钢结构现场拼装及安装安装方案.docx
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钢结构现场拼装及安装安装方案
第六章钢结构安装方案及技术措施
6.1施工条件分析
6.1.1整个钢结构工程安装是先安装桁架部分,再安装内侧周圈柱及主梁部分,再安装外侧周圈柱及其相关支撑等,桅杆在拉索到场后再进行施工。
6.1.2钢结构安装时土建已完成主体结构式施工,且中心岛内架空地面已浇筑完毕,故施工机械无法进入室内场地,运输、吊装机械只能在场地外行进,起重半径达65m,且其中高度大,必须采用大吨位吊装机械进行施工。
6.1.3因室外场地限制,桁架拼装必须在场内进行,但拼装时起重机械在场外工作。
6.2总体施工安装方案
综合考虑本工程的结构特征,施工现场的实际情况以及总工期的要求,确定本体育馆钢结构的施工安装总体方案为:
在场外区域(即65米半径外)布置三台履带吊(分别为350T、150T、50T),根据现场场地情况及履带吊工况,对桁架吊装采用350T和150T抬吊方式起吊,其余均采用单机吊装施工作业,桅杆吊装考虑到需要配合拉索施工,在拉索到场后开始吊装,单独采用120吨汽车吊分段进行吊装。
6.3施工安装流程
详“施工安装工艺流程图”。
6.4安装前的准备
6.4.1钢构件的预检和复检
6.4.1.1构件的预检在钢结构加工厂质检部门检查的基础上,现场安装项目部要进厂对制造质量进行复检,复检合格后,方可出厂。
不允许不合格构件进入安装现场,同时项目部根据现场安装进度要求及提供的构件清单监督制造部门是否按进度要求配套加工,避免由于加工构件不配套造成现场安装间断,影响安装工期和质量。
6.4.1.2预检:
钢材材质的成品质量证明书及复验报告,焊条、焊丝材质的成品质量证明书及复验报告,构件焊缝外观及超声波探伤报告,以及实际偏差等资料,对于关键的构件如柱必须全部检查,其它构件进行抽查,并记录预检的所有资料;构件外观检查包括:
钢构件的几何尺寸、连接板零件的位置、角度、螺栓孔直径及位置,焊缝的坡口,节点的摩擦面,附件的数量及规格等。
6.4.1.3复检:
对进场构件,现场项目材料员、质量员应按照构件发运清单及相关技术标准、规范及设计文件进行清点,核查。
对构件制作过程中形成的各项技术资料进行核查。
6.4.2轴线、标高的复核
钢结构安装前应会同监理、总包(土建)联合进行基准轴线及基准标高的移交和复核检查,符合要求后才能进行第一节钢结构的安装;同时在每一节钢柱安装完成,下一节钢柱安装前要对柱顶的定位轴线进行复核,复核结果必须重合封闭,对复核的数据要统一认可后才能进行下一节钢结构的安装。
6.4.3构件标识及构件表面的清理
检查钢构件的构件编号、吊装顺序号、定位轴线(中心线)、标高标志及重心标志是否齐全正确。
钢柱标高标志应以钢柱上牛腿的上表面为基准,在柱的两个面分别设置柱安装用的标高控制线,柱中心线标志、重心标志应醒目。
在钢构件吊装前应清除附在其表面上的灰尘、冰雪、油污和泥土等杂物。
轴线(中心线)标识标高标识重心标识
6.5钢构件分段
6.5.1分段原则
根据本工程的特点和主要钢构件的尺寸,得出如下分段原则:
钢桁架:
对接位置杆件不应在同一平面上,而应错开700~1000mm。
加工时管件的分界面在两相邻节点的1/3处附近,且各弦杆应错位,安装时对接的间隙是两侧各占一半。
实腹梁:
梁翼缘和腹板分段处至少应该错开200mm,长度以适合运输长度(小于等于12m)为原则。
桁架分段界面示意图
6.5.2钢桁架及钢梁分段
根据吊机的起重性能,尽量将桁架在地面扩大拼装单元,减少高空作业量,既可以减小高空作业的风险,又能使工程质量得到保证,具体见下所述:
序号
内容
1
桁架的吊装分段:
桁架在地面拼装成整榀后进行吊装,即桁架吊装时不分段。
2
屋面主梁的吊装分段:
