中山博览中心综合展厅大跨度钢结构施工技术

中山博览中心综合展厅大跨度

钢结构施工技术.2工程特点及施工难点3施工技术简介1工程概况4浅谈几点施工体会5结语.3钢结构施工技术2工程特点及施工难点1工程概况4浅谈几点施工体会5结束语.工程概况

（1）建筑概况：中山博览中心(又名中国轻工博览中心)由常年展厅、综合展厅、会议中心组成，地下一层，地上局部三层，地下室为钢筋混凝土结构，地上展厅主要为钢结构（局部为钢筋混凝土），建筑面积10万多平方米。建筑外观如下图所示。建筑鸟瞰图（效果图）钢结构图片（现场施工照片）.（2）结构概况：综合展厅钢屋盖结构形式为大跨度管桁架结构，主要由组合钢管柱、托架、主桁架、次桁架、屋面支撑及檩条组成，各类型桁架均采用平面管桁架。托架支撑于钢柱上,跨度36m，为折线形多跨连续桁架，桁架最大高度为10m。主桁架分为三跨，包括一个90m跨和两个54m跨。主桁架垂直连接于托架上，沿南北方向布置，间距18m，相邻两榀主桁架间有4.5m的高差。次桁架平行于托架，连接于主桁架上，沿东西方向布置，跨度为18m，间距为9m。主桁架下弦水平，上弦成折线形，这样使屋面呈双向起伏形状（钻石状效果）。

工程概况.综合展厅典型部位结构效果图

工程概况.工程概况.

组合钢柱为钢管格构式柱，每根组合钢柱由四根圆管柱肢组成，钢管直径为700mm，最大壁厚为28mm。组合钢柱外轮廓最大尺寸2700mm×2700mm（柱脚底板处），柱顶通过铸钢支座与屋顶桁架结构连接，钢柱下端埋入钢筋混凝土承台内。工程概况综合展厅组合钢柱效果图.

桁架节点形式：主要采用管管相贯焊接节点，部分多管相交节点采用插板型式连接，桁架上的多管交汇处采用了梭形节点加强区，整个钢屋盖通过铸钢支座固定在大型组合钢柱或钢筋混凝土柱上，如下图所示。桁架上多管相贯效果图工程概况桁架支座处节点效果图支座处节点效果图.屋面插板节点照片相贯节点照片柱顶铸钢节点照片工程概况.3施工技术简介2工程特点及施工难点分析1工程概况4浅谈几点施工体会5结束语.2、工程特点及难点（1）场地条件差，交叉施工多

综合展厅钢结构吊装对应的施工场地被两栋展厅土建结构隔断为三部分，且每部分又被管沟地下室分割，施工场地布置、构件运输及吊机行走路线严重受阻，钢结构吊装受土建施工牵制较大。同时，由于不良天气条件影响等原因，导致土建施工和钢结构施工作业面发生较多冲突、交叉作业多。工程特点及施工难点.综合展厅吊机行走路线工程特点及施工难点.（2）桁架跨度大、断面高，吊装难度大

主桁架跨度为90m和54m，断面最高度10m，桁架吊装分段单元单重约65t，吊装时的变形控制和起吊直立较为困难，因此需要对吊装过程进行计算机仿真模拟和吊装工况分析，得出理论数据，指导现场安装施工，对关键部位的应力和应变实施有效监控。同时，主桁架与托架、次桁架与主桁架之间均采用相贯焊缝连接或插板连接，构件进裆和就位难度大。另外，本工程桁架采用了截面较高的平面桁架，在结构未形成整体之前，桁架侧向稳定性较差。

