山西體育中心主體育場鋼結構安裝工程關鍵技術

1、山西體育中心主體育場鋼結構安裝工程關鍵技術摘要:對安裝過程中的(1土建基礎柱腳定位偏差糾偏(2鋼管高空焊接接頭間隙過大處理(3管內(nèi)積水結冰爆管(4相貫口管空中就位(5整體同部卸載(6建測控網(wǎng)等關鍵技術的有效實施;通過合理施工流程,確保了工程質量、安全和進度。1.工程概況山西體育中心位于山西省太原市晉源區(qū)中南部,占地1237畝。設有60000座主體育場8000座主體育館3000座游泳跳水館、綜合訓練館1500座自行車館各一個和訓練基地等配套工程設施(見圖1。 圖1 山西體育中心整體效果圖主體育場融合了燈籠、大鼓與剪紙等元素。整體造型如大鼓,渾圓敦厚,氣質淳樸,大氣磅礴。將燈籠的編織手法巧妙地運用

2、到主體育場的幕墻結構體系(主體鋼結構中,提取山西地方剪紙藝術的圖案加以抽象化運用,以中國紅為主色調(diào),以透明陽光板來模擬剪紙的圖底關系,通過隨機組合來形成表皮肌理。將山西的地方建筑文化內(nèi)蘊延伸到現(xiàn)代建筑中,顯得生動靈活,妙趣盎然,富有韻律。主體育場的上部為空間管桁架鋼結構罩棚(見圖2,呈弧形狀,東西高、南北低。罩棚外邊緣南北向最長處293m,東西向最寬275m。罩棚最寬處68m,最窄處約49m,罩棚最高點離地面約55.45m。懸挑長度最大為52m,最小為34,7m桁架根部最大高度7.8m,根部高度5m。各榀桁架內(nèi)支座間距約26m。圖2 體育場罩棚鋼結構模型圖2 體育場罩棚鋼結構模型立體主桁架為倒

3、三角變截面桁架(見圖3,由立面支撐傾斜段、肩部弧形段(下設V形撐和頂面懸挑段三部分組成,桁架單榀最重達116t。主桁架截面尺寸最寬處達7.8m×5.0m最大管直徑為610*45,單件最大起吊重量為52噸。V形撐鋼管最大為651*35,最長約9.9m,重約5.4t環(huán)桁架分四弦桿和三弦桿兩種形式,最大截面尺寸為4.5m×2.5m。內(nèi)環(huán)桁架與中環(huán)桁架斷面為四邊形,外環(huán)桁架與邊桁架斷面為三角形,單榀最重約25t。吊裝作業(yè)半徑大(40m,安裝高度高(54.5m 圖3 立體主桁架鋼結構分段及截面圖2.總體施工方案2.1吊裝機械選擇履帶吊:400t 2臺、150t 2臺、50t 2臺、汽

4、車吊:25t 8臺拖車:2臺。其中場外布置400t、150t、50 t各1臺,場內(nèi)布置400t、150t、50t各1臺,每處拼裝場地各布置1臺25t汽車吊,臨時布置2臺50t履帶吊配合卸車及桁架拼裝。2.2施工作業(yè)區(qū)域的劃分依據(jù)罩棚鋼結構對稱布置的特點,共劃分為4大施工區(qū)域(從27軸線開始,每8榀主桁架為一個施工分區(qū)一區(qū)為2748軸,二區(qū)為5172軸,三區(qū)為7596軸,四區(qū)為327軸(見圖4。按一區(qū)二區(qū)三區(qū)四區(qū)的施工順序逐區(qū)施工,各區(qū)之間預留合攏縫最后焊接。圖4 施工分區(qū)圖2.3總體施工部署總體施工原則“流水作業(yè)、體育場內(nèi)外同步施工;桁架總體拼裝、分段吊裝、高空對接;整體合攏、同步卸載、穩(wěn)定成