纵向桁架吊装分段均在纵向桁架与主桁架的交接部位进行分段。
3
根据吊车性能及运输要求,桅杆分两段进行吊装分段。
6.5.3钢桁架及钢梁构件吊装分析
钢结构构件分析:
由于运输的限制,在工厂加工时需要对主要钢构件进行分段。
1.桅杆钢管尺寸(D=1350~650x40/45mm)较大,直径达1.35米,构件长度为46米,考虑等分为四段进行运输,分两段进行吊装,单根构件安装重量最大为22吨,离地高度0.5米;
2.建筑顶部均为斜拉索结构,运输比较方便;
3.屋面突出桁架截面较大,构件长度最长为29.16米,考虑等分为三段进行运输,现场进行拼接,整体吊装,单件桁架安装重量最大为12吨,离地高度为22.7米;
4.屋面主梁截面(矩形管600x300mm)较小,构件长度最长为41米,考虑等分为四段进行运输,分两段进行吊装,单根构件安装重量最大为6.16吨,离地高度为10.8米;
5.周圈柱和钢梁,截面及尺寸都较小,可以进行单根构件进行运输和吊装,不考虑分段。
具体分段见下表:
构件名称
构件长度(m)
分段后构件长度(m)
构件一
构件二
构件三
构件四
钢桁架
34.16
12
10.16
12
屋面主梁
41
10.92
9.242
12.083
8.468
桅杆
46
12
12
12
10.299
下部斜撑
38.9
13
13
12.9
桁架运输分段示意图:
主梁运输分段示意图:
桅杆运输分段示意图:
6.6施工安装顺序
6.6.1第一阶段(屋面桁架及其支撑部分的钢结构)施工安装顺序
(1)首先安装最中心的桁架TR1,然后分别向两侧安装TR2-TR5,即从中间向两侧延伸安装的方法;
(2)桁架两两之间的支撑在相应桁架安装完毕后及时加设,确保结构稳定。
6.6.2第二阶段(内侧周圈钢柱及屋面梁及其支撑钢结构)施工安装顺序
(1)首先安装内侧周期钢柱,从最中心的桁架TR1对应处钢柱开始安装,然后分别向两侧安装,即从中间向两侧延伸安装的方法;
(2)内侧周圈钢柱安装完毕后,开始安装与桁架TR1相对应的钢梁,然后分别向两侧安装,即从中间向两侧延伸安装的方法;
(3)屋面梁两两之间的支撑在相应屋面梁安装完毕后及时加设,确保结构稳定。
6.6.3第三阶段(外侧周圈钢柱及其支撑挑梁部分钢结构)施工安装顺序
(1)首先安装外侧周期钢柱,从最中心的桁架TR1对应处钢柱开始安装,然后分别向两侧安装,即从中间向两侧延伸安装的方法;
(2)外侧周圈钢柱安装完毕后,完成柱间支撑的安装,从中间向两侧延伸安装的方法;
(3)安装外侧周圈钢柱与内侧周圈钢柱间次梁、安装外侧周圈钢柱间次梁及外侧周圈钢柱处挑梁。
从中间向两侧全面推进施工。
6.6.4第四阶段(桅杆钢结构)施工安装顺序
(1):
先安装下段桅杆,在安装上段桅杆,并用φ180×5圆管进行支撑。
6.7吊装机械的选择
由于本工程钢结构吊装所处阶段是在土建已完成主体结构施工,且中心岛内架空地面已浇筑完毕的情况下施工,故施工机械无法进入室内场地,运输、吊装机械只能在场地外行进,(根据场外土质较差的实际情况,在距场内岛心半径65m的场外铺设圆环形碎石道路,宽10m,厚400mm,吊装作业时再铺设路基板)。
同时根据场内桁架的吨位最大为12吨,且受距吊机12处有土建外围结构高度为13m的实际情况,必须采用大吨位吊装机械进行施工。
对桁架部分吊装采用一台350履带吊(QUY350)和一台150吨履带吊(QUY150)抬吊,屋面主楼及内侧屋面支撑采用350吨履带吊吊装,周圈钢柱、外围屋面支撑采用150吨履带吊吊装,钢构件卸货及外侧次构件吊装采用50吨履带吊(QUY50)。
桅杆吊装采用120吨汽车吊(QY120)。
6.7.1QUY350起重机技术性能
工作半径m
臂长76m
79m
82m
85m
88m
91m
94m
56
11
10.7
10.2
10
9.5
9.1
7.8
58
10.1
