双螺旋曲面屋面钢结构工程施工技术.pdf

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1、双螺旋曲面屋面钢结构工程施工技术双螺旋曲面屋面钢结构工程施工技术导言导言XX 民用机场航站楼工程主体结构为钢筋混凝土框架+钢结构屋面。通过精心设计、周密组织和施工，成功解决了本工程钢结构屋面的制作、运输、焊接和吊装等技术问题，可供类似工程借鉴。工程概况工程概况1.1.建筑概况建筑概况XXXX 民用机场航站楼工程，建筑总面积 29874，地下建筑面积 2923，地上两层，地下一层，建筑檐口高度 21.3m，一层层高 6.65m。航站楼平面呈扇形，地下部分南北方向长约105.5m，东西方向宽约25.6m；地上部分南北方向长约 179.5m，东西方向宽约95.7m。该工程造型新颖、简洁大气，屋面整体

2、呈现出优雅柔美的双螺旋曲面反映出以运河为代表的水文化特色，即体现机场设计的先进理念，又彰显扬州、泰州地区的特色和形象（图 1）。图 1 机场效果图2.2.钢结构概况钢结构概况航站楼主体结构为钢筋混凝土框架结构+钢结构屋面（图 2）。屋架梁共 14榀，屋架大梁为弧形变截面箱型构件，断面高度 300mm近 1600mm，最长一榀屋架梁长度达 107.3m。支撑钢柱采用热轧无缝钢管，通过铸钢节点与屋面钢梁采用销轴连接，钢柱底端通过铸钢节点与混凝土柱顶预埋件采用焊接固定；屋面钢梁之间采用矩形梁口 360200mm，通过十字节点构造形成两向交叉的网壳结构，交叉斜梁网壳结构随屋面建筑造型的曲面弧度变化，网

3、壳与钢梁采用焊接连接；屋盖钢结构四周边为挑檐雨蓬。图 2 结构整体示意图施工重点难点分析施工重点难点分析1.1.钢管的相贯线切割钢管的相贯线切割钢管相贯节点的几何信息正确与否是相贯线切割的质量保证，由于本工程钢柱为钢管，且连接节点均为相贯节点，如何采用合理的切割设备、切割工艺来确保钢管的相贯线切割精度将是确保钢柱质量的关键。2.2.屋面斜交钢梁的加工屋面斜交钢梁的加工本工程屋面斜交网壳需配合建筑外观要求拟合为自由曲面，为便于制作，钢梁杆件主体可为直线，杆件端部可局部转动，使杆件间能平滑过渡。因此需对每一个节点精确三维放样，并得到设计认可后方可施工。3.3.大跨度屋盖的预拼装大跨度屋盖的预拼装本

4、工程为大跨度屋盖结构，制作好的钢结构构件分段出厂前，应根据规范要求及钢结构特点进行预拼装，经检查无误后方可发送至现场。本工程钢结构有大量的销轴连接，对构件的制作精度，特别是销孔的精度和定位要求极高。因此，在工厂预拼和现场胎架拼装阶段，均应将销孔的定位作为一个重要的控制指标。4.4.现场吊装现场吊装由于构件长度长、吊装半径大，吊装阶段钢梁平面外刚度非常差，吊装极易产生变形，吊装难度大，吊装方案的优劣直接影响到工程质量、工期和安全。因此选择经济可靠、快速并有可操作性的吊装方案，选择合适的吊装机械，确定合理的吊装顺序，就显得尤为重要。钢结构施工技术钢结构施工技术本工程屋面为大跨度空间钢结构，屋架钢梁

5、超长、超重，无法进行整体吊装，因此采用分段制作、地面拼装、空中对接的方式进行安装。1.1.分段制作分段制作该工程最长单榀屋架梁长度达 107.3m，而且为弧线造型，在工厂内将钢梁分为 8 段加工制作（考虑到运输的因素），然后进行构件的预拼装，确保钢梁制作质量。针对屋面交叉斜梁结构的特点，将两榀屋架钢梁之间的区域分成 8 块，工厂负责矩形梁的下料与制作及所有十字节点的制作加工。所有构件需驻场监理检验合格后，才能发送至现场。2.2.地面拼装地面拼装到现场后有钢梁 6 段要在地面拼接，形成三个吊装段，加上还有两端悬挑两段共计每榀大梁有五个吊装分段。按照就近组装的原则，在选定的地面组装场利用汽车吊组装

6、，组装时在地面铺设路基箱，在路基箱上搭设组装胎架（见图 3）。现场把每两道梁之间的网壳分为 8 块，按正投影法在 7030m 的硬化场地上设置拼装胎架，专门控制每个十字节点的空间定位（姿态定位），然后在两个十字节点之间连接矩形梁杆，通过拼装胎架来实现屋面斜梁网壳的曲面造型（见图 3）。图 3 屋架钢梁、网壳现场拼装3.3.高空吊装高空吊装（1）高空拼装胎架安装每榀屋架钢梁按五个分段进行吊装，因此吊装前必须在二层楼面上布置吊装胎架（图 4），作为钢梁的临时支撑，吊装胎架布置应符合屋架梁安装轴线与标高要求。胎架平面尺寸为 2m2m，节间长度为 2m，立杆为160 x4，横杆和斜撑为60 x3，材质

