大跨度钢网架结构的制作与吊装.doc
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1、大跨度钢网架结构的制作与吊装大跨度钢网架结构的制作与吊装大跨度钢网架结构的制作与吊装 1一、工程简介 1二、吊装特点 1三、吊装区域界定 1四、方案选择 1五、中心区吊装 2六、外围区与中间区吊装简介 3七、经验总结 3一、工程简介长春综合体育馆钢结构网壳为贝壳造型,是目前亚洲最大跨度的方钢管钢结构屋面。该钢结构网架纵向水平跨度191.682m,横向水平跨度146.000m,钢结构网壳总高度为49.557m,网壳落地矢高为42.097m,径向拱架上下弦中心距离为2.854m。总建筑球面积为39135m2,水平投影面积为22016m2,网壳总重量为2065t,其中含大小支撑、屋面梁、檩条565t
2、。二、吊装特点(1)由于外围拱脚至中心跑道之间有5m宽的马道,四周最高处为30.380m高的围墙,8m宽走廊,以及31.500m宽、19.820m高的看台等构筑物,占据了体育馆外围近16800m2的面积和大量空间,使施工时不能通视,起重吊装机具的吊装能力受到较大的限制。(2)中心区吊装到安装高度后,其三维座标的调整、找平、找正和中间区的安装完成,需5座桅杆持续吊重3040d时间。(3)中间区安装时不可能使对称受力的拱架同步到位,先拼装的径向拱架会对中心区产生向下压力和水平推力,使已找平找正的中心区平衡破坏。(4)中心区吊装的全过程正处于长春市大风期,应充分考虑风载对吊装桅杆造成的不稳定因素。(
3、5)经过计算,中间区吊装最不利时将会对中心产生一个1194kN的压力。三、吊装区域界定(1)根据体育馆内跑道范围,确定在H7节点向外延伸0.8m椭圆周为中心区,中心区长轴85.6m,短轴46.3m,其球面积为3800m2,水平投影面积为3113m2,中心区网壳加上绳索、机具重量接近300t。(2)外围区的外端直接安装于拱脚基础上,内侧临时支于围墙的混凝土立柱上,并向内延伸5.8m左右,以保证拱段节点完整为前提。该区的总重量为680t,投影面积为7837m2,单件最大长度为48.598m,最大重量为217.98t。(3)中间区为中心区和外围区的安装剩余部分,其总重量为520t,投影面积为1106
4、6m2,单件最大长度为38.800m,最大重量为9.98t,见图7.12。四、方案选择在众多的施工方案中,多次进行技术论证和经济分析,决定采用分区安装法(详见表7-18)。表7-18各种吊装方法比较方案名称 钢材用量/t 主材人工单价/(元/t) 承台桅杆工期/d 吊车费用/万元 起重机索具费用/万元 计划工期/d 合计费用/万元高空散装法 700 3750 150 204 240 466.50中心编织法 390 3750 120 146 205 215 497.25分区安装法 150 3750 50 30l 49 155 406.25注:含外围区吊装费用36万元。五、中心区吊装为了保证工期、
5、质量和安全,中心区吊装是分区安装法的关键。1.桅杆设置中心区设置D120016、高57m,单根偏正受压承载能力l800kN管式桅杆5座,利用120t吊车竖立,共设12根缆风绳(见图7-13)。中间区拼接时40个径向拱架,经过计算有1194kN的重力通过H7节点处法兰加在中心区5座桅杆上。每座桅杆设4套H324D滑轮组,并配有平衡滑轮,分别通过4台8t卷扬机牵引,桅杆自重370kN。2.载荷计算F=KlK2(Ql+Q2+q)=1.21.3(3000+1194+180)kN=6832kN式中:Q1吊装总重量,Q1=300t;Q2中间区附加重量,以最不利因素计,Q2=119.4t;q机索具重量,q=
6、18t;K1动载系数,取1.2;K2不均衡系数,取1.3。3.一座桅杆受力式中:r实际与理论铅垂夹角,r5o4.每套滑轮组卷扬机构牵引力式中:滑轮组荷载系数,取0.134;滑轮组绳索与桅杆夹角,=15 o。选择钢丝绳直径23mm,抗拉强度为1700MPa。5.滑轮组上部吊具受力式中:M滑轮组数。6.主缆风绳受力Fx式中:缆风绳与地面最大夹角,30o。选择d=30mm直径钢丝绳双根,抗拉强度1700MPa。7.侧缆风受力 8.桅杆核算(选用欧拉公式)根据桅杆钢管断面积A=595cm2;惯性矩J=1042543cm4;截面系数W=13206cm3;惯性半径r=42cm。求得细长比=H/r=1361
