[江苏]会展中心屋面大跨度钢桁架体系施工方案

第一部分钢结构概况及难点分析1.1工程总体概况会展中心位于以东，大道以西，路以北、路以南。整个会展中心可建设用地面积约15.8万平方米，本次为一期展厅，用地面积60400平方米。本工程结构清晰，空间富于变化，主立面韵律感较强、尺度适当，建筑造型简约大气。无锡会展一期建筑效果图工程名称会展中心一期钢结构工程建设单位房地产开发集团有限公司责任有限公司设计单位建筑与工程设计顾问有限公司施工总承包单位江苏建设集团有限公司质量标准按照国家颁发的《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001），本工程质量等级：一次性验收通过，100%“合格”，不影响整体工程确保“扬子杯”工程。质量违约金：不能达到一次性验收通过、100%“合格”标准的，支付单位工程总造价的5%作为质量违约金；影响整体工程确保“扬子杯”工程的，支付单位工程总造价的2%作为质量违约金。工期要求开工日期以甲方开工令为准，工期三个半月（其中现场安装二个月）。工程地点尚贤河湿地以东，贡湖大道以西，震泽路以北、和风路以南。建设规模地上建筑面积约5.9万平方米,地下建筑面积约3.3万平方米。会展中心屋盖形状为曲面，平面尺寸为288mx114m，跨度达94.5m，两侧分别悬挑10.5m和9m。总用钢量约9800吨。1.2钢结构概况本工程结构形式为钢筋砼框架及屋面大跨度钢桁架。结构平面尺寸为228m×114m。钢结构主要集中于屋面桁架体系，总用钢量9800吨，屋盖由25品桁架组成，桁架跨度94.5m，桁架两端分别悬挑10.5m和9m。50根箱型截面钢桁架柱支撑起整个钢屋盖，矮跨钢柱长9米，高跨钢柱长27米，钢柱与桁架上弦下翼板刚接。屋盖钢桁架主要由HJ-1、HJ-2和HJ-3组成，三种规格桁架外形尺寸相同，但其上弦板厚有所差异，单榀桁架昀重210吨。根据轴线尺寸，每三榀桁架组成一个标准尺寸的单元，单元平面尺寸为21m×114m。1.3钢结构工程特点概述1）本工程钢结构工程用钢量大，结构形式复杂桁架跨度大，且与土建总包等施工单位的流水及交叉施工作业多，施工难度大。2）主构件截面大（主桁架昀大截面尺寸2600X700mm），单件重（昀重构件45吨）。3）焊接工作量大（桁架下弦昀大板厚140mm，现场焊接填充量达60吨），且均为高空作业，危险性大。4）钢结构施工作业面大，整个桁架平面尺寸达114X288米，人员及机械设备投入量大，现场调度复杂。5）构件数量多，标准件数量较多，本工程构件总数约3178件，其中桁架柱50件，幕墙柱150件，屋面桁架534件。25榀桁架中，其中20榀分段形式相同。6）胎架用量大，本工程屋面桁架采用多分段高空原位拼装，设计有48组拼装胎架，胎架总用钢量约608吨，分4次转运循环利用，以完成桁架结构的安装。1.4钢结构重点难点及解决措施序号难点应对措施1工期特别紧。1、施工方案与土建结构施工方案相适用，采取流水施工的方法，昀大限度地扩大施工作业序号难点应对措施钢结构施工工期三个半月，其中现场工期只有两个月，总进度计划还需考虑屋面系统施工，而钢结构安装工程量达到9800吨，平均月安装工程量达到4900吨。如何保证按期完工是本工程昀大的难点。面，同时为后续可能出现的赶工措施提供施工条件。2、增加现场施工机械数量和施工人员及施工措施的投入量，我们现场配备4台履带吊进行安装及转料。3、钢结构分区并流水施工作业，及早地为后续幕墙和金属屋面系统施工提供了施工作业面，是保证整体工期的一个有力保证。2工程昀大厚度钢板达到140mm，且主要集中在节点全熔透焊缝区，部分焊接操作空间非常狭小；如何有效控制大量厚板T、K接头的焊接，导致焊缝应力集中，焊缝拘束度大，层状撕裂等是本工程焊接的重点难点钢构件制作中技术含量较高的内容主要是焊接及焊接质量控制，其永恒的四个主量是“焊缝等级可达、变形控制、层状撕裂预防和残余应力消减”。在本工程拟采取以下措施，保证这方面质量。