大跨度張弦桁架一次張拉及吊裝施工工法國企編制大量附圖

TJGF085-2010大跨度張弦桁架一次張拉及吊裝施工工法1XX2XX1XX1XX1XX1XX2XX1.前言天津梅江會展中心工程主體鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量約為2.9萬t，但鋼結(jié)構(gòu)安裝工期卻僅有75d。其中主展廳屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用了大跨度預(yù)應(yīng)力張弦桁架，桁架總長103m，總重量近100t，安裝高度近40m，考慮到該工程主展廳跨度大、現(xiàn)場場地限制與土建的穿插配合、以及僅僅8個(gè)月的總工期要求，張弦桁架的施工采用“地面散拼成分段，分段組拼成整體通過一次張拉完成后雙機(jī)抬吊就位”的方法，在22d時(shí)間內(nèi)完成了32榀張弦桁架張拉及吊裝施工。取得了極大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。本文通過介紹主展廳張弦桁架的拼裝、張拉以及雙機(jī)抬吊等重要工序的施工方法，形成本工法，并為后續(xù)類似工程施工提供參考。2.工法特點(diǎn)2.1利用地面散拼成分段，分段組拼成整體通過一次張拉完成后雙機(jī)抬吊就位”的方法大量減少高空作業(yè)，增加安全系數(shù)，保證鋼結(jié)構(gòu)拼裝精度，在短時(shí)間內(nèi)完成大面積、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工工作。2.2采用新的張弦桁架拼裝技術(shù)，用ansys等軟件模擬實(shí)際工況，對各種最不利情況進(jìn)行計(jì)算分析，得出分析數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)信息反饋技術(shù)應(yīng)用于施工，并據(jù)此檢測指導(dǎo)施工，動(dòng)態(tài)修正施工方法保證所有拼裝、抬吊、安裝、張拉等所有條件均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，確保施工安全時(shí)效。圖2.2張弦桁架整體模型施工模擬計(jì)算2.3張弦施工技術(shù)是如今鋼結(jié)構(gòu)施工的前沿技術(shù)，拼裝、張拉安裝技術(shù)充分發(fā)揮其時(shí)效的功能性，與時(shí)俱進(jìn)。其施工方法的有用性適應(yīng)了外部環(huán)境的變化，并根據(jù)實(shí)際情況相應(yīng)調(diào)整施工方法以利鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)的生存和發(fā)展。3.適用范圍大跨度場館桁架結(jié)構(gòu)，超高層建筑加強(qiáng)層桁架，受地形復(fù)雜、高空限制等大型鋼結(jié)構(gòu)施工。4.工藝原理張弦桁架施工技術(shù)采用現(xiàn)場散件拼裝，在地面臥拼胎架上分段拼裝之后倒運(yùn)至安裝位置，上高拼胎架上組拼成正榀桁架，在地面拼裝完單榀張弦桁架后，一次張拉到位，然后把張弦桁架吊裝到柱頂就位，此時(shí)桁架支座允許滑移，安裝完次桁架和屋面結(jié)構(gòu)后，固定桁架支座，并對張弦桁架的上弦變形進(jìn)行監(jiān)測張拉后再整體吊裝。圖4桁架地面上拼裝示意圖5.施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程圖5.1張弦桁架施工流程圖5.2操作要點(diǎn)桁架拼裝的地面拼裝本工程張弦桁架分六段進(jìn)行散件制作，主弦桿長度控制在18m以內(nèi)，在地面組裝成三個(gè)大分段，拼裝完成后分段長度在30m左右。