1、1,7.1 钢结构安装特点 7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术 7.3 工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术 7.4 工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,第7章 超大型项目钢结构安装施工技术,7.1 钢结构安装特点,7.1.1 钢结构安装工程特点 钢结构加工制作全部在工厂完成，施工现场作业少，现场作业机械化程度高，施工速度快，施工工期短，满足了建设单位对工期控制的需要，因此在超大型项目中应用日益广泛。钢结构工程具有以下特点： （1） 钢结构应用高度不断突破 （2） 钢结构体系更加复杂 （3） 钢结构构件越来越重,2,7.1 钢结构安装特点,7.1.2
2、 超高层钢结构安装施工特点 超高层建筑钢结构应用高度不断突破、结构体系更加复杂、构件越来越重，使钢结构施工具有鲜明特点： （1） 施工机械要求高 （2） 施工工艺要求高,3,7.1 钢结构安装特点,7.1.3 大跨度空间钢结构安装施工特点 大跨度空间钢结构安装施工特点主要采用高空散装法、分条分块吊装法、滑移法、单元或整体提升（顶升）法、整体吊装法、折叠展开式整体提升法、高空悬拼安装法等施工方法。因此，施工前应根据结构特点和现场施工条件，制定施工技术路线安装方法。吊装单元应结合结构特点、运输方式、起重设备性能、安装场地条件来划分，同时应采用工业化施工，减少现场作业量和高空作业量，提高施工质量。,
3、4,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,7.2.1概述 1.工程总体概述 广州国际金融中心的地下室4层（局部5层），主塔楼地上103层（层高为4.5/3.375 m），最大高度达440.75 m，工程总建筑面积为451 926m2，其主塔楼70层以下为智能甲级写字楼，70层以上为白金五星级酒店。 2.钢结构主要构件概述 主塔楼采用钢筋混凝土核心筒+巨型斜交网格钢管混凝土柱外筒结构形式，外框楼盖采用型钢梁和钢筋桁架混凝土组合楼板，主塔楼7374层设置了超大型转换桁架，见表7-1。 （1） 主塔楼巨型斜交网格外筒钢管混凝土柱，见表7-2。 （2） 主塔楼楼盖钢梁系统，见表7-
4、3。 （3） 主塔楼73层转换桁架及转换钢架，见表7-4。 （4） 主塔楼核心筒钢结构，见表7-5。 （5） 主塔楼天面停机坪钢架，见表7-6。,5,6,表7-1 总体结构和典型平面图,总体结构图,典型平面图,7,8,9,10,11,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,7.2.2钢结构工程主要施工的重点和难点 1.外筒斜交网格钢构件的分段控制 由于该项目钢结构施工主要采用三台M900D动臂式塔吊分段散件吊装，塔吊的最大起重量为64.0 t。由于部分外筒斜交网格节点处于最大起重能力半径以外，分段需特殊考虑。按照起重性能和焊接操作空间，对外筒柱合理分段以控制重量是工程施工组织
5、的关键点。 2.巨型钢构件的预拼装检验验收 该项目钢结构外筒为巨型斜交网格钢管柱体系，每个网格交接点就是一个复杂多变、形态各异、体量巨大、多点对位的空间巨型构件。该巨型构件的超高空安装需要解决空间多点对位、高空精确定位的问题。在钢构件的加工制作各道工序严格精度控制的基础上，为检验制作的精度，以便及时调整、消除误差，减少现场特别是高空安装过程中对构件的安装调整时间，对外筒节点、斜钢柱及环梁需进行工厂预拼装。通过预拼装技术进行复核验收是重点。,12,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,3.超长、超宽、巨型构件的高空安装施工 主塔楼外筒斜交网格钢管柱竖向分成17节，每节有30根
6、直管段和15个“X”形节点。直管段钢柱的最大宽度约3 m、最大长度约17 m，“X”形节点最大宽度约4.3 m、最大长度约13 m，构件最大重量达到了64 t。外筒斜交网格钢管柱的安全、精准、快捷吊装是施工难点。 4.高空恶劣施工环境下复杂厚板节点的焊接质量保证 主塔楼外筒斜交网格钢管柱直径从底部的1800 mm50（55） mm过渡为顶部的700 mm20 mm，最大壁厚55 mm，材质为Q345B、Q345GJC。同时，广州具有的典型亚热带季风性气候，特别是200 m以上超高空风大、雾大、湿度重、施工环境恶劣，对钢结构现场高空焊接质量影响极大。焊接质量控制也是必须攻克的难点。,13,7.2
