体育馆钢结构工程安装测量方案.docx

坪山体育中心体育馆钢结构工程上层钢网壳安装及测量控制施工方案编制单位： 江苏天地钢结构工程集团有限公司编制人： 日期：审核人： 日期：批准人： 日期：目 录第1章 编制依据1一、相关工程施工合同文件、图纸1二、主要的规范标准1三、 施工组织设计（方案）1第2章 工程概况2第3章 上层钢网壳现场安装施工方案4一、钢结构现场安装总体思路4二、钢结构现场安装主要施工工序流程7三、钢结构现场施工主要安装、测量技术措施9第四章 弦支穹顶钢结构上层网壳网格焊接方案15一、焊接设备、材料的选用15二、单层网壳拼装焊接影响分析及焊接方案的选择15三、焊接施工流向及顺序16四、焊接工艺17五、焊接施工质量控制19第1章 编制依据一、相关工程施工合同文件、图纸 1、坪山体育中心体育馆钢结构工程施工合同2、坪山体育中心体育馆钢结构工程施工图纸二、主要的规范标准1、钢结构工程施工质量验收规范（GB 50205-2001）2、钢结构设计规范（GB 50017-2003）3、建筑钢结构焊接规程JGJ ·81-20024、测量技术规程三、 施工组织设计（方案）坪山体育中心体育馆钢结构工程施工组织设计坪山体育中心体育馆钢结构满堂脚手架搭设、拆除及钢穹顶吊装施工方案第2章 工程概况坪山体育馆屋盖为空间球壳型钢结构屋盖，采用弦支穹顶结构体系，该结构体系由上部单层网壳和下部弦支索杆体系构成，上部单层网壳网格布置形式为葵花型，下部弦支体系为肋环型布置，设置三层索、杆，钢网壳最大跨度为70.6米。 钢结构总重量约为250吨，跨度内投影面积为3913，单位面积重量约为63.9/（按投影面积计）。球壳顶标高为26.56m，球壳所在球面半径为R=91.780m，钢网壳周边设置24个管球支座坐落于19.00标高的砼圈梁上，为周边约束。上部单层网壳钢构件主要为325×8、325×10、325×12钢管通过管球节点（24件支座）、管板钢节点件（108件）、铸钢节点件（1件）相互连接、焊接为一整体。第3章 上层钢网壳现场安装施工方案一、钢结构现场安装总体思路 1、根据本工程钢结构体系及各施工工序要求，结合相关情况，本弦支穹顶钢结构的安装，主要采取满樘支撑脚手架+支撑架+高空散装法进行各构件、零部件的散件拼装，采用两台TC6013-6型塔吊进行各构件的垂直、水平吊运，进行穹顶钢结构、钢马道、金属屋面等工序的安装；塔吊作业半径范围外的地面转运等拟采用平板车及25吨汽车吊进行。 满樘脚手架及支撑架的搭设详见相关专项施工方案3、上层钢网格主要钢构件材料规格重量表： （1）上层钢网格杆件构件编号构件规格构件长度（mm）构件数量（根）单件重量（kg）材质上层网格杆件1325×10761524600Q345B上层网格杆件2325×12519848490Q345B上层网格杆件3325×12623224580Q345B上层网格杆件4325×10558348440Q345B上层网格杆件5325×10466524360Q345B上层网格杆件6325×10513148400Q345B上层网格杆件7325×8309924200Q345B上层网格杆件8325×8477548300Q345B上层网格杆件9325×8163324110Q345B上层网格杆件10325×8482224300Q345B上层网格杆件11325×10440012350Q345B上层网格杆件12325×8156012100Q345B上层网格杆件13