單層空間變曲面彎扭斜交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)與應(yīng)用

XXX體育中心

單層空間變曲面彎扭斜交網(wǎng)格

鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

一、工程概述二、研究背景三、研究思路和方法四、關(guān)鍵技術(shù)介紹及創(chuàng)新點(diǎn)五、總體實(shí)施效果六、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益一、工程概述

XXX體育中心工程位于XX南山區(qū)后海填海區(qū)，工程占地面積307376㎡，建筑面積335298㎡，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)+鋼結(jié)構(gòu)。建成后將作為2011年第26屆世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)的主場(chǎng)館，并舉辦開幕式。1、總體概況工程名稱：XXX體育中心鋼結(jié)構(gòu)工程工程地點(diǎn)：XX市南山后海填海區(qū)發(fā)包單位：華潤(rùn)XXX發(fā)展有限公司

設(shè)計(jì)單位：

監(jiān)理單位：XX市中海建設(shè)監(jiān)理有限公司施工總承包：鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)分包：鋼結(jié)構(gòu)制作：整個(gè)主場(chǎng)館長(zhǎng)約500米，寬約240米，鋼結(jié)構(gòu)重量2.4萬噸。整個(gè)屋蓋由一個(gè)單層空間變曲面彎扭斜交網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)將“一場(chǎng)兩館”有機(jī)組合，外形酷似一只“春繭”。其中，單層網(wǎng)殼是整個(gè)屋蓋的核心，是施工過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是我們本次鑒定的主要內(nèi)容。體育場(chǎng)觀景橋大樹廣場(chǎng)體育館游泳館運(yùn)動(dòng)員接待中心副館2、鋼結(jié)構(gòu)概況（1）本工程在關(guān)鍵部位使用了Q460GJD材質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)存在大量箱型彎扭構(gòu)件高空焊接、大直徑厚壁圓管高空相貫焊接。2、鋼結(jié)構(gòu)概況（2）3、施工特點(diǎn)一二三四五六七施工工期緊深化設(shè)計(jì)難度大彎扭構(gòu)件制作困難測(cè)量精度要求高施工措施復(fù)雜高強(qiáng)度鋼材焊接難度大結(jié)構(gòu)卸載風(fēng)險(xiǎn)大科技含量高屋蓋分區(qū)圖4、施工分區(qū)5、施工部署本工程主要在體育場(chǎng)內(nèi)設(shè)置2臺(tái)320T履帶吊，在場(chǎng)外設(shè)置1臺(tái)180噸與1臺(tái)160噸履帶，同時(shí)在大樹廣場(chǎng)結(jié)構(gòu)樓層上設(shè)置2臺(tái)K50/50行走式塔吊對(duì)整個(gè)屋蓋進(jìn)行吊裝。

