山西體育中心主體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)安裝工程關(guān)鍵技術(shù)

1、山西體育中心主體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)安裝工程關(guān)鍵技術(shù)摘要:對(duì)安裝過(guò)程中的(1土建基礎(chǔ)柱腳定位偏差糾偏(2鋼管高空焊接接頭間隙過(guò)大處理(3管內(nèi)積水結(jié)冰爆管(4相貫口管空中就位(5整體同部卸載(6建測(cè)控網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)的有效實(shí)施;通過(guò)合理施工流程,確保了工程質(zhì)量、安全和進(jìn)度。1.工程概況山西體育中心位于山西省太原市晉源區(qū)中南部,占地1237畝。設(shè)有60000座主體育場(chǎng)8000座主體育館3000座游泳跳水館、綜合訓(xùn)練館1500座自行車館各一個(gè)和訓(xùn)練基地等配套工程設(shè)施(見圖1。 圖1 山西體育中心整體效果圖主體育場(chǎng)融合了燈籠、大鼓與剪紙等元素。整體造型如大鼓,渾圓敦厚,氣質(zhì)淳樸,大氣磅礴。將燈籠的編織手法巧妙地運(yùn)用

2、到主體育場(chǎng)的幕墻結(jié)構(gòu)體系(主體鋼結(jié)構(gòu)中,提取山西地方剪紙藝術(shù)的圖案加以抽象化運(yùn)用,以中國(guó)紅為主色調(diào),以透明陽(yáng)光板來(lái)模擬剪紙的圖底關(guān)系,通過(guò)隨機(jī)組合來(lái)形成表皮肌理。將山西的地方建筑文化內(nèi)蘊(yùn)延伸到現(xiàn)代建筑中,顯得生動(dòng)靈活,妙趣盎然,富有韻律。主體育場(chǎng)的上部為空間管桁架鋼結(jié)構(gòu)罩棚(見圖2,呈弧形狀,東西高、南北低。罩棚外邊緣南北向最長(zhǎng)處293m,東西向最寬275m。罩棚最寬處68m,最窄處約49m,罩棚最高點(diǎn)離地面約55.45m。懸挑長(zhǎng)度最大為52m,最小為34,7m桁架根部最大高度7.8m,根部高度5m。各榀桁架內(nèi)支座間距約26m。圖2 體育場(chǎng)罩棚鋼結(jié)構(gòu)模型圖2 體育場(chǎng)罩棚鋼結(jié)構(gòu)模型立體主桁架為倒

3、三角變截面桁架(見圖3,由立面支撐傾斜段、肩部弧形段(下設(shè)V形撐和頂面懸挑段三部分組成,桁架單榀最重達(dá)116t。主桁架截面尺寸最寬處達(dá)7.8m×5.0m最大管直徑為610*45,單件最大起吊重量為52噸。V形撐鋼管最大為651*35,最長(zhǎng)約9.9m,重約5.4t環(huán)桁架分四弦桿和三弦桿兩種形式,最大截面尺寸為4.5m×2.5m。內(nèi)環(huán)桁架與中環(huán)桁架斷面為四邊形,外環(huán)桁架與邊桁架斷面為三角形,單榀最重約25t。吊裝作業(yè)半徑大(40m,安裝高度高(54.5m 圖3 立體主桁架鋼結(jié)構(gòu)分段及截面圖2.總體施工方案2.1吊裝機(jī)械選擇履帶吊:400t 2臺(tái)、150t 2臺(tái)、50t 2臺(tái)、汽

4、車吊:25t 8臺(tái)拖車:2臺(tái)。其中場(chǎng)外布置400t、150t、50 t各1臺(tái),場(chǎng)內(nèi)布置400t、150t、50t各1臺(tái),每處拼裝場(chǎng)地各布置1臺(tái)25t汽車吊,臨時(shí)布置2臺(tái)50t履帶吊配合卸車及桁架拼裝。2.2施工作業(yè)區(qū)域的劃分依據(jù)罩棚鋼結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置的特點(diǎn),共劃分為4大施工區(qū)域(從27軸線開始,每8榀主桁架為一個(gè)施工分區(qū)一區(qū)為2748軸,二區(qū)為5172軸,三區(qū)為7596軸,四區(qū)為327軸(見圖4。按一區(qū)二區(qū)三區(qū)四區(qū)的施工順序逐區(qū)施工,各區(qū)之間預(yù)留合攏縫最后焊接。圖4 施工分區(qū)圖2.3總體施工部署總體施工原則“流水作業(yè)、體育場(chǎng)內(nèi)外同步施工;桁架總體拼裝、分段吊裝、高空對(duì)接;整體合攏、同步卸載、穩(wěn)定成

