本工程重点难点及保证措施1标1（24页）

1、本工程重点难点及保证措施1标1本工程重点、难点及保证措施本工程重点、难点一览表XXX体育中心钢结构屋盖由单层网壳、竖向支撑系统及展望桥桁架构成。大屋盖采用斜交网格结构体系，将一场两馆有机的连系在一起，内部采用较少的支撑形成大空间，外部形成一个包裹，整体形似“春茧”。单层网壳主要由弯扭箱形构件组成，弯扭构件占钢结构总量约40，结构体系特殊、跨度大、支撑少、异型构件多、钢结构的安装精度控制难度大。现从深化设计、制作、安装、施工管理等方面进行分析，总结本工程的重点、难点列举如下：施工重难点一览表序号项目重难点1钢结构深化设计空间曲面钢结构高效深化设计2构件空间定位难度大3坐标定位与数据输出量大4大量

2、弯扭构件的准确深化设计5深化设计与相关专业配合要求高6钢结构加工制作铸钢节点的加工制作7弯扭构件的制作与质量控制8厚壁钢管和Q460D材质钢管的卷制9特殊节点设计优化10钢结构现场安装吊装单元的现场拼装11吊装设备的选择与布置12安装胎架的布设13Q460D高强钢和异种钢材全位置焊接14复杂异型空间钢结构测量控制及变形监测控制15钢结构合龙与卸载16钢结构安装精度控制17施工管理加工和安装阶段施工管理与工期进度保证18与总包、其他专业交叉施工协调及现场平面交通组织规划19安全管理与防护重难点分析及保证措施深化设计重难点分析及保证措施空间曲面钢结构高效深化设计深化设计工作量大单层网壳为复杂的空间

3、曲面，有 5295个节点和9859根构件，部分构件空间弯扭，节点形状相似但均不相同，完全依靠人工绘制加工详图，精确建模难度大，且弯扭板件无法展开，深化设计重复工作量巨大，效率低，易出错且难以发现。解决措施通过专用软件的开发，解决精确建模、弯扭板件展开、构件空间及制作、拼装定位、设计准确度、设计效率，与安装施工配合等问题。基于本工程的复杂性及对深化设计的特殊要求，在AutoCAD三维图形平台上开发了绘制钢结构加工详图的专用软件系统。该软件有以下优点：（1）精确构建实体三维模型。（2）完成弯扭板件展开。（3）自动生成构件空间及制作、拼装过程的各种位形的局部坐标体系下的三维坐标。（4）分类统计各类构

4、件的实际净重和毛截面重量。（5）快速、自动绘制施工图。大大提高了设计准确度、设计效率，同时可解决与安装施工配合等问题。构件空间定位难度大整体结构变形大，单个构件定位困难经计算分析，结构在1.0自重和1.0活载作用下，X 向最大水平位移为153.6mm，出现在体育场单层网壳的西侧悬挑端，Y 向最大水平位移为106.3mm，出现在综合馆北侧单层网壳的边缘，Z 向最大挠度398.9mm，出现在体育场单层网壳的西侧悬挑端。从正常情况下看结构可能需要预变形以满足正常使用要求和保证屋面幕墙的标准尺寸；但对如此复杂的单层网壳结构，单层网壳各部分的变形值大小、甚至变形的方向变化很大，预变形意味着所有的网壳坐标

5、都会发生变化，给制作安装及验收都带来很大困难。1.0D+1.0L作用下X、Y、Z向位移云图解决措施从正常情况下看结构可能需要预变形以满足正常使用要求；但对如此复杂的单层网壳结构，单层网壳各部分的变形值大小、甚至变形的方向变化很大，预变形意味着所有的网壳坐标都会发生变化，给制作安装及验收都带来很大困难，可操作性较差。因此，本工程在深化设计及钢结构制作、地面拼装阶段不预拱：（1）通过改进设计，如增大树杈钢柱与地面夹角，降低钢柱的转动位移，达到降低整体位移的目的。（2）吊装时，调整支撑架的安装定位尺寸，通过单元间焊缝过渡实现结构安装预拱。（3）结构变形不影响大的建筑外观，因此任由变形发生，不做处理。

