辽宁地标性会议中心钢结构管桁架屋盖施工工法

'钢结构管桁架屋盖施工工法第1章前言钢结构管桁架屋盖以其具有造型美观（可建成平板形、圆拱形、任意曲线形）、制作安装方便、结构稳定性好、刚度大、经济效果好等独特的优势日益受到人们的青睐，被越来越广泛地应用于体育场馆、站房、会展中心等大型公建中。本工法主要针对相贯面钢桁架的安装，形成了一套方便、快捷、经济合理的施工方法，打破了传统安装方式定位困难、修补繁琐、费工费时等不经济的状况。本工法通过简单的技术措施，优化并完善了屋面管桁架施工技术及相关施工工艺，形成了一套技术上先进、经济上合理的完整的施工方法，取得了良好的技术效益、经济效益和社会效益显著，极具推广应用价值。为解决桁架在工厂加工成整榀后超高超宽无法运输问题，同时保证节点焊接质量，将桁架在工厂加工时将上下弦纵横向相交的节点部位相贯线焊接完成，然后将弦杆切割，加工成十字形节点；为方便腹杆相贯面安装，利用自制旋杆装置进行腹杆相贯面安装定位；同时结合工程及当地的气候条件，合理设置合拢带以减少温变应力，确保结构安全，本工法不但降低了施工难度、保证了结构质量，缩短了安装时间、提高了工效，创造了可观的经济效益。第2章特点本工法将管桁架上下弦纵横向相交的节点加工成十字形节点，采取自制旋杆装置对管桁架腹杆安装进行相贯面的对接、定位，同时结合工程及当地的气候条件，合理设置合拢带以减少温变应力，确保结构安全。相对于屋面相贯面管桁架其他安装方法，本工法具有以下特点：2.0.1相贯面管桁架安装方便、快捷，操作简单；2.0.2使用本工法进行相贯面安装质量高，位置准确；2.0.3本工法将部分工作量放入加工厂，形成标准化、工厂化，利于推广；2.0.4加快了工期、降低了成本；2.0.5本工法便捷、简单，实用性强。第3章适用范围3.0.1本工法适用于相贯面管桁屋盖架安装；3.0.2本工法适用于其他钢结构管桁架的安装。第4章工艺原理 4.0.1桁架在工厂加工时将上下弦纵横向相交的节点部位相贯线焊接完成，然后将弦杆切割，加工成十字形节点；为方便腹杆相贯面安装，利用自制旋杆装置进行腹杆相贯面安装定位，将上下弦相交节点相贯面做成“十”字节点，主管为直段，次管根据屋盖的曲率变化，角度不同，并做编号标识。如图4.0.1工厂加工十字节点。4.0.2屋盖安装采用满堂脚手架，安装时，先按装下上弦节点，同时将三根腹杆带角度吊装，过程中采用自制旋杆装置，实现相贯面对位，自制旋杆装置主要是工厂加工时，将腹杆及收边杆件等相贯面杆件，在相贯面管口300mm处焊接M16螺母，将M16螺母平放在管壁外表面，将螺母与管紧密焊接（如图4.0.2螺母位置图）。喷砂前，用透明胶带对螺母进行保护。图4.0.2螺母位置图4.0.3安装相贯面腹杆杆件时，将加长M16螺杆拧入腹杆螺母，带角度安装斜向相贯面腹杆，吊索系在螺母下侧，防止因杆件带角度吊装产生滑脱。相贯面管口接近上、下弦节点时，搬动螺杆，使杆件绕轴心线旋转。先将上弦节点相贯面对位，再将下弦节点相贯面移入位置，将整个杆件临时固定后焊接相贯面管口，拧下加长螺杆。4.0.4为有效降低温变应力，管桁架屋面安装设置合拢缝，合拢温度充分考虑施工阶段及正常使用阶段的温度变化。4.0.5焊缝按设计等级探伤合格后，进行支撑拆除施工。第5章工艺流程及操作要点 5.1管桁架屋面盖施工工艺流程杆件加工→复测柱顶标高→临时脚手架搭设→支座及杆件安装→桁架下弦层安装→腹杆安装→上弦层安装→调整校正→檐口收边杆件安装→焊接→焊缝检测→临时脚手架拆除。