体育馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法（图）

'大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法1前言XXXX市XX全民健身活动中心体育场造型新颖、气势宏大，其主要受力构件巨拱顶面标高为129ｍ，跨度330ｍ，总重量2600吨，拱与垂直面角度呈6.1°。本工程首次将桥梁工程中的索拱结构巧妙地应用到建筑工程当中，且拱与地面垂线倾斜6.1°，受力体系极其复杂，施工难度极大。由于受运输和整体吊装因素限制，只能采取工厂加工现场拼装。若采用常规的分件高空散装方案，需在现场搭设大量的高空脚手架，高空组装，焊接难度大，而且存在较大的质量安全风险。大量脚手架的搭设占用场地、占用工期，对吊装及其他工种的穿插施工造成很大影响。借鉴国内大型钢结构的成功经验，采用“超大型构件液压同步提升施工技术”吊装主拱结构。将主拱分为5个单元，其中2个边单元采用支撑架使用吊车进行吊装高空焊接。中间三个单元采用地面焊接拼装，组拼完成后用液压同步提升进行吊装提升（长度180ｍ，重1600吨）。将其提升到设计高度后进行倾斜偏转至设计要求的6.1°，再与两个边单元进行空中拼接合拢，及预留后装杆件的安装。此种方法将有效的降低安装施工难度，节约了成本，且质量、安全和工期均能有效保证。此方案经过组织多次专家论证，实施后效果良好，通过认真总结，形成本工法，为今后类似工程施工提供宝贵经验。16 2工法特点2.1巨拱结构在地面分单元整体拼装有利于专业交叉施工，对土建专业影响较小。2.2巨拱结构主要的拼装、焊接及油漆等工作在地面进行施工，效率高，施工质量易于保证，减收了交叉作业及空中作业的危险性。2.3可最大限度地减少高空吊装工作量，缩短安装施工周期。构件加工运输方便灵活，组装快捷，易于保证质量。2.4采用“超大型构件液压同步提升施工技术”吊装钢结构，技术成熟，有大量类似工程成功经验可供借鉴，吊装过程的安全性有充分的保障。2.5液压同步提升设备体积小、重量轻，机动能力强，倒运和安装方便、可满足重量大的构件提升要求。2.6采用爬升式提升塔架，可减少吊车作业时间，巨拱结构安装完成后，拆卸不受场地影响，液压同步提升动载荷极小的优点，使得临时设施用量降至最小，大大的降低了施工成本。2.7构件在地面拼装，使用提升塔架吊装，节约了脚手架的塔拆及租赁费用，节约了占用场地、缩短了工期。。3适用范围适用于公共建筑预应力承重拉索的钢结构，如体育场、图书馆、会展中心等各种钢结构的屋盖，尤其适用大跨度、大空间、施工难度大、较复杂的公共建筑。16 4工艺原理利用有限的空间，有限的场地，较少的设备。地面组装与空中拼接相结合，同步提升和不同步的旋转相结合，控制偏转角度，达到整体提升后的高度偏转角度符合6.1°的设计要求。5施工工艺流程及操作要点场地平整→放线定位焊胎架→组装焊接、检测→涂装安装提升塔架→巨拱提升、调整角度达到设计6.1°的偏转要求→整体提升达设计高度→主对接合拢段支撑→焊接合拢段→验收涂装。吊装流程详见图5-1～5-10。图5-1XXXXXX体育场全景图16 图5-2XXXXXX体育场巨拱提升流程图图5-3XXXXXX体育场巨拱提升流程一16 图5-4XXXXXX体育场巨拱提升流程二图5-5XXXXXX体育场巨拱提升流程三16 图5-6XXXXXX体育场巨拱提升流程四图5-7XXXXXX体育场巨拱提升流程五16 图5-8XXXXXX体育场巨拱提升流程六图5-9XXXXXX体育场巨拱提升流程七16 图5-10XXXXXX体育场巨拱提升流程八5.1场地平整根据需拼接巨拱的长度，中间支水平仪，将场地水平标高抄测到四周的水平桩上，人工铺铲平整、夯实，在地面上铺设20ｍｍ厚度钢板（沿胎架长度方向）。