空间结构安装工程

第7章大跨度结构吊装,第7章大跨度结构吊装,本章提示:本章介绍了空间结构安装的一般方法。教学要求:了解空间结构的构成及各组成部分的施工方法。规范：网架结构设计与施工规程JGJ7-91钢结构设计规范GB50017-2003钢结构制作施工工艺标准,7.0大跨度结构吊装,大跨度结构可分为平面结构和空间结构两大类。平面结构有桁架、刚架与拱等，空间结构则有网架、薄壳、悬索等结构。,大跨度结构的特点是跨度大、构件重、安装位置高。,四台吊机联合吊装宣城电厂干煤棚拱形网架,展览馆,日本大分体育公园综合竞技场,7.1网格结构施工,网格结构由很多杆件从两个方向或几个方向按一定的规律布置，通过节点连接而成的一种网状空间杆系结构。特点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。外形呈平板状的叫平板网架，简称网架；外形呈曲面状的叫曲面网架，简称网壳。优点：网格结构杆件和节点比较单一，便于制作，安装也较方便。此种结构主要采用钢材，结构自重轻。缺点：用钢量大；需采取防火及防腐措施；造价较高。,网架、网壳型式,(a)平板型网架(双层),(b)网壳(单层、双曲),(c)网壳(单层、单曲),7.1.1网格结构的制作,网格结构的制作过程包括放样及节点、杆件的制作。网格的放样工作包括：起拱的计算，下料长度的计算以及节点的放样。1.网架起拱的计算（1）网架起拱的作用。一是为了消除网架在使用阶段的挠度影响，称为施工起拱；二是为了解决屋面排水问题，网架屋面的排水坡度约为2%5%.当网架屋面排水找坡不用小立柱方案，而是由网架起拱来实现时，中央起拱值就应由此二项相加。,（2）起拱方法。网架的起拱方法按线型分有折线型起拱与弧线型起拱；按方向分有单向起拱与双向起拱。平面形状狭长的网架可单向起拱、平面图形接近方形的网架应双向起拱。（3）弧线型起拱的计算。不论是双向或单向起拱均可用圆弧曲线公式进行计算。,折线型起拱,弧线型起拱,2.节点的放样及制作网架结构节点有焊接球、螺栓球和钢板节点三种形式。焊接钢板节点放样时，先按图纸用硬纸剪成足尺样板，并在样板上标出杆件及螺栓中心线，钢板即按此样板下料。制作时，钢扳相互间先根据设计图纸用电焊点上，然后以角尺及样板为标准，用锤轻击逐渐校正，便钢板间的夹角符合设计要求，检查合格后再进行全面焊接。,焊接球节点,螺栓球,(a)不加肋(b)加肋空心球剖面图,空心球节点示意图,焊接空心球节点：是由两个压制的半球焊接而成的，分为加肋和不加肋两种。适用于钢管杆件的连接。球节点与杆件相连接时，两杆件在球面上的距离不得小于20mm，如图9.4所示。,焊接球节点,钢制空心球,钢管杆件,球节点焊缝,管球连接焊缝,直径1000mm焊接球,网架空心球,1钢管；2封板；3套管；4销子；5锥头；6螺栓；7钢球,圆螺栓球节点：螺栓球节点系通过螺栓将管形截面的杆件和钢球连接起来的节点，一般由螺栓、钢球、销子、套管和锥头或封板等零件组成。螺栓球节点毛坯不圆度的允许制作误差为2mm，螺栓按3级精度加工，其检验标准按GB1228GB1231规定执行。,螺栓球节点,实心螺栓球45号钢,钢管杆件,锥头,高强螺栓与套筒,螺栓球节点网架,焊接钢板节点，一般由十字节点板和盖板组成。十字节点板用两块带企口的钢板对插焊接而成，也可由三块焊成。,(a)角钢杆件支座；(b)钢管杆件支座网架平板支座节点图,(a)两个螺栓连接；(b)四个螺栓连接单面弧形压力支座节点图,(a)侧视图；(b)正视图双面弧形压力支座,(a)球铰压力支座；(b)单面弧形拉力支座球形支座图,支座节点,3.杆件的制作网架的杆件一般采用普通型钢和薄壁型钢，有条件时应尽量采用薄壁管形截面。当网架用钢管杆件及焊接球节点的方案时，球节点通常由工厂定点制作，而钢管杆件往往在现场加工，加工前首先根据下式计算出钢管杆件的下料长度l。,影响焊接收缩量的因素较多。收缩量不易留准确，在经验不足时应结合现场实际情况做实验确定。一般取23.5mm。钢管应用机床下料，当壁厚超过4mm时，同时由机床加工成坡口。当用角钢杆件时，同样应予留焊接收缩最，下料时可用剪床或割刀。,7.1.2单元拼装,网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，可组合成平面形状的任何形体。