7、 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,7.2.3超高层巨型斜交网格钢管柱安装技术 1.外筒斜交网格钢构件的分段控制技术 （1） 分段原则 外筒钢结构复杂，且管径大、重量重，分段需考虑相关因素，见表7-7。 （2） 分段重量 M900D塔吊最大起重量64.0 t，部分“X”形边节点处于最大起重能力半径外，分段需特殊考虑，各层节点工况分析见表7-8。 （3） 超重节点处理 角节点JB最重达75.3 t，超出塔吊最大起重性能，需再分段处理，见表7-9，分段在加工厂进行。,14,15,16,17,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,2.巨型钢构件的预拼装检验验收 预
8、拼装主要目的是检验制作的精度，以便及时调整、消除误差，从而确保构件现场顺利吊装，减少现场特别是高空安装过程中对构件的安装调整时间，有力保障工程的顺利实施。通过对构件的预拼装，及时掌握构件的制作装配精度，对某些超标项目进行调整，并分析产生原因，在以后的加工过程中及时加以控制。针对该工程外筒结构特点，采用计算机预拼装与工厂实物预拼装相结合的预拼装方案。 （1） 实体预拼装 选取三个具有代表性的拼装单元为例，见图7-1，工厂实物预拼装即采用循环全预拼装进行。以节点JB、JC、JD之间的预拼装为例，将该网格单元分为三部分，每部分的预拼装分三个拼装单元进行，依次按拼装过程1拼装过程2拼装过程3进行外框筒
9、的预拼装，见图7-2图7-4，其他节点间的拼装单元与此类似。图7-5为拼装现场实例。 （2） 计算机模拟拼装 鉴于钢构件体量较大，构件最重达64 t，利用全站仪实现计算机预拼装具有较大的经济意义。具体步骤见表7-10。,18,19,20,图7-5 拼装现场照片,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,3.超长、超宽、巨型构件的斜交网格钢构件高空安装施工技术 （1） 安装总体思路 该工程斜交网格外筒钢结构主要采用三台M900D塔吊分段散件吊装，钢柱分节点柱和非节点柱（即直段）两种形式，三台塔吊分区作业，钢柱吊装至就位位置后，安装上临时连接钢板和高强螺栓，通过千斤顶等调节措施，并
10、及时连接钢柱上主次钢梁及环梁，在全站仪观测下，完成钢柱校正并焊接，然后浇筑钢管内混凝土。 钢结构在平面上的安装顺序为奇数节按顺时针方向安装，偶数节按逆时针方向安装；在立面上，钢柱按从下而上，钢梁按先主梁上层后下层、次梁先下层后上层的顺序进行安装。 按设计要求，待结构封顶后，对拉梁翼缘与节点对接焊缝以及桁架抗拉（压）节点进行焊接。,21,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,（2） 施工立面和平面分区，见图7-6和图7-7 （3） 斜交网格外筒钢结构施工工艺流程 典型标准区域钢结构施工，一个区域钢结构施工，分为构件区和节点区两个部分施工，其流程见图7-8。 （4） 标准区域安
11、装流程，见表7-11 （5） 钢柱安装及高空焊接操作平台搭设 钢构件吊装和焊接施工时，为满足施工操作人员高空作业的需要，必须在相应位置设置操作平台，见表7-12。为减少高空安装风险，操作平台主要构件在地面组装，然后起吊。图7-9为操作平台现场实例。,22,23,24,图7-6 施工立面分区,25,26,27,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,（6） 巨型斜钢柱加强型临时连接节点自稳定吊装技术 主塔楼外筒斜交网格钢管柱竖向分成17节，每节有30根直管段和15个“X”形节点。“X”形节点最大宽度约4.3 m、最大长度约13 m，构件最大重量达到了64 t。直管段钢柱的最大宽
12、度约3 m、最大长度约17 m，构件最大重量39 t，钢管柱中心线与铅垂线间的最大夹角约17。在若干根钢柱和钢梁形成小范围稳定体系前，由于构件自重、风荷载、施工荷载的共同作用，巨型斜钢柱均存在较大的倾覆弯矩。 为抵抗此倾覆弯矩，传统的做法是采用缆风绳或钢支撑形式，但根据施工现场空间、后续工作面必须及时开展的实际情况，传统的做法难以实施，因此，采用“加强型临时连接节点自稳定吊装”技术是当前最优的选择。,28,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,“加强型临时连接节点自稳定吊装”施工技术，是在钢柱常规吊装所采用的临时连接节点基础上，经安全计算后，对临时连接节点中连接夹板和连接耳