6、坐标定位与数据输出量大坐标定位与数据输出弯扭构件组成的网壳体系，定位完全依靠定位点的空间三维坐标，而钢结构网壳成型需要四个阶段：钢结构高空安装、吊装单元地面拼装、构件工厂装配，弯扭板件展开层平面，每个阶段对应着不同的定位坐标，定位坐标的确定和数据输出是深化设计的最大难题。解决措施通过软件开发，编制程序，在每一阶段，应用最低势能原理，找到平均标高最低的位置作为各阶段的定位位形，以管口和原设计定位点作为控制点，自动生产该位形的局部坐标和三维定位尺寸。弯扭构件的准确深化设计弯扭构件深化设计数量大，精度要求高弯扭板件的展开已成功应用于多项工程，相对成熟，但本工程采用带凸缘的板弯扭，大大增加了深化设计的

7、弯扭钢板展开和平面、空间定位的难度。弯扭构件展开后，板为带弧度的钢板，形状不规则，同时主方向采用带凸缘的设计，材料的计算、排版计算和材料表的统计难度大。解决措施通过设计软件开发，编制程序，将凸缘作为主方向面内构件，在该平面内外伸50mm直线段，同时软件完成倒角的功能。确定量计算和材料损耗计算的规则，编制软件，软件可自动识别构件弯扭和非弯扭，并分别进行归类统计，同时软件也能完成选定构件的用钢量统计和制定局部的用钢量统计。深化设计与相关专业配合要求高与其他专业配合要求高本工程钢结构深化除需要考虑运输、安装、制作方案等常规的方案外，因建筑需求和复杂的变形条件，还需要跨专业与其他设计进行配合，如屋面板

8、设计、幕墙、机电安装等，设计需要考虑的这些条件，给深化不仅带来难度，还带来非常大的协调工作量。解决方法深化设计时充分考虑各种工序的交界面，考虑各种工况下结构的变形，尽量将定位的配件在地面和工厂完成，如定位困难，预留调整机构等。加工制作重难点分析及保证措施铸钢节点加工制作重难点分析铸钢节点分枝多、方向不规则，加工与运输难度大，它的质量控制的好坏，直接关系着整个结构的安装精度。树形柱与下部混凝土柱支座连接采用铸钢节点，铸钢节点需要兼顾建筑外观和受力性能双重作用，因是屋盖最重要的支撑，受力大，铸钢件的制作质量和管口的精度及质量要求高。铸钢件的壁厚尺寸较大，常规的热处理方式很难保证其机械性能。铸钢节点

9、外观品质须满足整体建筑效果，表面成型需质量美观、圆滑、光顺。这给工厂铸模选择提出了很高的要求。解决对策及保证措施对超过运输限制铸钢节点进行合理的分段铸造。采用加壁厚的铸钢件设计。采用调质工艺均化铸钢的材性，提高受力性能。管口加长100mm，切割剖口，作为对接口，减小浇铸工艺对焊接质量的影响。弯扭构件的制作与质量控制弯扭构件制作弯扭构件制作工艺确定本工程采用空间网格，网格单元的尺寸为35m；因构件截面为箱型，为了形成空间曲面，构件需要弯扭，弯扭构件的制作分段确定、工艺路线的选择、弯扭板的加工方法、焊接顺序及测量方案的选定是本工程钢结构加工的最大难题。解决措施吊装单元内主方向板件通长下料，减少焊缝

10、数量，减小焊接变形影响。主构件制作时带一段次构件牛腿段，现场拼装全部为平对接口。组成箱型截面的四块钢板分别在胎架上精确弯折和校正成设计位形。拼装采用L形胎架定位，翼板腹板都通过胎架找形。弯扭板成型弯扭板的成型和质量保证本工程弯扭构件有2700t,弯扭板件近2万块，弯扭板的成型工艺及质量保证是制约工艺的关键和钢结构加工的最难点。解决措施根据构件的弯扭程度不同，分成三种工艺进行钢板弯扭，首先通过压力机或卷板机实现初步弯扭，其次上定位胎架，依靠火工，精确找形，直到钢板与胎架完全贴合。 油压机成形加工 卷板机成形加工火工局部矫正示意图弯扭构件装配弯扭构件组装弯扭构件的装配是本工程钢结构构件制作的又一关

