ZG7ZG1 ZZK1K1 X:0.000

5、Y:0.000X:0.000K6 Y:120.000=ZZK4»77v："ZXG1.ZZK9ZZK10 ZG4K5 X:0.000Y:240.000K*二級(jí)控制點(diǎn) ZZK*鋼直柱控制點(diǎn)圖5.2.2 主拱定位平面布置圖4 .高程測(cè)量依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水準(zhǔn)點(diǎn)，在施工場(chǎng)區(qū)內(nèi)測(cè)設(shè)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)的密 度應(yīng)為100m左右一個(gè)，水準(zhǔn)路線構(gòu)成附和路線，以便校核，觀測(cè)精度要 滿(mǎn)足四等水準(zhǔn)的要求，閉合差要小于f h = ±20mm iL或f h = ±60mm - nL為線路長(zhǎng)，以千米計(jì)；n為測(cè)站數(shù)。5 .變形觀測(cè)在確認(rèn)施工安裝準(zhǔn)確后，以安裝監(jiān)測(cè)所測(cè)定的每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo) 和

6、高程作為基準(zhǔn)值。以后每隔 2周按安裝監(jiān)測(cè)時(shí)用同精度的觀測(cè)方法對(duì)標(biāo) 志點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，計(jì)算出坐標(biāo)和高程與基準(zhǔn)值進(jìn)行比擬，從而確認(rèn)鋼架頂部的變形情況。直至建筑物封頂看不見(jiàn)標(biāo)志點(diǎn)后，變形觀測(cè)結(jié)束。5.2.3 主拱支撐架體設(shè)計(jì)1根據(jù)鋼拱結(jié)構(gòu)體系分折，并結(jié)合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)詳圖，首先安裝周 邊的鋼柱及鋼柱間的連梁，然后安裝中間拱和屋面梁，在主拱未能形成三 角形桁架之前，整個(gè)屋面鋼結(jié)構(gòu)的中間局部荷載全由中間拱來(lái)支撐，所以 首先在中間拱下方設(shè)置支撐，并根據(jù)混凝土柱網(wǎng)間距在中間拱下方每個(gè)混 凝土柱柱頂設(shè)置承重支撐架。主拱為主要受力桿件及結(jié)構(gòu)體系的主支撐構(gòu)件，在分段吊裝時(shí)自重必 須外加支撐體系來(lái)完成，所以在主拱的投影

7、弧線上同樣根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)梁、 柱位置、間距等設(shè)置底部承重支撐。其位置盡量選在每?jī)蓹M軸中間附近， 即在各撐桿與斜主拱相交點(diǎn)附近，主拱下各支承架設(shè)置在每?jī)奢S中間，既 能符合斜主拱承重定位拼裝要求，也滿(mǎn)足各撐桿的安裝施工。主拱下支撐 固定詳見(jiàn)圖 5.2.3-1 。每個(gè)支承架搭設(shè)前，需首先安裝完畢該跨的屋梁，并將該處支承架上 部臨時(shí)采用檁條將支承架與屋梁連接固定，必要時(shí)將支承架頂端用攬繩與 屋梁上的檁托板拉牢，以確保支承架上部穩(wěn)定性，同時(shí)在支承架屋梁與樓 面之間中部也用攬繩與樓面錨固板拉牢固定，攬繩上應(yīng)設(shè)有手拉葫蘆以便 于調(diào)節(jié)，并在支承架下部焊上 ?48 短鋼管，用腳手鋼管將支承架下部連結(jié) 牢固，確保

8、支承架體的整體穩(wěn)定性。2針對(duì)工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工順序和方法， 同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境， 合理選擇支撐架體的形式及規(guī)格。一般可采用格構(gòu)柱架體支撐，該格構(gòu)柱 以 6m 為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)見(jiàn)圖 5.2.3-2 ，并可根據(jù)不同的主拱安裝形式，以 及施工順序進(jìn)行支承架的布設(shè)，見(jiàn)圖 5.2.3-3 。鋼結(jié)構(gòu)主拱支撐架體設(shè)置平 面圖及圖 5.2.3-4 鋼結(jié)構(gòu)支撐架體立面圖。平臺(tái)手拉葫蘆錨固板圖523-1主拱支撐架頂平臺(tái)及固定示意圖圖523-2格構(gòu)柱節(jié)點(diǎn)圖523-3主拱支撐架體設(shè)置平面圖承重豆撐架理圖523-4支撐架體立面圖3.樓面上支承架不一定在混凝土梁上，為確保將支承架上的荷載直接傳 遞到混凝土梁上，在每個(gè)支

