單層空間變曲面彎扭斜交網(wǎng)格鋼結構施工技術與應用

XXX體育中心

單層空間變曲面彎扭斜交網(wǎng)格

鋼結構施工技術的研究與應用

一、工程概述二、研究背景三、研究思路和方法四、關鍵技術介紹及創(chuàng)新點五、總體實施效果六、經(jīng)濟與社會效益一、工程概述

XXX體育中心工程位于XX南山區(qū)后海填海區(qū)，工程占地面積307376㎡，建筑面積335298㎡，主體結構為鋼筋混凝土結構+鋼結構。建成后將作為2011年第26屆世界大學生運動會的主場館，并舉辦開幕式。1、總體概況工程名稱：XXX體育中心鋼結構工程工程地點：XX市南山后海填海區(qū)發(fā)包單位：華潤XXX發(fā)展有限公司

設計單位：

監(jiān)理單位：XX市中海建設監(jiān)理有限公司施工總承包：鋼結構專業(yè)分包：鋼結構制作：整個主場館長約500米，寬約240米，鋼結構重量2.4萬噸。整個屋蓋由一個單層空間變曲面彎扭斜交網(wǎng)殼結構將“一場兩館”有機組合，外形酷似一只“春繭”。其中，單層網(wǎng)殼是整個屋蓋的核心，是施工過程中的重點和難點，也是我們本次鑒定的主要內容。體育場觀景橋大樹廣場體育館游泳館運動員接待中心副館2、鋼結構概況（1）本工程在關鍵部位使用了Q460GJD材質，現(xiàn)場存在大量箱型彎扭構件高空焊接、大直徑厚壁圓管高空相貫焊接。2、鋼結構概況（2）3、施工特點一二三四五六七施工工期緊深化設計難度大彎扭構件制作困難測量精度要求高施工措施復雜高強度鋼材焊接難度大結構卸載風險大科技含量高屋蓋分區(qū)圖4、施工分區(qū)5、施工部署本工程主要在體育場內設置2臺320T履帶吊，在場外設置1臺180噸與1臺160噸履帶，同時在大樹廣場結構樓層上設置2臺K50/50行走式塔吊對整個屋蓋進行吊裝。