桁架拼裝尺寸按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)置，拼裝時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測桁架節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)，及時(shí)調(diào)整避免累積誤差，并在構(gòu)件焊前焊后做好變形監(jiān)測。圖5.2.1-1張弦桁架地面散拼施工中具體要求有如下幾點(diǎn)：1、嚴(yán)格控制胎架位置精度，確保胎架與桁架關(guān)系。2、搭設(shè)胎架前，對桁架進(jìn)行分段，根據(jù)重量進(jìn)行模擬驗(yàn)算，分析胎架變形情況。3、由于場地有限，張弦桁架雙機(jī)抬吊高空組裝，構(gòu)件在進(jìn)場前必須選好堆放、拼裝場地及轉(zhuǎn)運(yùn)路線，對汽車吊抬吊施工區(qū)域進(jìn)行加固4、胎架上方設(shè)置可調(diào)節(jié)千斤頂，防止桁架地面拼裝變形。圖-2胎架頂部示意圖、分段桁架在張拉胎架上組拼由于桁架下弦撐桿及拉索安裝后高度將達(dá)到11m，為了便于桁架張拉體系的安裝，施工中設(shè)置了一組高空張拉胎架，胎架高度最高為11m，一組共設(shè)置四個(gè)獨(dú)立胎架用來支撐桁架的三個(gè)分段，胎架選用圓管、工字鋼等材料。張拉胎架的外形設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)模型中進(jìn)行，根據(jù)張弦桁架模型對胎架的細(xì)部尺寸進(jìn)行計(jì)算，對碰撞位置進(jìn)行調(diào)整，最終得到胎架的精確布置及細(xì)部節(jié)點(diǎn)尺寸。分段桁架就位后利用千斤頂調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)標(biāo)高，桁架分段安裝順序?yàn)橄戎虚g后兩邊，組對完成后安裝撐桿及拉索。圖-1張拉胎架的設(shè)計(jì)模型張拉胎架張拉胎架圖-2現(xiàn)場高空組拼照片、拉索的安裝索在地面開盤，借助導(dǎo)鏈牽引放索。為防止索體在移動(dòng)過程中與地面接觸，損壞拉索防護(hù)層或損傷索股，在地面沿放索方向間距2.5m左右設(shè)置滑動(dòng)小車，以保證索體不與底面接觸，同時(shí)減少了與底面的摩擦力。由于索的長度要長于跨度，索展開后應(yīng)與軸線傾斜一定角度才能放下，因此牽引方向要與軸線傾斜一定角度，并牽引時(shí)使索基本保持直線狀移動(dòng)。索頭的安裝先將牽引端的索頭安裝就位，再安裝另一端，在索體未進(jìn)節(jié)點(diǎn)孔時(shí)用一只2t倒鏈將索頭位置吊起，微調(diào)至節(jié)點(diǎn)孔內(nèi)，同時(shí)用另一只5t牽引倒鏈進(jìn)行牽引就位。圖放索及索頭安裝、張拉施工1、按照理想模型在地面拼裝完單榀張弦梁后，一次張拉到位，然后把張弦梁吊裝到柱頂就位，此時(shí)桁架支座允許滑移，安裝完次桁架和屋面結(jié)構(gòu)后，固定桁架支座，并對張弦梁的上弦變形進(jìn)行監(jiān)測。2、拉索采用單端張拉，張拉時(shí)對位移和材料應(yīng)力進(jìn)行雙控。張拉設(shè)備示意如圖。經(jīng)計(jì)算，索的張拉力約140t左右，單端張拉，考慮四個(gè)展廳故選用4臺250t千斤頂。預(yù)應(yīng)力鋼索張拉前根據(jù)設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力工藝要求的實(shí)際張拉力對千斤頂、油泵進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)際使用時(shí)，由此標(biāo)定曲線上找到控制張拉力值相對應(yīng)的值，并將其打在相應(yīng)的泵頂標(biāo)牌上，以方便操作和查驗(yàn)。3、施工前用仿真模擬張拉工況，以此作為指導(dǎo)第一榀桁架試張拉的依據(jù)。計(jì)算表明索拱達(dá)到變形控制點(diǎn)時(shí)所需張拉索力為137t，試張拉逐級加載分成5級，分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.05σcon，既274、548、822、1096、1439kN。