工程特点及施工难点.典型桁架吊装计算有限元模型吊装过程结构变形分布图结构最大拉应力分布图结构最大压应力分布图工程特点及施工难点.桁架翻身计算有限元模型翻身时钢丝绳轴力分布图翻身过程结构最大拉应力分布图翻身过程结构最大压应力分布图工程特点及施工难点.（3）高空作业多，安装精度要求高本工程屋面为管桁架结构，且双向高低起伏，安全通道和操作平台设置困难，高空作业点多面广，施工安全要求高。在屋盖结构之上设计有三角形金属百叶或金属屋面板，屋盖桁架和支撑的安装几何尺寸直接影响到百叶的进挡和落位，钢檩条的直线度、桁架的安装误差则直接关系到屋面板的安装精度。（4）焊接量大，质量要求高综合展厅除屋面檩条采用螺栓连接外，其余部位均采用相贯焊缝或连接板形式连接，高空焊接作业量大，操作平台搭设较困难，而且相贯焊缝焊接质量要求高，焊接难度大。工程特点及施工难点.（5）采用梭形加强节点,制作难度大,精度要求高。（6）雨季施工难度大综合展厅的钢结构施工高峰期在8～10月份，正值中山地区的雨季和高温季节，同时受台风的影响，吊装安全控制和焊接作业难度大。（7）工期压力大综合展厅钢结构约8000t，构件数量众多，需进行大量的现场拼装和高空对接作业，高空作业多、难度大，而钢结构施工条件差，安装工期却相对较短，仅两个多月，工期压力很大。工程特点及施工难点.2工程特点及施工难点3施工技术简介1工程概况4浅谈几点施工体会5结束语.3.1、方案比较与确定钢结构施工技术

针对本工程的结构特点，可行的施工方案主要包括大型吊机吊装和累积滑移两种思路，以下表格对两种方案优缺点进行详细的分析，经比较论证，综合展厅现场施工采用传统的大型吊机跨内吊装。.钢结构施工技术.滑移计算机模拟示意一大型吊机跨内吊装照片钢结构施工技术滑移计算机模拟示意二大型吊机跨内吊装照片.之所以采用传统的大型吊机吊装的方法进行现场施工，其原因只要有以下几点：(1)大型吊机吊装的方法可以完全满足钢结构施工进度、质量和安全需要，同时安装作业机动灵活，可以解决土建施工移交工作面不规律的问题。可尽量避开土建作业面，较少与土建专业的交叉作业。（2）大型吊机吊装工艺的技术成熟、可靠，风险小，同时成本低。（3）滑移施工要求土建移交工作面规则，同时需搭设大量的临时设施，成本高，综合展厅如果采取滑移方案预计措施量至少500t钢材，而采用吊装的方法仅需要60t临时措施量。（4）滑移施工对地面小拼、高空总拼的场地要求很高，滑移技术虽然也成熟但是工序还是增多，施工技术风险也增大。钢结构施工技术.3.2、钢结构现场拼装技术3.2.1桁架拼装分段托架每个柱距间36m跨做为一个拼装单元，第一个吊装单元含两个支座节点，其他每一拼装单元上含一个支座节点。主桁架被托架分隔成三跨，两个54m跨整体拼装，90m跨分两段拼装，如图所示。钢结构施工技术第一个托架拼装单元（含两个支座节点）其他托架拼装单元（含一个支座节点）.主桁架拼装分段示意图拼装分段点拼装分段点3.2.2杆件分段

由于本工程的托架、主桁架大量采用梭形节点加强区，梭形节点之间主弦杆长度为15m左右，所以将梭形节点作为主弦杆的分段点。其他腹杆、支撑等杆件根据设计自然分段加工制作。钢结构施工技术.3.2.3桁架拼装程序桁架采用平拼法，杆件散件运输至现场后，在场内就近搭设拼装胎架，拼装顺序严格按照吊装顺序进行，每36mx54m区格为一个安装和拼装进度模块，先拼托架，后拼主桁架，交替进行，流水作业。（1）胎架的复核胎架的精度是桁架拼装准确的前提，务必要求精确，在进行每一榀桁架的拼装前，进行胎架的复测。钢结构施工技术.（2）杆件的验收与准备根据所拼桁架的杆件清单进行构件准备工作，杆件必须配套进场。同时，杆件放置在拼装吊机的作业半径覆盖范围内。杆件上的污物必须在拼装之前清除干净。钢结构施工技术杆件上污物清除图片.钢结构施工技术