9、承架下垂直于混凝土梁方向設(shè)置兩根 200 x 200mm，長(zhǎng)度不小于4m的工字鋼，每根工字鋼兩端均要搭在混凝土梁上方，以確?；炷亮菏芰Α?duì)座落在地面上的支撐架，在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)施工需要進(jìn)行制作，并在支架位置澆筑2000 x 2000 x 200mm 混凝土根底， 根底配筋為 12200雙層雙向網(wǎng)片，確保支架均勻受力，并在支承架四周設(shè)置鋼管樁，便于支承架的錨固。主拱支承架下支座見(jiàn)圖、主拱支承架底部根底圖見(jiàn)523-6。為確保樓板不受力，在樓板底部支撐塔架下局部設(shè)置滿(mǎn)堂紅架體支撐支承架工字鋼底座砼樓面砼梁支承腳手架詳圖見(jiàn)后亶當(dāng)架二圖主拱支承架下支座詳圖圖主拱支承架底部根底圖4主拱與地面呈一定角度，定位控

10、制難度較大，必需根據(jù)主拱傾斜角度,在兩個(gè)方向設(shè)置帶角度的疋位支托，以使主拱的疋位準(zhǔn)確，主拱疋位支座見(jiàn)圖 5.2.3-7 :豆托支承架主機(jī)*B向圖523-7主拱定位支座主拱吊裝及安裝：1.分段及吊機(jī)的選擇根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，結(jié)合鋼構(gòu)件的總重量，進(jìn)行吊裝機(jī)械的選 擇及分段數(shù)量。首先考慮吊裝機(jī)械的一般起重量，工作半徑，并結(jié)合鋼拱總重量，底 部混凝土柱的柱距等，確定鋼拱分段數(shù)量及尺寸，根據(jù)單體重量最大時(shí)的 起重參數(shù)，進(jìn)行吊機(jī)的選擇2.安裝總體流程：1 首先進(jìn)行鋼柱及鋼柱之間的連梁安裝，具體如圖524-1流程圖一:2為了使屋面結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的體系，所以對(duì)兩端第二段中間拱進(jìn)行安裝，并進(jìn)行兩端屋面梁和鋼柱

11、的拼裝安裝，同時(shí)對(duì)兩端屋面梁之間的連梁 和水平剪刀支撐進(jìn)行安裝，具體如 524-2流程圖二：圖流程圖一圖524-2流程圖二3進(jìn)行下一段屋面結(jié)構(gòu)梁安裝,具體如524-3流程圖三：同時(shí)做好吊裝主拱梁的安裝準(zhǔn)備工作;4進(jìn)行主拱梁的安裝，同時(shí)安裝相應(yīng)部位連梁，并在樓面上進(jìn)行鋼柱 和屋面鋼梁的拼裝，具體如流程圖四：圖流程圖三5依此類(lèi)推進(jìn)行剩余主拱的安裝, 流程圖六、圖524-7流程圖七。圖流程圖四詳見(jiàn)圖流程圖五、圖524-6圖流程圖五圖流程圖六6 進(jìn)行靠?jī)?nèi)側(cè)主拱梁吊裝合龍，具體見(jiàn)圖524-8流程圖八：7進(jìn)行靠外側(cè)屋面梁及鋼柱等安裝，并進(jìn)行靠外側(cè)主拱梁合龍?jiān)斠?jiàn)圖524-9流程圖九:圖524-8流程圖八圖5

12、24-9流程圖九卸荷1 .總體思路在卸荷前，整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)荷載分別由鋼柱、支撐架及主拱承當(dāng)，卸載時(shí) 支撐架上所承受的荷載逐漸過(guò)度到鋼柱和主拱上，最終形成穩(wěn)定的承載體 系。卸載過(guò)程是使屋蓋系統(tǒng)緩慢協(xié)同空間受力的過(guò)程，此時(shí)整個(gè)屋蓋系統(tǒng)的內(nèi)力重新分布，并逐漸過(guò)度到設(shè)計(jì)狀態(tài)。在卸載時(shí)應(yīng)遵循 變形協(xié)調(diào)、卸載均 衡的原那么,采用從中間向兩邊逐步卸荷的施工方案，先卸載中間拱的支撐架，卸完后再進(jìn)行主拱的卸荷，兩榀主拱應(yīng)同時(shí)由中間向兩端進(jìn)行。2 .卸荷具體施工過(guò)程：1 在主拱下各支撐架的支撐點(diǎn)的 H型鋼梁上設(shè)置型號(hào)為QL50的50 噸螺旋千斤頂，支撐點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)。2在每個(gè)螺旋千斤頂?shù)捻敳坷?19的鋼管做套筒，再在