13、板的规格、临时连接螺栓的性能等级和数量进行加强和优化，由加强后的螺栓、连接夹板和连接耳板共同受力，抵抗倾覆弯矩，见表7-13和图7-10，“加强型连接板自稳定吊装”施工技术的应用，极大地加快了钢结构安装施工速度，节省了施工成本，同时也提高了工程施工过程中的安全性。,29,30,31,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,4.高空恶劣施工环境下复杂厚板节点的焊接技术 （1） 焊接施工难点 1） 单件构件焊接量大、焊接时间长、工期紧：由工程概况和钢结构工程主要施工重点和难点分析可知，主塔楼外筒斜交网格钢管柱直径为1800 mm55 mm700 mm20 mm，最大构件重达64
14、t。 2） 焊缝质量要求高：钢结构主要材质为Q345B、Q345GJC，现场焊缝基本为一级熔透焊缝。 3） 焊接工程量大：据工程完工后统计，现场焊缝总长达115万延长米，实际使用焊丝达600 t。 4） 高空施工环境恶劣：广州具有的典型亚热带季风性气候，特别是200 m以上超高空风大、雾大、湿度重、施工环境恶劣，对钢结构现场高空焊接质量影响极大。 （2） 应对措施，见表7-14,32,33,7.2 工程案例1广州国际金融中心项目钢结构安装施工技术,7.2.4实施效果 该项目用了705 d顺利完成了主塔楼钢结构的施工，施工过程无一例重大安全事故，建筑垂直度偏差仅15 mm，115万延长米焊缝一次
15、探伤合格率为98.90%。从2008年11月26日开始第88层钢结构安装至12月25日103层安装完成，一个月内完成16层，“两天一层”创下超高层钢结构安装施工的世界新速度。,34,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,7.3.1概述 广州塔项目的天线钢桅杆分为格构段和实腹段两部分，见图7-11。格构段自标高453.83 m至550.50 m，长96.67 m。其由8根钢管柱、水平环杆和斜杆组成，呈八边形，对边距由12 m逐渐过渡至3.5 m。钢材主要采用Q390GJC高强度低合金结构钢，部分H型钢环杆和斜杆采用Q345GJC。节点连接以等强焊接连接为主，部分H型钢连接采用高强螺栓。
16、 实腹段自标高550.50 m至610.00 m（后变更为600.00 m），长60.5 m，其截面形式为正四边形和正八边形，对边距750 mm至2 500 mm，呈阶梯状变化。钢板厚度最大达70 mm。钢材采用BRA520C高强耐候钢，焊接等强连接。 天线桅杆系统还包括部分次结构，有层间电梯井道、内外爬梯、外部平台、阻尼装置、铝合金封板、馈线架、消防水箱等。,35,36,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,7.3.2天线桅杆整体提升 1.天线桅杆提升总体思路 天线桅杆提升段高约92 m，重约640 t，采用“钢绞线承重，液压千斤顶集群作业，计算机同步控制”的提升安装工艺。即在综合
17、安装的格构段顶部+529.00 m标高处设置提升平台，布置20只50 t级穿心式液压千斤顶作为提升设备。液压千斤顶安装在提升支架上，承重钢绞线通过液压千斤顶夹具固定下垂，然后通过钢绞线底锚与提升段底环锚固。提升时液压千斤顶、上下锚交替作业，向上提起承重钢绞线，以钢绞线传递动力，天线提升段上升，在计算机的控制下向上做连续垂直运动，直至安装至设计位置。 液压千斤顶的配置提升能力为1 000 t（50 t20），提升荷载即提升段重量约为640 t，配置系数k=1 000/640=1.56；计算机可根据桅杆垂直度、千斤顶油压等多项参数实现多目标实时控制和自动连续作业。每小时提升高度24 m，提升总高度
18、约65 m。 天线杆提升前应对组装完毕的结构和提升装置作全面的检查验收，并对提升阶段的气候条件作详细跟踪预测，选择适当的气候条件（特别是风速情况）实施提升。,37,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,2.+529.00 m标高提升平台 综合安装段顶部+529.00 m标高处设有永久平台，见图7-12，可作为提升平台布置提升底架、千斤顶、泵站等提升设施。为增大操作空间方便施工，临时扩大此平台。提升时千斤顶反力作用于此平台上，采用临时加固措施，见图7-13。 考虑到综合安装段存在安装误差，为了保证桅杆提升到位后能够顺利安装，千斤顶的定位应以+529.00 m标高的结构中心和方位来确定，