5、型”施工流程(見圖5 圖5 施工總體流程圖先后順序:“先措施后結(jié)構(gòu)、先V型支撐柱與主桁架、再環(huán)桁架、次桁架、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及其它次結(jié)構(gòu)體育場(chǎng)內(nèi)、外同時(shí)進(jìn)行流水作業(yè)、同步配套拼裝、逐區(qū)施工”確立了四條主線的施工流程。2.3.1總體拼裝、分段吊裝、高空對(duì)接。由于桁架長(zhǎng)度長(zhǎng),斷面高度高、單榀重量重,無(wú)法廠內(nèi)整體加工和出廠,且無(wú)法整體進(jìn)行吊裝。考慮其結(jié)構(gòu)形式及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,桁架采用工廠加工,散件出廠,現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)拼裝胎架,地面拼裝。立體主桁架的立面傾斜段和肩部弧形段在場(chǎng)外拼裝、分段吊裝;頂端懸挑段采用場(chǎng)內(nèi)拼裝、吊裝,高空對(duì)接工藝;環(huán)桁架與次桁架整榀進(jìn)行吊裝。鋼管網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用在地面分塊拼裝,高空拼嵌的施工工藝。 圖6

6、 主桁架立面傾斜段吊裝立面圖 圖7 肩部弧形段的吊裝立面圖 圖8 端部懸挑段吊裝立面圖 圖9 環(huán)向桁架整體吊裝圖2.3.2整體合攏、同步卸載、穩(wěn)步成型在安裝過(guò)程中,整個(gè)結(jié)構(gòu)都是不穩(wěn)定體系。經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算,設(shè)計(jì)、安裝了施工臨時(shí)支撐塔架,并對(duì)看臺(tái)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理,保證其安裝過(guò)程中的空間穩(wěn)定性。待四個(gè)區(qū)結(jié)構(gòu)安裝、焊接完畢后,對(duì)四個(gè)區(qū)之間設(shè)置的四條合攏口同步進(jìn)行收口焊接。合攏溫度為10左右。最后經(jīng)過(guò)同步卸載,確保了罩棚鋼結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)步成型。3.關(guān)鍵施工技術(shù)3.1軸線及柱腳定位的偏差處理技術(shù)因預(yù)埋支座由土建單位施工軸線定位偏大過(guò)大。通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)施工對(duì)偏差進(jìn)行調(diào)整消化。即對(duì)整個(gè)已經(jīng)完成的砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量后,

7、將所有支座的實(shí)際測(cè)量座標(biāo)反饋到Tekla Structures模型中,對(duì)部分桿件的空間坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)加工尺寸進(jìn)行調(diào)整,從而保證罩棚鋼結(jié)構(gòu)的正常就位。3.2高空焊接接頭間隙偏差糾偏技術(shù)GB50661鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范說(shuō)明:焊接接頭的坡口及裝配精度是保證焊接質(zhì)量的重要條件,超出公差要求的坡口角度、鈍邊尺寸、根部間隙會(huì)影響焊接施工操作和焊接接頭質(zhì)量,同時(shí)會(huì)增大焊接應(yīng)力,易于產(chǎn)生延遲裂紋。AWS D1.1/D1.1M-2008美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范規(guī)定根部間隙大于允許值但不大于較薄件厚度的2倍或20mm,(取兩者中小值,可在部件焊接連接之前用焊接的方法予以糾正,以達(dá)到合適的尺寸。超過(guò)上述范圍的根部間隙

8、,只有得到工程師認(rèn)可,才可用焊接方法修正。根據(jù)類似工程的經(jīng)驗(yàn),管桁架安裝時(shí),總有個(gè)別節(jié)點(diǎn)因結(jié)構(gòu)變形及拼裝誤差的原因造成間隙過(guò)大超常規(guī)的情況。據(jù)此進(jìn)行了焊接模擬實(shí)驗(yàn)。即在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大間隙鋼管對(duì)接焊接工藝評(píng)定(見圖10試驗(yàn)。采用材質(zhì)為Q345CD的457*20管,在管間隙為50mm條件下進(jìn)行單面雙坡口對(duì)接焊,先堆焊長(zhǎng)肉再焊接,最終工藝評(píng)定合格。據(jù)此制定出在實(shí)際工程中:間隙小于等于30mm的焊縫采用先堆焊長(zhǎng)肉再焊接的方法,間隙大于30mm的焊縫重新更換鋼管。 圖10 間隙為50mm的寬焊縫焊接工藝評(píng)定示意3.3防桁架管內(nèi)積水結(jié)冰爆管技術(shù)雨季施工很容易造成管件內(nèi)部集水,到冬季零度以下集水成冰,造成爆管焊