325×10440012350Q345B（2）上层网格管板节点及铸钢节点构件编号构件规格及长度构件数量（件）单件重量（kg）材质节点位置（由外环至内环）节点维数上层网格节点A1（管球）2325×12、2325×10节点板-3024820Q345B第一环（支座）4上层网格节点B1（管板）4325×12、2325×10节点板-3024440Q345B第二环6上层网格节点C1（管板）6325×10、节点板-3020570Q345B第三环6上层网格节点C2（管板）6325×10、节点板-304570Q345B第三环6上层网格节点B2（管板）4325×8、2325×10节点板-3024410Q345B第四环6上层网格节点B3（管板）6325×8、节点板-3012410Q345B第五环6上层网格节点C3（管板）4325×8、1325×10节点板-303410Q345B第五环5上层网格节点C4（管板）4325×8、1325×10节点板-303410Q345B第五环5上层网格节点C5（管板）4325×8、1325×10节点板-306410Q345B第五环5上层网格节点B4（管板）4325×8、2325×10节点板-3012400Q345B第六环6上层网格节点C6(铸钢)12325×101862Q345B中心点123、上层钢网格管板（球）节点、铸钢节点及节点间杆件的测量、安装：上述节点件为空间多维复杂节点，须配合多台全站仪进行多次、反复测量进行安装定位。针对本工程特点，拟在19.00标高砼圈梁上设置四个仪器观测站（点）进行上层钢网格各节点件及节点间杆件的测量定位。4、下层索杆体系的施工及张拉方案另详二、钢结构现场安装主要施工工序流程总体施工流向：钢结构安装先上至而下即上层钢网壳下层索杆支撑马道构件，由外至内即从外环（砼圈梁上支座）至内环逐环进行； 1、钢结构现场安装施工流程：测量、放线脚手架及支撑架搭设 砼圈梁上管球型支座测量定位上层管板铸钢节点、节点间杆件依次测量定位检查、固定检查、焊接焊缝清理、探伤安装下层撑杆、铸钢件及构造钢拉杆 安装外圈环向钢拉索安装外圈径向斜钢拉杆安装安装内圈环向钢拉索安装内圈径向斜钢拉杆安装中心斜钢拉杆张拉准备及设备就位从外圈至内圈依次进行第一循环张拉 从内圈至外圈依次进行第二循环张拉从内圈至外圈依次进行预应力调整马道安装屋面檩条安装金属板等各层次安装2、上层钢网格安装流程及顺序：第一环管球型支座测量安装定位（位于砼圈梁上亦即最外环）第二环管板节点件及节点间杆件测量定位第三环管板节点件及节点间杆件测量定位第四环管板节点件及节点间杆件测量定位第五环管板节点件及节点间杆件测量定位第六环管板节点件及节点间杆件测量定位中心铸钢节点件及节点间杆件测量定位检查焊接3、上层钢网格节点间杆件（圆钢管）与节点件管枝（圆钢管或圆钢铸管）的连接工艺：钢构件连接主要指：（1）钢管杆件与管板节点或铸钢节点之间铆对连接钢管杆件与节点件之间的对接应采取连接耳板连接，连接耳板应在吊装前及定位后配合完成，耳板连接形式可采取下图中的任一种。（2）销轴连接即铰接连接：撑杆上端与上层钢节点件之间的连接、撑杆下部铸钢件与拉索、拉杆之间的连接、拉杆与上层钢节点件之间的连接，上述连接均为销轴铰接；由于本工程的结构体系为弦支张拉体系，上述铰接处各连接件间连接不能有间隙，销轴与销孔之见的应为过度配合，即销轴的直径要比销孔的孔径稍大一些，穿销轴时应用专门的工具将销轴打入销孔内。