5.2放线定位焊胎架根据坐标转化后的x,y投影点投放到钢板平台上，测量局拱标高及各交叉点的坐标点。形成田字型控制网，然后竖胎架模板及斜撑。胎架高度最低处应能满足全位置焊接所需的高度，胎架塔设后不得有明显的晃动状。拼装前，对胎架的总长度、宽度、高度等进行全方位测量校正，然后对桁架杆件的搁置位置建立控制网络，对各点的空间位置进行测量放线，设置好杆件放置的限位块，胎架在完成一次拼装后，必须对尺寸进行一次检测16 复核，符合要求后进行下次拼装。焊接完成24小时后对焊接部位进行检测，全部验收合格后打磨刷漆。5.3安装提升塔架5.3.1根据工程需要安装自爬式提升塔架2组，每组为一个提升单元，每组塔架上布置两台20吨吊车（每副塔架一个）。该塔架安装采用自爬式安装，可实现自升自降。安装步骤：1.安装塔架低节→2.安装塔架环梁→3.安装塔架标准节→4.安装套架→5.安装顶升油缸→6.安装塔架顶节→7.安装托梁→8.安装提升大梁→9.安装门座→10安装回转节→11.塔架组装完成并验收→12.确认上下环梁销轴固定→13.对顶升油缸等设备进行检查→14.标准节起吊至适合高度→15.标准节挂至引进梁→16.牵引小车拖拉标准节→17.拔出上环梁销轴顶1.5ｍ→18.环梁销轴固定下环梁销轴拔出收缩1.5ｍ→19.重复上述两个过程直至顶升6ｍ→20.再顶升300ｍｍ→21.用小车拖拉标准节就位→22.收缩300ｍｍ，标准节连接。重复上述过程安装完毕再顶升到第六节（60ｍ）标准节时，顶部安装硬支撑及临时缆风绳，拉设永久缆风绳，油缸吊装。5.3.2液压提升承重系统主要有液压提升器、提升地锚和专用钢绞线组成，巨拱提升局域钢结构提升总重量为1600吨，配备8台TJJ-3500型（额定提升能力为380吨）的液压提升器，配备4台液压泵站，单台TJJ-3500型液压提升器每台内穿24根钢绞线，提升施工前应对提升系统包括承力结构、提升吊点、被提升钢结构等进行详细检查。5.4巨拱吊装5.4.1将巨拱钢结构分为5个单元，其中两个边单元采用支撑架使用吊16 车进行吊装，中间三个单元采用液压同步提升进行吊装。为减少支撑胎架高度，将第三单元在地胎架上进行拼装，将第二及第四单元在两测胎架上分别组装，首先将第三单元提升到16.6ｍ，将第二单元及第四单元与第三单元进行连接，然后将三个单元进行整体提升，将其提升至82.27ｍ预定设计标高后，再与第一单元和第五单元进行对接及预留后装杆件的安装。巨拱提升采用计算机同步提升控制，为确保巨拱结构提升过程的安全，根据巨拱结构的特性，采用“吊点油压均衡，结构姿态调整，位移同步控制，分级卸载就位”的同步提升和卸载落位控制策略。提升运行通道上无影响结构提升的障碍物，若存在障碍物应在试提升前全部清除。提升过程中应密切观测结构及提升系统的情况是否正常，若出现异常应立即停止作业，按应急方案处理正常后，才能继续施工。钢结构整体提升到位后，提升设备卸载应采用分级卸载方式，分级卸载应有必要的时间间隔。钢结构提升及卸载过程宜采用应力实时监测手段加以观测。5.4.2调整角度由于钢拱与垂直面呈6.1°，因此在提升过程中，随着提升重量的逐渐增加，必须/不断调整提升钢绞线，使钢拱保持提升状态下与垂直呈6.1°的状态。