9、縫開裂,輕則造成返修,重則造成重大安全質(zhì)量事故。必須注意焊接工藝及順序:管接點(diǎn)焊接時(shí),先焊接上端節(jié)點(diǎn),再焊接下端節(jié)點(diǎn)。對(duì)于特殊節(jié)點(diǎn),無(wú)法依此順序焊接時(shí),應(yīng)在管件下端鉆直徑5-20mm左右的排水孔,焊后對(duì)排水孔進(jìn)行封堵,預(yù)防鋼管內(nèi)部銹蝕。3.4相貫焊縫的根部質(zhì)量保證技術(shù)管桁架工程,相貫焊縫的質(zhì)量是工程的重中之重。焊接時(shí)焊縫根部先采用較細(xì)的焊條進(jìn)行打底焊,然后進(jìn)行正常焊接,確保熔透焊縫的質(zhì)量。所有主結(jié)構(gòu)、主桁架的焊縫焊接連接必須在整體卸載前完成。鋼管結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程要求“圓管支管與圓管主管相冠焊縫上坡口部位焊縫根部2mm3mm的范圍內(nèi)的焊縫檢測(cè)科不作全熔透要求”3.5主桁架空中對(duì)接就位技術(shù)多段安裝的拼

10、裝誤差、安裝誤差及變形誤差的疊加,會(huì)造成就位誤差。據(jù)此(1拼裝前,采用SAP2000有限元軟件模擬分段吊裝的全過(guò)程,選取合適分段點(diǎn);(2拼裝時(shí),對(duì)立面傾斜段拼裝焊接完成后,對(duì)其與肩部弧形段相連的分段點(diǎn)管端座標(biāo)作為肩部弧形段拼裝的控制基準(zhǔn),確保兩段對(duì)接的精準(zhǔn)。(3拼好焊接前,對(duì)桁架分段的部位做臨時(shí)加固,確?？罩袑?duì)接的精度。3.6高空安裝節(jié)點(diǎn)相貫口的處理技術(shù)(1由于相貫口中間凹上下凸的形狀特性,拼裝完成的環(huán)桁架無(wú)法在兩主桁架間直接安裝就位。(2通過(guò)增加一道對(duì)接焊縫的方法來(lái)解決,既保證了安裝的精度,同時(shí)又保證了節(jié)點(diǎn)焊接的質(zhì)量。(3鋼管接長(zhǎng)長(zhǎng)度符合下列規(guī)定:當(dāng)鋼管直徑小于等于500mm時(shí),不應(yīng)小于50

11、0mm;當(dāng)鋼管直徑大于500mm時(shí),不應(yīng)小于直徑d.3.7測(cè)控網(wǎng)的建立及定位變形監(jiān)測(cè)技術(shù)3.7.1建立測(cè)控網(wǎng)由8個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)(BY1BY8組成施工測(cè)量控制網(wǎng),分布在5層看臺(tái)上由6個(gè)圓心點(diǎn)(O1O6組成校核測(cè)控網(wǎng)。有4個(gè)分布在內(nèi)場(chǎng)地面上,兩個(gè)在一層看臺(tái)上,以業(yè)主提供在場(chǎng)外的兩個(gè)原始基準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)投射完成。36996939087846663607275788118151221242730336391215182124276063666972757881848790939669O1O2O3O4O5O6BY1BY2BY3BY4BY5BY6BY7BY8圖11 測(cè)控網(wǎng)點(diǎn)布置圖3.7.2定位變形監(jiān)測(cè)(1通過(guò)測(cè)

12、量控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)外環(huán)支座及支撐塔架控制點(diǎn)等進(jìn)行定位測(cè)量,再用校核測(cè)控網(wǎng)對(duì)施工測(cè)量控制網(wǎng)進(jìn)行校核修正。通過(guò)兩網(wǎng)相結(jié)合的方式確保變形觀測(cè)、定位的精度。(2結(jié)構(gòu)安裝精度控制一方面是控制支撐塔架的定位坐標(biāo)及其在主桁架下弦桿上的支撐點(diǎn)坐標(biāo)的精確度;另一方面是控制主桁架下弦桿檐口位置的部中心點(diǎn)(最為敏感部位坐標(biāo)。變形觀測(cè)以主桁架下弦桿檐口部位的中心點(diǎn)為觀測(cè)點(diǎn),在此部位設(shè)置專用反光片,以提高變形觀測(cè)的精確度。3.8整體同步卸載支撐塔架共有52個(gè)(內(nèi)圈32個(gè)、外圈20個(gè)由SAP2000有限元分析軟件計(jì)算出各支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)撓度和卸載量。外圈塔架最大卸載量不到5mm,采用一步卸載即可,內(nèi)圈塔架最大卸載量95.64mm,分5步卸載完成。采用分析軟件對(duì)每步卸載完成后結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力進(jìn)行模擬分析,計(jì)算出每步的位移量;卸載過(guò)程中,對(duì)每一步的卸載量和預(yù)測(cè)值進(jìn)行比對(duì)分析,確認(rèn)正確后才能進(jìn)行后一步卸載,直到全部卸載完成。在2010年9月16日卸載完成后持續(xù)進(jìn)行1個(gè)半月的變形監(jiān)測(cè)。與對(duì)應(yīng)理論計(jì)算下?lián)献冃位窘咏?15%以內(nèi),實(shí)測(cè)變形滿設(shè)計(jì)及規(guī)范之要求,卸載完滿成功。4.總結(jié) 通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用安裝施工方案的實(shí)施， （1）有效控制了卸載后的變形位移控制和內(nèi)力的平穩(wěn)