（3）装配桁架拼装采用卧拼法，先装配上下弦杆，后装配腹杆。对于二次相贯杆件，先安装一次相贯杆件，后安装二次相贯杆件。为确保拼装精度，采用全站仪严格控制弦杆的节点中心和管口中心位置。在主弦杆上用墨线弹出桁架平面中心线和节点位置，以确保桁架腹杆的相对位置及腹杆在同一平面内。现场拼装如下图所示。.（4）焊接桁架装配完成，并合格后，进行焊接。杆件装配时，所有杆件点焊定位，正式焊接时，从桁架中间往两端对称焊接，同一杆件两端不可同时施焊，并根据天气条件的需要搭设防风防雨棚，如下图所示。钢结构施工技术.（5）涂装桁架焊接并检查完成后，对焊接节点和油漆损坏部位进行补漆工作。涂装施工前，焊缝处按规范要求进行打磨和基底处理，油漆损坏部位用砂纸进行打磨处理。补涂时，按设计油漆配套方案进行施工，各道油漆之间控制间隔时间。3.2.4现场拼装施工图片拼装测量放线图片托架拼装图片拼装焊缝检测图片钢结构施工技术.钢结构施工技术主桁架拼装图片1主桁架拼装图片2.3.3组合钢柱安装技术（1）钢柱安装分段本工程钢柱体形较大，考虑到整根吊装既不经济又不安全，因此将组合柱分段吊装，地下室区域内钢柱较长分三段，其余钢柱分两段，分段长度8.2米以内，分段重量最大25.8吨。（2）下节柱吊装采用传统单机旋转法工艺，由于下节钢柱较重，采用四个吊点吊装，吊点设置在组合钢柱每个柱肢的耳板上，卸扣穿过耳板上直径为40mm的孔，如下图所示。经过计算，钢丝绳采用直径为30mm的6×37＋1型（抗拉强度为1550MPa）纤维芯钢丝绳，卸扣采用标准D型卸扣，直径M36，强度等级S（6）。钢结构施工技术.

吊点选择示意图钢结构施工技术.（3）上节钢柱吊装当下节柱安装校正完且柱脚外包混凝土强度达到要求后，进行上节钢柱吊装，由于上节钢柱较轻，吊装时采用两个吊点，设置在柱顶板设计已有的直径为120mm的圆孔处，钢丝绳穿过顶板与卸扣相连。卸扣与顶板接触部位用橡胶垫保护，见下图所示。上节钢柱最大重量20t，吊装钢丝绳采用直径为43mm的6×37＋1型（抗拉强度为1550MPa）纤维芯钢丝绳，卸扣采用标准D型卸扣，直径M56，强度等级S（6）。

上节钢柱吊装吊点示意图

上节钢柱现场吊装图片钢结构施工技术.4）钢柱校正钢柱的找正包括平面位置、垂直度和标高的找正。1）下节柱为便于钢柱落位和调整，钢柱就位前在钢柱底板下配设钢垫板。钢柱初步固定后，首先用千斤顶沿水平方向顶校钢柱，调整平面位置。再利用插入薄垫板的方法调节柱子标高，采用缆风绳校正垂直度。2）中、上节钢柱钢柱就位前，为便于钢柱落位和调整，在下节钢柱上设置限位卡板，利用千斤顶调节错口及标高，见下图。钢结构施工技术.3）操作平台钢柱安装作业的操作平台采用三脚架上铺跳板的形式，下节钢柱吊装前就要将每个柱肢上的三角架焊好。操作平台如下图所示。钢结构施工技术操作平台图片.3.4屋盖桁架安装技术