9.7
9.2
9
8.5
8.1
6.9
60
9.1
8.8
8.3
8.1
7.6
7.2
5.6
62
8.3
7.9
7.4
7.2
6.7
6.3
3.7
64
7.5
7.2
6.6
6.4
5.9
5.5
2.1
66
6.7
6.4
5.9
5.6
5.1
4.3
68
5.5
5.7
5.2
4.9
4.2
2.4
70
4.4
4.1
4.8
4
6.7.2QUY150起重机技术性能
工作半径m
臂67.06m
70.1m
73.15m
76.2m
79.25m
82.3m
48
8.6
8.5
8.2
8.1
7.9
7.4
50
8
7.9
7.6
7.5
7.3
6.8
52
7.5
7.4
7.1
7
6.8
6.3
54
7
6.9
6.6
6.4
6.2
5.8
56
6.5
6.4
6.1
5.9
5.6
5.4
58
6.1
6
5.6
5.4
5.1
4.9
60
5.5
5.2
5
4.7
4.5
62
5.1
4.7
4.5
4.3
4.1
64
4.3
4.1
3.9
3.7
6.7.3QUY50起重机技术性能
工作半径m
臂长13m
16m
19m
22m
25m
28m
31m
34m
37m
40m
10
11
12
11.5
11
11.4
11.5
11.3
11.2
11
10.8
12
9
9.5
9.5
9
8.9
8.8
8.6
8.6
8.6
8.5
14
7.5
7.5
7.5
7.3
7.4
7.1
7
6.8
6.5
16
6.5
6.5
6.4
6.4
6
5.8
5.8
5.7
18
5.4
5.4
5.3
5
4.7
4.6
4.5
20
4.6
4.5
4.3
4.2
4.1
4
3.8
22
3.8
3.7
3.5
3.5
3.4
3.3
24
3.5
3
2.9
3
2.8
26
2.8
2.6
2.5
2.3
28
2.1
1.9
30
1.8
1.6
32
1.5
1.5
34
1.4
6.7.4QY120起重机技术性能
6.8工况分析
6.8.1履带吊布设位置
根据现场实际情况,所有履带吊布置在距场内岛心半径65m的场外铺设圆环形碎石道路上(如图所示)。
6.8.2吊装工况分析
根据构件重量,所有构件中最重构件为屋面最中间一榀桁架,即TR1,重达12吨。
其余钢构件重量均小于该桁架构件,且起吊后,各钢件均在的起重范围内,仅对该桁架吊装进行分析即可。
吊装桁架TR1时,350履带吊起吊半径为55m,臂长为86m,起吊能力为9.5T;150履带吊起吊半径为50m,臂长为78m,起吊能力为7.3T,采用抬吊时起吊能力为(9.5+7.3)×0.8T=13.44T>12T(桁架TR1),故满足。
6.9桁架的吊装
在桁架吊装前,在桁架两头设置支撑架,支撑架从地面开始设置,地面基础经过处理,能满足承受桁架及其支撑的重量。
支撑架每个标准节间尺寸采用1.2x1.2x2m,钢材材质采用Q345,其中竖杆采用截面L140x10,腹杆采用截面L75x6。
桁架采用一台350履带吊(QUY350)和一台150吨履带吊(QUY150)抬吊,临时搁置在支撑架上,并用缆风绳加以固定,相邻两榀桁架后及时安装相关支撑,以提高整体稳定性,依次完成所有桁架吊装。
6.10钢柱的吊装
主楼所有钢柱子都在相应的起重范围内,均采用履带吊单机回转法直接起吊,吊点设置在柱连接板螺栓孔的位置。
钢柱吊装就位后随即拧紧柱脚预埋螺栓,并用两台经纬仪从两个垂直的方向控制其垂直度。
6.11钢梁的吊装
钢梁吊装前,应清理钢梁表面污物;对产生浮锈的连接板和摩擦面在吊装前进行除锈。
并在地面用临时螺栓把连接板固定在梁的两端,将高强螺栓装于工具包,并将工具包绑在离梁端1m以内处。
钢梁吊装前应先将两端的柱定好位,并设置临时支撑点。
