山西某体育馆异型曲面球型螺栓节点网架高空散装法施工工法

'山西某体育馆异型曲面球型螺栓节点网架高空散装法施工工法异型曲面球型螺栓节点网架高空散装法施工工法11>.前言球形螺栓节点网架结构的特点是跨度大，自重轻，支撑体系设计复杂，技术含量高，施工难度大。随着目前国内网架钢结构在大型公共建筑、场馆建筑的广泛应用，对网架结构的安装也提出了更高的要求。众多的预埋件以及脚手架高支体系由于标高、轴线复杂，施工难度大，是直接影响高空网架安装整体质量的重要部位。因此，研究曲面球形钢结构网架施工工艺及其质量通病的防治对于同类型工程的设计、施工和使用都具有深远的意义。****集团****建安分公司通过多方借鉴国内钢结构施工的先进经验，大胆创新，在****大学体育馆工程钢结构施工中运用高空散装法，通过实践取得了良好效果，钢结构完成后受到了各方好评，经总结形成本工法。2.工法特点2.1钢结构构件均通过电脑模拟空间定位，在工厂加工制作，机械化生产，运至工地就位现场拼装，加工精度高，便于现场安装。2.2施工工艺简便，操作便捷，施工工期短。2.3施工安全，操作工人工作环境较好。2.4采用钢结构网架与稳定性较高的支撑体系共同作用，使网架在安装过程中受力均匀，安装精度高，质量可靠。3.适用范围 本工法适用于跨度大、高度高、空间结构复杂的钢结构网架结构的施工。4.工艺原理钢网架结构是一个由很多构件组成的空间体系，主要包括不同型号的杆件、螺栓球、支座等，在网架安装前，首先要用电脑对网架结构进行三维空间设计，确定每个球结点的空间位置和每个杆长及方向。钢结构网架安装采用高空散装法，即施工区域下方搭设满堂红脚手架，在脚手架上满铺脚手板形成一个工作平台，施工人员在平台上完成安装作业。施工人员在工作平台上将网架每个网格拼装成一个三角锥体后借助人力将三角锥体的网架小单元吊至网架安装部位，由安装工人将三角锥的三个顶端的高强螺栓逐个拧入螺栓球孔中，这样形成一个网格和一个网格空中拼接式，拼装到每个支撑点后，将支座校正后和预埋件焊接牢固直至网架整体封闭合拢。5.施工工艺5.1施工工艺流程测量放线定位→调整预埋件→支撑体系搭设→半成品堆放→安装对称轴上的构件→调整杆件位置→对称轴局部网架调整→向两侧对称推进→支座焊接→马道安装→支托安装→主檩条安装→落架（产生应力转换）。5.2操作要点本工程网架施工流水段的划分：按照设计图纸结构形式，将网壳钢屋盖施工区域以现浇混凝土拱架为界划分为三个施工区段，安装顺序为先安装中区，然后东区、西区，每个施工区段采用控制中间轴线（对称轴H轴）标高的方法拼装，从中间向两侧推进安装，以减小累计偏差和便于控制标高，使误差消除在边缘上。单元间拼装完成时采用倒链和千斤顶进行安装精度调整和校正。（见图5.2） 图5.2网壳钢屋盖三个施工区段区域化分5.2.1网架安装准确定位直接影响后期预埋件上半球及弧梁上支座的焊接定位，因此，在施工中严格按照从中间向两边对称安装的原则。测量放线工作包括对建筑物轴线的复核，预埋件偏移情况的检查，尤其在本工程中标高较复杂，控制标高的引测工作尤为重要。先利用原有基准点，用经纬仪确定对称轴上一排螺栓球的位置，由此轴线向四面扩散将所有螺栓球的位置标记出来形成控制网。由于网架全为钢铁材料，测量特别是夏季要避免在中午进行，以减少温差对施工精度的影响。施工与测量要同步进行，必须在认真检查、确保测量准确无误，并经过仔细调整后方可进行下一步的安装，以免误差累计到下一个施工段。5.2.2本工程中预埋件种类较多，拱内侧及东、西区弧梁上为平板埋件，拱下为预埋螺栓，各处标高均不同。在安装钢结构前需认真复核，如有偏差，须进行处理。5.2.3支撑体系的选择与优化支撑体系是施工中需要重点研究的课题之一，在选用时应考虑其安全性、稳定性、可操作性和经济性等综合因素，还要考虑与钢网架结构安装工作的衔接问题，本工法按照扣件式方案编制。支撑体系经反复核算后采用了增加节点构造，减少立杆用量的方式，即在网架球节点处增加格构式立杆，其余立杆间距增大为1800mm，在保证安全的前提下，尽量减少周转料的投入。 支撑体系采用扣件式脚手架，编制相应的搭设方案，并根据图纸将网架支撑点搭成井字架，并将每个螺栓球下底面标高控制线标注在脚手架上，支撑点设在下弦节点处用可调支撑调整螺栓球标高。