5.2操作要点5.2.1杆件加工1为解决桁架在工厂加工成整榀后超高超宽无法运输问题，同时为保证上下弦纵横向相交的节点部位相贯焊接质量，在工厂将桁架上下弦纵横向相交的节点部位相贯线焊接完成，然后将弦杆切割，加工成1000mm×1000mm十字形节点（见图5.2.1相贯面十字节点），所有弦杆、腹杆按施工图全部加工成标准长度杆件，散件运输到施工现场。图5.2.1相贯面十字节点2构件运输进场后，在指定的地点卸货堆放，卸货时各种杆件型号应分类、分区摆放，应注意将编号、标记放在显眼位置以便识别。5.2.2复测柱顶标高由于整个屋面网架坐落在核心筒角柱顶部，先对角柱柱顶标高进行复测，并记录柱顶标高的偏差值。如标高偏差过大，要进行专门处理；如偏差较小，可根据偏差值对其进行支座安装时的微量调整。5.2.3临时脚手架搭设为满足屋面管桁架安装要求，根据节点位置及支点受力情况，搭设临时脚手架。脚手架搭设前，应进行详细计算，并在主要受力点进行局部加固措施。5.2.4支座及杆件安装1支座安装1）使用全站仪对支座支撑面顶板的位置、标高、水平度及支座位置进行复测，其允许偏差符合表5.2.4规定。表5.2.4支撑面顶板、支座位置的允许偏差（mm）项目允许偏差支撑面顶板位置15.0顶面标高0-3.0顶面水平度L/1000支座位置中心偏移±5.02）利用塔吊或履带吊等对支座进行整体吊装。3）吊装前保证支座固定锁牢，防止屋面安装过程中自由滑动和偏转。分别在柱顶和支座四周画好十字线，作为支座安装时的中心控制线。 4）支座吊装就位后应进行精确校正，使支座十字线与柱顶十字线对正，中心线允许偏差±5mm。5）经测量无误后，进行底座与柱顶之间的焊接、探伤。2杆件安装为加快安装进度，管桁架利用脚手架采用高空散拼，施工过程中，将屋面分为几个区域进行施工，区域划分面积，根据工程当地气候确定，区域之间杆件后装，自然形成温度合拢带。1）支座安装完成后，以各个支座为中心，形成基准网格。具体做法如下：（1）将下弦节点和下弦杆定位装成矩形并全部固定牢固，如图5.2.4-1支座下弦杆及下弦节点安装。图5.2.4-1支座下弦杆及下弦节点安装（2）安装上弦节点及斜腹杆，此时腹杆顶端应与上弦节点进行点焊临时固定。如图5.2.4-2安装上弦节点与腹杆。图5.2.4-2安装上弦节点与腹杆图5.2.4-3安装上弦杆（3）测量完成的第一个正四棱椎体并精确调整定位，以次安装临近的上弦节点及腹杆并精确定位，安装上弦杆（如图5.2.4-3安装上弦杆）。（4）安装过程，下弦节点及上弦节点均采用临时支撑。以此类推直至支座基准网格完成(如图5.2.4-4支座网格完成)，形成以支座为顶点的倒四棱锥。 图5.2.4-4支座网格完成5.2.5桁架下弦层安装支座网格形成后，进行桁架下弦层的安装，首先将下弦十字节点准确定位在脚手架上，调整十字节点的标高、角度，使其完全满足设计要求后，固定。用下弦杆件将各节点连接，完成下弦层杆件安装。5.2.6腹杆安装准确定位上弦十字节点位置，并在脚手架上设置支撑上弦节点的临时支撑，将上弦十字节点的标高、角度复核准确后，定位在临时支撑上，将一根腹杆连接于上下弦十字节点之间，如图5.2.6-1腹杆安装示意图：图5.2.6-1腹杆安装示意图一根腹杆固定后，其它三根采用三根腹杆同时吊装法，将三根腹杆带角度吊装。腹杆吊装过程中采用自制旋杆装置，将相贯面对位。自制旋杆装置主要是工厂加工时，将腹杆及收边杆件等相贯面杆件，在相贯面管口300mm处焊接M16螺母，将M16螺母平放在管壁外表面，将螺母与管紧密焊接（如图5.2.6-2螺母位置示意图）。