吉林市人民大剧院空间异形双曲面焊接球网架分块安装方法Word格式文档下载.doc
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本工程分为大剧场、小剧场和电影院。
其中大剧场观众座席数为1482座,小剧场座席数为526座,电影院设4个观众厅,观众总座席数为556座(如图1)。
图1吉林市人民大剧院效果图
2结构概况
本工程焊接球钢屋盖部分主要包括支撑梁柱、网架两部分,总用钢量约1300吨(如图2)。
下部网壳
下部网架
上部网壳
图2吉林市人民大剧院钢屋盖轴测图
2.1网架支撑梁柱结构概况
网架支撑结构为外围与幕墙连接部分的梁柱,共约300多吨,钢柱截面有P600X20、P800X30,钢梁截面有H582X300X12X17,杆件材质为Q345C(如图3)。
图3外围与幕墙连接部分的梁柱
2.2结构概况
本工程网架结构为抽空型三角锥焊接球网架,基本网格尺寸为2.2米X2.2米,网架最低高度为2.2米,最高高度达6米,整个网架为空间异形双曲面结构。
上弦杆最短1.139米,最长3.394米,截面有P140X5、P180X6、P203X8。
腹杆最短1.211米,最长4.187米,截面有多种形式,最小P70X4,最大P245X12。
下弦杆最短0.814米,最长3.754米,截面最小P140X6,最大P245X12。
焊接球直径最小200mm,壁厚6mm;
直径最大600mm,壁厚25mm,杆件材质采用Q235C和Q345C(如图4)。
图4异形双曲面焊接球网架
3工程特点、难点
3.1施工作业面广,工程量大,工期紧,施工组织难度大
施工作业面面广,结构总投影面积有约1.5万平方;
工程量大,构件数量达22030根杆件,焊接球5116个。
本工程施工工期非常紧张,整个网架安装工期仅两个月,造成施工组织难度非常大,对施工单位的管理和创新提出更高的要求。
3.2双曲面结构复杂,结构形式多样,施工难度较大
本工程钢网架屋盖为异形双曲面结构,整个屋面呈坡状,最大跨度达48米,最大悬挑跨度达20米,结构找型精度要求非常高;
再加上工期紧,结构复杂、标高变化大、土建结构高低错落等,施工难度非常大。
4安装整体思路
4.1施工条件分析
钢屋盖位于土建楼层结构上方,不具备整体安装的条件;
楼层结构极为复杂,标高落差极大,同时受楼内二次砌筑、机电安装等施工影响,不具备脚手架搭设后高空散装的条件,因此本工程网架安装只有采用分块安装的方法才最合理。
4.2安装整体思路
根据本工程网架分布的区域和各个区域内工作量的大小,将网架划分为五个施工区域,结合现场的实际情况,将拼装场地设置在工程量最大的主入口区域。
施工现场共设置两个拼装场区,每个拼装场区可以设置四副拼装胎架进行拼装,设置两个分料场进行杆件的清点和分料。
拼装采用12吨小型汽车吊,分块拼装完成后采用400吨大型履带吊装直接进行跨外吊装。
每块网架安装设置四个支撑点,尽量利用钢柱作为主支撑点,其余支撑点采用临时三角支撑架进行支撑,待整个结构形成整体后进行卸载和临时支撑架拆除。
5关键施工技术
5.1深化建模分块技术
(1)深化建模
利用AutoCAD或Tekla等绘图软件,依据施工蓝图进行实体建模。
深化建模的步骤为:
设置坐标原点、建立轴线网、根据构件规格设置图层、搭建三维线框、绘制构件实体、检查纠正。
(2)分块
本工程网架结构为下弦抽空三角锥型网格,共分为42个块,主要遵循以下三个原则:
一是确保每个单元至少与钢柱有一个连接点,二是确保支撑点不在分界边缘的焊接球上,三是尽量保证每个单元趋近规则,便于节约和利用拼装场地,同时也方便吊装(如图5)。
图5网架分区布置图
(3)分块拼装图的绘制
分块完成后,将模型中的分块选取出来,新建一个文档,利用左视图窗口和主视图窗口,采用“旋转”命令将分块的下弦球基本调整到标高差最小的空间姿态。
设置点样式,用“点”命令选取相对坐标原点,原点坐标取(0,0,500),保证杆件的离地高度在300~400mm左右,方便焊接操作。
用“移动”命令,将整片网架移动到原点位置,让网架边缘位置最低点的焊接球球心与原点坐标重合。
选取网架下弦球和下弦杆,用“点”命令将球心进行打点标记,加载球心坐标点的输出程序,输出各个点的坐标值,最后将各个点的编号粘贴到相对应的焊接球上。
依此方法,绘制出上弦球的坐标值。
5.2地面拼装技术
(1)拼装场地的设置
拼装场地设置:
拼装场地采用100mm厚的C15混凝土进行硬化,并保证完成表面的平整度,高低差不得大于100mm。
场地必须预留出小型汽车吊的停车位置,散构件的摆放位置。
(2)测量放点
根据分块拼装图给出的焊接球中心点坐标,采用全站仪在硬化后的场地上大致放出焊接球的位置(不包括焊接球的高度),并且用彩漆做好标记,然后在大样上放置500X500X10mm的钢板(胎架底板),用电锤在钢板四周钻孔,打入锚钉固定钢板,以便有效的保护坐标点。
在上述步骤都完成以后,用全站仪精确的把每个下弦焊接球的三维坐标放样到钢板上,并读出每个钢板的绝对标高(地面标高),取最低点的绝对标高(地面标高)作为局部坐标系的相对零标高,得到支撑钢管的下料高度。