根據(jù)屋蓋結(jié)構(gòu)吊裝單元塊的劃分，考慮到支撐胎架下側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的形式，屋蓋下側(cè)總計(jì)設(shè)置支撐點(diǎn)250個(gè)，其平面布置圖如下：支撐點(diǎn)平面布置6、卸載支撐布置二、研究背景空間鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)常見的安安裝方法包括：高空散裝裝，分塊吊吊裝、整體體吊裝、滑滑移就位法法和整體提提升等。安裝前，都都涉及到大大量的構(gòu)件件拼裝，如何有效效的保證拼拼裝精度，，進(jìn)而使得得高空安裝裝就位后達(dá)達(dá)到設(shè)計(jì)要要求坐標(biāo)，，滿足建筑筑外觀造型型是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)施工的控控制目標(biāo)。。體育館展覽館候車廳飛機(jī)庫(kù)超高層1、結(jié)構(gòu)安裝裝研究的背背景同時(shí)，隨著各類特特大型復(fù)雜雜鋼結(jié)構(gòu)工工程的不斷斷涌現(xiàn),國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)強(qiáng)超厚板,如60～～100mm厚的Q390、、Q420、Q460等材質(zhì)質(zhì)的鋼板開開始大量使使用，各種種高強(qiáng)材質(zhì)質(zhì)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)焊接也越越來越多，難度越來越越大，特別是高高建鋼箱型型彎扭構(gòu)件件高空焊接接和大直徑徑厚壁圓管管的相貫焊焊接更是加加大了鋼結(jié)結(jié)構(gòu)施工難難度。目前，國(guó)內(nèi)內(nèi)外對(duì)Q460材質(zhì)質(zhì)的焊接也也有涉及。。而對(duì)于Q460GJD的焊焊接研究，，在國(guó)內(nèi)外外均未見報(bào)報(bào)道，其焊焊接性能和和焊接工藝藝都有待研研究。2、焊接施工工研究的背背景綜合目前國(guó)國(guó)內(nèi)的研究究現(xiàn)狀，可可以看出，，鋼結(jié)構(gòu)的的卸載方式式主要有：：螺旋千斤斤頂回程轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換、砂箱箱卸載、液液壓設(shè)備控控制卸載。。卸載順序序主要是：先合合龍，再整體體由內(nèi)向外或或者由外向內(nèi)內(nèi)分步卸載。。對(duì)于先局部卸卸載、再合龍龍、最后卸載載的研究還未未涉足。3、卸載施工研研究的背景三、研究思路和方法科技創(chuàng)新引引領(lǐng)未來來研究思路：（1）固定胎胎架費(fèi)時(shí)、費(fèi)費(fèi)料、費(fèi)人工工，已滿足不不了現(xiàn)場(chǎng)的拼拼裝任務(wù)。（2）彎扭構(gòu)構(gòu)件拼裝單元元面積大，拼拼裝定位工藝藝復(fù)雜。（3）地面拼拼裝，焊接易易引起整體變變形。（4）多牛腿腿現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接容容易出現(xiàn)錯(cuò)口口現(xiàn)象。（5）分片吊吊裝易引起彈彈性變形。彎度最大扭度最大1、非標(biāo)準(zhǔn)單元元彎扭構(gòu)件的的地面拼裝與吊裝裝定位技術(shù)研究方法：（1）采用可可調(diào)節(jié)標(biāo)高、、角度的地面面拼裝支架；；（2）采用單單元臥拼、端端點(diǎn)平面投影影定位的測(cè)控控方法。（3）地面拼拼裝選取合理理的焊接順序序（4）高空桿桿件端口預(yù)留留200mm組合焊縫現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)焊接（5）采用雙雙機(jī)抬吊，減減少?gòu)澟?gòu)件件吊裝變形。。1、非標(biāo)準(zhǔn)單元元彎扭構(gòu)件的的地面拼裝與與吊裝定位技技術(shù)2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)焊接技術(shù)淬硬高強(qiáng)鋼焊接變變形及殘余應(yīng)應(yīng)力控制難度度大。變形裂紋厚板焊接容易易產(chǎn)生焊接裂裂紋。碳當(dāng)量高、有有淬硬傾向，，預(yù)熱溫度和和層間溫度要要求高。研究思路：2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)焊接技術(shù)加強(qiáng)防溫度散散失、防風(fēng)、、防潮措施，，對(duì)預(yù)熱、層層溫、后熱、、保溫等進(jìn)行行有效控制，，需要優(yōu)化焊接工藝藝，選擇匹配的焊材，制定合理的焊焊接順序。需要大線能量量輸入以克服服其淬硬傾向向研究方法3.單層空間間變曲面彎扭扭斜交網(wǎng)格鋼鋼結(jié)構(gòu)的合龍龍與卸載技術(shù)術(shù)由于不能保證證兩個(gè)標(biāo)段同同時(shí)施工完成成，尋求一種種互不影響的的卸載順序及及方法變得迫迫在眉睫。支撐點(diǎn)水平位位移、力的釋釋放。在安裝過程中中，卸載工裝裝的選定對(duì)于于工程卸載的的安全性、經(jīng)經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用用性具有重要要意義。