首先保证钢材和焊材质量的过关，从源头做起；设计之初，就对焊接接头进行优化，采取窄间隙小坡口焊接技术；CO2气体保护焊施焊时有效控制焊前温度、层间温度和后热温度，保证焊缝质量；通过拼装反变形、设置临时刚性支撑、火工矫正等措施保证节点的制作精度，减少焊接变形；另外，对构件的振动时效（VSR）以及冲砂等工艺对构件进行残余应力的消减。3本工程桁架跨度大，外形和截面多变，而桁架在整个工程中又是骨架构件。因而，如何达到桁架和设计尺寸完全一致，各分段桁架之间的接口完全吻合，以及吊装过程一次成功是保证工程质量、提高施工效率和确保工程进度的前提条件。为确保工程质量及施工效率，决定对25榀主桁架，进行工厂预拼装。本工程所要预拼的桁架，截面变化大，不确定因素多。在预拼时，我们通过综合考虑，实行分段偏差分段消化，多点基准定位。以各节点为基准，以隔段放余量替代整体放余量，在预拼时分段切除余量而不是类积切余量。对于预拼所需的起拱量，我们采用软件模拟计算，而不是等量均分或估算。采用先进测量设备和仪器，并在使用前先严格较正。并严格要求在预拼时吊装时轻拿轻放，采用多项措施，保证人员安全和构件安全。4钢柱及桁架构造复杂，加工制作难度大。1、根据钢结构加工制作的特点，对本工程部分节点的形式提出合理化建议，便于加工。2、在加工制作前编制加工制作工艺。3、动用公司先进的施工机械设备和经验丰富序号难点应对措施有资格证书的工人来制作本工程。5屋盖钢桁架跨度大，重量重，吊装难度大。桁架跨度达到94.5m，单榀桁架吊装重量186吨，其安装难度非常大。1、采用4台履带吊，合理分工协同吊装。综合考虑了吊装机械和现场对接焊接量。2、支撑体系设计采用可拆卸格构支架形式。格构式临时支撑作为屋盖上弦的受力支撑。即保证了下弦杆的安装精度，又提高了支撑体系的承载能力和安全度。6屋盖桁架特殊的结构形式，保证其成型精度及桁架的卸载方案是重点。屋盖桁架与预应力张弦桁架的结构形式很相似，但下弦没有施加预应力。施工时考虑下弦设置多点支撑，上弦在每根撑杆处设置临时支撑，保证结构安装的几何精度，同时对结构进行验算，确定每个点的预起拱值，保证安装精度。对标准单元进行整体卸载，保证结构受力达到设计要求。7厚板焊接量大，焊接难度大1、施工前做焊接工艺评定。2、现场焊接采用合理的剖口形式，合理分段，采取对称焊接、多层多道焊等方法保证焊接质量。8高空作业的安全防护措施是重点整体安全措施到位。重点对高空作业的安全性进行监管，保证实现本工程安全文明目标。9施工过程验算是重点施工过程仿真计算主要包括：构件吊装过程仿真、施工各阶段各工况仿真、结构的预变形模拟、结构的预拼装模拟，卸载过程模拟等。通过仿真计算分析能预先充分发现施工过程中的薄弱环节和重点控制部位，能直观实现对结构整个施工过程的控制和昀终实现正确的几何位置。第二部分施工部署2.1施工总体方法概述因本工程工期特别紧，且结构图纸较投标阶段有较大变动，特别是桁架上下弦交接处，节点板增大，下弦厚板插入上弦箱体3米，相应位置上弦箱体钢板加厚至46.7mm，导致桁架重量大大增加，单段桁架昀短很短重46.7吨，原投标方案的塔吊及滑移系统已无法满足目前桁架施工需要，我部及时调整了施工方案，决定采用大型履带吊跨外安装，支撑胎架多段高空原位拼装方法进行屋面钢桁架的安装。选用四台履带吊做主吊设备，其中2台大型履带吊（400吨和320吨）做主吊设备分别占位于J轴以西和A轴以东硬化道路上，负责桁架、幕墙柱、檩条等构件吊装，另外1台80吨履带吊和50吨履带吊，分别占位于A轴以东和J轴以西硬化道路上，主要负责卸车、送料及桁架柱及部分檩条安装。当土建完成42轴至39轴区域二层砼楼板浇筑，并到达设计强度值的90%，我司开始插入钢结构安装施工，按照桁架钢柱、桁架上弦、桁架下弦、腹杆、幕墙柱、斜撑、屋面檩条的安装顺序进行施工组织，整体平面施工顺序为：从42轴至2轴。400吨履带吊320吨履带吊履带吊布置及行走路线图为满足履带吊行走及吊装需要，需夯实及硬化建筑东西侧回填土，硬化采用C15砼，厚度200～300mm。