根據(jù)屋蓋結構吊裝單元塊的劃分，考慮到支撐胎架下側混凝土結構的形式，屋蓋下側總計設置支撐點250個，其平面布置圖如下：支撐點平面布置6、卸載支撐布置二、研究背景空間鋼結構構常見的安安裝方法包括：高空散裝裝，分塊吊吊裝、整體體吊裝、滑滑移就位法法和整體提提升等。安裝前，都都涉及到大大量的構件件拼裝，如何有效效的保證拼拼裝精度，，進而使得得高空安裝裝就位后達達到設計要要求坐標，，滿足建筑筑外觀造型型是鋼結構構施工的控控制目標。。體育館展覽館候車廳飛機庫超高層1、結構安裝裝研究的背背景同時，隨著各類特特大型復雜雜鋼結構工工程的不斷斷涌現(xiàn),國產(chǎn)高強強超厚板,如60～～100mm厚的Q390、、Q420、Q460等材質質的鋼板開開始大量使使用，各種種高強材質質構件的現(xiàn)場場焊接也越越來越多，難度越來越越大，特別是高高建鋼箱型型彎扭構件件高空焊接接和大直徑徑厚壁圓管管的相貫焊焊接更是加加大了鋼結結構施工難難度。目前，國內內外對Q460材質質的焊接也也有涉及。。而對于Q460GJD的焊焊接研究，，在國內外外均未見報報道，其焊焊接性能和和焊接工藝藝都有待研研究。2、焊接施工工研究的背背景綜合目前國國內的研究究現(xiàn)狀，可可以看出，，鋼結構的的卸載方式式主要有：：螺旋千斤斤頂回程轉轉換、砂箱箱卸載、液液壓設備控控制卸載。。卸載順序序主要是：先合合龍，再整體體由內向外或或者由外向內內分步卸載。。對于先局部卸卸載、再合龍龍、最后卸載載的研究還未未涉足。3、卸載施工研研究的背景三、研究思路和方法科技創(chuàng)新引引領未來來研究思路：（1）固定胎胎架費時、費費料、費人工工，已滿足不不了現(xiàn)場的拼拼裝任務。（2）彎扭構構件拼裝單元元面積大，拼拼裝定位工藝藝復雜。（3）地面拼拼裝，焊接易易引起整體變變形。（4）多牛腿腿現(xiàn)場對接容容易出現(xiàn)錯口口現(xiàn)象。（5）分片吊吊裝易引起彈彈性變形。彎度最大扭度最大1、非標準單元元彎扭構件的的地面拼裝與吊裝裝定位技術研究方法：（1）采用可可調節(jié)標高、、角度的地面面拼裝支架；；（2）采用單單元臥拼、端端點平面投影影定位的測控控方法。（3）地面拼拼裝選取合理理的焊接順序序（4）高空桿桿件端口預留留200mm組合焊縫現(xiàn)現(xiàn)場焊接（5）采用雙雙機抬吊，減減少彎扭構件件吊裝變形。。1、非標準單元元彎扭構件的的地面拼裝與與吊裝定位技技術2.Q460GJD現(xiàn)場場焊接技術淬硬高強鋼焊接變變形及殘余應應力控制難度度大。變形裂紋厚板焊接容易易產(chǎn)生焊接裂裂紋。碳當量高、有有淬硬傾向，，預熱溫度和和層間溫度要要求高。研究思路：2.Q460GJD現(xiàn)場場焊接技術加強防溫度散散失、防風、、防潮措施，，對預熱、層層溫、后熱、、保溫等進行行有效控制，，需要優(yōu)化焊接工藝藝，選擇匹配的焊材，制定合理的焊焊接順序。需要大線能量量輸入以克服服其淬硬傾向向研究方法3.單層空間間變曲面彎扭扭斜交網(wǎng)格鋼鋼結構的合龍龍與卸載技術術由于不能保證證兩個標段同同時施工完成成，尋求一種種互不影響的的卸載順序及及方法變得迫迫在眉睫。支撐點水平位位移、力的釋釋放。在安裝過程中中，卸載工裝裝的選定對于于工程卸載的的安全性、經(jīng)經(jīng)濟型、實用用性具有重要要意義。研究思路研究方法項目自主創(chuàng)造造的卸載專用用工裝，有效效的解決了卸卸載的同步性性問題，以及及替代千斤頂頂?shù)淖饔?。在工裝支撐桿桿件上提前涂涂抹潤滑油，，以釋放水平平約束。在這種情況之之下，只能考考慮先完成的的標段獨自卸卸載，后合龍龍，再卸載合合龍帶的施工工順序，并采采用分區(qū)分步步逐級的卸載載工藝，有效效的避免了兩兩個標段的相相互影響。3.單層空間間變曲面彎扭扭斜交網(wǎng)格鋼鋼結構的合龍龍與卸載技術術科技創(chuàng)新引引領未來來四、關鍵技術介紹及創(chuàng)新點1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術2、Q460GJD現(xiàn)場場焊接技術3、單層空間間變曲面彎扭扭斜交網(wǎng)格鋼鋼結構的合龍龍與卸載技術術1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術底部平臺采用用200*200的H型型鋼焊接而成成,豎向支撐采用用兩組16#槽鋼靠背而成成，中間預留留30mm的的間隙，然后后與底座焊接接。槽鋼上每每隔150mm高度設置置一個定位銷銷的定位孔，，雙型鋼之間間設置兩塊鋼鋼板，上面一一塊支撐構件件，下面一塊塊用于放置千千斤頂，調整整上部鋼板的的角度和高度度，兩側采用角鋼鋼進行加固。。胎架具體做法法控制點地面放放樣地面點標高放樣點地面點位置編編號1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術根據(jù)定位軸線線設置拼裝胎胎架1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術采用倒鏈調節(jié)節(jié)構件狀態(tài)主桿件在拼裝裝胎架上就位位1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術初步校正1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術依次吊裝其它它主桿件1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術千斤頂設置實實物鉛垂儀控制水水平投影1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術全站儀復測拼拼裝主桿件精精度1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術次桿件拼裝1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術脫離拼裝胎架架安裝姿態(tài)調整整1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術起吊落在指定胎架架上1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術現(xiàn)場測量1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術1、非標準單單元彎扭構件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術焊接工藝評定定方案焊接工藝流程程2.Q460GJD現(xiàn)場場焊接技術現(xiàn)場焊接工藝藝評定試驗2.Q460GJD現(xiàn)場場焊接技術監(jiān)理對焊接工工藝進行評定定2.Q460GJD現(xiàn)場場焊接技術焊接工藝評定定報告資料2.Q460GJD現(xiàn)場場焊接技術接頭形式的選選擇針對箱型梁的的高空焊接及及圓管相貫焊焊接的形式，，經(jīng)與設計協(xié)協(xié)商，選用坡坡口形式為帶帶內襯板的V形坡口。以減少少焊縫斷面，減減少根部與面縫縫部收縮差，防防止由于焊接應應力過度集中在在近面縫區(qū)產(chǎn)生生撕裂現(xiàn)象。圓管斜支撐接頭頭形式箱型彎扭構件可可調襯板2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術校正、預留焊接接收縮量圓管斜撐下端口口放高標高預留留收縮量箱型構件預留收收縮量2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術制定合理的焊接接順序序號焊接形式示意圖焊接順序焊接說明1采用兩人分段對稱焊接，即1、3同時進行，然后是2、4。要求對稱、分層、同步、多焊道焊接。2