支撑点的位置、数量、支点高度应统一安排，支点下部应适当加固，防止网架支点局部受力过大，支撑架下沉。立杆平面位置的确定需要结合场馆地面情况和网架节点的平面位置二者进行电脑模拟，标高则通过50线向上引测。由于本工程形状独特、节点标高复杂、空间定位的准确度对安装影响较大。本工程采用了将三维标高分解为二维平面位置标高的方式进行控制，即在地面上将网架节点的平面位置找出，然后通过标高引测，最后确定其三维位置，取得了良好的效果。5.2.4半成品运至现场，经探伤合格后吊至作业区，所有材料分类分区铺放在脚手架作业平台上，不允许堆放，防止产生集中荷载。5.2.5杆件及配件应根据编号按图纸进行安装，先安装对称轴及两侧的下弦杆件，对螺栓球进行位置、标高修正，准确无误后安装腹杆及上弦杆件，将腹杆与上弦球连接的高强螺栓必须全部拧紧。再按照一球三杆的小单元拼装方法按对称轴由一侧向另一侧安装，安装过程应不断复核各点位置。5.2.6小单元安装及固定确认无误后向两侧对称推进进行大面积安装，在安装过程中要严格复检杆件尺寸及螺栓球偏差，每三个单元的顺向三根杆件应复查其总尺寸，并随时检查基准轴线、位置、标高及垂直偏差，并应及时校正。网架的整体挠度可通过上弦与下弦尺寸的调整来控制挠度值。5.2.7安装一旦发生偏差，应立即进行调整。标高用U托上下调整即可，平面位置应将千斤顶支成75°左右角度，向图纸位置校正，直到调整到正确位置。 5.2.8拧紧螺栓用的扳手为专用工具，不可将扳手柄接长或多人用力，以免力矩过大。校正好高强螺栓与螺栓孔安装角度后方可初拧，将高强度螺栓用扭矩扳手紧固，按规程规定螺栓拧进长度为螺栓直径的1.1倍，随时复拧，当天终拧完毕。如遇拧不进去的现象，不可强行拧入，应及时查明原因修理螺纹或更换零件。5.2.9安装完成并复核无误后，进行支座焊接工作，焊接顺序同安装顺序，采用围焊。5.2.10拆除工作应在所有节点都安装或焊接完成并检测合格后进行。按照南北同时向H轴拆除的顺序，逐段进行。拆除作业由上而下逐层进行，连墙件也随脚手架逐层拆除，当脚手架拆至下部最后一根立杆的高度时，在适当位置搭设临时抛撑加固后，拆除连墙件。6.材料与设备6.1劳力组织方案制定后，项目部进行了劳力组织分析，一共组织焊工5人，机钳工10人，架子工24人，吊装工7人，铆工25人。6.2机具设备（见表一）主要机具配备表表一序号设备名称数量（台）规格型号备注1半自动切割机3 CG1-3000A下料2交流焊机5BX1-300焊接3开坡口机1焊接边缘加工4抛丸机1WRM-2抛丸除锈5汽车吊1QY-8 构件安装6卷扬机1构件吊装7水准仪1AL328-A抄平8经纬仪2BTD-2定位轴线9漆膜测厚仪1CMI100测量涂装厚度 10超声波探伤仪1CTS-22焊缝无损检测7.质量控制7.1工程质量控制标准：网架结构安装质量应执行现行《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001。钢网架结构安装的允许偏差按表二执行。钢网架结构安装的允许偏差表二项目允许偏差（mm）检验方法纵向、横向长度L/2000，且不应大于30.0-L2000,且不应小于-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撑网架相邻支座高差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多点支撑网架相邻支座高差L1/800，且不应大于30.0注:1L为纵向、横向长度；2L1为相邻支座间距。7.2质量保证措施： 7.2.1针对工程实际情况制定针对性的施工方案、技术交底，对技术工人进行技术培训，合理组织安排劳力；建立QC全面质量管理体系，全员参加，针对施工中技术难点展开攻关，发现实际操作中存在的各种问题并逐一解决。7.2.2组织工程技术人员，认真阅读图纸，确定施工中的关键工序，编制施工方案，进行评定。在制作前对所有构件在钢平台上放样，实行样板引入。7.2.3钢结构制作安装过程中，严格执行自检、互检、专检制度，每道工序必须在自检达到标准后，才能进行下一道工序。检验工作落实到人，对不符合质量标准的构件及时标识返修，杜绝不合格品流入下道工序。