13、鋼管的頂 部做與拱架角度相同的支托做為臨時(shí)支撐。3 調(diào)節(jié)螺栓千斤頂?shù)母叨?，使支托支撐在拱架的底部，頂緊到位。4在每根H型梁千斤頂?shù)穆湮惶幵O(shè)置鋼板卡碼，固定千斤頂，防止千斤頂在支撐圖525-1弦桿臨時(shí)支撐設(shè)置示意圖圖525-2弦桿臨時(shí)支撐落位示意圖5待所有支撐點(diǎn)上的臨時(shí)千斤頂支撐到位、頂緊后，按照從中間到兩 邊的順序逐漸撤除原臨時(shí)的支撐，讓主拱逐步落位在千斤頂支托上。6. 材料與設(shè)備本工法使用的材料主要有格構(gòu)柱架體、200 x 200mm工字鋼、鋼架管、 鋼板卡碼、219的鋼管、舊橡膠輪胎等；主要采用的機(jī)具設(shè)備有：履帶吊 機(jī)、汽車(chē)吊、千斤頂、手動(dòng)葫蘆、全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、鋼絲繩、安 全繩、網(wǎng)

14、、對(duì)講機(jī)等。7. 質(zhì)量控制本工法施工質(zhì)量控制須嚴(yán)格按 GB 50205-2001?鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)?中相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。7.1 勞動(dòng)力組織到位，配備測(cè)量人員 4 名，負(fù)責(zé)安裝定位；電焊工 20 名， 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝；質(zhì)檢員 2 名，負(fù)責(zé)質(zhì)量檢查。7.2 現(xiàn)場(chǎng)的控制點(diǎn)和主控線在移交前， 必須經(jīng)監(jiān)理等單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制點(diǎn)和 主控線進(jìn)行復(fù)合并確認(rèn)。7.3 主拱的控制點(diǎn)和主控線的設(shè)置完成后， 同樣須經(jīng)相關(guān)單位進(jìn)行復(fù)合并確 認(rèn)。7.4 在主拱的安裝過(guò)程中， 相關(guān)單位必須同時(shí)旁站監(jiān)控， 以確保預(yù)埋件的安 裝就位的準(zhǔn)確性。7.5 吊裝第一段箱型梁時(shí)， 以箱型底柱的垂直線為根底進(jìn)行安裝、 垂直度校

15、 正。垂直度調(diào)整好后，箱型梁接頭部位上、下，左、右進(jìn)行點(diǎn)焊，再?gòu)?fù)測(cè) 箱型梁和箱型底柱的垂直度，確保無(wú)誤后，然后在箱型梁的兩端用鋼支撐 把箱型梁撐住以保證箱型梁的穩(wěn)定性，最后再對(duì)對(duì)接坡口進(jìn)行全溶透焊接。 在箱型梁標(biāo)高控制上，選用在每個(gè)支撐胎架的頂部安裝一只 20T 液壓千斤 頂，以調(diào)節(jié)箱型梁的標(biāo)高，吊裝后面的箱型梁以同樣的方法進(jìn)行施工。兩 根箱型梁安裝結(jié)束后，再安裝兩根鋼梁間的支撐桿件，以確保箱型梁的穩(wěn) 定性。7.6 每吊裝完一段箱型梁，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量、復(fù)核無(wú)誤后再進(jìn)行加固、焊接。7.7 嚴(yán)格按照?焊接工藝評(píng)定報(bào)告?和?建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程? JGJ 81- 2002。焊接前進(jìn)行坡口除銹、打磨。

16、箱形梁施焊時(shí)，由于箱型梁截面大， 焊接量比擬大，焊接過(guò)程中為防止箱型梁變形，采用兩人對(duì)面同時(shí)焊接， 然后再進(jìn)行上、下坡口焊接。對(duì)于拉桿與箱形梁焊接時(shí)，也應(yīng)由兩人由上 至下對(duì)稱(chēng)施焊。7.8 設(shè)計(jì)要求全焊透的一級(jí)焊縫采用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)， 超聲波探傷不能對(duì)缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)米用射線探傷，其內(nèi)部缺陷分級(jí)及探傷 方法應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)法? GB1135或?鋼熔化焊對(duì)接接頭射線照相和質(zhì)量分級(jí)?GB3323的規(guī)定要求一級(jí)焊縫100%探傷。7.9焊縫外表不得有裂紋、焊瘤等缺陷。不得有咬邊、未焊滿(mǎn)、根部收縮等 缺陷。每批同類(lèi)構(gòu)件檢查10%，且不少于3件。7.