4、上层钢网格焊接施工工艺等详见第四章三、钢结构现场施工主要安装、测量技术措施 1、钢结构高程、坐标测量控制网的建立本工程钢结构测量控制主要为球型支座安装、铸钢节点安装、钢屋盖附属结构安装所需的测量控制网，每个控制网均包含轴线和标高控制基准点。 （1）根据总包单位现场已建立的水准测控网点，复核后将其引测至19.00标高的砼圈梁外侧，拟设置4个水准测控点作为上层钢网壳安装高程控制点 。如下图示：（2）空间节点坐标控制点的设置在钢结构支座安装位置即19.00标高位置的砼圈梁上，设置4座基本对称3.6米高钢桁架柱作为固定观测站（点），在其上架设四台全站仪进行管板、铸钢节点的空间测量、复核、定位。如图示：2、管板、铸钢节点件及节点间管件的空间定位（1）砼圈梁上24件管球支座件的定位（第一环）上述管球支座件为四维管枝型，定位相对简单易控，在埋件埋设中使用全站仪及水准仪将埋件的中心位置及标高控制线标定于以固定的砼模板、钢筋笼上，将埋件安装、定位、固定牢固。砼浇筑过程中进行跟踪控制，砼浇筑完成后进行埋件的坐标、标高复测并标志控制线（点）。根据上述控制线（点）进行24件管球支座件的安装就位，复核无误后临时点焊及螺栓定位。（2）第二环第六环管板节点件及节点间管件的定位上述节点件计108件，为六枝型管板件分别与各向管件管管对接焊接连接为一整体钢网壳。上述管板节点件安放于现场搭设的钢管支撑架上，支撑架立管上端设置螺旋顶撑支撑水平钢管，水品钢管上放置钢板或型钢等作为管板件的临时支撑件，调解螺旋顶撑是管板件于测设的空间坐标处就位后用点焊将其临时固定于支撑架上。 上述管板节点件定位主要采取两台全站仪一台测量、定位，另一台监控、复核节点的空间坐标位置，水准仪辅助标高控制，以确定管板节点件的中心位置定位于支撑架的临时定位件上，连接两两连接节点件的中心为管件的中心线，将中心线上下左右按管件半径分设标定于支撑架或满樘脚手架的水平钢管上，以至少三个方向的线控制管板件的管枝方向及位置，其余方向的线为校核、复核调整用。即采取以全站仪测控节点中心点空间位置、点点之间相连成为控制线、以线控制各节点管板件的各管枝方向及位置、从而逐件、逐环控制定位各空间节点件安装、测量定位方法。各节点管板件的中心空间位置坐标采用在Xsteel生成的空间模型中已1：1的比例， 将每点的空间三维坐标自动生成，在测量过程中将模型坐标和现场施工坐标予以转换。如下图示意： 3、中心铸钢件定位：中心铸钢件为12管枝空间节点件，测量、方法定位同上。4、校正1）节点管板件的三维坐标测定后，复测无误后点焊牢固。如果需要调整，采用脚手架上挂手拉葫芦进行微调杆件的精确定位。所有节点管板件及节点间杆件连接校正完成后必须电焊点固，形成整体。2）校正顺序同时，反复校校核每个节点管板件及节点间管件，完成后点焊固定，形成整体网壳后，再次进行校核，无误后方可展开管管对接焊缝的焊接工序。第四章弦支穹顶钢结构上层网壳网格焊接方案 大跨度弦支穹顶结构拼装焊接会使网壳杆件产生比较大的次生内力和结构竖向位移，同时对后续预应力施加也产生较大影响；焊接方案的不同，对结构的影响程度也不同。仿真分析计算表明：在制定单层网壳拼装焊接方案时，应以最外环拼接成环箍的基础上建立具有支承刚度的拱肋形骨架为原则，再进行网壳分区对称拼接合拢。弦支穹顶由网壳和索杆体系两部分组成，节点形式主要为管板式相贯节点和少量的铸钢节点，焊接收缩变形必然对网壳杆件内力产生影响，而这种影响又会反映到后续索杆的预应力施加中。