在提升第三单元时，4个吊点的提升器分级加载，并调整4个吊点的提升油压，使得钢拱整体提升脱离底部拼装胎架，此时测量钢拱与垂直角度，如果钢拱的垂直偏角不为6.1°，则调整四个吊点使得钢拱与垂直面呈6.1°；调整后4个吊点的提升器同步提升；在整体提升中间三单元时，此时，各个提升吊点的反力有所变化，应根据理论计算，设定油压，启动提升器，逐级增加油压，使得钢拱提离地面，此时测量钢拱与垂直面角度，16 如果钢拱的垂直偏角不为6.1°，则调整四个吊点直至钢拱与垂直呈6.1°。6材料与设备6.1主要材料6.1.1巨拱原材料为Ф1200㎜、Ф299㎜、Ф402㎜的钢管，进场钢管材料需满足标准的要求，材质证明与复验报告齐全。6.1.2现场所用焊材需满足GB/T5117《碳钢焊条》、GB/T5118《低合金钢焊条》、GB/T14579《熔化焊用焊丝》、GB/T8110《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》等标准的规定。6.2主要设备巨拱的吊装过程中需要的材料与设备见下表6.2所示：巨拱吊装主要材料与设备表表6.2表号材料或机械设备名称型号规格数量用途1钢管Ф1200㎜数吨巨拱原材料2钢管Ф299㎜数吨巨拱原材料3钢管Ф402㎜数吨巨拱原材料4龙门门架A额定起重量28001副提升门架5龙门门架B额定起重量28001副提升门架6150t履带吊QUY1501台安装大梁7500t履带吊QUY5001台管口对接8提升油缸380t8台提升巨拱16 9缆风张拉油缸100t12只门架12道缆10液压动力泵站60型4台调节油缸油压11计算机控制系1套控制提升油缸12钢绞线Φ1842t巨拱提升13主梁抗风系统100t/套4套主梁抗风14卷扬机10t4台主梁抗风15千斤顶50t4套管口调节16经纬仪4台巨拱、塔架坐标、转角等测量17水准仪2台高差、高程、沉降等测量7质量控制7.1主要依据标准索拱结构施工质量验收国家暂无标准，我公司结合GB50205-2001《钢结构工程施工及质量验收规范》、GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》和JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》、等国家相关规范、规程的要求制定了《XXXXXX体育场钢结构工程施工质量验收标准》。7.2钢结构分包单位资质及无损检测自检必须具备相关资质；7.3钢结构分包单位人员必须具备相关的资格证书；7.4焊接、测量、无损检测设备计算部门证书及维修记录等资料必须齐全；7.5现场焊工必须经考试合格取得合格证书。7.6明确各级人员的质量职责、工作程序。16 7.7对参与巨拱拼装、安装、吊装施工等所有人员进行质量技术培训，培训合格者才能上岗，不合格者禁止上岗。7.8对所有钢结构的焊缝经外观检查合格后，还须按JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》进行检查。8.安全措施8.1巨拱吊装施工的安全措施应符合JGJ80-91《建筑施工高处作业安全技术规程》、JGJ46-2005《施工现场临时用电验收规范》、JGJ59-99《建筑施工安全检查标准》、《建筑安装工人安全技术操作规程》等标准规定。8.2钢绞线安装时，高空应铺设安装、操作临时平台，地面应划定安全区，应避免重物坠落，造成人员伤亡；下降前应进行全面清场，在下降过程中，应指定专人观察地锚、上下吊耳、提升器、钢绞线等的工作情况。8.3大拱液压同步提升过程中，注意观察设备系统的压力、荷载变化情况等，现场负责人必须合理安排人员，密切注意所有液压顶的变化情况，并认真做好记录工作。8.4提升过程中应密注意液压提升器、液压泵源系统、计算机同步控制系统、传感检测系统等的工作状态。