将螺母用透明胶带进行喷砂前保护。 图5.2.6-2螺母位置示意图在地面上，将加长螺杆拧入相贯面腹杆焊接的螺母内（如图5.2.6-3拧入加长螺杆示意图）。图5.2.6-3拧入加长螺杆示意图将吊索吊在加长螺杆（自制旋杆装置）下侧，起吊腹杆，为使腹杆两端分别对应上弦节点和下弦节点，吊装过程使腹杆直接带角度吊装。这时，自制旋杆装置还能起到了防止腹杆滑动的作用（如图5.2.6-4腹杆带角度吊装示意图）。 图5.2.6-4腹杆带角度吊装示意图每个腹杆两个杆端接近上、下弦节点时，能清晰看到相贯面对位的角度、方向是否与实际对应，通过手拉葫芦调整吊索长度，使腹杆角度同时满足两端与上下两个节点相接，搬动加长螺杆，使腹杆绕轴心旋转，以达到杆端相贯面与上下两个节点相贯。腹杆安装时，因两端均为相贯面，适当将下弦支撑点降低10-20mm，待腹杆安装完毕后再将下弦杆恢复原位。腹杆角度、方向、相贯位置等完全满足设计要求，将腹杆与节点临时固定（电焊）牢固，松开吊索，将加长螺杆拧出。5.2.7上弦层安装将安装完腹杆的上弦十字节点用上弦杆件连接，形成大拼单元。整个过程不断重复，形成桁架网格的大面积拓展，如图5.2.7桁架网格安装示意图。步骤一步骤二步骤三步骤四步骤五步骤六 步骤七步骤八步骤九如图5.2.7管桁架网格安装示意图拓展至温度合拢缝后，停止杆件的安装，充分考虑施工阶段及正常使用阶段的温度变化，取当地年平均气温值进行最后的合拢工作。5.2.8调整校正大拼单元安装完成后，使用全站仪对十字形节点坐标进行复测。屋盖管桁架采用空中散装，对接口多、焊接收缩值大，容易产生积累误差。为避免累积误差较大，在施工中以四根弦杆长度，八个对接口作为一个控制单元，安装偏差及焊接产生的收缩误差，严格控制在每个单元内。如在过程中个别部位仍存在较大误差，可通过适当调节管口焊缝间隙，减少或增加杆件长度控制偏差，保证单元整体偏差在规范允许偏差范围之内。5.2.9檐口收边杆件安装檐口收边杆件多，位置互相交接形成多管相贯节点，一些主要杆件先行相贯，形成隐蔽焊缝，因此，杆件安装顺序是保证多管相贯节点焊接质量的保障。首先安装主要杆件，经测量无误后，进行主杆件相贯面的焊接、探伤。合格后，依次进行次要、再次要杆件的安装、焊接、探伤。见如图5.2.9檐口收边杆件安装图： 图5.2.9檐口收边杆件安装图5.2.10焊接大拼单元形成后及收边杆件隐蔽焊缝焊接完成且次要杆件准确定位后，确认符合要求，开始全面焊接。任用具有全方位焊接资格的焊工焊接相贯面，焊接采用手工电弧焊，CO2气体保护焊相组合的焊接方法，其流程为：焊前检查→校正、预留焊接收缩量→定位焊→焊前清理→焊接→焊后清理1焊前检查焊接前用卡具对钢管同心度、圆率、纵向曲度认真检查，确认符合要求后进行焊接，焊接时不得在接近坡口管壁上点焊连接板或硬性敲打，避免管四周表面出现凹凸不平，圆弧不顺滑的情况，相同外径管对接其错口应≤2mm，内衬套管必须紧实贴合牢固。2校正、预留焊接收缩量为确保整个桁架系统的几何尺寸不因焊接收缩引起改变，桁架安装时依据管径大小、壁厚预留焊接收缩量，校正后进行固定。由于杆件现场安装中人为因素产生误差，加之气候条件、施焊工艺、同一直线对接焊缝多、焊肉大小和构件断面等多种因素的影响，焊接完成后变化较大，每一对接口的收缩量约在2-3mm范围之间。为保证本次屋盖桁架安装的整体精度，在同一直线方向的对接口安装时应预留焊接收缩量2-3mm。