大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法

大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法由内蒙古兴泰钢结构有限责任公司、内蒙古兴泰建筑有限责任公司完成的工法01形成原因操作原理质量控制工法特点材料设备安全措施目录030502040607环保措施应用实例效益分析荣誉表彰目录0908010基本信息《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》是内蒙古兴泰钢结构有限责任公司、内蒙古兴泰建筑有限责任公司完成的建筑类施工工法，完成人是高海军、贾俊杰、王喆。该工法适用于公共建筑预应力承重拉索的钢结构，如体育场、图书馆、会展中心等各种钢结构的屋盖，尤其适用大跨度、大空间、施工难度大、较复杂的公共建筑。《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的工法特点是巨拱结构在地面分单元整体拼装有利于专业交叉施工，对土建专业影响较小。巨拱结构主要的拼装、焊接及油漆等工作在地面进行施工，效率高，施工质量易于保证，降低了交叉作业及空中作业的危险性。2011年9月，《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为2009-2010年度国家二级工法。形成原因形成原因鄂尔多斯市东胜全民健身活动中心体育场，其主要受力构件巨拱顶面标高为129米，跨度330米，总重量2600吨，拱与垂直面角度呈6.1°。该工程首次将桥梁工程中的索拱结构应用到建筑工程当中，且拱与地面垂线倾斜6.1°，受力体系复杂，施工难度大，由于受运输和整体吊装因素限制，只能采取工厂加工现场拼装。若采用常规的分件高空散装方案，需在现场搭设大量的高空脚手架，高空组装，焊接难度大，而且存在较大的质量安全风险，大量脚手架的搭设占用场地、占用工期，对吊装及其他工种的穿插施工造成很大影响。借鉴中国国内大型钢结构的成功经验，采用“超大型构件液压同步提升施工技术”吊装主拱结构。将主拱分为5个单元，其中2个边单元采用支撑架使用吊车进行吊装高空焊接。中间3个单元采用地面焊接拼装，组拼完成后用液压同步提升进行吊装提升（长度180米，重1600吨），将其提升到设计高度后进行倾斜偏转至设计要求的6.1°，再与2个边单元进行空中拼接合拢及预留后装杆件的安装。此种方法将有效的降低安装施工难度，节约了成本，且质量、安全和工期均能有效保证。此方案经过组织多次专家论证，实施后效果良好，通过认真总结，形成《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》，为今后类似工程施工提供宝贵经验。

工法特点工法特点《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的工法特点是：1.巨拱结构在地面分单元整体拼装有利于专业交叉施工，对土建专业影响较小。2.巨拱结构主要的拼装、焊接及油漆等工作在地面进行施工，效率高，施工质量易于保证，降低了交叉作业及空中作业的危险性。3.可最大限度地减少高空吊装工作量，缩短安装施工周期。构件加工运输方便灵活，组装快捷，易于保证质量。4.采用“超大型构件液压同步提升施工技术”吊装钢结构，技术成熟，有大量类似工程成功经验可供借鉴，吊装过程的安全性有保障。5.液压同步提升设备体积小、重量轻，机动能力强，倒运和安装方便、可满足重量大的构件提升要求。6.采用爬升式提升塔架，可减少吊车作业时间，巨拱结构安装完成后，拆卸不受场地影响，液压同步提升动载荷极小的优点，使得临时设施用量降至最小，降低了施工成本。7.构件在地面拼装，使用提升塔架吊装，节约了脚手架的塔拆及租赁费用，节约了占用场地、缩短了工期。

操作原理适用范围施工工艺工艺原理操作原理适用范围《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》适用于公共建筑预应力承重拉索的钢结构，如体育场、图书馆、会展中心等各种钢结构的屋盖，尤其适用大跨度、大空间、施工难度大、较复杂的公共建筑。

工艺原理《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的工艺原理叙述如下：利用有限的空间，有限的场地，较少的设备，地面组装与空中拼接相结合，同步提升和不同步的旋转相结合，控制偏转角度，达到整体提升后的高度偏转角度符合6.1°的设计要求。

施工工艺《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的施工工艺流程如下：场地平整→放线定位焊胎架→组装焊接检测→涂装、安装提升塔架→巨拱提升、调整角度达到设计6.1°的偏转要求→整体提升达设计高度→主对接合拢段支撑→焊接合拢段→验收涂装。吊装流程（见图1~图10）。