一、施工方法高空散装法：将网架的杆件和节点直接在高空设汁位置总拼装成整体，或者把杆件和节点先在地面组装成小拼单元，然后用起重机吊装到设计位置总拼成整体。分条(块)吊装法：将网架平面分割成若干条状单元或块状单元，每个条(块)状单元在地面拼装后，再由起重机吊装到设计位置总拼成整体。,高空拼装法,先在设计位置处搭设拼装支架，用起重机把网架构件分件(或分块)吊至空中的设计位置，在支架上进行拼装。此法不需大型起重设备，但拼装支架用量大，高空作业多。适用于螺栓球节点的钢管网架。,落地支架拼装网架网架高空拼装施工,是把网架分成条状或块状单元，分别吊装就位拼成整体的安装方法。,分条（块）吊装法,首都机场T3B钢网架第一榀桁架吊装长958m、宽775m，是国内单体面积最大的网壳结构,分条吊装法安装屋面钢结构11届全运会自行车场馆屋盖结构,高空滑移法：将网架条状单元在建筑物上空水平滑移后就位总拼成整体。整体吊装法、整体提升法及整体顶升法：是将网架在地面总拼成整体后，用起重设备将其整体吊装(或提升、顶升)至设计标高。以上六种施工方案中，都牵涉到将网架分割成小拼单元、中拼单元(条状、块状单元)及总拼，其中要考虑如下两个主要技术问题：小拼单元的划分和总拼顺序。,整体吊装法,是先将网架在地面上拼装成整体，再用起重设备将其整体提升到设计位置上加以固定。此法不需拼装支架，高空作业少，易保证焊接质量，但对起重设备要求高，技术较复杂。适用于球节点的钢网架。根据所用设备的不同，整体安装法又分为多机抬吊法、拔杆提升法、千斤顶提升法及千斤顶顶升法等。,四机抬吊网架,京杭大运河上跨度107m的钢网架一次吊装成功,吊车准备起吊,吊至设计标高安装就位,拔杆提升法,网架先在地面上错位拼装，然后用多根独脚拔杆将网架整体提升到柱顶以上，空中移位，落位安装。,整体吊装法,是将网架在地面错位拼装后，起重机吊装、高空旋转就位安装的方法。,地面拼装,预备（四机抬吊）,网架整体吊装中,四机抬吊网架到达设计标高,旋转网架，使网架支座在支承柱上整体就位,注意看：网架支座与支承柱有一个错位,高空滑移法,按滑移方式分逐条滑移法和逐条累积滑移法两种；按磨擦方式可分为滚动式滑移和滑动式滑移两种。,北京五棵松体育馆屋顶结构为双向正交桁架体系，跨度为120120m，26榀钢桁架支撑于沿建筑物四周布置的20根砼柱上，柱顶标高为+29.3m，采用三组平行滑道、累积滑移的安装工艺，滑移总重量3300t，滑移距离120m。,高空滑移法安装屋盖结构五棵松体育馆屋盖桁架逐条累积滑移法,五棵松体育馆屋盖桁架逐条累积滑移法施工中,馆外拼装胎架,中滑道、树状支撑及爬行机器人,滑移施工中,国家体育总局训练局比赛馆主桁架滑移,该馆屋盖采用钢网壳结构，5榀跨度为50m的主桁架及檩条等结构采用液压同步累积滑移工艺安装，滑移总重量约500t。,滑移施工全景架空滑道,桁架支座与滑道,首都国际机场地面交通中心屋面拱架滑移,该屋盖结构为单向拱架，13榀间距18m、跨度77119m的钢结构拱构成双曲面屋顶造型。共设置七根滑移轨道，其中三根轨道在5.82m标高,四根轨道在0.0m标高，滑移总重量4500t，滑移距离220m。,滑移就位全景,单向拱架滑移施工中,郑州机场钢结构滑移,整体提升法,是在地面将承重结构拼装后，利用提升设备(电动螺杆提升机或顶升千斤顶）将其整体提升到设计标高安装就位。,北京航空航天大学教学科研楼的空中钢结构连廊跨度60m，地面拼装成整体，总重900t，提升高度46m，液压提升一次安装就位。,整体提升就位远景,整体提升施工中,提升就位近景,整体提升法,首都机场A380机库钢网架屋盖整体提升安装,该机库可同时容纳4架空客A380飞机或6架波音767飞机，为世界第一大机库。屋盖结构采用三层斜放四角锥焊接球钢网架，工程总用钢量为10500t。屋盖采用地面拼装，整体提升的施工工艺，提升面积40372.7m2，提升高度30m，提升总重量10500t。共设置45个提升点。布置40350t千斤顶138台。该大屋盖一次提升面积，提升点位和千斤顶数量均创世界之最。,国家数字图书馆工程万吨钢结构整体提升,该工程地上三层为钢筋砼结构，四至五层为钢结构。10388t钢结构在地面拼装，一次性整体提升成功，创造了新的世界提升重量纪录。,中国网通大厦连廊水平分块滑移垂直提升,网通大厦双塔楼之间的连廊结构包括七层型钢平台，采用水平分块(或单体)滑移,垂直提升工艺。提升最高高度为88.7m，钢结构总重量为2000t。