3定位焊定位焊对管口的焊接质量有直接影响，桁架上下弦组对方式通常采用连接板预连接，定位焊位置应为圆周三等分，定位焊应与正式焊接相同的工艺进行，长度L＞50mm，H≥4mm。4焊前清理正式焊接前将对接口处定位焊的焊碴、飞溅物等认真清理干净。5焊接总体焊接程序：打底焊→中间层→面层；焊接时，分段长度优先全部进行打底焊，控制好焊接温度在230O℃左右，打底焊全部完成后，清除焊缝内药渣，进行中间层、面层焊接，中间层、面层焊接一次完成。焊接从中间开始向两端进行，先焊下弦管对接口→焊接腹杆与下弦管相贯线→焊接腹杆与上弦管相贯线→焊接上弦管对接口。6焊后清理焊缝完成后，当认真进行外观检查，除去焊道上的飞溅、焊瘤、气孔、夹渣、熔合裂纹等缺陷，对于相贯线角接形式焊缝，焊脚尺寸应符合设计要求及相贯钢管两者中较薄管壁厚度的1.5倍。 5.2.11焊缝检测焊接完成24小时后，依据设计要求的焊缝等级进行探伤检测。检测不合格的焊缝按要求进行整改。5.2.12临时脚手架拆除所有杆件安装、焊接完成，且检测合格后，进行临时脚手架的拆除工作。拆除时，所有特殊工种务必执证上岗，每天班前均进行脚手架拆除的安全技术交底，确保拆除过程中，安全管理受控。拆除时，先按周边到中心的顺序拆除节点临时支撑，最后将支座临时固定拆除。5.3合拢施工为避免施工与使用过程中产生温变应力超限，钢屋盖设置合拢带。5.3.1结构合拢带的选择在确定合拢带时，不但要考虑结构本身的受力和变形情况，同时还考虑钢结构的整体安装顺序和安装分段情况，尽量减少合拢点的数量，并确保施工过程的安全。5.3.2合拢温度的选择根据钢结构工程总体进度安排及工程所在气象资料，并结合全球气温变化趋势，充分考虑施工越冬、夏季施工及使用温度选择合拢温度。为了适当减少管桁架使用状态下因环境温度变化，产生的内应力过大，考虑合拢施工时尽量避免阳光、温差等带来的温度变形，所以合拢施工需安排在早上太阳没有出来的时候，或者中午屋顶钢结构温度均匀后，避免由于阳光带来的温差影响。结构合拢之前，在整个钢结构布设温度测点，对钢结构本体温度进行全程实时检测。5.3.3合拢带安装工艺1为控制合拢时合拢带的间隙，减少合拢带的焊接量和焊接残余应力，确保合拢带的焊接质量，在进行合拢段安装时，该间隙大小要考虑温度变形计算结构和焊接收缩变形。2为确保合拢段施工安全，合拢段安装就位后，除设计要求的合拢带不进行焊接连接外，其他接口部位均需及时焊接，以增强结构的整体稳定性。3为确保合拢带在施工过程中因温度变化而自由伸缩，合拢带采用防坠板搭接连接，防坠板的大小和数量需根据该部位的受力计算确定。第6章材料与设备6.1主要材料屋面管材的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求。采用标准M16螺母，配备自制旋杆装置（加长螺杆）。6.2主要施工机械主要机械设备及器具见表6.2施工工具一览表：表6.2施工工具一览表 序号类别名称规格/型号数量1测量工具全站仪R-202N1台2电子经纬仪DJD22台3水准仪DZS35台4红外线测距仪ND30005台5钢卷尺50m5把6钢卷尺5m20把8施工工具电焊机BX-50015台9电源箱二、三级16台10吊索Φ17.5，长10m10根11手拉葫芦2吨30个12扳手5把13塔吊3台第7章质量控制屋面管桁架安装，测量工作尤为重要，因此对桁架测量应严加控制：7.0.1桁架坐标测量：一是测量临时支撑架顶面标高，二是测量下弦十字形节点管口的三维坐标，允许偏差小于5mm。