先測定張弦桁架中點(diǎn)的矢高，依次測定桁架端部水平位移，以及其他測點(diǎn)的位移和內(nèi)力，并及時(shí)在現(xiàn)場進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析，調(diào)整下部張拉。試張拉完成后，整理出各張拉技術(shù)參數(shù)的控制指標(biāo)值，形成技術(shù)文件，用于指導(dǎo)正式張拉。圖張拉工裝4、由于在張拉時(shí)桁架能夠滑動(dòng)，故必須減少桁架弦桿和胎架之間的摩擦力，因此在胎架和桁架之間設(shè)置滑動(dòng)措施，減小張拉過程中對胎架的水平力，施工安全性更容易保證。、雙機(jī)抬吊施工主桁架長103m，寬3m，高約2.5m，總重約95t（包括吊鉤及吊繩的重量），吊裝選擇2臺300t汽車式起重機(jī)作為屋面桁架吊裝的主吊機(jī)。根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定：每臺汽車吊的額定起重量*80%＞雙機(jī)抬吊分配吊重雙機(jī)總額定負(fù)荷*75%＞雙機(jī)抬吊構(gòu)件重量則每臺汽車吊的起重能力為：64t*80%=51.2t＞95t/2則二臺汽車吊的起重能力為：64t+64t=128t128t*75%=96t＞95t綜上所述，所選2臺300t汽車吊進(jìn)行雙機(jī)抬吊主桁架方案可行。雙機(jī)抬吊時(shí)為充分發(fā)揮300t汽車吊的起重性能，在選擇吊點(diǎn)時(shí)盡可能縮短吊點(diǎn)間距從而減少汽車吊吊裝時(shí)的臂長，針對張弦桁架的吊裝進(jìn)行相應(yīng)的施工模擬計(jì)算，對吊裝過程中索應(yīng)力及桿件應(yīng)力的變化進(jìn)行驗(yàn)算。圖-1吊裝工況驗(yàn)算圖-2雙機(jī)抬吊現(xiàn)場、張弦桁架施工技術(shù)改進(jìn)1、增設(shè)臨時(shí)支撐胎架，胎架頂部設(shè)置千斤頂，精準(zhǔn)測量，監(jiān)測復(fù)校。對胎架進(jìn)行精準(zhǔn)布置、測量放線、模擬加載計(jì)算，將數(shù)據(jù)反饋于施工，監(jiān)測胎架變形，同時(shí)利用胎架上方千斤頂對胎架上的桁架進(jìn)行校核，節(jié)省大量高空作業(yè)，保證地面一次安裝到位，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。2、高空張拉施工，施工難度高，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定按照理想模型在地面拼裝完單榀張弦桁架后，一次張拉到位，然后把張弦桁架吊裝到柱頂就位，此時(shí)桁架支座允許滑移，安裝完次桁架和屋面結(jié)構(gòu)后，固定桁架支座，并對張弦桁架的上弦變形進(jìn)行監(jiān)測。6.材料與設(shè)備工程中所使用材料無需特別說明，采用機(jī)械設(shè)備見表6：表6機(jī)械設(shè)備表序號名稱規(guī)格/型號數(shù)量備注1300t汽車吊300t4臺桁架吊裝2150t汽車吊150t6臺主展廳次桁架吊裝裝3二氧化碳焊機(jī)NBC-500163臺4直流焊機(jī)ZX7-400105臺5壓型鋼板點(diǎn)焊機(jī)CPVD3501臺6空壓機(jī)0.6m324臺7高溫烘箱00C—50000C4臺8測溫筆、測溫儀50支9碳弧氣刨槍20支7.質(zhì)量控制施工現(xiàn)場質(zhì)量符合《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001等有關(guān)規(guī)范。鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)在于如何控制焊接質(zhì)量，本工程中桁架采用散件拼裝，焊接量大，如何保證焊接質(zhì)量，成為了整個(gè)工程的質(zhì)量控制重點(diǎn)。