研究思路研究方法項(xiàng)目自主創(chuàng)造造的卸載專用用工裝，有效效的解決了卸卸載的同步性性問題，以及及替代千斤頂頂?shù)淖饔?。在工裝支撐桿桿件上提前涂涂抹潤(rùn)滑油，，以釋放水平平約束。在這種情況之之下，只能考考慮先完成的的標(biāo)段獨(dú)自卸卸載，后合龍龍，再卸載合合龍帶的施工工順序，并采采用分區(qū)分步步逐級(jí)的卸載載工藝，有效效的避免了兩兩個(gè)標(biāo)段的相相互影響。3.單層空間間變曲面彎扭扭斜交網(wǎng)格鋼鋼結(jié)構(gòu)的合龍龍與卸載技術(shù)術(shù)科技創(chuàng)新引引領(lǐng)未來來四、關(guān)鍵技術(shù)介紹及創(chuàng)新點(diǎn)1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)2、Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)焊接技術(shù)3、單層空間間變曲面彎扭扭斜交網(wǎng)格鋼鋼結(jié)構(gòu)的合龍龍與卸載技術(shù)術(shù)1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)底部平臺(tái)采用用200*200的H型型鋼焊接而成成,豎向支撐采用用兩組16#槽鋼靠背而成成，中間預(yù)留留30mm的的間隙，然后后與底座焊接接。槽鋼上每每隔150mm高度設(shè)置置一個(gè)定位銷銷的定位孔，，雙型鋼之間間設(shè)置兩塊鋼鋼板，上面一一塊支撐構(gòu)件件，下面一塊塊用于放置千千斤頂，調(diào)整整上部鋼板的的角度和高度度，兩側(cè)采用角鋼鋼進(jìn)行加固。。胎架具體做法法控制點(diǎn)地面放放樣地面點(diǎn)標(biāo)高放樣點(diǎn)地面點(diǎn)位置編編號(hào)1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)根據(jù)定位軸線線設(shè)置拼裝胎胎架1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)采用倒鏈調(diào)節(jié)節(jié)構(gòu)件狀態(tài)主桿件在拼裝裝胎架上就位位1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)初步校正1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)依次吊裝其它它主桿件1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)千斤頂設(shè)置實(shí)實(shí)物鉛垂儀控制水水平投影1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)全站儀復(fù)測(cè)拼拼裝主桿件精精度1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)次桿件拼裝1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)脫離拼裝胎架架安裝姿態(tài)調(diào)整整1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)起吊落在指定胎架架上1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)1、非標(biāo)準(zhǔn)單單元彎扭構(gòu)件件的地面拼裝裝與吊裝定位位技術(shù)焊接工藝評(píng)定定方案焊接工藝流程程2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)焊接技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝藝評(píng)定試驗(yàn)2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)焊接技術(shù)監(jiān)理對(duì)焊接工工藝進(jìn)行評(píng)定定2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)焊接技術(shù)焊接工藝評(píng)定定報(bào)告資料2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)焊接技術(shù)接頭形式的選選擇針對(duì)箱型梁的的高空焊接及及圓管相貫焊焊接的形式，，經(jīng)與設(shè)計(jì)協(xié)協(xié)商，選用坡坡口形式為帶帶內(nèi)襯板的V形坡口。以減少少焊縫斷面，減減少根部與面縫縫部收縮差，防防止由于焊接應(yīng)應(yīng)力過度集中在在近面縫區(qū)產(chǎn)生生撕裂現(xiàn)象。圓管斜支撐接頭頭形式箱型彎扭構(gòu)件可可調(diào)襯板2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)校正、預(yù)留焊接接收縮量圓管斜撐下端口口放高標(biāo)高預(yù)留留收縮量箱型構(gòu)件預(yù)留收收縮量2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)制定合理的焊接接順序序號(hào)焊接形式示意圖焊接順序焊接說明1采用兩人分段對(duì)稱焊接，即1、3同時(shí)進(jìn)行，然后是2、4。要求對(duì)稱、分層、同步、多焊道焊接。2