整个安装过程中,与梁连接的柱必须由两台经纬仪从两个不同的方向跟踪测控,柱的垂直度要控制在允许范围内。
本工程所有钢梁采用单根梁一吊。
起吊就位后,先用撬棍再用冲头(冲钉)调整好梁的准确位置,然后夹好连接板,当连接板上螺栓孔对正后,对于主梁先用1/3孔数的临时螺栓拧紧固定,即可脱钩。
接着再由专门人员投放高强螺栓,按照高强螺栓施工工艺实施初拧、终拧。
次梁安装与主梁安装方法相同。
钢梁安装后应及时拉设安全绳,以便于施工人员行走时挂设安全带,确保施工安全。
6.12桅杆的吊装
由于支撑用桅杆尺寸较大,重量单根达四十一吨,总长度46.3米,现场计划采用120吨汽车吊进行分段吊装,吊装段最重22吨,下段吊装完毕后采用两根φ180×5钢管人字形支撑临时固定,接着进行上段桅杆吊装,并利用高空平台进行对接,然后用8根揽风绳临时支撑进行固定。
6.13钢结构现场吊装施工受力分析
6.13.1钢桁架吊装分析
钢结构施工吊装分析计算
本次吊装方案采用美国大型通用结构分析软件sap2000v9.1.6版本进行分析计算,为了模拟中部凸屋面各桁架及主梁的施工起吊以及主结构组装施工时的实际受力情况,在分析中相应考虑了1.2倍的动力系数。
由于该结构整体为对称体系,故选取一半的凸屋面桁架以及典型的主梁作为本次的吊装分析。
下图为中部凸屋面桁架以及主梁布置轴测图:
凸屋面桁架及主梁布置图
1.第一榀桁架起吊受力分析
桁架杆件轴力图
桁架受压杆件主要集中在吊绳之间的上弦杆,而拉杆主要集中在吊点处的腹杆以及中部的下弦杆,杆件最大压力为-28.7kN,最大拉力为16.5kN,由于结构对称,拉索布置也对称,故拉索拉力相等为20.4kN。
桁架变形图
跨中竖向最大变形为3.64mm,小于规范容许值,满足要求。
桁架杆件应力比图
起吊时桁架杆件应力比值比较低,其值均小于0.1,桁架各杆件应力值满足要求。
2.第二榀桁架起吊受力分析
桁架轴力图
桁架受压杆件主要集中在吊绳之间的上弦杆,而拉杆主要集中在吊点处的腹杆以及中部的下弦杆,杆件最大压力为-44.5kN,最大拉力为24.5kN,由于结构对称,拉索布置也对称,故拉索拉力相等为34.7kN。
桁架变形图
跨中竖向最大变形为9.10mm,小于规范容许值,满足要求。
桁架杆件应力比图
起吊时桁架杆件应力比值比较低,其值均小于0.1,桁架各杆件应力值满足要求。
3.第三榀桁架起吊受力分析
桁架轴力图
桁架受压杆件主要集中在吊绳之间的上弦杆,而拉杆主要集中在吊点处的腹杆以及中部的下弦杆,杆件最大压力为-55.9kN,最大拉力为26.3kN,由于结构对称,拉索布置也对称,故拉索拉力相等为48.6kN。
桁架变形图
跨中竖向最大变形为15.52mm,小于规范容许值,满足要求。
桁架杆件应力比图
起吊时桁架杆件应力比值比较低,其值均小于0.1,桁架各杆件应力值满足要求。
4.第四榀桁架起吊受力分析
桁架轴力图
桁架受压杆件主要集中在吊绳之间的上弦杆,而拉杆主要集中在吊点处的腹杆以及中部的下弦杆,杆件最大压力为-69.1kN,最大拉力为37.5kN,由于结构对称,拉索布置也对称,故拉索拉力相等为67.9kN。
桁架变形图
跨中竖向最大变形为23.43mm,小于规范容许值,满足要求。
桁架杆件应力比
起吊时桁架杆件应力比值比较低,其值均小于0.1,桁架各杆件应力值满足要求。
5.第五榀桁架起吊受力分析
桁架轴力图
桁架受压杆件主要集中在吊绳之间的上弦杆,而拉杆主要集中在吊点处的腹杆以及中部的下弦杆,杆件最大压力为-97.3kN,最大拉力为49.3kN,由于结构对称,拉索布置也对称,故拉索拉力相等为88.2kN。
桁架变形图
跨中竖向最大变形为31.83mm,小于规范容许值,满足要求。
桁架杆件应力比图
起吊时桁架杆件应力比值比较低,其值均小于0.1,桁架各杆件应力值满足要求。
6.屋面主梁1的起吊受力分析
主梁1轴力图