焊接質(zhì)量控制措施見表7。表7焊接質(zhì)量保證措施表序號焊接質(zhì)量保證措施施1焊接施工前搭設(shè)防防護(hù)棚。2焊接使用藥芯焊絲絲，并使用大大流量的CO2氣體進(jìn)行焊焊接保護(hù)，增增加CO2保護(hù)氣柱的的挺度，提高高抗風(fēng)能力，形形成對焊接熔熔池的渣—?dú)饴?lián)合保護(hù)護(hù)。3焊接前進(jìn)行焊口清清理，清除焊焊口處表面的的水、氧化皮皮、銹、油污污。4嚴(yán)格按照焊接工藝藝評定所得參參數(shù)施焊。5焊接過程中嚴(yán)格控控制層間溫度度。6焊道之間熔渣的清清除必須徹底底。7分次完成的焊縫，再再次焊接前要要進(jìn)行預(yù)熱處處理。8采取合理的焊接順順序施工。9焊后后熱處理8.安全措施本鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的安全防護(hù)主要做好以下四個(gè)方面的防護(hù)：施工前安全設(shè)施準(zhǔn)備、安裝過程安全防護(hù)、起重設(shè)備安全防護(hù)、用電安全防護(hù)。8.1施工前安全設(shè)施準(zhǔn)備安全機(jī)具、材料防護(hù)設(shè)施的準(zhǔn)備；吊裝安全防護(hù)設(shè)施的準(zhǔn)備；焊接安全防護(hù)及防火設(shè)施準(zhǔn)備；栓焊施工臨邊安全防護(hù)、防火設(shè)施準(zhǔn)備；安裝輔助材料、氣體、廢鐵垃圾吊運(yùn)安全吊籃的準(zhǔn)備；現(xiàn)場機(jī)具房、材料庫房、氣體房安全警示牌及消防器材布設(shè)，配電柜等用電設(shè)施檢查驗(yàn)收。8.2安裝過程安全防護(hù)鋼結(jié)構(gòu)安裝安全防護(hù)的重點(diǎn)是做好室內(nèi)施工行走通道、垂直通道的防護(hù)，臨邊及屋頂懸挑結(jié)構(gòu)部分的整體安全防護(hù)、具體如下：張弦桁架拼裝安全防護(hù)，在胎架的頂部搭設(shè)安全操作平臺，使用跳板鋪設(shè)面，并在底部設(shè)置防火板，防止焊接火花引然地面堆放材料。操作平臺四周設(shè)置1.2m的安全護(hù)欄，并使鋪設(shè)綠網(wǎng)。圖鋼結(jié)構(gòu)垂直通道鋼結(jié)構(gòu)垂直通道垂直通道主要采用環(huán)抱在主體鋼柱上的腳手架樓梯作為垂直通道；通道口必須懸掛警示牌。鋼結(jié)構(gòu)臨邊采用不低于1.2m高的鋼管腳手架進(jìn)行防護(hù)。并拉設(shè)密目網(wǎng)及安裝擋腳板見上圖。屋面水平通道圖鋼結(jié)構(gòu)屋面水平通道8.3起重設(shè)備的安全防護(hù)統(tǒng)一高空、地面通迅，聯(lián)絡(luò)一律用對講機(jī)，嚴(yán)禁在高空和地面通過喊話聯(lián)絡(luò)。起重指揮要果斷，指令要簡短明確。按“十不吊”操作規(guī)程認(rèn)真執(zhí)行。8.4用電安全防護(hù)搞好安全用電?，F(xiàn)場用電應(yīng)有定期檢查制度，對重點(diǎn)用電設(shè)備每天巡回檢查，每天下班后一定要關(guān)閘。所有電纜、用電設(shè)備的拆除、現(xiàn)場照明均由專業(yè)電工擔(dān)任，要使用的電動(dòng)工具，必須安裝漏電保護(hù)器，值班電工要經(jīng)常檢查、維護(hù)用電線路及機(jī)具，認(rèn)真執(zhí)行JGJ46—88標(biāo)準(zhǔn)，保持良好狀態(tài)，保證用電安全萬無一失。9.環(huán)保措施9.1成立對應(yīng)的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機(jī)構(gòu)，在工程過程中嚴(yán)格遵守國家和地方政府下發(fā)的有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律和規(guī)章，加強(qiáng)對施工燃油、工程材料、設(shè)備、廢水、生產(chǎn)生活垃圾的控制和智力，遵守有關(guān)防火及廢棄物處理的規(guī)章制度。