11、键工序，通过弯折和火焰校正的板件，如何能够形成一个整体，并且保证复杂的空间造型和与周边杆件顺利对接，是弯扭构件不同于普通钢结构的又一大难点。解决措施制作精确定位的L形装配胎架，下底板定位下翼缘，侧板定位腹板，节点网格间设三块定位隔板，所有焊接都在胎架上完成，牛退装配也在该组装架上进行，直到构件测量结束，构件才离开胎架，做到一次定位，精确制作。 焊接残余应力控制焊接变形和残余应力的控制本工程网壳结构85%的构件采用7004501014的薄壁箱型截面，而数量不多的杆件又采用了7004504060的厚壁弯扭构件，网格间距小，焊缝集中，焊接加热和焊缝收缩都会引起很大的焊接变形，同时板件弯扭过程内部己积

12、聚了部分内应力，因此需要通过多项措施保证焊接质量、控制焊接变形和控制焊接残余应力。解决措施：采用加密的刚性固定隔板，减小焊接变形，保持薄壁箱型的外观尺寸。采用预热和厚保温措施，减小焊缝收缩变形。优化焊接顺序，尽量采用对称焊接。吊装单元内的钢板沿主方向通长，减少了焊缝数量，只在上翼板开槽，焊接加劲板。采用局部加热法，对焊缝密集的区域进行局部退火，消减残余应力。隔板示意上壁板开槽示意图厚壁钢管和Q460D材质钢管的卷制钢管制作难度大本工程的支撑系统主要是空间树杈柱，采用圆钢管，因受力大，钢管不仅壁厚，还采用了高强度的Q460D材料，径厚比小于25和Q460D材质的圆钢管成型和质量保证是除网壳弯扭之

13、外的最大难题。解决措施径厚比小于20和高强度的材料采用冷弯卷制，不仅卷制难度大，同时卷制成型的钢管残余应力大，因此本工程此类管件采用热卷法，即将钢板加热到500600C,进行卷制。 圆管的热卷工艺 圆管的冷弯工艺特殊节点设计优化重难点分析本工程节点存在很多特殊的节点：钢管与网壳的节点、树杈柱脚节点、四根钢管柱节点、网壳与地梁、地面连接节点，网壳与网架连接节点，每个节点因空间相交角度不同而形式各异，不仅设计量大，设计的构造处理也不尽相同，节点设计难度大。钢管与网壳连接节点：钢管柱支撑与网壳采用销轴连接，插板与节点用非常复杂的空间角度相贯，构造复杂，同时销轴插板与节点连接区域，节点受力大且复杂，节

14、点区域需要进行补强。解决措施建议钢管柱与网壳弯扭节点空间相交建议改为铸钢件、万向铰支座。不仅实现空间铰节点的工程，同时解决了建筑外观、节点复杂的问题。修改前：销轴单向，且节点复杂 修改后：铰可在销轴面外转动5角，实现空间 铰，外形美观钢结构现场安装重难点分析及保证措施吊装单元的现场拼装重难点分析1）本工程单层网壳为空间曲面，由箱型截面构件形成的四边形网格构成，且构件具有不同程度的空间弯扭特征。根据其结构特点，现场吊装单元多，拼装量大。2）由于加工与运输条件的限制，钢构件不能成整体或片状加工运输，需要进行分段处理，分段构件在加工中因下料切割有一定的尺寸偏差，再加上运输、堆放、焊接等原因会使构件有

15、一定变形，各种误差的积累，必将给现场拼装带来不利。且拼装的吊装单元为空间曲面，拼装进度控制及测量定位难度较大。3）地面拼装，焊接易引起整体变形；分片吊装易引起弹性变形；多牛腿现场对接精度要求高。4）由于拼装单元的尺度大，对现场的拼装设备和拼装场地提出了更高的要求。解决对策及保证措施1）根据分片的结构特点，编制合理拼装和焊接工艺方案。2）拼装时采用设计合理的刚性胎架作为拼装胎架。3）拼装过程中加强测量和复核，严格安装深化设计的控制坐标点进行坐标拟和检测拼装单元的几何尺寸，采用高精度全站仪对拼装单元进行空间三维坐标控制。拼装单元测量示意图拼装单元坐标拟合4）进行起吊计算，设置合理的吊点。吊点设置示