8.5各工种人员必须持证上岗，严格遵守本工种安全操作规程。同时高空作业人员还须经医生检查合格，才能进行高空作业，高空作业人员必须带好安全带，安全带应高挂低用。8.6起重吊装巨拱时必须严格遵守操作规程。8.7制定火灾和高处坠落事故应急响应预案，并进行演练。16 9.环保措施9.1大型体育场馆在工程施工过程中，严格遵守国家和地方政府有关环境保护的法律法规，并加强对施工中燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、废弃物的控制和治理。9.2施工现场采取封闭作业。9.3施工前加强对职工的环保教育，组织职工学习相关环保法律、法规，增加环保意识强化环保管理。制定相关环保措施和奖惩制度，并进行定期和不定期的环保监督。9.4制定切实可行的措施，防止施工用燃油、水的“滴、漏、撒”。9.5严格控制施工中的噪声、粉尘、废气体、光辐射等的污染，确保周边居民群众的正常生活不受影响。10效益分析10.1工效高，管理操作更安全方便。巨拱分5个单元，分别在地面拼装，使用提升塔架吊装，可最大限度地减少高空吊装工作量。而且节约了脚手架的塔拆及租凭费用，减少工程预算。工效提高了30%；每个巨拱单元可节约机械费用35万元；材料费用节约130万元。10.2巨拱结构的拼装、焊接及油漆等工作在地面进行，大幅度提高了工作效率，缩短施工周期，降低施工成本，此部分节约施工成本38万元。10.3投入临时设施和人员量大大减少。巨拱采用爬升式提升塔架，可减少吊车作业时间，待巨拱结构安装完成后，拆卸不受场地影响，使得临时设施用量和施工作业人员用量降至最少，极大的降低了施工作业成本。16 此部分节约施工成本30万元。10.4施工速度快，工序衔接紧凑，工期短，质量更易于保证。与传统的大型拱结构高空拼装施工方案相比，工期缩短15％，施工预算降低12％，且环保、节能，节约了大量的时间、人力和物力，创造了巨大的经济效益和社会效益。10.5安全系数更高。由于采用了地面进行巨拱钢结构拼装、焊接及油漆等作业，避免了大量的高空作业，大大降低了施工人员的施工难度和施工风险，避免了危险危害因素的发生，确保了施工人员的施工安全和施工质量。10.6地面作业焊接质量高，施工质量更易于保证。由于采用了地面进行巨拱钢结构拼装、焊接及油漆等作业，使得焊接质量更高，确保了焊缝内部质量与外部的成型美观，焊缝一次合格率可达99%以上。11.应用实例实例1、XXXX市XX全民健身活动中心体育场造型新颖、气势宏大，总建筑面积㎡，设有观众席35107座，地上三层，体育场设有开合屋盖，可以满足全天候使用要求，是我国规模最大的开闭顶体育建筑。建筑方案结合内蒙古草原“弓”造型，巧妙地采用钢管拱桥的设计理念，通过钢索将屋盖大部分重力荷载传给巨拱，使大跨度屋盖桁架高度大大降低，水平荷载则由下部刚度较大的混凝土看台结构承担。钢结构总用钢量1.2万吨，设有46根钢索。其主要受力构件巨拱顶面标高为129ｍ，跨度330ｍ，总重量2600吨，拱与垂直面角度呈6.1°。本工程首次将桥梁工程中的索拱结构巧妙地应用到建筑工程当中，且拱与地面垂线倾斜6.1°，受力16 体系极其复杂，施工难度极大。此种巨拱吊装施工方法方式新颖、施工方便、施工成本低、工期短，是对大型索拱钢结构施工方法的创新，已引起人们越来越多的关注。此种巨拱吊装施工方法在XXXXXX区全民健身中心体育场工程应用实践证明，可大大缩短了工期、大幅降低了工程预算和成本、工程质量合格率100％，而且节能、环保效果显著，得到了业内专家及国内同行的一致好评。关键技术成熟可靠，可以广泛推广应用。16'