采取兩人分段對稱焊接，既1、3同時進行，然后是2、4。要求對稱、分層、同步、多焊道焊接。3

箱型桿件對接焊接時，不開焊接工藝孔，采用仰焊，先焊接2、3，再兩人對稱焊接1、4的方式進行。2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術Q460GJD鋼材現(xiàn)場焊接焊口清理→焊前預熱→根部焊接→填充層焊接→面層焊接→后熱與保溫→焊后外觀檢查、、清理→焊縫的無損檢測測搭設焊接防風棚棚2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術面層焊接圓管多層相貫2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術箱型彎扭構件高高空平焊箱型彎扭構件高高空立焊2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術焊后保溫打磨后外觀效果果2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術磁粉探傷超聲波探傷2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術焊縫檢驗報告資資料2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術2.Q460GJD現(xiàn)場焊接接技術（1）合龍帶設設置監(jiān)測點，合合龍時跟蹤監(jiān)測測坐標變化。（2）在合龍焊焊接前，采集四四個位移監(jiān)測點點的原始數(shù)據(jù)，，并做好記錄。。（3）合龍溫度度選擇在23~30℃。位移、應力應變變監(jiān)測點布置圖圖3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術合龍前動員大會會暨技術交底合龍焊接施工3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術卸載安全性評估估由右圖可見，在在卸載全過程中中，無論主結構構或胎架結構，，在自重作用下下(并給予1.35的放大系系數(shù))，其應力力均小于200Mpa，即保保持在彈性范圍圍以內，安全性性有足夠保證(不致失穩(wěn))，，這是因為結構構的失穩(wěn)總是發(fā)發(fā)生在彈塑性階階段。卸載全過程主結結構及胎架結構構應力響應3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術卸載次序可行性性評估由下圖可見，分分步成型后的主主結構，各桿件件穩(wěn)定應力比總總體與設計(一一次成型)接近近，而且相比而而言，“施工型型”各桿件的穩(wěn)穩(wěn)定應力比略低低于“設計型””。這表明“施施工型”與“設設計型”的受力力出入不大，分分步卸載并未對對主結構受力產(chǎn)產(chǎn)生大的影響。。主結構桿件穩(wěn)應應力比(設計型與施工型型)3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術結構一次成型位位移云圖(設計計型)結構分布成型位位移云圖(施工工型)3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術總體卸載工藝流流程根據(jù)卸載的條件件，將五大區(qū)域域劃分為五大卸卸載步驟，具體體如下圖?？傮w卸載工藝流流程卸載前的準備項目內部組織卸卸載區(qū)域內構件件焊縫檢查，防防止出現(xiàn)漏焊。。對卸載區(qū)域內內所有焊縫進行行探傷，合格后后通過第三方檢檢測，同時邀請請業(yè)主和監(jiān)理進進行焊縫驗收。。在結構相應位置置布置位移監(jiān)測測點，記錄各檢檢測點原始數(shù)據(jù)據(jù)；根據(jù)支撐點的理理論卸載量，在在支撐胎架頂工工裝的支撐短立立柱上做刻度標標記（每個刻度度10mm），，以便控制卸載載切割量。3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術胎架工裝水平支撐桿鋼管短立柱托梁支撐胎架支撐胎架工裝模模型圖3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術①構件安裝前就應應在支撐桿上涂涂抹潤滑油。②卸載前，首先先對兩根鋼管短短立柱內側鋼管管槽進行切割，，使得每個工裝裝只保留兩邊的的外側鋼管槽，，減少卸載過程程的切割量。③切割時，先縱向向切割鋼管槽，，接著對鋼管槽槽進行水平切割割。水平切割應應兩側同時對稱稱進行，且每道道切割縫寬度為為2mm，使屋屋蓋緩慢自由下下降。④在部分水平位移較較大的卸載點上的鋼管槽進行行加寬切割，以以釋放水平位移移，保證卸載順順利。切割示意圖3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術卸載要點：屋蓋卸載工裝制制作卸載前各相關方方驗收3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術卸載前交底切割卸載3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結構的的合龍與卸載技技術II-1區(qū)卸載載完成II-2區(qū)卸載載完成II-3區(qū)卸載載完成II-4區(qū)卸載載完成大樹廣場卸載完完成3.單層空間變