施工总平面布置（含设备用电量）2.2钢结构专业施工劳动力及设备计划1）钢结构安装主要设备机具一览表序号名称规格/型号数量1400吨履带吊LR1400/2-400T12320吨履带吊SCC3200LJ1380吨履带吊1450吨履带吊15卷扬机2吨（滑轮组、卷扬机等）2台6高强螺栓枪M20/241把7扭矩扳手NBS60D2把8棘棱扳手M16/20/22/24/301把9螺旋千斤顶5t/10t10个/6个10倒链2t/3t5t/10t30t30个/20个10个/6个2个11钢丝绳1000米12对讲机摩托罗拉20副13工具房6.05×2.45×2.452个2）主要焊接设备机具一览表序号名称规格数量1二氧化碳焊机YD600KH116台2二氧化碳焊机YD500KH120台3硅整流弧焊焊机ZX-4005台4交流焊机BX-5005台5空压机0.9立方米3台6高温烘箱00C—5000C1台7保温筒TRB－5（立式）10个8测温仪ST304部9碳弧气刨枪600A6支10角磨机Ф200/Ф1001011氧割设备8套3）劳动力配备计划施工周期的人员数量序号工种前期准备高峰期收尾阶段1电焊工1888402测量工6843架子工104起重工2660245铆工51086电工2217高强螺栓工848油漆工429普工203030总合（人数）77220113050100150200250定标前中广前期准备高峰期收尾阶段第三部分构件分段及吊装分析3.1构件分段介绍根据构件结构自重及吊装设备起重性能，对构件进行合理分段，在满足吊机吊装性能和便于加工运输基础上，尽量减少构件分段数量，减轻现场安装及焊接工作量。同时还应满足结构特征和设计受力要求，分段严格按照安装顺序进行，兼顾构件定位方便。本工程所有钢柱均满足运输和吊装需要，不分段。主桁架分段如下图所示：3.2吊装分析本工程构件总数约3178件，其中桁架柱50件，幕墙柱150件，屋面桁架534件。桁架是本工程钢结构安装的核心内容，分段后单榀桁架昀重段集中在东西侧桁架柱位置，受上下弦连接构造节点要求，此处无法进行二次分段，单段桁架上弦昀短分段重约46.7吨。400吨履带吊LR1400/2-400TSW工况：主臂高28米、87°起重臂63米，昀小半径：20米吊63T，昀大半径：60米吊20.1T。320吨履带吊SCC3200LJ工况：主臂30.7米、75°，起重臂54米，昀小半径：34米，吊37.6T昀大半径：62米吊16.7T。两台主吊设备满足构件吊装需要。构件分类统计编号构件名构件数量（件）昀长构件（米）昀重构件（吨）GZ钢柱502724tLT檩条84220.52.6SXG上弦杆19221.546.7WJFG腹杆22550.96XXG下弦杆11722.313MQZ幕墙柱15017.26SZC水平支撑81980.124YC隅撑2292.70.39CZC垂直支撑60111.4电梯和通风井494183合计3178吊装分析构件编号构件重量(t)吊装半径(m)起重能力(t)备注HJ1-110.11663LR1400/2-400TSW工况HJ1-244.12853LR1400/2-400TSW工况HJ1-326.14035.5LR1400/2-400TSW工况HJ1-4245425.5LR1400/2-400TSW工况HJ1-5213832.6SCC3200LJ工况HJ1-617.65420.2SCC3200LJ工况HJ1-713.24425.5SCC3200LJ工况HJ1-815.43632.6SCC3200LJ工况HJ1-916.62437.6SCC3200LJ工况42、2轴HJI上弦HJ1-1028.41837.6SCC3200LJ工况下弦-1154230.5LR1400/2-400TSW工况42、2轴HJI下弦下弦-2156020.1LR1400/2-400TSW工况下弦-3156016.7SCC3200LJ工况下弦-4154228.7SCC3200LJ工况吊装分析构件编号构