19、而不用测量基准网或设计坐标确定。,38,39,40,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,3.提升设备及计算机同步控制系统 提升设备为20台500 kN穿心式液压千斤顶，共分为8组，每组2只或3只，对称布置在+529.00 m标高提升平台上。液压千斤顶的油缸行程300 mm。每相邻2组（45只）千斤顶配置一台泵站提供动力，每台千斤顶配有4根15.24高强度低松弛钢绞线，左旋和右旋钢绞线各2根。每根钢绞线的破断载荷为26 t，总共80根，总破断载荷为2 080 t，钢绞线的破断安全倍数为2 080/640=3.25，符合重型结构(设备)整体提升技术规程(DG/TJ0820562009)
20、（上海市）的规定。在液压千斤顶下部还设有安全锚具，一旦液压千斤顶有故障，可由安全锚锁定钢绞线，确保系统安全，再进行故障排除。,41,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,（1） 计算机液压同步整体提升系统 由液压同步提升设备（主要为提升油缸、液压泵站组成）和计算机实时网络控制系统（包括电气系统）两部分组成。 （2） 提升油缸 采用500 kN级穿心式液压千斤顶，见图7-14。 （3） 液压泵站 液压系统（液压泵站）是提升设备的动力驱动部分，其性能和可靠性对提升系统的性能影响极大。根据该工程特点，采用的液压系统性能见表7-15。 共布置4台液压泵站，每两组千斤顶之间布置1台，采用间歇式
21、的作业方式，提升速度可达24 m/h。,42,43,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,（4） 计算机实时网络控制系统 计算机系统是同步提升的控制设备，电气系统则是计算机系统与液压系统之间的联系和中介。计算机系统通过电气系统采集液压系统的工作状态和相关数据，经过运算后发出控制指令，电气系统将计算机系统的指令传递给液压系统，使液压系统按规定的程序和要求进行提升作业，图7-15为同步提升系统的原理图。 同步提升的控制功能主要包括千斤顶集群动作控制（顺序控制）、吊点高差控制（偏差控制）、提升力均衡控制（偏差控制）、操作台控制以及安全控制等。,44,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施
22、工技术,1） 千斤顶集群作业的动作控制 要控制8个吊点20个液压千斤顶同步动作，主要的动作有上下锚具的紧与松，油缸的伸与缩，同时还要控制紧锚、松锚、伸缸、缩缸等各步动作持续时间的长短，保证提升载荷在上下锚具之间的平衡转换。 为此，要通过传感器不断检测锚具的状态和油缸的位置，信号输入计算机后，经判断与决策，再由计算机发出控制信号，开关锚具和油缸的电磁阀，实现集群控制。所以，这是一个位置反馈的闭环控制子系统。 2） 吊点提升力的均衡控制 要保持提升的稳定可靠，必须控制提升过程中各吊点提升力，使之保持均衡。 为此，要通过传感器不断检测各提升器的荷载，信号输入计算机后，经计算与决策后，再由计算机发出控
23、制信号，调整各吊点的动力载荷比。所以，这是一个压力反馈的控制子系统。 计算机实时控制系统可进行多目标控制，并进行加权处理。由于天线杆的垂直度有导轮导轨系统来保证，故在桅杆提升过程中以提升力均衡控制为主进行。,45,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,3） 垂直度控制 当天线桅杆的重心超出提升平台（+529.00 m）后，可采用垂直度控制。在桅杆内预设垂直度传感器，经测校和标定后使用。传感器采集的数据经计算机处理后，用以控制液压千斤顶作业。 4） 操作台控制 操作台控制的功能主要是：系统的启动、停止、异常时的紧急停车；系统操作方式切换；系统工作时各类状态、参数、数据等实时信息监视；吊
24、点偏差超限时报警，并决定采取停升、微调等措施；控制策略转换或修正；系统设定值和控制参数修正；各类图表打印；自动存储各类重要数据；历史数据查阅、分析等。 实时监控的画面：控制系统和执行系统状态图、吊点高度直方图、系统控制量直方图、偏关与控制量对比直方图、吊点平面布置图及偏差指示、偏差时间曲线图、各吊点数据表、系统工作数据表、PID响应曲线图、总体载荷分布图、整体平衡度分析图等。 系统操作员通过总控制台和监控计算机实施操作，整个操作控制分为顺序控制、操作控制以及偏差控制，通过计算机系统控制电路进行操作，利用传感器检测电路反馈信号，计算机收集信号后通过液压驱动电路实现顺序控制和偏差控制,见图7-16
25、。,46,47,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,5） 安全控制防止误操作措施 电气系统设置了各种安全闭锁，防止手动误操作。 系统启动、停止、操作方式转换等均用主控台的硬旋钮，不用监控微机的键盘和鼠标，防止误触键、碰撞等引致的误动作。 软件具有各种检验算法，防止操作者修改系统参数时误操作。 6） 安全控制断点保护措施 系统控制逻辑中设置了各种互锁算法，确保在任何情况下以任何方式中断系统运行都不会引发系统紊乱。 系统的断点保护功能，确保系统不会因停电或其他硬件故障引起的中断而丢失数据。恢复供电后系统自动恢复断点现场，并能自动检测系统状态，决定从断点处恢复运行，还是从行程第一步重新运
