中冶成工建設(shè)有限

中冶成工建設(shè)有限第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日一、工程概況嘉峪關(guān)氣象塔位于甘肅省嘉峪關(guān)東湖風(fēng)景區(qū)內(nèi)景觀廣場(chǎng)中軸線上，是該市的標(biāo)志性建筑。由國家氣象局和甘肅省嘉峪關(guān)市政府聯(lián)合投資3400多萬元，總建筑面積5278平方米，總高94.94米，是目前國內(nèi)最高的氣象塔。由裙樓和外掛“海豚”造型鋼網(wǎng)殼的塔樓組成。第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日海豚狀網(wǎng)殼采用2726根直徑89-219mm的鋼管對(duì)接焊接構(gòu)成。圍繞核心筒共有24根立桿、30層環(huán)桿和斜桿。網(wǎng)殼在3、6、9、11層通過水平拉壓桿連接在鋼筋砼核心筒體以及觀光層外環(huán)鋼梁的半球支座上。第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日二、工程特點(diǎn)海豚狀網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜。高空安裝定位點(diǎn)多。定位數(shù)據(jù)計(jì)算繁瑣。制造難度大、精度要求高、高空操作業(yè)困難。第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日

三、工程難點(diǎn)1制造難點(diǎn)網(wǎng)殼的相貫線三維建模復(fù)雜、相貫線桿件的切割精度求高。高空定位焊接操作難度大，焊縫質(zhì)量要求高。立桿為空間折線結(jié)構(gòu)，立桿的加工精度的保證。焊接變形的控制。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日2測(cè)量難點(diǎn)立桿、小拼單元的拼裝測(cè)量

對(duì)空間坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，便于立桿、小拼單元的地面加工與拼裝。高空安裝組對(duì)三維定位測(cè)量

定位觀測(cè)時(shí)受鋼框架、腳手架等障礙物阻擋，定位立桿空間方位角各不相同。第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日3安裝難點(diǎn)安全技術(shù)措施

鋼網(wǎng)殼高度高，高空安裝難度極大。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的吊裝

組成網(wǎng)殼的吊裝單元都是不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在吊裝過程中容易變形。第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日四、施工與測(cè)量1、桿件加工2、測(cè)量定位3、小拼單元的組裝與測(cè)量4、網(wǎng)殼安裝的安全技術(shù)措施5、小拼單元的現(xiàn)場(chǎng)定位拼裝與吊裝6、“海豚”頭部拼裝與吊裝7、“海豚”鰭的拼裝與吊裝第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日

1桿件加工海豚結(jié)構(gòu)鋼網(wǎng)殼計(jì)算機(jī)建模第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日相貫線切割加工第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日立桿的制作1-鋼平臺(tái)2-鏈桿組3-立桿4-卡環(huán)5-支桿6-磁座空間定位工裝示意圖立桿（Z,X）平面坐標(biāo)示意圖第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日立桿的焊接

立桿同徑對(duì)接接頭示意圖立桿變徑對(duì)接接頭示意圖第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日2、測(cè)量定位（1）、測(cè)量控制網(wǎng)的建立因氣象塔網(wǎng)殼中的混凝土筒體四周基本上是封閉的，故選擇在塔體四周地面上布設(shè)6各測(cè)量控制點(diǎn)，實(shí)施遠(yuǎn)距離實(shí)施定位觀測(cè)。為避免定位網(wǎng)殼頂部時(shí)，豎直角過大觀測(cè)不便及影響定位精度，布設(shè)的控制點(diǎn)均距塔體中心150米以外，大體均勻地分布在塔體四周，任何一個(gè)定位點(diǎn)都能與6個(gè)觀測(cè)墩之一通視。由于控制點(diǎn)直接用于安裝定位測(cè)量，不僅使用頻繁，且觀測(cè)時(shí)間很長，對(duì)穩(wěn)定性有較高要求，因此全部采用帶強(qiáng)制對(duì)中裝置的鋼筋混凝土觀測(cè)墩。第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日