采取兩人分段對(duì)稱焊接，既1、3同時(shí)進(jìn)行，然后是2、4。要求對(duì)稱、分層、同步、多焊道焊接。3

箱型桿件對(duì)接焊接時(shí)，不開焊接工藝孔，采用仰焊，先焊接2、3，再兩人對(duì)稱焊接1、4的方式進(jìn)行。2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)Q460GJD鋼材現(xiàn)場(chǎng)焊接焊口清理→焊前預(yù)熱→根部焊接→填充層焊接→面層焊接→后熱與保溫→焊后外觀檢查、、清理→焊縫的無損檢測(cè)測(cè)搭設(shè)焊接防風(fēng)棚棚2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)面層焊接圓管多層相貫2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)箱型彎扭構(gòu)件高高空平焊箱型彎扭構(gòu)件高高空立焊2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)焊后保溫打磨后外觀效果果2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)磁粉探傷超聲波探傷2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)焊縫檢驗(yàn)報(bào)告資資料2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)2.Q460GJD現(xiàn)場(chǎng)焊接接技術(shù)（1）合龍帶設(shè)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，合合龍時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)測(cè)坐標(biāo)變化。（2）在合龍焊焊接前，采集四四個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)，，并做好記錄。。（3）合龍溫度度選擇在23~30℃。位移、應(yīng)力應(yīng)變變監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖圖3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)合龍前動(dòng)員大會(huì)會(huì)暨技術(shù)交底合龍焊接施工3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)卸載安全性評(píng)估估由右圖可見，在在卸載全過程中中，無論主結(jié)構(gòu)構(gòu)或胎架結(jié)構(gòu)，，在自重作用下下(并給予1.35的放大系系數(shù))，其應(yīng)力力均小于200Mpa，即保保持在彈性范圍圍以內(nèi)，安全性性有足夠保證(不致失穩(wěn))，，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)構(gòu)的失穩(wěn)總是發(fā)發(fā)生在彈塑性階階段。卸載全過程主結(jié)結(jié)構(gòu)及胎架結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)卸載次序可行性性評(píng)估由下圖可見，分分步成型后的主主結(jié)構(gòu)，各桿件件穩(wěn)定應(yīng)力比總總體與設(shè)計(jì)(一一次成型)接近近，而且相比而而言，“施工型型”各桿件的穩(wěn)穩(wěn)定應(yīng)力比略低低于“設(shè)計(jì)型””。這表明“施施工型”與“設(shè)設(shè)計(jì)型”的受力力出入不大，分分步卸載并未對(duì)對(duì)主結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)產(chǎn)生大的影響。。主結(jié)構(gòu)桿件穩(wěn)應(yīng)應(yīng)力比(設(shè)計(jì)型與施工型型)3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)結(jié)構(gòu)一次成型位位移云圖(設(shè)計(jì)計(jì)型)結(jié)構(gòu)分布成型位位移云圖(施工工型)3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)總體卸載工藝流流程根據(jù)卸載的條件件，將五大區(qū)域域劃分為五大卸卸載步驟，具體體如下圖。總體卸載工藝流流程卸載前的準(zhǔn)備項(xiàng)目?jī)?nèi)部組織卸卸載區(qū)域內(nèi)構(gòu)件件焊縫檢查，防防止出現(xiàn)漏焊。。對(duì)卸載區(qū)域內(nèi)內(nèi)所有焊縫進(jìn)行行探傷，合格后后通過第三方檢檢測(cè)，同時(shí)邀請(qǐng)請(qǐng)業(yè)主和監(jiān)理進(jìn)進(jìn)行焊縫驗(yàn)收。。在結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置置布置位移監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，記錄各檢檢測(cè)點(diǎn)原始數(shù)據(jù)據(jù)；根據(jù)支撐點(diǎn)的理理論卸載量，在在支撐胎架頂工工裝的支撐短立立柱上做刻度標(biāo)標(biāo)記（每個(gè)刻度度10mm），，以便控制卸載載切割量。3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)胎架工裝水平支撐桿鋼管短立柱托梁支撐胎架支撐胎架工裝模模型圖3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)①構(gòu)件安裝前就應(yīng)應(yīng)在支撐桿上涂涂抹潤(rùn)滑油。②卸載前，首先先對(duì)兩根鋼管短短立柱內(nèi)側(cè)鋼管管槽進(jìn)行切割，，使得每個(gè)工裝裝只保留兩邊的的外側(cè)鋼管槽，，減少卸載過程程的切割量。③切割時(shí)，先縱向向切割鋼管槽，，接著對(duì)鋼管槽槽進(jìn)行水平切割割。水平切割應(yīng)應(yīng)兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱稱進(jìn)行，且每道道切割縫寬度為為2mm，使屋屋蓋緩慢自由下下降。④在部分水平位移較較大的卸載點(diǎn)上的鋼管槽進(jìn)行行加寬切割，以以釋放水平位移移，保證卸載順順利。切割示意圖3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)卸載要點(diǎn)：屋蓋卸載工裝制制作卸載前各相關(guān)方方驗(yàn)收3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)卸載前交底切割卸載3.單層空間變變曲面彎扭斜交交網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)的的合龍與卸載技技術(shù)II-1區(qū)卸載載完成II-2區(qū)卸載載完成II-3區(qū)卸載載完成II-4區(qū)卸載載完成大樹廣場(chǎng)卸載完完成3.單層空間變