26、行。,48,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,7） 安全控制数据镜像备份 系统对重要数据自动作在线的镜像备份，数据损坏时自动提示，便于操作者及时发现问题，并恢复正确数据。 8） 安全控制抗干扰措施 在易受干扰的物理层面上采用抗干扰性能好的可编程控制器（PLC）。 信号线采取屏蔽措施；采取电源抗干扰措施；采取软件抗干扰措施。 9） 安全控制系统连接的可靠性 系统的连接严格按有关规范进行，并采用各种接插件，做到简捷可靠。 10） 安全控制辅助检测手段 为确保万无一失，在实际提升时采用与计算机控制系统完全独立的辅助检测手段，防止传感器和控制系统的意外故障。,49,7.3.3抗倾覆导轮导
27、轨系统 经计算，提升段天线重心位置高于提升底座底面约30 m。为保证高重心状态下桅杆提升的稳定和抵御风荷载的可靠性，以+518.7 m至+550.5 m、对边距为3.5 m的等截面格构段钢管立柱为导轨,见图7-17，在综合安装段的适当标高设置多组可微调导轮，构成提升过程中导向和抗倾覆的导轮导轨系统。 导轮导轨系统的受力，主要以风荷载为主，桅杆倾斜造成的荷载为次。确定天线桅杆施工阶段抗风的施工原则、设计原则和应急措施。施工原则：6级风提升,即提升作业时风荷载以6级风（12.29 m/s）考虑。设计原则：8级风设计,即导轮导轨系统按8级风设计（18.92 m/s）。应急措施：考虑出现广州地区10年
28、一遇大风时（0.3 kN/m2）的应急措施。,50,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,51,经计算，第一阶段每组导轮系统（A）的荷载30 t，第二阶段每组导轮系统（B）的荷载70 t。据此进行导轮的设计。每组导轮系统由导轮和结构连接件组成，为简化设计和制作，导轮系统的关键组件导轮，设计为统一规格，单个设计荷载为35 t，采用直径为200 mm的尼龙滚轮，以保护提升段结构的防锈涂层。考虑到结构安装时存在偏差，导轮可作15 mm的径向调整。 A型导轮系统布置于综合安装段内水平环梁上，B型导轮系统布置于综合安装段钢管柱内侧，见图7-18。两个型号系统的组件导轮相同，区别仅在于结构连接件
29、。,52,7.3工程案例2广州塔项目天线桅杆安装施工技术,53,在布置导轮系统的每一个标高处，各设置8组导轮系统。每组A型导轮系统由一套导轮和结构连接件组成；每组B型导轮系统由两套导轮和结构连接件组成，其布置见图7-19。 提升时每侧导轮系统与提升段之间留有10 mm间隙，保证提升段既不会倾覆，又不致卡轨。 7.3.4实施效果 1 300 t重，146 m高的钢天线桅杆通过计算机辅助建筑结构施工技术、结构空间分析和控制技术、特种施工设备的应用和专项施工工艺的应用，成功安装在454 m的高空，顶部标高达到600 m。在现代高耸塔桅杆钢结构施工中积累了不少宝贵经验。,54,7.3工程案例2广州塔项
30、目天线桅杆安装施工技术,55,7.4.1概述 广州亚运馆项目由综合馆、体操馆、历史博物馆组成，其主体结构为现浇钢筋混凝土框架结构，屋盖体系采用双曲空间组合钢桁架+空腹双曲网壳结构，呈不规则的曲线形布置，最低点标高13.82 m，最高点标高33.80 m。体操馆钢构最大跨度达99 m，钢结构总用钢量约1万t，图7-20为其整体效果图。 体操馆钢结构造型似海龟状，东西长227.5 m，南北长121 m，最高点标高为32.5 m，建筑面积约为31 482 m2，钢结构总用钢量6548 t。体操馆内、外桁架各个点位高低不一，呈曲线分布，见图7-21。 综合馆钢结构造型似海豚状，东西长246 m，南北长
31、76 m，最高点标高22 m，钢屋盖体系由外围斜管柱和内部劲性柱支撑，见图7-22。 历史博物馆东西长75 mm，南北长42 mm，最高点标高为27.2 m。整个钢结构由外围9根1 100 mm30 mm和核心筒内8根箱形柱支撑。前端是一个长28 m的半椭球状悬挑结构。整个结构为桁架和管网架混合结构，见图7-23。,56,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,57,58,59,钢结构制作与安装难度大，主要体现在： （1）工作量大。（2）结构节点复杂，构件类型多。（3）工期紧短。（4）现场拼装精度要求高、焊接质量要求高。（5）钢结构整体精度控制是屋面结构、玻璃幕墙等其他专业