7.2.4严格按照设计图纸施工，认真落实技术岗位责任制度和技术交底制度，技术交底要简明易懂。7.2.5制定严格的材料管理制度，工程所需的原材料、半成品，必须是合格供应商提供的优质产品，无证产品一律不得进场。材料进场按照规定进行外观检查和抽样送检。7.2.6网架安装时，应在平台上弹出网架杆件安装控制线和支座的轴线，于下弦节点位置设置垫木，并对其顶面进行抄平。使下弦球节点搁置在垫木之后，其标高和安装标高应一致。组装完毕撤去垫木后，网架直接搁置到支承面上与支座焊接连接，最后对焊接接头质量进行检查。8.安全措施8.1项目管理机构职能部门和操作工人均明确安全生产目标，做好各项防护工作，安全生产做到经常化、制度化、规范化，坚持既抓生产，又抓安全。8.2严格执行《建筑施工安全检查标准》(JGJ59—99)规定的建筑施工现场安全防护标准，现场又明显的安全标志牌。 8.3距地面2m以上作业要有防护杆、挡脚板或安全网，架设安全网有专人检查监护，发现不符合要求时，应停止使用并立即整改。8.4临时配电线路按规范要求进行敷设整齐。8.5配电系统实行分级配电，各类配电箱、开关箱安装和内部设置必须符合有关规定，开关电器应标明用途。各类配电箱、开关箱外观完整、牢固、防雨、防尘，箱体涂有安全色标，统一编号，箱内无杂物，停止使用时切断电源，箱门上锁。不得任意接长和调换，工具的外绝缘完好无损，维护和保管由专人负责。8.6所有机械设备必须做到定期检查，机械不得带病工作，非专业人员不得开启机械。8.7大型机械的吊装必须符合规定要求，并办理验收手续，经验收合格后方可使用。9.环保措施9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，避免扰民，创建校园内良好和谐的施工环境，随时接受学校及相关单位的监督检查。9.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。 9.3对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。9.4优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。9.5剩余电焊条头及时回收，统一集中处理。10.效益分析采用高空散装曲面球形钢结构网架施工工艺质量可靠，安装精度高，施工工期短，为紧张的工期赢得了宝贵的时间，为后续工序施工创造了良好的施工条件。采用高空散装曲面球形钢结构网架施工工艺施工需要搭设脚手架工作平台，为网架拼装创造条件，与其他网架安装方法相比，虽然投入的周转材料较多，但减少了复杂的吊装和调整工序，因此安装工期较短，减少了周转材料的使用天数，综合分析，工程整体节约了成本。尤其是针对造型复杂的曲面网架安装，采用成片的网架单元在空间实现对接难度更大，所以从技术经济分析采用散装法较为经济适用。11.应用实例 ****大学体育馆建筑面积16965㎡，建筑主体结构为两道平行的钢筋混凝土拱南北向跨越体育馆上空，用以支承其双曲面球型钢网架屋盖。网架平面被间距24米的两道钢筋混凝土拱分为三部分，拱外侧为对称的两片空间曲面网壳，分别坐落在钢筋混凝土空间曲梁上，另一端通过吊杆悬挂在拱下，拱中间为筒壳，通过拱内侧焊接半圆空心球与螺栓球筒壳连接。网架杆件采用高频电焊钢管，螺栓球节点采用45号钢，网架总重292.4吨。网架安装标高落差大，最高处30m，最低处15.7m，节点标高共有591种；构件型号多，其中螺栓球12种直径，591种规格，共2374个、杆件12种直径，2186种规格，共8762根，锥头、封板、高强螺栓和销钉等配件共35048件；加工精度高，在施工中易产生较大的累积误差。众多的预埋件以及脚手架高支体系由于标高、轴线复杂，施工难度大，直接影响高空网架安装整体质量。网架工程开工日期为：2006年3月8日，完工日期为：2006年6月25日。****大学体育馆工程网架结构采用高空散装法施工后，质量稳定、施工组织有序可控，无安全事故发生，并使整个工期提前1个月，节约周转材料5万元，工程质量达到了规范的验收标准，观感效果明显，得到了设计、监理、业主和省市质量监督部门的高度评价，该工程由****集团有限公司施工。PAGEPAGE2 '