5、型”施工流程(見圖5 圖5 施工總體流程圖先后順序:“先措施后結構、先V型支撐柱與主桁架、再環(huán)桁架、次桁架、網(wǎng)格結構及其它次結構體育場內(nèi)、外同時進行流水作業(yè)、同步配套拼裝、逐區(qū)施工”確立了四條主線的施工流程。2.3.1總體拼裝、分段吊裝、高空對接。由于桁架長度長,斷面高度高、單榀重量重,無法廠內(nèi)整體加工和出廠,且無法整體進行吊裝?？紤]其結構形式及節(jié)點構造,桁架采用工廠加工,散件出廠,現(xiàn)場搭設拼裝胎架,地面拼裝。立體主桁架的立面傾斜段和肩部弧形段在場外拼裝、分段吊裝;頂端懸挑段采用場內(nèi)拼裝、吊裝,高空對接工藝;環(huán)桁架與次桁架整榀進行吊裝。鋼管網(wǎng)格結構采用在地面分塊拼裝,高空拼嵌的施工工藝。 圖6

6、 主桁架立面傾斜段吊裝立面圖 圖7 肩部弧形段的吊裝立面圖 圖8 端部懸挑段吊裝立面圖 圖9 環(huán)向桁架整體吊裝圖2.3.2整體合攏、同步卸載、穩(wěn)步成型在安裝過程中,整個結構都是不穩(wěn)定體系。經(jīng)過模擬計算,設計、安裝了施工臨時支撐塔架,并對看臺局部結構進行加固處理,保證其安裝過程中的空間穩(wěn)定性。待四個區(qū)結構安裝、焊接完畢后,對四個區(qū)之間設置的四條合攏口同步進行收口焊接。合攏溫度為10左右。最后經(jīng)過同步卸載,確保了罩棚鋼結構體系的穩(wěn)步成型。3.關鍵施工技術3.1軸線及柱腳定位的偏差處理技術因預埋支座由土建單位施工軸線定位偏大過大。通過鋼結構施工對偏差進行調(diào)整消化。即對整個已經(jīng)完成的砼結構進行測量后,

7、將所有支座的實際測量座標反饋到Tekla Structures模型中,對部分桿件的空間坐標進行調(diào)整,對鋼結構加工尺寸進行調(diào)整,從而保證罩棚鋼結構的正常就位。3.2高空焊接接頭間隙偏差糾偏技術GB50661鋼結構焊接規(guī)范說明:焊接接頭的坡口及裝配精度是保證焊接質量的重要條件,超出公差要求的坡口角度、鈍邊尺寸、根部間隙會影響焊接施工操作和焊接接頭質量,同時會增大焊接應力,易于產(chǎn)生延遲裂紋。AWS D1.1/D1.1M-2008美國鋼結構焊接規(guī)范規(guī)定根部間隙大于允許值但不大于較薄件厚度的2倍或20mm,(取兩者中小值,可在部件焊接連接之前用焊接的方法予以糾正,以達到合適的尺寸。超過上述范圍的根部間隙

8、,只有得到工程師認可,才可用焊接方法修正。根據(jù)類似工程的經(jīng)驗,管桁架安裝時,總有個別節(jié)點因結構變形及拼裝誤差的原因造成間隙過大超常規(guī)的情況。據(jù)此進行了焊接模擬實驗。即在現(xiàn)場進行大間隙鋼管對接焊接工藝評定(見圖10試驗。采用材質為Q345CD的457*20管,在管間隙為50mm條件下進行單面雙坡口對接焊,先堆焊長肉再焊接,最終工藝評定合格。據(jù)此制定出在實際工程中:間隙小于等于30mm的焊縫采用先堆焊長肉再焊接的方法,間隙大于30mm的焊縫重新更換鋼管。 圖10 間隙為50mm的寬焊縫焊接工藝評定示意3.3防桁架管內(nèi)積水結冰爆管技術雨季施工很容易造成管件內(nèi)部集水,到冬季零度以下集水成冰,造成爆管焊