一、焊接设备、材料的选用1、下列焊接设备适用于本工程的焊接工作焊接方法焊接设备电流和极性主要使用部位手工焊条电弧焊硅整流ZX7-400、500直流反接现场的一、二级焊缝CO2气体保护焊NBC-500直流反接现场一二级部分焊缝及现场加工的零小构件的角焊缝2、焊接材料的选择焊接方法母材牌号焊丝或焊条牌号焊剂或气体适用的场所手工焊Q345B、Q235BE50、E43定位焊；对接；角接气保焊Q345B、Q235BTWE-711CO2(99.99%)定位焊；对接；角接3、焊接材料的烘焙和储存暂按下表要求执行：焊条名称焊条药皮使用前烘焙条件使用前存放条件焊条：E50、E42低氢型330-370：1小时120二、单层网壳拼装焊接影响分析及焊接方案的选择 1、焊接过程分析 随着拼装、焊接的进行，会产生焊接收缩变形，分析表明焊接边环梁时，应力较大区域主要集中在支座位置的环向杆件和径向杆件结合处，在支座设计和施工过程中，要充分考虑该部分影响。焊接过程中网壳杆件最大应力和结构中心点竖向位移：网壳杆件最大内力随着焊接的进行，变化值均匀，焊接造成的次生应力约为15KN，是不考虑焊接应力的24%左右。随着结构整体刚度的逐步加大，杆件的最大应力变小，焊接过程中，钢网格中心点竖向位移增大，最大可至-55mm，但变化趋势较平稳。2、不同的焊接方案对结构内力影响必然不同，以下为4种不同焊接方案的比较： 1)方案1：先焊接边环梁和十字架，然后焊接成“米”形，最后焊接交叉部位，该方法可以使网壳较早形成拱肋形骨架，既方便下部预应力拉索拉杆安装施工，又能较好地控制结构挠度。2)方案2 ： 4个过程：焊接边环梁形成十字拱形骨架焊接中心风帽处和奇数环杆件焊接偶数环。3)方案3焊接从四周向中心圆形集中，顺序焊接，先焊接l、2环，再焊3、4环，然后5、6环，最后焊中心风帽部分。4)方案4 由于施工过程中搭设满堂脚手架，焊接可以从中心向四周圆形扩散，顺序焊接，也即方案3的反过程。优点是交叉工作量少，缺点是由于网壳整体结构形成较晚，影响下部拉索、拉杆安装施工和工期。 分析表明：网壳杆件内力因焊接顺序的不同而不同，方案l先焊接十字拱形骨架，方案2在十字拱形骨架的基础上拓展成“米”形骨架，这两种方案的杆件最大内力变化幅值都比较小，曲线比较均匀，过渡平缓，最大应力约为70MPa；而方案3、4分别采用圆环形集中焊接和扩散焊接，杆件焊接内力较大，最大值为120MPa ，相比前两种方案增大约70。另外，焊接过程对杆件的影响主要集中在前期和中期。 上述分析说明，大跨度单层网壳拼装时壳面拱肋形骨架刚度建立的越早，拼装焊接产生的网壳杆件次生应力相对越小。故选定方案2为现场焊接方案 。 三、焊接施工流向及顺序焊接遵循以下原则：分区进行，对称焊接；跳焊(隔环焊)，即先焊奇数环，再焊偶数环；先焊环向杆，再焊径向杆。网壳所有铸钢节点和插板式相贯节点先利用全站仪在扣件钢管支撑胎架上定位，然后用卡马 将铸钢节点与被连杆件临时点焊。网壳部分焊接分2次合拢，先焊接边环梁和十字架，合拢口为l4，使整个网壳先拼成具有一定支撑刚度的拱形骨架，以防整体坍塌和便于预应力拉索放索，结构最后合拢口为AD。 正式施焊时，由中心向四周，4组焊工同时施工，保证每个班组的焊机数量与焊工人数相同，焊接电流、电压及焊接速度尽量一致，以圆心为对称点进行焊接，然后以穹顶中心为基准向四周推进焊接。焊接分区下图见 四、焊接工艺1、同一轴线上的铸钢节点在临时焊接定位的基础上，不连续焊接，每间隔一个，焊接一个。