控制點(diǎn)采用閉合導(dǎo)線形式連接，平面部分采用萊卡全站儀按1級(jí)導(dǎo)線的技術(shù)要求觀測(cè)，高程部分則采用索佳數(shù)字水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)的要求施測(cè)。網(wǎng)殼設(shè)計(jì)坐標(biāo)采用的工程坐標(biāo)系統(tǒng)，原點(diǎn)設(shè)在氣象塔混凝土筒體幾何中心，以“海豚”的對(duì)稱軸為Y坐標(biāo)軸，方向由“海豚”腹部指向背部；順時(shí)針90度方向?yàn)閄軸，Z軸鉛直向上。為將設(shè)立的六個(gè)控制點(diǎn)納入施工坐標(biāo)系統(tǒng)，聯(lián)測(cè)了Y坐標(biāo)軸線上兩個(gè)點(diǎn)為已知點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)線網(wǎng)作約束平差。平差數(shù)據(jù)處理使用COSA嚴(yán)密平差軟件完成，平差結(jié)果表明，已知點(diǎn)精度符合要求，六個(gè)控制點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程中誤差均小于±2mm。第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日控制網(wǎng)略圖如圖所示。

控制網(wǎng)網(wǎng)型與建筑軸線注：中心圖形為核心筒體，不依比例繪制；Z1-Z3、Z2-Z4為建筑物軸線上的點(diǎn)位，Z2、Z4作為控制網(wǎng)起算點(diǎn)，1、2、3、4、5、6為布設(shè)的六個(gè)觀測(cè)墩。第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日（2）、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)了一套基于AutoCAD系統(tǒng)的圖形操作轉(zhuǎn)換方法。根據(jù)圖形整體變換，不改變其相對(duì)空間關(guān)系的基本原理，通過一系列圖形旋轉(zhuǎn)、平移及變換投影面的操作步驟，實(shí)現(xiàn)了吊裝單元交點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)，向拼裝平臺(tái)相對(duì)坐標(biāo)的變換。相對(duì)于數(shù)學(xué)計(jì)算方法，圖形操作變換的顯著優(yōu)點(diǎn)是避免了復(fù)雜的計(jì)算，可以根據(jù)拼裝場(chǎng)地實(shí)際情況，靈活選擇最方便作業(yè)的放置方式，并且操作簡單、直觀、便于檢驗(yàn)而可靠性高。第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日

（3）、拼裝圖的制作在AutoCAD中完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換并制作拼裝圖的具體步驟為：步驟一：將吊裝單元相對(duì)應(yīng)的立桿節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)投影到XOY面上，以一立桿底部節(jié)點(diǎn)為基點(diǎn)，以兩側(cè)立桿底部節(jié)點(diǎn)的連線為基線（以3根立桿的拼裝單元為例），繞Z軸旋轉(zhuǎn)到使基線與X軸平行的位置。提取旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)，將其投影到ZOY面上得到吊裝單元水平面上的投影圖，投影圖反映了吊裝組件中立桿在拼裝平臺(tái)水平面上的相互關(guān)系。第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日步驟二：將旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)，投影到ZOX面上得到吊裝單元豎直面上的投影圖，投影圖反映了組件中立桿在拼裝平臺(tái)豎直高度方向上的相互關(guān)系。

步驟三：若拼裝單元兩端高差太大，會(huì)使得拼裝工作操作不便。為此可以在ZOX平面上，以拼裝單元中間立桿底端為基點(diǎn)，同一立桿頂端旋轉(zhuǎn)到與底端水平的位置，然后提取旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)，將其投影到ZOY面上，重新得到吊裝單元水平面上的投影圖。