16、意图吊点计算吊装设备的选择与布置重难点分析1）本工程钢结构屋盖最大宽度达240米，长度520米，最大安装高度46米。结构分布面广，构件平面、竖向运输难度大。根据工期要求、合理的选择吊装方案及吊装设备是现场安装重难点之一。2）地下室分布广，屋盖下部土建结构给现场道路的布置、支撑胎架的搭设及结构的吊装带来较大困难。3）本工程工期紧，现场拼装、吊装量大，设备选择必须考虑满足工期要求。解决对策及保证措施1）对构件进行合理分段，最大限度的采取分片吊装的方法。2）采用塔吊和履带吊相结合的方法吊装，整个标段选用六台吊装设备。3）充分利用混凝土结构布置形式，在大树广场处的钢结构后施工带设置两台行走式塔吊，以提

17、高施工效率。安装胎架布设重难点分析1）根据本工程钢结构特点，安装时采用胎架支撑高空原位安装的方法，吊装单元下设支撑胎架。由于支撑胎架下方是土建施工楼板或预制清水混凝土看台板，布设时需考虑对混凝土结构的影响。2）支撑胎架需考虑复杂节点的安装定位、胎架自身稳定性以及结构卸载时对胎架的影响等因素。解决对策及保证措施1）本工程钢结构主要采用“片状单元高空原位胎架安装工艺”进行施工，为此根据屋盖结构形式及吊装分块形式在合适的屋盖网格节点下方布置临时支撑胎架，胎架之间根据布置形式通过连系桁架或H型钢连系梁进行连接，共同组成一个对主体结构的临时支撑体系，作为整个钢结构高空安装的主要受力支点。2）根据结构特点

18、，灵活地选择胎架类型：大树广场主要设置钢管胎架+H型钢连系梁组成的支撑体系（“A类胎架”），体育场屋面胎架主要以型钢标准节胎架+连系桁架组成的支撑体系（“B类胎架”），体育场南北外立面支撑胎架为H型钢三角支撑与H型钢连系梁组成的临时支撑体系（“C类胎架”）。3）A、B类胎架的底部坐落于混凝土结构基础底板或混凝土柱头上，胎架顶部设置千斤顶和定位校正装置；C类胎架设置与体育场外地坪的条形基础上。Q460D高强钢和异种钢材全位置焊接重难点分析1）本工程现场焊接有以下三个难点:一是厚板焊接;二是Q460D高强钢材料;三是铸钢件异种钢焊接。2）Q460D高强钢材料强度高，焊接性差;国内建筑领域采用相对较

19、少;焊接冷裂纹敏感性强。3）铸钢节点结构复杂，焊接操作空间小;焊缝形式有平焊、横焊、立焊等高空全位置焊接。焊接量大，焊接变形控制重度大。解决对策及保证措施1）采用二氧化碳半自动气体保护焊加药芯焊丝的工艺技术，严格按焊接工艺评定做好焊接试验。2）在拼装平台上采用专用焊接设备进行节点的焊接，可采用局部加固约束变形的方法进行控制焊接变形。3）加强焊接前、焊接中和焊接后的预热、层间温度和保温等技术措施控制。4）在地面上最大限度的进行构件组装，减少高空焊接量。5）制定合理的焊接顺序，严格控制焊接的插入时间，即立面结构和屋面结构主次杆件安装校正分别完成后，才能插入焊接。6）焊接顺序采取先焊接主约束后焊次约

20、束的方法。7）在焊接方法上采取加大能量密度，减少热输入的工艺措施，焊后采用电加热保温等措施减少焊接应力。复杂异型空间钢结构测量控制及变形监测控制重难点分析施工测量受温度变化影响，在温度变化大的情况下，钢结构会产生一定的变形。部分异形节点的三维测量控制难度大，测量控制点多，检验测量复杂。空间异形结构三维坐标定位困难，尤其是弯扭构件的空间定位需要多个控制点。解决对策及保证措施1）通过历年气象资料，统计分析深圳地区在主体结构施工时间段内的气温，采用计算机分析结构受温度影响变化的规律，提前并做好预调措施。2）配置视距远、清晰度高、误差小的高精测量设备。3）施工中核对地面布控点群校群检，形成稳定片区，先