7.0.2桁架拼装时对网格的尺寸控制：采用钢卷尺对网格边长复核和桁架矢高测量。7.0.3桁架下弦节点的标高控制：安装时支撑有时会产生下挠变形、轻微晃动等因素，将影响下弦层十字节点的安装精度。桁架安装时，主要采取控制下弦十字形节点下面的支撑高度，使其对整个屋面的安装不造成影响，过程中务必进行跟踪监控。本工法执行《钢结构工程施工质量验收规范》（50205—2001），允许偏差按表7.0.3执行。表7.0.3钢结构管桁架屋盖结构安装的允许偏差（mm）项目允许偏差检验方法纵向、横向长度L/2000，且不应大于30.0-L/2000，且不应大于-30.0用钢尺实测支座中心偏移L/3000，且不应大于30.0用钢尺和经纬仪实测周边支承架相邻支座高差L/400，且不应大于15.0用钢尺和水准仪实测支座最大高差30.0 多点支承管桁架相邻支座高差L1/800，且不应大于30.0注：1、L为纵向、横向长度；2、L1为相邻支座间距。第8章安全措施及劳动力组织8.1安全措施屋面施工过程中，吊装、焊接、涂刷等作业均在高空进行，相对其他分部分项工程，危险性较大，采取必要的措施，是施工过程中安全的重要保障。主要采取了如下措施：1进行三级安全教育，使施工人员了解进行作业的环境和危险程度，熟悉操作规程，检查劳动保护用品是否完好并会正确使用。2使用手拉葫芦安装杆件时，手拉葫芦悬挂在节点顶部的拔杆上，操作时葫芦的挂钩、销子、链条、刹车等装置必须保持完好。3起吊用的手拉葫芦，不准超负荷使用；相贯面就位时，拉动葫芦必须缓慢、轻柔，微量调整吊索长度。4焊工操作前做好各项准备工作，在施工焊接时，应严格执行动火制度。并设有专人看护，挂好接火斗，准备好灭火器材，以确保安全施工。5电焊机的连接电源线有磨损，线路绝缘老化损坏的，立即更换，防止漏电。6下弦杆件与节点焊接完毕，具备拉网条件，立即拉一道安全平网（大眼网）。7所有作业人员必须穿专用防滑鞋。8雨天、雾天、大风天气严禁作业。8.2劳动力组织本工程屋盖结构工程量较大，施工前进行了详细的分区，每个施工区域内，根据工作面配备施工班组的数量。管桁架施工过程中，每班组劳动力安排按表8.2屋面管桁架施工劳动力计划表进行。表8.2屋面管桁架施工劳动力计划表序　号工　种数　量序　号工　种数　量1安装工64测量工22电焊工55打磨工13铆工36油漆工1合计18人第9章环保措施9.0.1材料堆放要整齐，出入现场车辆要保持清洁。9.0.2电焊条随用随收集，不准随意丢撒电焊条头。9.0.3焊接作业必须悬挂接火斗，防止焊渣、铁水溅落地面。 9.0.4夜间进行焊接施工时应采取挡光措施，防止光污染扰民。9.0.5油漆及防火涂料存放在通风较好的空间，不可集中存放。9.0.6油漆及防火涂料存放处，必须配备消防设备，防止意外爆炸。第10章效益分析大连国际会议中心工程、长春市政府新建办公楼、营口奥体中心等工程应用本工法施工获得了良好的效果，大大减少了常规工艺条件下相贯面安装合格率低而导致的大量返工返修费用，同时减少了杆件安装后切割、打磨等工序，降低了成本、加快了施工工期。大连国际会议中心工程加快工期30天，节约费用160万元。