天津大剧院钢结构吊装专项方案.docx
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天津大剧院钢结构吊装专项方案.docx
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天津大剧院钢结构吊装专项方案
第一节结构概况
1.1工程基本情况
工程名称
天津大剧院工程
工程地址
天津市河西区平江道科技馆西侧
建设单位
天津市房地产开发经营集团有限公司
监理单位
上海建浩工程顾问有限公司
设计单位
华东建筑设计研究院有限公司
总承包单位
**************
分包单位
**************
1.2钢结构工程概况
本工程地下一层,地上四层,主体结构长235.2m、宽159.6m。
结构最低点标高-16m,钢结构顶点标高31.65m。
由钢筋混凝土-剪力墙及吊挂结构及屋顶钢桁架组合而成。
钢结构主要由20.9m、36.9m、44.5m标高钢梁、21m、25.9m标高吊挂钢梁及30.6m标高屋盖桁架组成。
20.9m、36.9m、44.5m标高钢梁分布于钢筋混凝土剪力墙间,钢梁最大跨度37.5m,采用焊接H型钢截面,截面规格为H2200x500x34x40,材质为Q345B。
单根钢梁重约18.3吨。
21m、25.9m标高吊挂梁通过高强钢棒悬挂在屋顶桁架下弦,主梁悬吊于桁架上,次钢梁连接于主梁,钢梁采用H型钢截面,材质为Q345B。
屋盖结构为双向正交双向受力的结构。
钢桁架的最大跨度为66.7m,高度6m。
整个屋盖主结构有纵向28榀横向主桁架、及50榀径向次桁架及桁架间联系钢梁、支撑组成。
屋盖桁架四周均为悬挑桁架,最大悬挑长度达33.6m。
159.6m
图:
整体轴测图
剪力墙间钢梁:
H2200x500x34x40
H1200x500x20x40
H350x250x6x8
吊挂梁:
H250x150x4.5x6、H300x150x4.5x8
H400x200x6x8、H400x200x8x13
H400x200x8x16、H450x200x9x14
H500x200x10x16、H500x250x12x25
图:
大剧院轴测示意
屋盖桁架:
H500x300x10x18/H500x300x12x15
H500x300x14x35/H500x400x14x30
H500x400x14x35/H500x400x20x30
H500x400x25x40/H500x400x30x50
H500x400x40x60/H500x400x50x60
H600x300x10x18/H300x300x10x15
H300x300x12x16/H300x300x16x20
H300x300x10x25/H400x300x30x35
H400x400x30x35/H300x300x12x12
H300x300x16x16/H300x300x20x20
H300x300x25x25/H300x300x30x30
H500x400x20x40/H500x400x30x50
H500x400x40x60
图:
大剧院正立面示意
图:
大剧院侧立面示意
图:
屋盖桁架轴测示意
横向桁架:
横向桁架弦杆及腹杆采用H型钢截面,共计桁架28榀。
桁架最大跨度66.7m,桁架下弦主要通过剪力墙顶部固定铰支座、双向滑动支座及单向滑动支座连接。
单榀纵向桁架重约320吨。
联系梁及斜撑
联系桁架分布于主次桁架间,构件主要采H型钢截面,共计杆件920根。
单根杆件长度为8.4m,重约3.6吨。
159.6m
235.2m
径向桁架:
径向桁架分布于横向桁架间,并采用四周悬挑形式,最大悬挑长度达33.6m。
桁架弦杆及腹杆采用H型钢截面,共计50榀。
图:
屋盖桁架平面示意
1.3编制依据
1.3.1文件依据
序号
文件依据
1
天津大剧院工程深化设计和制作安装招标文件
2
天津大剧院工程深化设计和制作安装施工图纸
3
天津大剧院工程深化设计和制作安装招标答疑回复文件
4
总包所提供工期总体进度节点计划等
5
现场实际情况
6
类似工程施工经验
1.3.2规范及标准依据
1)、中华人民共和国、行业和天津市政府颁发的、现行有效的建筑结构和建筑施工的各类规范、规程及验评标准。
2)、中华人民共和国、行业和天津市政府颁发的有关法律、法规及规定。
3)、ISO9001质量管理标准、ISO14001环境管理标准、OSHMS18001职业安全健康管理标准。
主要国家标准一览表
序号
标准名录
标准编号
1
《建筑结构荷载规范》2006年版
GB50009-2001
2
《钢结构设计规范》
GB50017-2003
3
《钢结构工程施工质量验收规范》
GB50205-2001
4
《建筑工程施工质量验收统一标准》
GB50300-2001
5
《建筑工程施工质量评价标准》
GB50375-2006
6
《碳素结构钢》
GB/T700-2006
7
《低合金高强度结构钢》
GB/T1591-2008
8
《建筑结构用钢板》
GB/T19879-2005
9
《结构用无缝钢管》
GB/T8162-2008
10
《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》
GB/17395-2008
11