21、行完成局部焊接方式，从底层向中层，从中层向上层，从核准独立杆件到核准片区杆件框体，在平面从中向四方延伸，从保证单体精准到局部精准，全面精准的开展测量工作。4）采用高精度全站仪对节点进行空间三维坐标控制;安装到位后，用全站仪激光捕捉空间三位坐标性息直接测量控制点的三维坐标，将测量数值与设计预控制值比较，调整节点至设计位置。在材料选择上严格安装设计技术参数的要求选择合格的知名厂家。吊装单元测量示意图钢结构合龙与卸载重难点分析由于该工程为一闭合结构，安装过程中由于误差的积累，必将对合龙位置的构件安装造成不利影响，给合龙区域安装带来一定的难度；而且需考虑合龙位置的杆件内力和临时支撑的受力对整个结构体系

22、受力的影响。合龙时结构受温度和日照影响较大，需考虑合龙杆件内力和临时支撑的受力对整个结构体系受力的影响。卸载既是支撑胎架卸荷的过程，又是结构体系受力逐步转换的过程，在卸载过程中，结构本身的杆件内力和临时支撑的受力均会产生变化；合理的卸载工艺及顺序是结构安全的重要保障。解决对策及保证措施严格模拟工况进行合龙计算分析，确定最佳的合龙时段。采用临时快速连接接头，保证合龙在最短的时间内完成。采用智能全站仪自动测量技术进行实时动态监测，特别是合龙前连续24小时监测，为合龙时间与温度选择提供决策依据。胎架卸荷以理论计算为依据、以应力应变控制为核心、以测量控制为手段、以平稳过渡为目标，采用计算机同步控制，液

23、压千斤顶逐级分步卸荷的方法进行，并对卸荷的过程进行计算机仿真模拟。钢结构安装精度控制重难点分析1）本工程大屋盖为单层空间斜交网格钢结构，不是常见的空间结构形式，构件无明显节点与杆件之分，吊装单元多为空间曲面，对安装对位及测量定位均有较大的难度。2）多杆件汇交连接对钢结构安装精度提出了更高的要求，因此钢结构安装精度的控制是本工程钢结构安装的重点和难点。解决对策及保证措施1）施工过程仿真模拟运用仿真技术，模拟施工过程，为施工提供参考。施工前，通过ANSYS、SAP2000等大型通用有限元分析软件，对安装过程中的几个重要阶段进行模拟分析，确定合理的施工顺序，确保结构施工安全。2）建立三维实体模型，采

24、用三维坐标定位，用螺栓板进行临时连接。3）稳固的胎架体系支撑胎架采用型钢格构式外加脚手架支撑体系，稳固的支撑体系保证安装完成的结构局部的稳定性。4）制定测量专项方案，选用先进的测量仪器和经验丰富的测量工程师进行钢结构的测量。利用临时支撑或千斤顶或缆风绳等调节装置进行校正。5）合理的焊接工艺和顺序焊接顺序以先焊接主约束，再焊接次约束的原则。6）全过程数据监测安装过程中，对关键部位进行原位监测，记录结构变形数据，为下一步安装提供依据。每安装完成一个单元结构后，进行整体校正，待复核结果满足要求后，再进行焊接施工。7）卸载过程同步分级胎架卸荷采用“原位检测同步控制、分区分级逐步卸荷”的方法进行，对卸荷

25、过程进行计算机仿真模拟。施工管理重难点及保证措施加工和安装阶段施工管理与工期进度保证重难点分析1）本工程钢结构复杂、施工工序多。本标段钢结构工程量超过一万吨，杆件数多，屋盖投影面积大，次结构、管、板等杆件多达1万余件。2）由于受运输限制，大部分构件只能散件运输到现场后进行现场片状拼装，造成现场拼接量巨大。3）安装工期紧，在4个月的安装工期内，须完成约1万吨的工程量。须进行合理的施工部署和适合的安装顺序，才能满足要求。4）大量的弯扭构件及铸钢件加工制作难度大、周期长，对现场安装带来较大的压力。解决对策及保证措施1）加强工厂制作质量，严格进行构件进场交接验收，不合格构件，不得交付安装。2）采用先进软件和高精度测量仪器，确保工况计算的准确性和测量校正精度。3）安排周、旬吊装计