经济效益计算如下：本工程屋面杆件约3600根，按常规工艺两端焊接栓钉，需焊接7200根栓钉：5.2元/个×7200个=3.744万元；切割栓钉每人每天切割100个，10人7天切割完成；打磨每人每天打磨200点，5人7天完成：10人×7天×150元/工日=1.05万元；5人×7天×150元/工日=0.525万元；需用氧气、乙炔72套,每套105元/套：72套×105元/套=0.756万元；需用延长工期30天，现场6台塔吊，每天租费3.6万元；现场脚手架3500吨，每天租费1.75万元：（3.6+1.75）×30=160.5万元；按自制旋杆装置工法施工，共需焊接7200个M16螺母：0.2元/个×7200个=0.144万元；共节约费用：160.5+0.756+0.525+1.05+3.744-0.144=166.575万元。三个工程累计节省费用超过2000万元，直接和间接经济效益非常显著。同时，上述工程均是当地非常有影响力的重点工程和地标性建筑，深受社会各界关注，社会影响非常大。通过工法改进，加快了屋面管桁架安装定位施工难题并确保了施工工期，同时上述工程分别获辽宁省优质主体结构工程、大连市质量安全管理标准化示范工程及鲁班奖等质量奖项，并多次接待其他省市政府部门的各种观摩学习参观团和代表当地建筑业接受省级、国家级检查，获得社会各界好评，社会效益非常显著。第11章工程实例11.1大连**会议中心大连**会议中心工程由大连市政府投资兴建，由奥地利蓝天组负责建筑方案设计，大连市建筑设计研究院结构施工图设计。该工程地下1层、地上4层，建筑面积14.6万m²，总建筑高度59m。本工程为大连市重点工程，社会影响大，建成后将成为大连的标志性建筑物 之一。开工时间为2009年3月23日，竣工时间2010年12月31日。该工程结构造型复杂，由核心筒、独立柱以及幕墙柱三大支撑体系承载整个结构荷载，其中屋面管桁架杆件3600多根。通过本工法的应用，成功的解决了屋面管桁架相贯面定位难的问题，确保了整个工程的安装精度和整体安装质量，节省工期7天。先后获得大连市质量样板工程，工程主体结构现已基本完成。同时大连市建委也在本工法实施期间组织了现场观摩会，参观人数达到创纪录的2000人以上，获得了业主、设计、监理以及众多社会各界参观者的一致好评，本工程经济效益和社会效益显著。11.2营口奥**克体育场营口奥林匹克体育中心体育场工程位于营口市沿海产业基地范围内，建设地点为辽宁(营口)沿海产业基地新联大街、博文路、新联北大街及奥体西路围合的奥体中心地段。建成后可满足各种地方性，群众性运动会比赛的需求。其空间使用面积为24771.71平方米,观众席顶蓬为索拉管桁架结构，水平投影面积为15512.16平方米。施工过程中，成功运用了十字节点、自制旋杆装置、三杆同时吊装等施工工艺及施工方法，加快了屋面钢管桁架的施工速度，节约了施工成本，使整个管桁架提前15天完成，得到了业主及监理的一致好评。整个施工过程未发生任何质量和安全事故，主体结构质量获得了“辽宁省优质主体结构”称号，经济效益和社会效益显著。11.3长春市**新建办公楼长春市政府新建办公楼工程处于长春市人民大街南端，总建筑面积为70531m2，地下一层，地上七层。管桁架结构投影面积共计为1780㎡，位于一区中厅屋顶和三区大会议室屋顶，跨度分别为18m和32.4m，一区管桁架设计为下弦支撑，三区管桁架设计为上弦支撑。施工过程中采取了十字节点、自制旋杆装置、三杆同时吊装、相贯面后安装等施工工艺，保证了现场安装质量，缩短了施工工期，节约了施工成本，使工程整个工期提前12天完成，得到了长春市政府的高度赞扬，并先后多次组织当地施工企业参观学习。本工程先后获得了东北三省三市安全联检金奖、吉林省优质工程、鲁班奖等荣誉和奖励，经济效益和社会效益显著。'