受压杆件主要在拉索吊点之间,受拉杆件主要在吊点外侧,杆件最大压力为33.0kN,最大拉力为6.0kN,左边拉索的拉力为56.4kN,右边拉索的拉力为36.1kN。
主梁1变形图
跨中竖向最大变形为15.67mm,小于规范容许值,满足要求。
7.屋面主梁2起吊受力分析
主梁2轴力图
受压杆件主要在拉索吊点之间,受拉杆件主要在吊点外侧,杆件最大压力为35.3kN,最大拉力为1.6kN,左边拉索的拉力为44.4kN,右边拉索的拉力为49.3kN。
主梁2变形图
跨中竖向最大变形为28.0mm,小于规范容许值,满足要求。
6.13.2桅杆吊装分析
由于桅杆钢管尺寸(D=1350~650x40/45mm)较大,直径达1.35米,构件长度为43米,考虑等分为四段进行运输,分两段进行吊装,单根构件安装重量最大为22吨,离地高度0.5米,吊装施工分析如下:
第一阶段吊装:
结构简图
荷载简图
变形图
应力图
第二阶段吊装:
结构实体图
结构简图
荷载简图
变形图
应力图
第三阶段吊装(高空穿索):
结构实体图
结构简图
荷载简图
结构变形图
应力图
6.13.3支撑架设计
在吊装过程中,桁架先安放在临时支撑上,桁架、临时支撑形成固定受力体系,因此临时支撑对于整个吊装过程当中临时稳定体系的形成起着关键作用,临时支撑的设计必须考虑吊装过程中各种因素的作用。
1.支撑架位置
支撑架编号位置图
支撑架布置图
中部凸屋面红色圆圈处为支撑架位置。
由于是对称结构,分析其中的1/4部分即可。
待分析的支撑架编号如下图所示:
2.支撑架技术参数
每个标准节间尺寸采用1.2x1.2x2m,钢材材质采用Q345,其中竖杆采用截面L140x10,腹杆采用截面L75x6。
支撑架编号
所需数量
荷载(kN)
高度(m)
1
2
379
18
2
4
41
20
3
4
61
22
4
4
65
23
5
4
92
24
6
2
146
25
该规格的支撑架的单重为139kg/m,故根据上面表格的数据可以得出一共所需的支撑架重量为61.43t。
3.支撑架1的计算分析
由于支撑架1的荷载比较大,在此对其进行典型分析计算。
模型图
变形图
通过计算,最大水平侧向位移为9.6mm,远小于《钢结构设计规范》中规定的位移限值,满足稳定性要求。
轴力图
支撑架最大受力杆件的压力为-124kN,拉索的最大拉力为6.4kN,可见拉索对于稳定支撑架起到了一定的作用。
支撑架杆件应力比
6.14主要安装技术措施
6.14.1临时操作附属设施设计
6.14.1.1临时操作平台
操作平台采用角钢和圆钢组合而成,平台承重结构采用L75×5的角钢,平台底部采用直径10的圆钢,平台栏杆高度1.2米,防止人员操作时从侧边掉落,平台的结构如上图所示。
6.14.1.2登高爬梯
钢爬梯采用L30×3的角钢和φ12的圆钢组合而成,角钢作为梯子的两边,踏步间距300mm,钢爬梯如图所示。
吊篮
6.14.1.3吊篮的设置
吊篮外围采用L50×5的角钢作为骨架;φ12的圆钢作为防护隔条,间距200mm,吊篮防护栏杆1.2米高,底部尺寸为600×800,整个高度随梁的高度而调节变化,挂钩部位同梁的宽度,确保端部与梁翼缘板能够稳定、可靠连接。
图如下。
每一焊接部位,如没有操作平台,人又没有可靠的落脚点时,均采用吊篮进行高空焊接,在采用吊篮焊接过程当中,操作人员的安全带确保系挂在钢粮或钢柱上。
6.14.1.4防护缆绳的设置
由于钢梁安装完后,需要在钢梁上行走,因此在距钢梁上表面1.2米处设置一道φ10钢丝绳做防护,人员行走时可将安全带扣挂在钢丝绳上滑行起保护作用。
钢丝绳的设置采用两柱间设置一道,一端固定,另一端采用花篮螺丝进行调节松紧,柱上通过焊接连接耳板作为固定点,钢结构安装完成后再割除连接耳板。
防护缆绳的设置示意图
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