做好環(huán)境的交通疏導(dǎo)9.2將施工場地和作業(yè)限制在工程建設(shè)允許的范圍內(nèi)，合理布置、規(guī)范圍擋，做到標(biāo)牌清楚齊全，各種標(biāo)識醒目，施工場地整潔文明。9.3優(yōu)先選有先進(jìn)的環(huán)保機(jī)械，采取設(shè)立隔音墻、隔音罩等消音措施，盡量避免夜間施工。9.4對施工場地道路進(jìn)行硬化，并在晴天經(jīng)常對施工通行道路灑水，防止塵土飛揚(yáng)，污染周圍環(huán)境。10.效益分析10.1本工法將工程施工由高空轉(zhuǎn)成地面，避免了大梁的高空作業(yè)，消除了嚴(yán)重的高空作業(yè)隱患，施工產(chǎn)生的點(diǎn)焊火花作業(yè)高度減小，大幅度減小作業(yè)危害為以后大跨度網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)施工提供了可靠地決策依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)，新穎的工法技術(shù)將促進(jìn)大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架工程施工技術(shù)進(jìn)步，社會效益和環(huán)境效益明顯。10.2本工法與同類鋼結(jié)構(gòu)施工工法相比，由于高空施工少，安裝精準(zhǔn)，工期短，干擾因素少，有利于文明施工，各類資源能較好的利用，能確保周圍既有設(shè)施完好無損，確保人員生命財(cái)產(chǎn)安全，節(jié)省大量場地，在22d內(nèi)完成所有桁架施工，對所有后續(xù)工作的開展提供了廣闊的平臺，形成了較好的經(jīng)濟(jì)效益。11.應(yīng)用實(shí)例天津梅江會展中心工程——大展廳屋蓋張弦桁架安裝11.1結(jié)構(gòu)概況分布在建筑物四個(gè)角的展廳A、B、C、D，結(jié)構(gòu)形式類似，屋蓋均為大跨度弧形張弦三角桁架結(jié)構(gòu)，包含8榀主桁架2榀邊桁架，各主桁架間連接6榀次桁架，張弦桁架長度103m，最大跨度為89m，頂部標(biāo)高最高點(diǎn)為35.6m，山墻位置有夾層鋼框架結(jié)構(gòu)。單個(gè)展館建筑面積為1.3萬㎡，張弦桁架兩端在支座位置采用了鑄鋼節(jié)點(diǎn)，支座形式為一端固定，一端滑動(dòng)，鋼柱最大截面為2m×1m。材質(zhì)選用Q345B，主桁架間距15m，次桁架間距18m，主次桁架高度相同均為2.5m，寬度3.0m，弦桿為圓鋼管，最大截面為Φ457*26mm?？缰袚螚U的高度為8m，撐桿采用圓鋼管，均勻地布置9根，下弦索采用的是?265x7mm半平行鋼絲束，拉索張拉力為137t。圖11.1張弦桁架屋蓋體系11.2工程施工難點(diǎn)本工程施工中面臨的難點(diǎn)主要概括為以下幾點(diǎn)：工期緊，質(zhì)量要求高。工程要求投入使用時(shí)間為2010年5月，2009年9月正式開工，鋼結(jié)構(gòu)主體要求在12月底前完成，設(shè)計(jì)、深化、制作及現(xiàn)場安裝都需在3個(gè)月內(nèi)全部完成，同時(shí)工程為市重點(diǎn)工程項(xiàng)目，質(zhì)量要求高，工程完工需確?！棒敯嗒?jiǎng)”。張弦桁架跨度大，結(jié)構(gòu)形式特殊，安裝難度大。張弦桁架全長103m，安裝撐桿后自身高度近11m，總重近100t，施工工序繁多，包括桁架拼裝、焊接、拉索安裝、張拉，索夾預(yù)擰終擰等多道工序。拉索張拉及大跨度桁架的吊裝的安全保證措施要求高。桁架張拉過程中會對桁架結(jié)構(gòu)以及支撐體系產(chǎn)生較大影響，張拉過程中的安全性必須嚴(yán)格保證。桁架整體吊裝過程中對拉索，桿件的影響也需進(jìn)行細(xì)致分析，確保吊裝安全。綜合考慮現(xiàn)場場地以及工期要求，桁架