《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的操作要点如下：1.场地平整：根据需拼接巨拱的长度，中间支水平仪，将场地水平标高抄测到四周的水平桩上，人工铺铲平整、夯实，在地面上铺设20毫米厚度钢板（沿胎架长度方向）。2.放线定位焊胎架：根据坐标转化后的x、y投影点投放到钢板平台上，测量局拱标高及各交叉点的坐标点。形成田字形控制，然后竖胎架模板及斜撑。胎架高度最低处应能满足全位置焊接所需的高度，胎架塔设后不得有明显的晃动状。拼装前，对胎架的总长度、宽度、高度等进行全方位测量校正，然后对桁架杆件的搁置位置建立控制络，对各点的空间位置进行测量放线，设置好杆件放置的限位块，胎架在完成一次拼装后，必须对尺寸进行一次检测复核，符合要求后进行下次拼装。焊接完成24小时后对焊接部位进行检测，全部验收合格后打磨刷漆。3.安装提升塔架：根据工程需要安装自爬式提升塔架2组，每组为一个提升单元，每组塔架上布置两台20吊车（每副塔架1个）该塔架安装采用自爬式安装，可实现自升自降。安装步骤：1.安装塔架低节→2.安装塔架环梁→3.安装塔架标准节→4.安装套架→5.安装顶升油缸→6.安装塔架顶节→7.安装托梁→8.安装提升大梁→9.材料设备材料设备《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》所用的材料及设备明细如下：1.巨拱原材料为Φ1200毫米、Φ299毫米、Φ402毫米的钢管，进场钢管材料需满足标准的要求，材质证明与复验报告齐全。2.现场所用焊材需满足《碳钢焊条》B/T5117、《低合金钢焊条》GB/T5118、《熔化焊用焊丝》GB/T、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110等标准的规定。3.主要设备巨拱的吊装过程中需要的材料与设备（见表1）质量控制质量控制《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的质量控制要求如下：1.主要依据标准索拱结构施工质量验收国家暂无标准，结合《钢结构工程施工及质量验收规范》GB-2001、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB5004-2002和《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002、等国家相关规范、规程的要求制定了《鄂尔多斯东胜体育场钢结构工程施工质量验收标准》2.钢结构分包单位资质及无损检测自检必须具备相关资质。3.钢结构分包单位人员必须具备相关的资格证书。4.焊接、测量、无损检测设备计算部门证书及维修记录等资料必须齐全。5.现场焊工必须经考试合格取得合格证书。6.明确各级人员的质量职责、工作程序。7.对参与巨拱拼装、安装、吊装施工等所有人员进行质量技术培训，培训合格者才能上岗，不合格者禁止上岗。8.对所有钢结构的焊缝经外观检查合格后，还须按《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002进行检查。安全措施安全措施《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：1.巨拱吊装施工的安全措施应符合《建筑施工高处作业安全技术规程》JGJ80-91、《施工现场临时用电验收规范》JGJ46-2005、《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99、《建筑安装工人安全技术操作规程》等标准规定。2.钢绞线安装时，高空应铺设安装、操作临时平台，地面应划定安全区，应避免重物坠落，造成人员伤亡；下降前应进行全面清场，在下降过程中，应指定专人观察地锚、上下吊耳、提升器、钢绞线等的工作情况。3.大拱液压同步提升过程中，注意观察设备系统的压力、荷载变化情况等，现场负责人必须合理安排人员，密切注意所有液压顶的变化情况，并认真做好记录工作。4.提升过程中应密注意液压提升器、液压泵源系统、计算机同步控制系统、传感检测系统等的工作状态。5.各工种人员必须持证上岗，严格遵守本工种安全操作规程。同时高空作业人员还须经医生检查合格，才能进行高空作业，高空作业人员必须带好安全带，安全带应高挂低用6.起重吊装巨拱时必须严格遵守操作规程。7.制定火灾和高处坠落事故应急响应预案，并进行演练。环保措施环保措施《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的环保措施如下：1.大型体育场馆在工程施工过程中，严格遵守国家和地方政府有关环境保护的法律法规，并加强对施工中燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、废弃物的控制和治理。2.施工现场采取封闭作业。3.施工前加强对职工的环保教育，组织职工学习相关环保法律、法规，增加环保意识强化环保管理。制定相关环保措施和奖惩制度，并进行定期和不定期的环保监督。4.制定切实可行的措施，防止施工用燃油、水的“滴、漏、撒”。5.严格控制施工中的噪声、粉尘、废气体、光辐射等的污染，确保周边居民群众的正常生活不受影响。

效益分析效益分析《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的效益分析是：1.工效高，管理操作更安全方便。巨拱分5个单元，分别在地面拼装，使用提升塔架吊装，可最大限度地减少高空吊装工作量。而且节约了脚手架的塔拆及租凭费用，减少工程预算。工效提高了30%；每个巨拱单元可节约机械费用35万元；材料费用节约130万元。2.巨拱结构的拼装、焊接及油漆等工作在地面进行，大幅度提高了工作效率，缩短施工周期，降低施工成本，此部分节约施工成本38万元。3.投入临时设施和人员量减少。巨拱采用爬升式提升塔架，可减少吊车作业时间，待巨拱结构安装完成后，拆卸不受场地影响，使得临时设施用量和施工作业人员用量降至最少，极大的降低了施工作业成本。此部分节约施工成本30万元。4.施工速度快，工序衔接紧凑，工期短，质量更易于保证。与传统的大型拱结构高空拼装施工方案相比，工期缩短15%，施工预算降低12%且环保、节能，节约了大量的时间、人力和物力，创造了巨大的经济效益和社会效益。5.安全系数更高。由于采用了地面进行巨拱钢结构拼装、焊接及油漆等作业，避免了大量的高空作业，降低了施工人员的施工难度和施工风险，避免了危险危害因素的发生，确保了施工人员的施工安全和施工质量。6.地面作业焊接质量高，施工质量更易于保证。应用实例应用实例《大型体育场馆巨拱结构高空倾斜偏转提升施工工法》的应用实例如下：鄂尔多斯市东胜全民健身活动中心体育场造型新颖、气势宏大，总建筑面积平方米，设有观众席座，地上3层，体育场设有开合屋盖，可以满足全天候使用要求，是中国规模最大的开闭顶体育建筑。建筑方案结合内蒙古草原“弓”造型，巧妙地采用钢管拱桥的设计理念，通过钢索将屋盖大部分重力荷载传给巨拱，使大跨度屋盖桁架高度降低，水平荷载则由下部刚度较大的混凝土看台结构承担。钢结构总用钢量1.2万吨，设有46根钢索。其主要受力构件巨拱顶面标高为129米，跨度330米，总重量2600吨，拱与垂直面角度呈6.1°。该工程首次将桥梁工程中的索拱结构巧妙地应用到建筑工程当中，且拱与地面垂线倾斜6.1°，受力体系极其复杂，施工难度极大。此种巨拱吊装施工方法方式新颖、施工方便、施工成本低、工期短，是对大型索拱钢结构施工方法的创新