32、结构安装精度的基础，若钢结构吊装偏差较大，其他专业的连接件尺寸需重新设计，连接节点很难保证质量，严重影响施工进度。（6）钢结构堆场、拼装场地的布置、吊车行走线路的规划、构件转运线路的设置、构件进场线路的规划等是否合理均是影响钢结构施工进度的重要因素。（7）在考虑现场平面规划及交通组织时需注意支撑胎架与看台板施工的协调，构件堆场与余土堆场在使用时间上的协调，构件堆场、设备行走与幕墙、装饰、机电材料堆放的协调，以及与室外工程施工的协调。,60,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,7.4.2钢结构安装大型组合支撑胎架设计施工技术 广州亚运馆的屋盖结构为双曲空间组合钢桁架+空腹
33、双曲网壳结构，双曲内环形空间桁架长度322 m，由24个标高不一支座点支承，标高由22.527.5 m不等；双曲外环形空间桁架长度486 m，由38个标高不一支座点支承，标高由17.023.0 m不等。钢构件采用分段安装，构件连接点下为钢筋混凝土台阶式看台，给安装支撑胎架的预埋和安装都带来了困难；内拱桁架分段位置在场馆的中间，安装高度在24 m，需在场馆中间设置连续带状支撑架（11.8 m宽、93.5 m长、22.328.4 m高）。 1.支撑胎架方案的优化 19榀内拱桁架沿椭圆形比赛场的短轴方向布置，最大跨度99 m，支座点为内环桁架，内环桁架沿椭圆形比赛场周圈布置，24个支承点标高不一。内
34、环桁架利用250 t履带吊在比赛场内进行安装，根据履带吊的吊装性能，内环桁架分24个分段，最重为28 t。内拱桁架分成两段，利用两台150履带吊在场馆内同步进行吊装。施工顺序：内环桁架下的钢柱安装内环桁架安装内拱桁架安装。图7-24为内环桁架分段示意图。,61,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,62,（1） 内环桁架支撑胎架的特点 内环桁架下方承重支撑架，点式支撑胎架，共设20个搭设点，从内环桁架典型剖面图，见图7-25，支撑胎架有如下特点： 1） 作用在支撑胎架竖向荷载大：通过工况分析，最大集中荷载为60多吨。 2） 作用在支撑胎架还有水平力和风荷载；通过工况分析，
35、作用在支撑胎架上还有钢构件安装时产生的水平力和风荷载。 3） 24个支承点标高不一，内环桁架为双曲环形空间桁架，支承点高度为17.224.2 m不等。 4） 支撑胎架下方主要为钢筋混凝土现浇的台阶式看台。,63,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,64,（2） 内拱桁架支撑胎架的特点 内拱桁架安装时，馆内沿椭圆长轴方向搭设11.8 m宽、93.5 m长的带状支撑架以满足现场安装要求，支撑胎架有如下特点： 1）支撑胎架长度达93.5 m。 2）通过工况分析，最大集中荷载为45，作用在支撑胎架竖向荷载较大。 3）通过工况分析，作用在支撑胎架上还有钢构件安装时产生的水平力和风
36、荷载。 4）支撑胎架下方中部70 m为场馆底板，其余为钢筋混凝土现浇的台阶式看台。 5）支撑胎架面标高不一。,65,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,2.内环桁架安装点式支撑胎架的设计 考虑到内环桁架对接的施工需要和支撑胎架纵横向的整体稳定，内环桁架安装点式支撑胎架中的16处支撑架搭设为6 m6 m形式，4处支撑架搭设为12 m6 m形式。立杆纵距、横距La=Lb=500 mm，步距1 500 mm。搭设高度为17.224.2 m不等。图7-26为内环桁架下方承重支撑架平面布置图。 设计的支撑承重架由上而下为：内环桁架钢构件、安装垫块和卸载千斤顶、I20型钢网架、20
37、 mm厚钢板、密排160 mm高的枕木、双48 mm3.0 mm钢管、可调顶托、钢管支撑立柱、立柱底座。图7-27为内环桁架下方承重支撑架典型立面图。 沿内环桁架长度方向的支撑架立杆顶部设置顶托，每个顶托上放置2根钢管，顶托螺杆伸出钢管顶部不大于200 mm。内环桁架及次杆件的重量，通过型钢网架、枕木、钢板垫层将荷载传递到支撑架上，枕木规格宽高长为220 mm160 mm2 500 mm，见图7-28和图7-29。,66,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,67,68,69,70,3.内拱桁架带状支撑架方案 内拱桁架安装时，馆内沿椭圆长轴方向搭设11.8 m宽、93.5