7、00,单位面积承载能力 计算吊装能力 9.桅杆总受力F总F总=Fd+Fz+G1=(1462+282+370)kN=2114kN式中:G1为每根桅杆自重370kN,故F总20mm;称为厚板的),宽度700mm3000mm,长度4m12m。(3)特厚板,板厚60mm,宽度为600mm3800mm,长度4m9m。(4)扁钢,厚度4mm60mm,宽度为12mm200mm,长度3m9m。厚钢板用作梁、柱、实腹式框架等构件的腹板和翼缘,以及桁架中的节点板。特厚板用于高层钢结构箱形柱等。薄钢板主要是用来制造冷弯薄壁型钢。扁钢可作为组合梁的翼缘板、各种构件的连接板、桁架节点板和零件等。2.钢构件堆放场的准备钢
8、构件在吊装现场堆放时一般沿吊车开行路线两侧按轴线就近堆放。其中钢柱和钢屋架等大件放置,应依据吊装工艺作平面布置设计,避免现场二次倒运困难。钢梁、支撑等可按吊装顺序配套供应堆放,为保证安全,堆垛高度一般不超过2m和三层。3.钢构件验收在钢结构安装前应对钢构件进行检查,其项目包含:(1)钢材的数量和品种是否与订货单符合。(2)钢材的质量保证书是否与钢材上打印的记号符合。(3)核对钢材的规格尺寸。(4)钢材表面质量检验,不论扁钢、钢板和型钢,表面均不允许有结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷。有上述缺陷者应另行堆放,以便研究处理。(5)钢材表面的锈蚀深度,不得超过其厚度负偏差值的l,2。2.2.2高强度螺栓
9、的准备钢结构用的高强度连接螺栓应根据图纸要求配套供应至现场。应检查其出厂合格证、扭矩系数或紧固轴力(预拉力)的检验报告是否齐全,并按规定作紧固轴力或扭矩系数复验。对高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数按规范规定及时进行复验,其结构应符合设计要求。2.2.3焊接材料的准备钢结构焊接施工之前应对焊接材料的品种、规格、性能进行检查,各项指标应符合现行国家产品标准和设计要求。对重要钢结构采用的焊接材料应进行抽样复验,其结果应符合要求。1.3主要机具单层钢结构安装工程的普遍特点是面积大、跨度大,在一般情况下应选择可移动式起重设备如汽车式起重机、履带式起重机等。对于重型单层钢结构安装工程一般选用履带式起重机,
10、对于较轻的单层钢结构安装工程可选用汽车式起重机。单层钢结构安装工程其他常用的施工机具有电焊机、栓钉机、卷扬机、空压机、倒链、滑车、千斤顶、电动扳手等。详细情况见表5-1。表5-1主要机具序号 名称 规格型号 用途1 起重机(履带、塔式、汽吊) 根据构件重而定 钢构件拼装、安装2 千斤顶 螺旋式2030t 钢柱校正、构件变形校正3 交流弧焊机 42kVA 钢构件(柱、屋架、拱架、门式刚架、支撑)焊接4 直流弧焊机 28kW 碳弧气刨修补焊缝5 小气泵 配合碳弧气刨用6 砂轮 100120 打磨焊缝7 全站仪 轴线测量8 经纬仪 轴线测量9 水平仪 标高测量10 钢尺 30m50m 测量1l 拉力
11、计 l0kg 测量12 气割工具 13 倒链 14 滑车 15 高强度螺栓扳手 高强度螺栓终拧1.4作业条件1.根据正式施工图纸及有关技术文件结合现场条件编制施工组织设计(或施工方案)并经审批。2.对使用的各种测量仪器及钢尺进行计量检查复验。3.根据土建提供的纵横轴线和水准点进行验线交接完毕。4.安装前,应按照构件明细表核对进场的构件,查验质量证明书和设计更改文件;工厂预装的大型构件在现场组装时,应根据预组装的合格记录进行;构件交工所必需的技术资料以及大型构件预拼装排版图应齐备。按施工平面布置图划分:材料堆放区、杆件制作区、拼装区,构件按吊装顺序进场。6.场地要平整夯实,并设排水沟。7.在制作
