山西体育中心主体育场钢结构安装工程关键技术_图文

1、山西体育中心主体育场钢结构安装工程关键技术摘要:对安装过程中的(1土建基础柱脚定位偏差纠偏(2钢管高空焊接接头间隙过大处理(3管内积水结冰爆管(4相贯口管空中就位(5整体同部卸载(6建测控网等关键技术的有效实施;通过合理施工流程,确保了工程质量、安全和进度。1.工程概况山西体育中心位于山西省太原市晋源区中南部,占地1237亩。设有60000座主体育场8000座主体育馆3000座游泳跳水馆、综合训练馆1500座自行车馆各一个和训练基地等配套工程设施(见图1。 图1 山西体育中心整体效果图主体育场融合了灯笼、大鼓与剪纸等元素。整体造型如大鼓,浑圆敦厚,气质淳朴,大气磅礴。将灯笼的编织手法巧妙地运用

2、到主体育场的幕墙结构体系(主体钢结构中,提取山西地方剪纸艺术的图案加以抽象化运用,以中国红为主色调,以透明阳光板来模拟剪纸的图底关系,通过随机组合来形成表皮肌理。将山西的地方建筑文化内蕴延伸到现代建筑中,显得生动灵活,妙趣盎然,富有韵律。主体育场的上部为空间管桁架钢结构罩棚(见图2,呈弧形状,东西高、南北低。罩棚外边缘南北向最长处293m,东西向最宽275m。罩棚最宽处68m,最窄处约49m,罩棚最高点离地面约55.45m。悬挑长度最大为52m,最小为34,7m桁架根部最大高度7.8m,根部高度5m。各榀桁架内支座间距约26m。图2 体育场罩棚钢结构模型图2 体育场罩棚钢结构模型立体主桁架为倒

3、三角变截面桁架(见图3,由立面支撑倾斜段、肩部弧形段(下设V形撑和顶面悬挑段三部分组成,桁架单榀最重达116t。主桁架截面尺寸最宽处达7.8m×5.0m最大管直径为610*45,单件最大起吊重量为52吨。V形撑钢管最大为651*35,最长约9.9m,重约5.4t环桁架分四弦杆和三弦杆两种形式,最大截面尺寸为4.5m×2.5m。内环桁架与中环桁架断面为四边形,外环桁架与边桁架断面为三角形,单榀最重约25t。吊装作业半径大(40m,安装高度高(54.5m 图3 立体主桁架钢结构分段及截面图2.总体施工方案2.1吊装机械选择履带吊:400t 2台、150t 2台、50t 2台、汽

4、车吊:25t 8台拖车:2台。其中场外布置400t、150t、50 t各1台,场内布置400t、150t、50t各1台,每处拼装场地各布置1台25t汽车吊,临时布置2台50t履带吊配合卸车及桁架拼装。2.2施工作业区域的划分依据罩棚钢结构对称布置的特点,共划分为4大施工区域(从27轴线开始,每8榀主桁架为一个施工分区一区为2748轴,二区为5172轴,三区为7596轴,四区为327轴(见图4。按一区二区三区四区的施工顺序逐区施工,各区之间预留合拢缝最后焊接。图4 施工分区图2.3总体施工部署总体施工原则“流水作业、体育场内外同步施工;桁架总体拼装、分段吊装、高空对接;整体合拢、同步卸载、稳定成

5、型”施工流程(见图5 图5 施工总体流程图先后顺序:“先措施后结构、先V型支撑柱与主桁架、再环桁架、次桁架、网格结构及其它次结构体育场内、外同时进行流水作业、同步配套拼装、逐区施工”确立了四条主线的施工流程。由于桁架长度长,断面高度高、单榀重量重,无法厂内整体加工和出厂,且无法整体进行吊装。考虑其结构形式及节点构造,桁架采用工厂加工,散件出厂,现场搭设拼装胎架,地面拼装。立体主桁架的立面倾斜段和肩部弧形段在场外拼装、分段吊装;顶端悬挑段采用场内拼装、吊装,高空对接工艺;环桁架与次桁架整榀进行吊装。钢管网格结构采用在地面分块拼装,高空拼嵌的施工工艺。 图6 主桁架立面倾斜段吊装立面图 图7 肩部

6、弧形段的吊装立面图 图8 端部悬挑段吊装立面图 图9 环向桁架整体吊装图在安装过程中,整个结构都是不稳定体系。经过模拟计算,设计、安装了施工临时支撑塔架,并对看台局部结构进行加固处理,保证其安装过程中的空间稳定性。待四个区结构安装、焊接完毕后,对四个区之间设置的四条合拢口同步进行收口焊接。合拢温度为10左右。最后经过同步卸载,确保了罩棚钢结构体系的稳步成型。3.关键施工技术3.1轴线及柱脚定位的偏差处理技术因预埋支座由土建单位施工轴线定位偏大过大。通过钢结构施工对偏差进行调整消化。即对整个已经完成的砼结构进行测量后,将所有支座的实际测量座标反馈到Tekla Structures模型中,对部分杆