38、 m长的带状支撑架以满足现场安装要求，见图7-30图7-33。在内拱桁架对接处下方，带状支撑架沿长轴方向5 500 mm93 500 mm范围内，立杆纵距、立杆横距La=Lb=550 mm，步距1 500 mm。其余范围的支撑架立杆纵距La=1 100 mm，立杆横距Lb=1 050 mm，步距1 500 mm。纵向水平杆设置在横向水平杆上，采用直角扣件固定，横向水平杆接长采用对接扣件连接。 带状支撑架构造由上而下为：内拱桁架钢构件、I20抗侧型钢架、20 mm厚钢板、密排160 mm高的枕木、双48 mm3.0 mm钢管、可调顶托、钢管支撑立柱、立柱底座。图7-34为平台顶面构造图。,71,
39、7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,72,73,74,75,4.支撑胎架的设计验算 大型组合扣件式钢管支撑胎架体系受力必须满足规范要求及其整体稳定，才可确保钢结构安装施工的质量和安全，且在施工实施过程中，通过位移和沉降监测以及计算机仿真监控实现了对其变形的控制。 （1） 受力和计算要点 （2） 内环桁架卸载点型钢架传力性能及支撑架验算 （3） 支撑架计算,76,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,5.现场位移和沉降监控 为了保证整个钢屋盖安装过程的安全，避免承重支撑架出现失稳、倾覆或倒塌，故对其进行现场监测。现场选取吊装过程和卸载过程的最不利工况
40、进行监测，以掌握控制点的位移变化，确保承重支撑架结构安全和控制点位移满足要求，确保钢屋盖安装施工满足规范设计要求。 （1） 施工监测流程 布置监测点位移沉降观测数据成果误差分析编写监测报告。 （2） 监测种类、频率、设备汇总表 监测种类、频率、设备的汇总见表7-16。,77,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,78,（3）支撑架的位移、沉降监测的观测点布置 钢结构安装过程中，用全站仪监测支撑架位移与沉降，记录每次测量的平面坐标，用坐标增量判定支撑架是否移位沉降。 （4）支撑架的位移、沉降监测方法 施工过程中主要采用目测和仪器监测。 （5）支撑架的位移、沉降监测时机 监测
41、分施工阶段及卸载阶段两个部分，钢结构每进行一个单元安装时，进行1次位移、沉降监测；卸载过程进行1次位移、沉降监测。 （6）支撑架的位移、沉降监测预警值,79,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,7.4.3双曲环形空间桁架安装施工关键技术 1.概述 体操馆双曲内环形空间桁架长度322 m，空间桁架为平行四边形，截面尺寸2.9 m4.0 m，平面半径为R64R41 m，由24个标高不一支座点支承，标高为22.527.5 m不等，变化较大，见图7-35。内环桁架截面形式为平行四边形，分别由2根平行的上弦杆和2根平行的下弦杆件组成，上弦杆间通过水平连杆和斜连杆连接，下弦杆间同样
42、通过水平连杆和斜连杆连接，上下弦杆间通过竖杆和对错弦杆间斜拉杆组成，见图7-36。 双曲外环形空间桁架长度486 m，空间桁架由倒斜三角形、平行四边形和单片桁架组成，截面尺寸2.3 m2.7 m，平面半径为R9R79 m不等，有38个标高不一支座点支承，标高为17.023.0 m不等，变化较大。外环桁架截面形式主要为倒斜三角形，由2根上弦杆、1根下弦杆、上下弦杆间腹杆和上弦杆间拉杆组成。在轴线E3轴线D3区域内，外环桁架做加强处理，此位置处截面形式为平行四边形；在轴线E6轴线E11区域内，外环桁架为单片桁架，见图7-37。,80,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,81
43、,82,2.双曲环形空间桁架安装技术路线 根据项目钢结构设计复杂、施工场地狭小、施工工期紧短、下部空间需要交叉施工的特点，从设备投入、工期要求、技术可行性及安装精度上综合考虑，钢结构安装采用塔吊、履带吊综合吊装及“脚手架支撑高空原位拼装工艺”的技术路线，以减少施工投入、加快施工进度、为下部空间交叉施工创造了作业面。 空间桁架安装根据履带吊的吊装性能，内环桁架利用250 t履带吊在比赛场内进行安装，内环桁架分24个分段，最重的分段为28 t。外环桁架利用250 t履带吊跨外进行吊装，外环桁架分40个分段，最重的分段为24 t。 钢结构安装施工顺序：内环桁架下的钢柱安装内环桁架安装内拱桁架安装外环