9、縫開裂,輕則造成返修,重則造成重大安全質量事故。必須注意焊接工藝及順序:管接點焊接時,先焊接上端節(jié)點,再焊接下端節(jié)點。對于特殊節(jié)點,無法依此順序焊接時,應在管件下端鉆直徑5-20mm左右的排水孔,焊后對排水孔進行封堵,預防鋼管內(nèi)部銹蝕。3.4相貫焊縫的根部質量保證技術管桁架工程,相貫焊縫的質量是工程的重中之重。焊接時焊縫根部先采用較細的焊條進行打底焊,然后進行正常焊接,確保熔透焊縫的質量。所有主結構、主桁架的焊縫焊接連接必須在整體卸載前完成。鋼管結構技術規(guī)程要求“圓管支管與圓管主管相冠焊縫上坡口部位焊縫根部2mm3mm的范圍內(nèi)的焊縫檢測科不作全熔透要求”3.5主桁架空中對接就位技術多段安裝的拼

10、裝誤差、安裝誤差及變形誤差的疊加,會造成就位誤差。據(jù)此(1拼裝前,采用SAP2000有限元軟件模擬分段吊裝的全過程,選取合適分段點;(2拼裝時,對立面傾斜段拼裝焊接完成后,對其與肩部弧形段相連的分段點管端座標作為肩部弧形段拼裝的控制基準,確保兩段對接的精準。(3拼好焊接前,對桁架分段的部位做臨時加固,確保空中對接的精度。3.6高空安裝節(jié)點相貫口的處理技術(1由于相貫口中間凹上下凸的形狀特性,拼裝完成的環(huán)桁架無法在兩主桁架間直接安裝就位。(2通過增加一道對接焊縫的方法來解決,既保證了安裝的精度,同時又保證了節(jié)點焊接的質量。(3鋼管接長長度符合下列規(guī)定:當鋼管直徑小于等于500mm時,不應小于50

11、0mm;當鋼管直徑大于500mm時,不應小于直徑d.3.7測控網(wǎng)的建立及定位變形監(jiān)測技術3.7.1建立測控網(wǎng)由8個測量控制點(BY1BY8組成施工測量控制網(wǎng),分布在5層看臺上由6個圓心點(O1O6組成校核測控網(wǎng)。有4個分布在內(nèi)場地面上,兩個在一層看臺上,以業(yè)主提供在場外的兩個原始基準點為基準投射完成。36996939087846663607275788118151221242730336391215182124276063666972757881848790939669O1O2O3O4O5O6BY1BY2BY3BY4BY5BY6BY7BY8圖11 測控網(wǎng)點布置圖3.7.2定位變形監(jiān)測(1通過測

12、量控制網(wǎng)絡對內(nèi)外環(huán)支座及支撐塔架控制點等進行定位測量,再用校核測控網(wǎng)對施工測量控制網(wǎng)進行校核修正。通過兩網(wǎng)相結合的方式確保變形觀測、定位的精度。(2結構安裝精度控制一方面是控制支撐塔架的定位坐標及其在主桁架下弦桿上的支撐點坐標的精確度;另一方面是控制主桁架下弦桿檐口位置的部中心點(最為敏感部位坐標。變形觀測以主桁架下弦桿檐口部位的中心點為觀測點,在此部位設置專用反光片,以提高變形觀測的精確度。3.8整體同步卸載支撐塔架共有52個(內(nèi)圈32個、外圈20個由SAP2000有限元分析軟件計算出各支點的結構撓度和卸載量。外圈塔架最大卸載量不到5mm,采用一步卸載即可,內(nèi)圈塔架最大卸載量95.64mm,分5步卸載完成。采用分析軟件對每步卸載完成后結構的變形、內(nèi)力進行模擬分析,計算出每步的位移量;卸載過程中,對每一步的卸載量和預測值進行比對分析,確認正確后才能進行后一步卸載,直到全部卸載完成。在2010年9月16日卸載完成后持續(xù)進行1個半月的變形監(jiān)測。與對應理論計算下?lián)献冃位窘咏?15%以內(nèi),實測變形滿設計及規(guī)范之要求,卸載完滿成功。4.總結 通過關鍵技術的應用安裝施工方案的實施， （1）有效控制了卸載后的變形位移控制和內(nèi)力的平穩(wěn)