17、10主拱安裝應(yīng)符合以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目允許偏差卸荷完成后最大下?lián)狭坑稍O(shè)計(jì)計(jì)算得出本工程42mm 定位軸線L/20000，且不超過(guò)3mm箱性截面咼度士 2.0mm箱形截面寬度士 2.0mm8. 平安措施8.1起重機(jī)的行駛道路，必須堅(jiān)實(shí)可靠。起重機(jī)不得停置在斜坡上工作，也 不允許起重機(jī)兩個(gè)履帶一高一低。8.2安裝時(shí)搭設(shè)穩(wěn)固可靠的臨時(shí)工作平臺(tái)。并嚴(yán)防高空墜落事故發(fā)生。8.3施工用電嚴(yán)格遵循用電規(guī)程，保證平安用電。8.4焊接作業(yè)場(chǎng)地不得有易燃易爆物品。 電焊機(jī)外殼必須接地良好，電源的 拆裝應(yīng)由電工進(jìn)行，應(yīng)設(shè)單獨(dú)的開(kāi)關(guān)。焊鉗和把線必須絕緣良好，連接牢 固。8.5防止高處墜落，操作人員在進(jìn)行高處作業(yè)，必須正確

18、使用平安帶。平安 帶一般應(yīng)高掛低用，即將平安帶繩端掛在高的地方，而人在較低處操低。8.6安裝過(guò)程中遇大風(fēng)季節(jié)6級(jí)以上，應(yīng)立即停止吊裝、焊接等其它施 工工程。對(duì)已安裝結(jié)束還沒(méi)焊接的箱型梁，在遇到大風(fēng)時(shí)箱型梁兩端用落 地鋼支撐撐住鋼梁，兩端再增設(shè)兩根攬風(fēng)繩以減少風(fēng)力對(duì)鋼梁的風(fēng)荷載。 焊接前再對(duì)鋼梁的標(biāo)高、垂直度進(jìn)行測(cè)量，復(fù)測(cè)無(wú)誤后在進(jìn)行焊接。8.7 在支架卸荷過(guò)程中， 必須對(duì)主拱架的變形情況進(jìn)行全程跟蹤觀測(cè)， 并做 詳細(xì)記錄，應(yīng)防止突變情況的產(chǎn)生。9. 環(huán)保措施9.1 嚴(yán)格控制人為噪音，進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)不得高聲叫喊、亂吹口哨、限制高音 喇叭使用，最大限度的減少擾民。施工噪音遵守?建筑施工場(chǎng)界噪聲限值?

19、 (GB12523 90 )。9.2 加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵、噪音、廢氣、廢水的監(jiān)控工作，及時(shí)采取措施消 除粉塵、噪音、廢氣、廢水的污染。9.3 保持施工機(jī)械的整潔。電纜、氣割帶、風(fēng)帶等沿施工臺(tái)架成束之下而上 拉放。并應(yīng)捆扎牢固。10. 效益分析 主拱吊裝采用分段吊裝施工技術(shù)，施工較為方便，工序交叉影響少， 保證了施工質(zhì)量，加快了施工速度，提高了工作效率，節(jié)省了人工開(kāi)支， 從而降低了工程造價(jià)。10.1 節(jié)省人工費(fèi)、機(jī)具租賃費(fèi)、縮短工期帶來(lái)的效益縮短工期合計(jì)按 33 天計(jì)算。人工費(fèi)節(jié)約：33天X90人X70元/天=207900 元機(jī)具租賃費(fèi)33天X20000元/天=660000元 合計(jì)： 86.79 萬(wàn)元。10.2 社會(huì)效益本工法所涉及的內(nèi)容在不同程度上解決了目前國(guó)內(nèi)大跨度拱型鋼結(jié)構(gòu) 安裝的空白，為目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)型鋼結(jié)構(gòu)的最長(zhǎng)跨度，對(duì)安裝中的關(guān)鍵技術(shù) 進(jìn)行較全面、細(xì)致的研究，實(shí)現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理