步驟四：在拼裝平臺(tái)設(shè)立觀測(cè)點(diǎn)，以任意坐標(biāo)測(cè)繪拼裝平臺(tái)的范圍，將吊裝單元水平投影圖平移到拼裝平臺(tái)范圍內(nèi)，從圖上量取極坐標(biāo)法定位平裝單元定位點(diǎn)的數(shù)據(jù)。第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日

一個(gè)由3根立桿，4層組成的吊裝單元拼裝圖如圖2-1和圖2-2所示，其中圖2－1中標(biāo)注了觀測(cè)站按極坐標(biāo)法放樣吊裝單元立桿上下端點(diǎn)的水平角度與距離。圖2–1拼裝單元橫向投影圖(ZOY面)第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日?qǐng)D2－2拼裝單元縱向投影圖(ZOX面)第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日

組裝放樣步驟一：在拼裝平臺(tái)的觀測(cè)墩上用極坐標(biāo)放樣法，按水平投影圖上的數(shù)據(jù)精確將吊裝單元各立桿首尾兩個(gè)端點(diǎn)的位置，定位在拼裝場(chǎng)地上并做好標(biāo)記。

步驟二：對(duì)放樣出的點(diǎn)位進(jìn)行高差測(cè)定，通過測(cè)得的相對(duì)高差確定“地平改正數(shù)”，對(duì)縱向投影圖上的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，以消除拼裝平臺(tái)地面不平整的影響。

步驟三：考慮要使焊接桿件下側(cè)時(shí)便于操作，還需再對(duì)豎直投影圖放樣點(diǎn)高程值統(tǒng)一加一個(gè)“高程常數(shù)”，即：放樣點(diǎn)相對(duì)地面高度值＝豎直投影圖上高程＋地平改正數(shù)＋高程常數(shù)。第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日3、小拼單元的試裝第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日4、網(wǎng)殼安裝的安全技術(shù)措施鋼框架三維示意圖第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日5、小拼單元的現(xiàn)場(chǎng)定位拼裝與吊裝

第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日海豚”網(wǎng)殼主體（小拼單元）安裝示意圖小拼單元間散件安裝示意圖

第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日（1）、網(wǎng)殼安裝定位測(cè)量測(cè)量定位器第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日設(shè)立桿定位節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)為，所在立桿下一節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)為，棱鏡桿長度為，棱鏡坐標(biāo)為則：

第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日根據(jù)上述公式計(jì)算棱鏡坐標(biāo)簡便易行，定位時(shí)根據(jù)障礙物阻擋情況決定棱鏡桿長度后，由編程計(jì)算器就可快速計(jì)算。吊裝時(shí)首先使吊裝單元立桿下端與下一層上端（已安裝好）對(duì)接，這時(shí)立桿上端即已基本到位，觀測(cè)人員指揮安裝人員移動(dòng)吊裝單元上端，當(dāng)監(jiān)測(cè)到棱鏡坐標(biāo)觀測(cè)值等于時(shí)，吊裝單元即已處于正確位置。實(shí)際作業(yè)時(shí)，觀測(cè)標(biāo)志可以估計(jì)障礙物高度在地面預(yù)裝，若被阻擋則改換觀測(cè)站觀測(cè)，避免了空中安置測(cè)量標(biāo)志的操作，定位工作因而安全、快捷。第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日（2）、定位精度

如圖6所示，O為測(cè)站點(diǎn)，P為放樣點(diǎn)，S為斜距，Z為天頂距，a為水平方位角。則P點(diǎn)相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)為：第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日按照測(cè)量誤差理論,從上述計(jì)算式可求得三維坐標(biāo)放樣的精度為：

圖6三維坐標(biāo)放樣原理圖

第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日以2秒全站儀LeicaTCR402為例，當(dāng)測(cè)站點(diǎn)至放樣點(diǎn)的距離為200m，豎直角為30o時(shí)（高程測(cè)量最不利的情況），三維坐標(biāo)放樣精度滿足：