(3)拼装胎架的制作
根据焊接球直径的大小,并结合焊接球的贯入度在20mm以上的原则,φ400以下的焊接球选用φ160X5钢管作为支撑点,φ400以上的焊接球选用φ219X5的钢管作为支撑点。
独立支撑钢管的高度尽量控制在500mm~1000mm左右,方便拼装上料、焊工施焊,同时也节约用料。
支撑钢管下料完毕后,将其安装到定位锚板上,用水平尺调整好支撑钢管的垂直度和管口的水平度,确保钢管中心与放设点重合,提高安装精度(如图6、图7)。
图6支撑管调整图7支撑管设置完成
(4)拼装上料
胎架设置完成后,第一步先安装下弦球。
下弦球的安装可以直接用人工上料,大于直径较大、重量较重的焊接球可以采用小型汽车吊进行上料。
焊接球上料完成后,不可与支撑管固定,必须保证焊接球可以活动,这样在安装下弦杆时方便杆件进入。
下弦杆安装一般从分块网架的中间部位开始,也可以从边缘部位开始。
在形成一个三角形回路后,用全站仪对焊接球的坐标进行精调,同时将焊接球与下弦杆点焊固定,焊接球与支撑管也点焊固定,这样可以形成一个固定的拼装块,其余部位的杆件安装均以此为基准,向四周延伸。
下弦杆安装时,必须按照图纸的节点尺寸严格控制焊接球与杆口的间隙,同时采用全站仪对球心坐标进行检查,及时调整,防止安装过程中累计误差过大而影响整体拼装尺寸。
下弦杆安装完成后,开始安装上弦球、上弦杆和腹杆,上弦杆安装必须同腹杆安装同步进行。
第一个上弦球的安装至关重要,将与其连接的腹杆全部安装,作为焊接球的支托,并测量定位,随后对周边的焊接球、上弦杆和腹杆进行安装。
后续焊接球安装时,将一根上弦杆与焊接球地面点焊固定,用吊车通过手动葫芦将组合好的求和杆,以及另一根与其组合的上弦杆一起起吊安装,同时将腹杆安装到位。
安装时,必须按照图纸的节点尺寸严格控制焊接球与杆口的间隙,同时采用全站仪对球心坐标进行检查,及时调整,防止安装过程中累计误差过大而影响整体拼装尺寸(如图8)。
图8上弦球、杆安装,并复测
(4)球心坐标测量的误差控制
球心坐标测量的误差控制主要存在两方面的误差,一是测量点的找点误差,另一个是测量误差。
因此,提高球心坐标测量的精度,主要是控制找点精度。
焊接球测量找点一般采用的是目测法进行找点,焊接球的直径越大,误差也越大。
为了提高找点精度,采用一个φ140X5的钢管制作一个只有一个底面的标准托盘,设定好托盘的中心点位置,将托盘反扣在焊接球上,托盘的表面用水平尺调节水平,计算出它与焊接球相切后的标高值,这样托盘的中心点就是球心点在垂直方向的延伸点,标高可以通过换算得出。
通过托盘转换测得的球心坐标误差非常小(如图9)。
图9球心坐标定位
(5)焊接
焊接必须在上弦杆安装基本快结束时开始焊接,合理的焊接顺序能有效的控制焊接变形。
焊接顺序必须遵循“单杆双焊、双杆单焊”和“先腹杆、后弦杆”的原则,但是由于球节点太小,不能安排两个焊工同时进行焊接,因此必须由一个焊工进行对称焊接。
整片网架的焊接顺序必须从分片网架的中间区域开始,向四周延伸,能有效的将焊接应力释放到结构之外。
对于边缘部位的下弦球,必须与独立支撑杆进行焊接连接,防止因焊接变形造成杆件上翘而引起球体标高抬高。
同时,在焊接边缘部位的弦杆时,也要尽量在同一根弦的管口进行上下对称或者左右对称焊接。
5.3分块吊装技术
分块后的网架长约20多米,宽约15米,重量达20多吨,吊装难度极大。
(1)对分块网架进行计算分析
利用MIDAS计算软件进行对整个结构受力进行计算机仿真分析,分析构件在起吊后的刚度是否能满足变形要求。
如果不能满足,则需要对吊装受力点进行加固处理。
(2)吊装机械的选择
对于超长、超宽、超重构件的吊装,在选择吊装机械的时候,必须优先考虑履带式起重机。
根据构件重量、吊装作业半径的大小,优先选择履带式起重机的塔式工况进行吊装,塔臂尽量长,这样能较好的防止构件在起吊过程中对吊车主臂造成碰撞。
选择塔式工况的另一个好处就是可以缩短作业半径,节约施工场地的使用。
(3)吊索的绑扎方法
采用四点绑扎的方法设置吊索,四根吊索中设置一根固定索,其余三根为可调索,中间采用10吨手动葫芦进行调节,保证四个点均衡受力,又能将分块网架调整到需要吊装的就时的空间姿态。
在地面调节手动葫芦时,尽量将构件与地面的水平夹角调大一点,到高空就位时形成放葫芦,这样既能省力,又能节约时间。
地面调整好后,必须对每根吊索进行受力检查,并将拉链捆扎在吊索上,防止滑链(如图10)
图10网架分块吊装
5.4高空补杆技术
网架分块安装完成后,分块之间的杆件必须及时进行安装。
补杆的杆件根据安装完成后分块之间的尺寸,直接在现场下料,可以弥补施工误差造成的杆件尺寸不合适,保证施工质量。
补杆安装可以采用小型卷扬机进行吊装,既方便快捷,又可节约大型起重设备的使用。
补杆作业面上必须铺设好木跳板,方便施工人员操作(如图11)。
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