7、件的空间坐标进行调整,对钢结构加工尺寸进行调整,从而保证罩棚钢结构的正常就位。3.2高空焊接接头间隙偏差纠偏技术GB50661钢结构焊接规范说明:焊接接头的坡口及装配精度是保证焊接质量的重要条件,超出公差要求的坡口角度、钝边尺寸、根部间隙会影响焊接施工操作和焊接接头质量,同时会增大焊接应力,易于产生延迟裂纹。AWS D1.1/D1.1M-2008美国钢结构焊接规范规定根部间隙大于允许值但不大于较薄件厚度的2倍或20mm,(取两者中小值,可在部件焊接连接之前用焊接的方法予以纠正,以达到合适的尺寸。超过上述范围的根部间隙,只有得到工程师认可,才可用焊接方法修正。根据类似工程的经验,管桁架安装时,总

8、有个别节点因结构变形及拼装误差的原因造成间隙过大超常规的情况。据此进行了焊接模拟实验。即在现场进行大间隙钢管对接焊接工艺评定(见图10试验。采用材质为Q345CD的457*20管,在管间隙为50mm条件下进行单面双坡口对接焊,先堆焊长肉再焊接,最终工艺评定合格。据此制定出在实际工程中:间隙小于等于30mm的焊缝采用先堆焊长肉再焊接的方法,间隙大于30mm的焊缝重新更换钢管。 图10 间隙为50mm的宽焊缝焊接工艺评定示意3.3防桁架管内积水结冰爆管技术雨季施工很容易造成管件内部集水,到冬季零度以下集水成冰,造成爆管焊缝开裂,轻则造成返修,重则造成重大安全质量事故。必须注意焊接工艺及顺序:管接点

9、焊接时,先焊接上端节点,再焊接下端节点。对于特殊节点,无法依此顺序焊接时,应在管件下端钻直径5-20mm左右的排水孔,焊后对排水孔进行封堵,预防钢管内部锈蚀。3.4相贯焊缝的根部质量保证技术管桁架工程,相贯焊缝的质量是工程的重中之重。焊接时焊缝根部先采用较细的焊条进行打底焊,然后进行正常焊接,确保熔透焊缝的质量。所有主结构、主桁架的焊缝焊接连接必须在整体卸载前完成。钢管结构技术规程要求“圆管支管与圆管主管相冠焊缝上坡口部位焊缝根部2mm3mm的范围内的焊缝检测科不作全熔透要求”3.5主桁架空中对接就位技术多段安装的拼装误差、安装误差及变形误差的叠加,会造成就位误差。据此(1拼装前,采用SAP2

10、000有限元软件模拟分段吊装的全过程,选取合适分段点;(2拼装时,对立面倾斜段拼装焊接完成后,对其与肩部弧形段相连的分段点管端座标作为肩部弧形段拼装的控制基准,确保两段对接的精准。(3拼好焊接前,对桁架分段的部位做临时加固,确保空中对接的精度。3.6高空安装节点相贯口的处理技术(1由于相贯口中间凹上下凸的形状特性,拼装完成的环桁架无法在两主桁架间直接安装就位。(2通过增加一道对接焊缝的方法来解决,既保证了安装的精度,同时又保证了节点焊接的质量。(3钢管接长长度符合下列规定:当钢管直径小于等于500mm时,不应小于500mm;当钢管直径大于500mm时,不应小于直径d.3.7测控网的建立及定位变

11、形监测技术由8个测量控制点(BY1BY8组成施工测量控制网,分布在5层看台上由6个圆心点(O1O6组成校核测控网。有4个分布在内场地面上,两个在一层看台上,以业主提供在场外的两个原始基准点为基准投射完成。36996939087846663607275788118151221242730336391215182124276063666972757881848790939669O1O2O3O4O5O6BY1BY2BY3BY4BY5BY6BY7BY8图11 测控网点布置图(1通过测量控制网络对内外环支座及支撑塔架控制点等进行定位测量,再用校核测控网对施工测量控制网进行校核修正。通过两网相结合的方式确

12、保变形观测、定位的精度。(2结构安装精度控制一方面是控制支撑塔架的定位坐标及其在主桁架下弦杆上的支撑点坐标的精确度;另一方面是控制主桁架下弦杆檐口位置的部中心点(最为敏感部位坐标。变形观测以主桁架下弦杆檐口部位的中心点为观测点,在此部位设置专用反光片,以提高变形观测的精确度。3.8整体同步卸载支撑塔架共有52个(内圈32个、外圈20个由SAP2000有限元分析软件计算出各支点的结构挠度和卸载量。外圈塔架最大卸载量不到5mm,采用一步卸载即可,内圈塔架最大卸载量95.64mm,分5步卸载完成。采用分析软件对每步卸载完成后结构的变形、内力进行模拟分析,计算出每步的位移量;卸载过程中,对每一步的卸载量和预测值进行比对分析,确认正确后才能进行后一步卸载,直到全部卸载完成。在2010年9月16日卸载完成后持续进行1个半月的变形监测。与对应理论计算下挠变形基本接近(15%以内,实测变形满设计及规范之要求,卸载完满成功。4.总结 通过关键技术的应用安装施工方案的实施， （1）有效控制了卸载后的变形位移控制和内力的平稳转换，