第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日（3）、單元吊裝與空間定位用C5530塔式起重機(jī)將拼裝好的吊裝單元吊到相應(yīng)位置后，首先對(duì)吊裝單元立桿底部進(jìn)行“限位”，使其對(duì)接卡在相對(duì)應(yīng)的下層立桿桿件頂部。然后用手拉滑輪將單元頂部移動(dòng)到設(shè)計(jì)位置，由于單元立桿底部已經(jīng)到達(dá)設(shè)計(jì)位置，如果單元桿件上部能到達(dá)設(shè)計(jì)位置，則定位工作完成。但實(shí)際上由于桿件加工、組裝、焊接過程中不可避免的存在誤差，底部立桿對(duì)接處不會(huì)完全對(duì)口正確，這時(shí)要采用滑輪組對(duì)吊裝單元立桿做遷引，使上下立桿端口嚴(yán)格對(duì)齊。第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日

下面圖7是18－25層吊裝單元吊裝時(shí)的情況。

第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日（4）、實(shí)際精度控制平面位置定位的實(shí)際精度控制

網(wǎng)殼拼接采用桿件對(duì)接焊接的連接方式，理論上定位誤差應(yīng)小于1mm。然而實(shí)踐中影響定位精度的因素眾多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)不完善，誤差都會(huì)超過允許值。實(shí)際上，海豚狀網(wǎng)殼本身只是一個(gè)外觀裝飾工程，除安全、穩(wěn)固的基本要求外，只要求外形符合設(shè)計(jì)要求，形象逼真，而節(jié)點(diǎn)定位值與設(shè)計(jì)值相差10多毫米，影響是完全可以忽略不計(jì)的。所以實(shí)踐中采用的作業(yè)辦法是：A、裝組件地面拼裝時(shí)，連接吊裝組件立桿上下端口的斜桿暫不焊牢，使立桿有一定移動(dòng)自由度。B、吊裝時(shí)若上下兩吊裝單元立桿端口對(duì)接不上，通過手動(dòng)滑輪施力，利用鋼管本身的韌性，強(qiáng)制移動(dòng)吊裝單元，使上下立桿端口完成對(duì)接。C、在此基礎(chǔ)上，再定位吊裝單元立桿上端到設(shè)計(jì)位置。實(shí)踐證明，按此作業(yè)方法，立桿節(jié)點(diǎn)定位誤差在5mm以內(nèi)時(shí)，均能順利實(shí)現(xiàn)對(duì)口連接，并且定位誤差不會(huì)逐層積累，不影響網(wǎng)殼外觀和往各上層的吊裝定位。按此定位精度要求，觀測(cè)定位不必采用高精度儀器和繁瑣的觀測(cè)程序，2秒全站儀半測(cè)回觀測(cè)就可達(dá)到要求，操作簡單、快捷，極大地提高了網(wǎng)殼安裝工作效率，保證了建設(shè)工程的順利進(jìn)行。第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日高程定位的實(shí)際精度控制根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001），高度允許偏差為：

注：式中為鋼管長度制造允許偏差；為立桿長度經(jīng)核載壓縮后的縮短值；為桿件接頭焊縫的收縮值；n為桿件焊接的節(jié)數(shù)。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于受桿件加工誤差、焊接收縮、端口對(duì)接不上而進(jìn)行切割修口等諸多因素影響，吊裝單元立桿在長度上存在較大誤差，并且表現(xiàn)出趨短的一致性。高程上的定位誤差不同于平面定位誤差，前者不會(huì)積累，而后者是積累的，所以必須引起足夠的重視。實(shí)踐中，我們采用逐層測(cè)量24根立桿的設(shè)計(jì)高與設(shè)計(jì)高的差值，統(tǒng)一對(duì)立桿上端口作一定切割，使同一層立桿上端口相對(duì)高差符合設(shè)計(jì)值。最后通過當(dāng)累加到一定值時(shí)，通過在較高層位置對(duì)立桿作統(tǒng)一加長處理來消除。第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日6、海豚頭部的拼裝與吊裝“海豚”鋼網(wǎng)殼25－35層是海豚的頭部，其桿件密集，焊接工作量相當(dāng)大。由于頭部整體重量低于吊車的起重能力，為提高作業(yè)效率，安裝作業(yè)采用地面拼裝成型后再整體吊裝。地面拼裝按八根立桿為一個(gè)單元，將頭部分為四個(gè)組裝片，在拼裝平臺(tái)上分別組裝后再合攏焊接，最后整體吊裝。圖8介紹了頭部的拼裝與吊裝過程。第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日頭部組裝圖頭部吊裝圖