7、均为 Q235。屋架梁分段吊装时搁置在吊装胎架上，并且每个分段在端部设有分段与分段拼装连接定位板，每个分段点设有四组连接定位板（梁端上翼缘设两组，下翼缘设两组，连接定位板是在工厂进行屋架梁整榀组装时按大梁形体在总拼预制胎架上精确定位的，同时也计算了连接定位板大小、厚度、螺栓都要满足分段安装时的受力强度），屋架梁分段吊装就位时，首先要对准分段连接定位板，对准后即可穿入螺栓，把分段梁一段一段按吊装顺序连成整体。为保证屋架梁吊装阶段的稳定性，吊装胎架与屋架梁都要拉设揽风绳。为了加快吊装进度，网壳采用分块安装并在跨中辅以格构式临时支撑。吊装胎架放置位置的二层混凝土楼面梁底要设支撑来传递荷载，通过计算得

8、出吊装胎架 4 个角的反力均为 12.7t，在梁底下方设置承重脚手架进行临时支撑。（2）吊装设备的选择、布置由于涉及航站楼西面高架路施工，为了避开钢结构吊装与高架路同时施工的矛盾，航站楼钢结构现场安装施工决定选择如下吊装设备（图 4）：1）一台 450t 履带吊，分别定点设在（B）/（3）轴外与（B）/（17）轴外两地点，采用超级配重和塔式工况进行吊装作业，其吊装用构件需由地面上 150t履带吊帮助驳运。另外需对 450t 履带吊作业地基进行加固处理，采用挖去地面杂填土 1100mm，然后夯实素土层，自下而上的铺设 500mm 厚大片石二层，每层用碎石塞缝，最上面铺设 100mm 厚道渣，碾压

9、找平后，再铺设路基厢板。450t 履带吊超起吊装作业范围主要为（A）（D）轴区域的钢屋架分段与屋面斜梁网壳块的吊装。450t 履带吊主吊臂长 54m，塔式副臂长 72m，作业半径可达 92m 时，额定吊装载荷为 25t；主机后配重 120t，车身压重 40t，超起配重 180t，这样航站楼西面（A）轴线外（D）轴线区域都可被 450t 履带吊吊装覆盖，避免了与高架路同时施工的冲突。2）两台150t 履带吊：一台150t 履带吊布置在地面作业，负责航站楼周边分段钢梁与分块屋盖斜梁网壳构件等的吊装，同时承担构件驳运满足为 450t 履带吊及另一台 150t 履带吊的配套需要。另一台 150T 履带

10、吊布置在二层楼面上作业，在二层楼面上划定了吊机吊装作业行走路线区域。上海华东建筑设计院巳对二层楼面上 150T 履带吊作业行走区域与屋架梁分段胎架位置，作了施工荷载验算，并对二层楼面吊机作业区域的结构采用承重脚手架进行临时支撑加固。二层楼面上 150t 吊机作业时的总荷载（自重与吊物）不得超过 200t。实际设定作业时总荷载：吊机自重不超过 160t，最大构件重量不超过 25t。二层楼面上 150t 履带吊吊装作业采用主臂工况，主臂长度 47m，本工程吊装作业时按最重构件 25t（分段钢梁最重实际为 22t 内），回转半径控制在 22m及之内。图 4 450T、150T 履带吊吊装分区示意图地

11、面上 150t 履带吊吊装作业采用主臂工况，主臂长度 47m，该吊机作业范围内本工程吊装的最重构件 22t（分段钢梁+钢柱），回转半径控制在 22m 及之内。3）再选用 25t50t 汽车吊多台，负责现场构件拼接，拼装时的起吊以及构件的短驳倒运。航站楼四周边的悬挑雨棚，均为型钢构件，都可以采用 25t50t汽车吊进行吊装作业。（3）钢梁吊装1）测量标注：D-E 轴线处、H 轴线处、A 轴线处预埋件的两向轴线与标高数据，根据测量数据调整平衡所有钢柱埋件的轴线与标高，必须符合设计要求与土建施工的情况。2）首先安装 D-E 轴线处的人字形钢柱，按测量标注的轴线记号准确定位，并且调整好支座的两向水平。

12、人字形钢柱吊装到位后，钢柱端用销轴与支座联接，设置钢柱两向斜支撑，确保钢柱竖立稳定，不会倾倒，测量调整钢柱的垂直度。D-E 轴处钢柱安装符合各项要求后，把 D 与 E 轴两处支座点焊固定。在支撑胎架顶端设置两台 25T 螺旋千斤顶，当钢梁吊装就位后进行标高的微调。在 D-E 轴间搭设 6m3m 的脚手架平台，高度约近 10m，便于吊装屋架梁分段三时，安装人员可在脚手架平台上配合大梁分段就位及就位后安装梁、柱联接销轴。3）吊装由中间向两端推进，两端悬挑钢梁最后吊。两端悬挑钢梁与钢柱支撑一起吊装，一步到位（图 5、图 6）。图 5 钢屋架分段吊装示意图图 6 钢梁吊装（4）网壳吊装由于在两道屋架大

13、梁之间的区域分成 8 块拼装与吊装（如分块太大吊装时自身刚度不够，局部应力会偏大），因此每块的重量在 1013t。450t 履带吊吊装屋面斜梁网壳分块时，最远处作业半径需达92m，这时额定吊装荷载还能达 25t。150t 履带吊作业时按 13t 来控制吊机的幅度与回转半径最大在 38m 及以内。为防止出现吊装过程中，150t 履带吊吊臂腋处碰钢屋架，摸拟了地面上 150t履带吊与楼面上 150t 履带吊吊装斜梁网壳分块的多种工况，掌握了吊装过程中吊载、大臂幅度、回转半径等关系。网壳采用八点起吊（图 7），主要便于对网壳的空间位置进行调整，达到预定位置后与屋架钢梁焊接。屋面斜梁网壳分块尺寸约为（自 H 轴线A 轴线划分）：1）24m8m；2）23m11m；3）22m10.5m；4）21m11m；5）19.5m12.5m；6）18m13m；7）17m14m；8）16m12m。图 7 钢结构网壳吊装