综合展厅屋盖钢桁架采用地面拼装、分段吊装的施工方法，平面上三跨尽量同步施工。吊装时，以36mx54m的结构稳定单元为一个区格，先吊装托架，后吊装主桁架，待相邻两榀主桁架安装完毕后，安装主桁架之间的次桁架、屋面支撑及檩条。54m跨主桁架整榀吊装，90m主桁架分两段吊装，托架以36m为一个吊装单元。根据桁架的构件特征及吊装作业半径，桁架吊装选用两台200t履带吊完成。其余次桁架、屋面支撑及檩条采用50t汽车吊和50t履带吊进行吊装。钢结构施工技术.钢结构施工技术90m跨第二段主桁架吊装次结构杆件吊装.3.4.1托架安装工艺（1）吊点设置吊点的选择不但要考虑起吊时构件本身的受力情况（包括局部受力、整体受力及变形），还要便于构件的平衡调节。根据托架的分段形式，托架采用两点吊装，个别托架局部重心偏心较大时增设一个稳定吊点。吊点采用捆绑式，设在托架上弦节点区域，并在构件和钢丝绳之间设置橡胶垫保护，避免损伤。（2）铸钢支座安装1）组合钢柱安装就位后，先对柱顶中心位置进行复测，如发现偏差，及时调整铸钢支座位置。2）铸钢支座安装时要确保支座的中心位置和方向，焊接时严格按照“铸钢与Z向性能板”的焊接工艺进行施焊，并采取措施避免铸钢支座内表面和聚四氟乙烯受到损坏。钢结构施工技术.（3）托架吊装1）脱胎、翻身直立由于托架采取卧式组拼，所以吊装前，首先要翻身直立成就位形态。由于托架的上下弦杆为折线型，无法直接借助拼装胎架进行翻身直立，故采用50t吊机作为辅助吊机配合，主吊车提升托架的上弦，50t吊机起吊托架的下弦两端2）吊装就位对于最先吊装的托架，两端均含支座节点，吊装就位时，先将支座中心线引到支座底板和顶板上，就位时，确保底板和顶板上的支座中心线重合即可。对于一端含支座、另一端为对接口的托架，就位时，先进行对接口的对接，后进行支座定位。托架安装就位后，进行临时固定，然后通过经纬仪进行托架垂直度的测量和调整。临时固定时，托架上、下弦对接口位置处设限位板和卡马，支座处将螺栓紧固，上弦设置侧向稳定缆风绳。待全部调整好以后，对接管口同时施焊，对称焊接。托架上弦的缆风绳在托架、主桁架及次桁架形成分区稳定单元后拆除。现场托架吊装见下图所示。钢结构施工技术.现场托架吊装图片1钢结构施工技术现场托架吊装图片2.3.4.2主桁架安装工艺

主桁架的安装工艺总体来说与托架类似，但由于主桁架跨度大，截面形式与连接关系也有所区别，所以安装过程中存在局部的差异。（1）主桁架跨度大、重量重，起吊后无法掉头，所以要特别注意主桁架的拼装方向，拼装方向的确定要综合考虑主桁架的安装位置、拼装位置及吊车站位等因素。（2）因主桁架下弦水平，故主桁架的脱胎、翻身直立可直接在拼装胎架上进行，即采用200t履带吊单机将主桁架起扳成直立状态。（3）主桁架跨度大，平面外的刚度相对较小，设置4个吊点吊装，中间两个为主吊点，两侧为辅助吊点，吊点采用绑扎式，设置在上弦桁架节点处。（4）起吊前，在主桁架的下弦两端拉设风绳，防止翻身直立过程中和高空吊装过程中发生过大的摇摆。钢结构施工技术.现场主桁架吊装图片1钢结构施工技术现场主桁架吊装图片2（5）为确保主桁架平面外的稳定，主桁架安装就位后，及时连接其与已装主桁架之间的次桁架。对于54m跨，在吊车松钩前，应装1～2榀次桁架（跨中或1/3跨处）；对于90m跨，应装2榀以上次桁架（分段跨中及分段处）。（6）主桁架吊装前，影响桁架吊装的障碍物必须清除，包括托架上影响主桁架的吊装的缆风绳，应先暂时更换拉设位置，待桁架吊装就位后恢复。现场主桁架吊装见下图所示。.3.4.3次桁架、屋面支撑及檩条安装工艺大部分次桁架由于端部节点采用相贯焊接，整体吊装进挡困难，因此需散件安装，先装下弦杆，后装上弦杆，最后安装腹杆。屋面支撑及檩条随次桁架的安装进度同步进行安装。为加快安装进度，对于重量较轻的屋面支撑和檩条，采用一钩多吊的方法。钢结构施工技术.2工程特点及施工难点3钢结构施工技术1工程概况4浅谈几点施工体会5结束语.4、浅谈几点施工体会4.1合理选择施工方案，节约施工成本对于难度较大的大跨度空间钢结构的现场施工方案，应因地制宜，结合现场条件，综合