第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日7、鰭的拼裝與吊裝

“海豚”的鰭是整個(gè)海豚網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中最復(fù)雜的部分，其中側(cè)鰭由206根長短、直徑不一的鋼管組成，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有8根桿件對(duì)徑連接，定位及焊接工作量均很大。側(cè)鰭背腹脊立桿構(gòu)成一空間平面如圖9，平面兩側(cè)結(jié)構(gòu)并不對(duì)稱，但左右側(cè)鰭相對(duì)于坐標(biāo)平面成鏡像關(guān)系。背鰭由106根長短、直徑不一的桿件組成，結(jié)構(gòu)相對(duì)于側(cè)鰭較為簡單，背鰭背腹脊所在構(gòu)成的平面為鉛直面，左右結(jié)構(gòu)相對(duì)于ZOY坐標(biāo)平面對(duì)稱。第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日鰭的組裝工序?qū)?cè)鰭的拼裝采用先對(duì)接組成鰭骨架的六根脊線立桿，組裝完后將6根脊線按正確的空間關(guān)系架設(shè)在拼裝平臺(tái)的定位樁上，再焊接斜桿和橫桿組成鰭。（1）組單桿根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，繪制縱橫向投影圖，得到測(cè)設(shè)定位樁的數(shù)據(jù)。測(cè)設(shè)定位樁，通過定位樁定位對(duì)鰭的立桿做對(duì)口焊接（2）鰭脊線立桿定位與斜桿、橫桿的拼裝每根脊線立桿由首尾和中間3個(gè)定位樁控制其空間位置，在拼裝平臺(tái)上設(shè)置18根定位樁后，即可將6根脊線立桿空間位置確定。六根脊線立桿置于對(duì)應(yīng)的定位立樁上，經(jīng)檢驗(yàn)正確無誤后，就可以按設(shè)計(jì)圖連接橫桿、斜桿拼裝鰭了（圖10）。鰭在地面整體組裝好后，依據(jù)塔吊的荷載能力，計(jì)算最佳的分割點(diǎn)，將鰭切割成兩塊分別吊裝，在高空合攏。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日

側(cè)鰭拼裝、切割

第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日側(cè)鰭第一段吊裝圖側(cè)鰭第二段吊裝圖側(cè)鰭的吊裝第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日背鰭的拼裝、吊裝尾鰭拼裝圖尾鰭吊裝圖第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日側(cè)鰭、尾鰭的吊點(diǎn)側(cè)鰭吊點(diǎn)圖尾鰭吊點(diǎn)圖第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日氣象塔工程竣工后的效果圖第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日五、與國內(nèi)外技術(shù)水平對(duì)比根據(jù)查新報(bào)告：國內(nèi)未見高塔海豚造型網(wǎng)殼施工技術(shù)采用了測(cè)量定位器、六點(diǎn)的定位方法、鋼框架與腳手架結(jié)合的措施。第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日國內(nèi)未見氣象塔曲面外網(wǎng)殼的三維定位安裝技術(shù)。

第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日該工程的制造技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、吊裝及安全技術(shù)措施是獨(dú)特的。嘉峪關(guān)氣象塔海豚造型鋼網(wǎng)殼施工技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期日