12、区、拼装区、安装区设置足够的电源。8.搭好高空作业操作平台,并检查牢固情况。9.放好柱顶纵横安装位置线及调整好标高。10.参与钢结构安装人员要持证上岗。11.检查地脚螺栓外露部分的情况,若有弯曲变形、螺牙损坏的螺栓,必须进行修正。12.将柱子就位轴线弹测在柱基表面。13.对柱基标高进行找平。2、施工工艺2.1 工艺流程构件、设备、工具的检查和堆放放线及验线(轴线、标高复核) 钢柱标高处理及分中检查构件中心线及标高检查安装钢柱、校正柱脚按设计要求焊接固定柱间支撑或联系梁安装安装吊车梁、校正高强度螺栓初拧、终拧(或焊接固定) 门式刚架或钢屋架安装校正屋面结构支撑系统安装综合安装一节间循环工序进行安
13、装验收2.2 操作工艺3.2.1基础验收钢结构安装前应对建筑物的定位轴线、基础轴线和标高、地脚螺栓位置、规格等进行检查,并应进行基础检测和办理交接验收。当基础工程分批进行交接时,每次交接验收不应少于一个安装单元的柱基基础,并应符合下列规定:1.基础混凝土强度达到设计要求;2.基础周围回填夯实完毕;3.基础的轴线标志和标高基准点准确、齐全,其允许偏差符合设计规定。基础顶面直接作为柱的支承面和基础顶面预埋钢板或支座作为柱的支承面时,其支承面、地脚螺栓(锚栓)的允许偏差应符合表5-2的规定。表5-2支承面、地脚螺栓(锚栓)位置的允许偏差(mm)项目 允许偏差支承面 标高 3.0 水平度 l/1000
14、地脚螺栓(锚栓) 螺栓中心偏移 0预留孔中心偏移 10.0钢柱脚采用钢垫板作支承时,应符合下列规定:1.钢垫板面积应根据基础混凝土和抗压强度、柱脚底板下细石混凝土二次浇灌前柱底承受的荷载和地脚螺栓(锚栓)的紧固力计算确定。2.垫板应设置在靠近地脚螺栓(锚栓)的柱脚底板加劲板下,每根地脚螺栓(锚栓)侧应设12组垫板,每组垫板不得多于5块。扩建板与基础面和柱底面的接触应平整、紧密。当采用成对斜垫板时,其叠合长度不应小于垫板长度的2/3。二次浇灌混凝土前垫板间应焊接固定。3.采用座浆垫板时,应采用无收缩砂浆。柱子吊装前砂浆试块强度应高于基础混凝土强度一个等级。座浆垫板的允许偏差应符合表5-3的规定。
15、表5-3座浆垫板的允许偏差(mm)项目 允许偏差顶面标高 0.0 3.0水平度 l/l000位置 20.0采用杯口基础时,杯口尺寸的允许偏差应符合表5-4的规定。表5-4杯口尺寸的允许偏差(mm)项目 允许偏差底面标高 0.0 0杯口深度H 0杯口垂直度 H/l00,且不应大于10.0位置 10.0地脚螺栓(锚栓)尺寸的偏差应符合表5-5的规定。地脚螺栓(锚栓)的螺纹应受到保护。表5-5地脚螺栓(锚栓)尺寸的允许偏差(mm)项目 允许偏差螺栓(锚栓)露出长度 +30.0 0.0螺纹长度 +30.0 0.0基础标高的调整应根据钢柱的长度、钢牛腿和柱脚距离来决定基础标高的调整数值。通常,基础标高调
16、整时,双肢柱设两个点,单肢柱设一个点,其调整方法如下:根据标高调整数值,用压缩强度为55MPa的无收缩水泥砂浆制成无收缩水泥砂浆标高控制块,进行调整;用无收缩水泥砂浆标高控制块进行调整,标高调整的精度较高(可达1mm之内)。3.2.2构件吊装顺序1.并列高低跨的屋盖吊装:必须先高跨安装,后低跨安装,有利于高低跨钢柱的垂直度。2.并列大跨度与小跨度安装:必须先大跨度安装,后小跨度安装。3.并列间数多与间数少安装:应先吊装间数多的,后吊装间数少的。4.构件吊装可分为竖向构件吊装(柱、连系梁、柱间支撑、吊车梁、托架等)和平面构件吊装(屋架、屋盖支撑、桁架、屋面压型板、制动桁架等)两大类,在大部分施工
17、情况下是先吊装竖向构件叫单件流水法吊装,后吊装平面构件,叫节间综合法安装(即吊车一次吊完一个节间的全部屋盖构件后再吊装下一节间的屋盖构件)。3.2.3构件安装工艺1.钢柱的安装工艺(1)钢柱安装前应设置标高观测点和中心线标志,同一工程的观测点和标志设置位置应一致,并应符合下列规定。1)标高观测点的设置应符合下列规定:a.标高观测点的设置以牛腿(肩梁)支承面为基准,设在柱的便于观测处;b.无牛腿(肩梁)柱,应以柱顶端与屋面梁连接的最上一个安装孔中心为基准。2)中心线标志的设置应符合下列规定:a.在柱底板上表面上行线方向设一个中心标志,列线方向两侧各设一个中心标志;b.在柱身表面上行线和列线方向各
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