2、就每一榀钢架而言，采用“十”字方向焊接，以减少焊接应力。3、焊接工艺参数表1-工厂制作焊接参数和安装焊接参数焊接方法焊材牌号焊接位置焊条（焊丝）直径（mm）焊 接 条 件焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度（cm/min）手工焊条电弧焊E50E42平焊和横焊3.29013022248124.0130180232510185.018023024261220立焊3.2801102226584.01201502426610CO2气体保护焊TWE-711平焊和横焊1.2260320283435454、预热和层间温度：焊前，母材的最小预热温度和层间温度应按下表要求执行；母材牌号母 材 厚 度t20mm20<t36mm36<t60mm>60mmQ345B Q235B不要求10100150 接头的预热温度应不小于上表规定的温度，层间温度不得大于230。 接头预热温度的选择以较厚板为基准，应注意保证厚板侧的预热温度，严格控制薄板侧的层间温度。 预热时，焊接部位的表面用火焰或电加热均匀加热，加热区域为被焊接头中较厚板的两倍板厚范围，但不得小于100mm区域。 预热和层间温度的测量应采用测温表或测温笔进行测量。焊接期间应保持上表规定的最低预热温度以上。5、焊接环境当焊接处于下述情况时，不应进行焊接：被焊接面处于潮湿状态，或暴露在雨和高风速条件下。采用手工电弧焊作业（风力大于5m/s）和CO2气保护焊（风力大于2 m/s）作业时，未设置防风棚或没有措施的部位前情况下。焊接操作人员处于恶劣条件下时。五、焊接施工质量控制 1、焊接条件下雨时露天不允许进行焊接施工；在外界气候小于0时，在焊缝左右75mm 范围内应预热至表面温度3050。若焊缝区潮湿，应采取措施使焊缝左右75mm 范围内干燥。焊缝表面应清洁干燥，无浮锈、无油漆。2 、管子对接全位置焊接顺序（工件不能转动，见下图） 3、施工要点组对：组对前用锉刀和砂布将坡口内外壁2050MM 处仔细用砂布磨去锈蚀及污物，组对时不得在接近坡口处管壁上点焊夹具或硬性敲打，以防圆率受到破坏，同径管错口现象必须控制在规范允许范围之内。校正复检：检点组对后，必须用专用器具对同心度、圆率、曲度等认真核对，确认合格后，根据管径大小、壁厚，预留出焊缝收缩量的间隙。焊接定位：定位焊使用经烘烤合格的小直径焊条，采用与正式焊接相同的工艺进行定位焊接，要求如下：L50MM，H4MM。焊前清理：正式焊接前，将定位焊处的焊渣、飞溅、雾状附着物仔细除去，定位焊点与收弧处必须使用角向磨光机修磨成缓坡状，且确认无未熔合、收缩空等缺陷，检查完毕后割去临时连接板。 管管对接焊接：根部焊接：根部施焊应自管底部超越中心线处起弧，在定位焊接头处应前行1020mm 收弧，再次始焊应在定位焊缝上退行10mm 起弧。在顶部中心处熄弧时应超越中心线至少1015mm。另一半焊接前，应将前半部始焊及收弧处修磨成较大缓坡，并确认无未熔合及未焊透现象后在前已焊接管底部焊缝起始处起弧，在仰焊接头处应注意坡口边的熔合情况，上部接头处应不熄弧连续焊接超越至前半部焊缝510mm 方允许熄弧。填充层焊接：焊前剔除首层焊道的凸起部分、焊瘤及凹陷。焊接仰焊时采用手工电弧焊，采用小直径焊条，选用较小电流，立焊及平焊部位采用二氧化碳气体保护焊,选用1.2 焊丝，电流由小到大，焊接手法采用水平月牙形。在接近盖面时，应注意均匀留出11.5mm 深度。