,液压爬行机器人完成水平滑移的推进和牵引,连廊平台的型钢大梁,连廊结构垂直提升结束的,中央电视台新台址钢桁架整体提升,中央电视台新台址137.7m标高需安装6榀高8m、跨度40m的钢桁架，桁架在五层楼面拼装成整体，用液压提升器整体提升就位，提升总重量约800t。,整体提升施工中,整体提升就位提升施工仰视,杭州市市民中心工程钢结构连廊整体提升,钢结构连廊长58m、宽21m、高8.1m，重达666t,运用“整体地面拼装、液压同步提升、高空同步滑移、液压下降就位”的吊装技术。,提升高度达92m，水平滑移一次成功,HAECO飞机机库屋顶安装香港,提升塔架,屋顶钢结构荷载为1000t，地面拼装后使用9台额定荷载为185t千斤顶将其吊装到设计高度。,拉力框架的提升,倒装千斤顶沿钢绞线爬升,倒装千斤顶沿钢绞线爬升,整体顶升法,利用原有结构柱作为顶升支架，将大吨位千斤顶直接设在网架支座下面，顶升法适用于点支承网架，在顶升过程中只能垂直顶升，不能或不允许平移或转动。,近年来，整体顶升法在桥梁顶升、电视塔天线桅杆顶升中得到广泛应用。,三门峡南站站房网架整体顶升,整体顶升法,70米跨度的系杆拱桥梁整体顶升,某公路桥跨度70m，为满足河道通航等级由级提高到级、通航净空由原来的4.5m增加到7m的要求，需将该桥整体顶升2.5m。采用PLC液压同步顶升控制系统，主桥采用整体顶升盖梁的方法实现抬高主桥桥面标高；引桥通过顶升抱柱梁的方法实现抬高；使主桥、引桥同时同步顶升。,主桥顶升重量约为1600吨。单跨引桥顶升重量约为200吨，12跨共计顶升重量为2400吨。,整体顶升前的公路桥,截断墩柱后顶升桥面,接长柱钢筋支设墩柱模板,浇筑墩柱砼,整体顶升结束的公路桥,济南燕山立交桥整体顶升,济南燕山立交桥长170m、重6020t的北侧左半幅桥梁采用75台200t液压千斤顶整体顶升到位，最大顶升高度4.139m，与二环东路高架桥顺利对接。创造了我国桥梁顶升的单体重量和顶升高度两项之最。,济南燕山立交桥整体顶升施工,1、小拼单元的划分根据网架结构的施工原则，小拼及中拼单元均应在工厂内制作。小拼单元的拼装是在专用的模架上进行的。拼装模架有两种:平台型及转动型。小拼单元划分的原则是:（1）尽量增大工厂焊接的工作量的比例。（2）应将所有节点都焊在小拼单元上，网架总拼时仅连接杆件。,a)四角锥体小拼单元b)桁架式小拼单元7.5平台型拼装台1拼装平台；2用角钢做的靠山；3搁置节点槽口；4网架杆件中心线；5临时上弦；6标杆,图7.6转动型模架示意图1一模架；2支架；3一锥体网架杆件,2、总拼顺序为保证网架在总拼过程申具有较少的焊接应力和随时调整尺寸，以使网架最终总尺寸达到规定要求。合理的总拼顺序应该是从中间向两边或从中间向四周发展（图7.8a、b）。因为这样有如下优点：（1）可减少一半的累积误差；（2）保持一个自由收缩边，可大大减少焊接收缩应力；（3）向外扩展边便于铆工随时调整尺寸。总拼时应避免形成封闭圈。网架焊接时一般先焊下弦，使下弦收缩而略上拱，然后焊接腹杆及上弦。如果先焊上弦，则会造成人为挠度而不易消除。,a)由中间向两边发展b）由中间向四周发展c）由四周向中间发展（形成封闭圈）图7.8总拼顺序示意图,二、网架结构的安装1、高空散装法（1）工艺特点高空散装法分全支架法(即搭没满堂脚手架)和悬挑法两种。全支架法可以一根杆件、一个节点的散件在支架上总拼或以一个网格为小拼单元在设计标高进行总拼，为了节省支架，总拼时可以部分网架悬挑，高空拼装采用高强螺栓连接。,高空散装法的特点是网架在设计标高一次拼装完成。其优点是可以采用简易的运输设备，甚至不用任何设备。可适应起重能力薄弱或运输困难的山区等地区。其缺点为现场及高空作业量大，同时需要大量的支架材料。高空散装法适用于非焊接连接(螺栓球节点或高强螺栓连接)的网架。因为焊接连接网架采用高空散装法施工时，不易控制标高及轴线，并应采取防火措施。,（2）拼装支架拼装支架必须牢固，设计时应对单肢稳定、整体稳定进行验算，并估算沉降量。（3）螺拴球节点网架的拼装螺拴球节点网架采用高空散装法较多。高空拼装时一般从一端开始，以一个网格为一排，逐排向前推进。拼装烦序为：下弦节点下弦杆腹杆及上弦节点上弦杆校正全部拧紧螺杆。,2、分条（分块）吊装法所谓条状单元，是指沿网架长跨方向分割为若干区段，每个区段的宽度是13个网格。而其长度即为网架的