44、桁架安装。图7-38图7-42显示了内、外环桁架典型安装顺序图。,83,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,84,85,3.钢构件的工厂制作与模拟就位 （1） 计算机模拟深化设计 为避免桁架高空拼装时桁架弦杆悬挑，分段点设置在节点桁架1 m处，上下弦点分段位置错开1 m以上。在工厂制作阶段，利用计算机模拟技术建立三维实体模型模拟施工过程，按照指定要求对钢结构桁架进行分段，根据输入参数自动快速生成所有的连接节点，快速、准确地自动绘制满足加工要求的深化详图和材料明细表（包括节点加工图、节点的胎架定位坐标表、现场安装定位坐标表、数控切割参数、节点材料表、加工图、材料表、整体装
45、配图及安装定位坐标表等），为钢构件的精确制作和后续的施工安装奠定了基础。 （2） 钢构件的精确制作 数控切割、精确下料。数控切割参数直接输入五维切割机，机器自动制作钢管相贯口，数控中频弯管，双曲钢管一次弯制到位，避免了二次弯管存在的弊端。 按照计算机模拟深化设计所确定的深化详图、钢构件尺寸、节点位置等相关参数制作和组装钢桁架的各分段。,86,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,4.安装和校正技术 通过计算机建模后将桁架偏移角度转换成位置尺寸，通过测量桁架各节点的空间坐标来定位各构件空间位置。 钢构件安装的支撑搭设安装、测量校正完毕后，进行内环形桁架、外环桁架的安装。安装
46、时，首先通过支撑胎架上面的限位板对桁架进行大体位置的粗调，然后通过全站仪对内环桁架、外环桁架构件进行精确定位（桁架杆件上面贴有测量控制点的标识）。 环形桁架下方搭设点式钢管脚手架支撑架，桁架吊装到斜钢柱位置后，利用临时螺栓固定，待校正完成后再进行焊接，割除临时连接耳板。 校正方法：在桁架分段连接部位设置4个千斤顶，通过调节千斤顶来调整环形桁架的位置，以满足设计要求。,87,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,7.4.4多支腿铸钢节点安装技术 1.概述 广州亚运馆项目中的体操馆工程采用不常见的双曲环形空间桁架结构形式，共有104个多支腿铸钢节点，其节点形状复杂、多支腿（最
47、多12个分支，分支由不等直径钢管和矩形及方形钢管组成）、体形大（平面最大尺寸2.0 m3.5 m，高度3.05 m，重量12.95）、姿态各异（各支腿呈不同角度发散）。图7-43为典型铸钢节点的模型图。 2.“坐标分解法”的基本原理和方法 采用“坐标分解法”将复杂的空间三维定位转化为平面二维定位，从而实现测量定位的可操作性。 主要方法为在深化设计时，通过计算机的模拟，将多支腿铸钢节点各分支管口中心的坐标转化为管口表面十字可测量坐标。图7-44、图7-45分别为多支腿铸钢节点各分支管口中心的坐标转化图例。,88,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,89,90,91,3.多
48、支腿铸钢节点安装定位技术 （1） 测量控制网点建立 （2） 铸钢节点测量控制点的设置 1） 测量控制点设置在多支腿钢铸件的若干个支腿的现场安装时可观测到的侧面上，且应靠近连接端面的部位，见图7-46。 2） 铸钢节点测量控制点应在同一个可视平面内，点间距尽量远，每个铸钢节点应选取不少于4点且不在同一直线上。 3） 考虑接头焊接金属熔化或焊后打磨可能会将点位破坏去除，控制点不能过于临近端口，以便焊后偏差值易于测定，用以比较焊接前后的点位偏差变化。 4） 控制点设置一个反射薄膜，每个反射薄膜的厚度均小于1 mm。 （3） 安装定位流程，见图7-47 （4） 调整和定位 安装到位后，用全站仪激光捕捉
49、空间三维坐标信息直接测量控制点的三维坐标，通过对比该测得的数值与深化设计时的坐标值，对该多支腿铸钢件进行调整至设计位置，则该多支腿铸钢件被准确定位。,92,7.4工程案例3广州亚运馆项目大跨度空间钢结构安装施工技术,93,94,4.铸钢节点与构件异种材质、多角度、全方位焊接工艺 节点分支先焊和后焊存在的收缩差，对节点X、Y、Z值影响较大。 1） 针对ZG275-485H铸钢件和Q345B工程构件的材料特性，施工前应进行焊接工艺评定试验，获取合理的焊接工艺参数。 2） 铸钢节点与主桁架的对接焊接，坡口形式为带内衬板U形坡口，该坡口形式可减少焊缝断面，减少根部与面部之间的收缩差，有效防止接口焊接应力不匀而产生撕裂现象。 3） 采用半自动CO2焊接，配备功率大（可远距离配线，电压降极小）、性能先进、可随时由操作者远距离手控电压、电流变幅的CO2焊机，以适应高空作业者为满足全方位焊接需要频繁调整焊接电压、电流的要求。 4） 安装顺序：先粗杆（热输出量大），再细杆，平面力求对称施焊；按仰焊仰立焊立焊立平焊平焊等顺序施工。 5） 管对接后按轴线分成两个部分焊接，都以仰焊部位起焊，以平焊部位收焊。 6） 采用多层多道的对称焊接方法，减小焊接中的变形。,