面层焊接：焊缝盖面直接关系到焊接接头的外观质量能否满足质量要求，因此在面层焊接前应仔细对全焊缝进行二次修补处理，由于焊缝处的温度较高，故在面层焊接时应注意选用较小的电流进行焊接，注意防止咬边缺陷，完成的焊缝外形尺寸应符合GB5020595 标准。 相贯线（包括管与球相贯）焊缝：斜腹杆上口与上弦杆相贯连接处呈倒坡口状环焊，焊接时应从环焊缝的最低位置引弧，在横角焊的中心收弧，斜焊条呈斜线运行，使熔池保持水平。斜腹杆下口与下弦杆相贯连接处应从仰角焊位置超越中心线510mm 处起弧，在平角焊位置 收弧，焊条呈斜线和直线运行，使熔池保持水平状。次桁架弦杆与主桁架弦杆相贯连接处的焊接应从焊口的仰焊部位超越中心线510mm 处起弧，在平焊位置中心处收弧，焊接时尽量使熔池保持水平，注意左右两边的熔合，确保焊缝的几何尺寸和焊缝的外观质量。焊接的开始，必须在一个单元区完成校正多跨弦杆时方能进行，焊接前每个杆件之间必须留有焊接收缩余量，同时杆件间必须做刚性固定，以便弦杆焊接相互控制变形。焊接顺序为从中间往四边延伸，焊接采用直流反接的焊接方式（即把焊件作为正极，焊钳作为负极），同时采用小电流，多层多道焊接，防止焊条在同一位置时间过久产生的热量过大，造成变形加大。并且因为同一个位置焊接构件比较多，焊缝比较长，故收缩余量要适当加大。各杆件之间预留焊接收缩余量采用下图所示：4、 焊接工艺评定（1）焊接工作正式开始前，对工程中首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊接接头形式、焊后热处理等必须进行焊接工艺评定试验，对于原有的焊接工艺评定试验报告与新做的焊接工艺评定试验报告，其试验标准、内容及其结果均应在得到工程监理的认可后才可进行正式焊接工作。（2）焊接工艺评定试验的结果应作为焊接工艺编制的依据。（3）焊接工艺评定应按国家规定的建筑钢结构焊接规程及相关标准的规定进行。5、 焊工培训按照 建筑钢结构焊接规程第八章“焊工考试”的规定，对焊工进行复训与考核。只有取得合格证的焊工才能安排进入现场施焊。如持证焊工一连续中断焊接6 个月以上者或持证超过三年，有效期内，焊接质量未保持优良焊工，允许重新考核上岗。焊工考试需严格按照规范进行。6、 焊缝验收与无损检测（1）焊缝检查与验收焊工应在焊前，焊接时和焊后检查以下项目。（2）焊前任何时候开始焊接前都要检验构件标记并确认该构件；检验焊接材料；清理现场；预热。（3）焊接过程中预热和保持层间温度；检验填充材料；清理焊道；按认可的焊接工艺焊接。（4）焊后清除焊渣和飞溅物；焊缝外观；咬边；焊瘤；裂纹和弧坑；冷却速度等。外观检查记录由项目质检员保存。（5）无损检测检测单位：施工单位按图纸要求及焊接规程及标准进行自检，业主委托有资质的检测单位进行第三方检测。检测标准：超声波检查按国家规范JBJ81-91 和GB11345-89 相关规范进行质量检验证明。所有自检、第三方超声波检测均应出具焊缝超声波检无损检测报告（具有CMA 资质）。焊缝检验的范围：a外观检查所有焊缝b无损检验全熔透对接焊缝100%超声波检验；二级焊缝至少20%超声波检验；三级焊缝，外观检查。c选择受检焊缝当要求少于100%检验，在开始检验前，对受检焊缝的抽样要征得工程监理的同意。当在一个接头中检查出超标缺陷时，在同一组中要增加检查两个接头，如果这两个增加的接头是合格的，最开始的焊缝返工后再采用同样方式检验。如果那两个增加的接头也有超标缺陷，那么同组内的每一个接头都要检验。