《直缝电焊钢管》
GB/T13793-2008
12
《热轧H型钢和部分T型钢》
GB/T11263-2005
13
《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》
GB8923-88
14
《厚度方向性能钢板》
GB/T5313-1985
15
《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》
GB/T3633-1995
16
《圆柱头焊钉》
GB/T10433-1989
17
《碳钢焊条》
GB/T5117-1995
18
《低合金钢焊条》
GB/T5118-1995
19
《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》
GB/T3323-2005
20
《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》
GB/T11345-89
21
《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》
GB985-1988
22
《埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》
GB/T986-1988
23
《钢结构用高强度大六角螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件》
GB/T1231-2006
24
《紧固件螺栓、螺钉、螺柱和螺母通用技术条件》
GB/T16938-2008
25
《紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱》
GB/T3098.1-2000
26
《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》
GB50212-2002
27
《建筑防腐蚀工程质量检验评定标准》
GB50224-1995
28
《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》
GB8923-1988
29
《漆膜附着力测定法》
GB/T1720-1989
30
《建筑设计防火规范》
GB50016-2006
31
《钢结构防火涂料》
GB14907-2002
32
《塔式起重机安全规程》
GB5144-2006
主要工程建设行业及地方标准一览表:
序号
标准名目
标准编号
1
《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》
JGJ82-91
2
《焊接H型钢》
YB3301-92
3
《防腐标准》
ISO/EN12944
4
《钢结构防火涂料应用技术规程》
CECS24:
90
5
《建筑构件防火喷涂材料性能试验方法》
GA110-1995
6
《建筑钢结构焊接技术规程》
JGJ81—2002
7
《工程建设施工现场焊接目视检验规范》
CECS71-94
8
《建筑安装工程资料管理规程》
DBJ01-51-2003
9
《建筑变形测量规范》
JGJ8-2007
10
《建筑机械使用安全技术规程》
JGJ33-2001
11
《建筑施工安全检查标准》
JGJ59-99
12
《建筑施工高处作业安全技术规范》
JGJ80-91
13
《碳钢、低合金钢焊接构件焊后热处理方法》
JB/T6046-92
14
《建筑结构用冷弯矩形钢管》
JG/T178-2005
15
《压型钢板金属板设计施工规程》
YBJ216
主要法律、法规和规范性文件一览表:
序号
法律、法规和规范性文件
文号
1
《中华人民共和国建筑法》
国家主席令第91号
2
《建设工程质量管理条例》
国务院令第279号
3
《建设工程安全生产管理条例》
国务院令第393号
4
《安全生产许可证条例》
国务院令第397号
5
《建筑工程安全防护、文明施工措施费及使用管理规定》
建办[2005]89号文件
6
《建设项目(工程)竣工验收办法》
计建设[1990]215号
7
《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》
建质[2009]87号
第二节工程重点、难点、关键点及相应对策
2.1钢结构深化设计重点、难点分析
(一)大跨度桁架及悬挑桁架的预起拱
分析:
由于本工程钢屋盖为大跨、四周悬挑结构,且屋盖的跨度达66.7m、悬挑长度33.6m,结构安装时随荷载的增加,桁架的变形会不断发生变化,而这种变化都将影响整体结构的变形。
深化设计时如何保证施工完成后结构变形达到设计要求及桁架起拱后杆件的下料长度是本次深化设计的关键之一。
大跨度桁架,跨度66.7m
大悬挑桁架,悬挑长度33.6m
图:
屋盖桁架轴测示意
对策:
对结构整体建模,通过施工工况仿真计算找到变形的规律及变形值,确定桁架杆件准确的下料长度,使结构的最终变形达到设计要求。
从而指导深化设计和安装顺序。
2.2钢结构制作重点、难点分析
(一)厚板焊接
分析:
本工程桁架弦杆、腹杆板厚最厚为60mm,厚板在焊接过程中容易产生根部缺陷,丁字和十字接头容易产生层状撕裂;焊后会产生比较大的残余应力,所以在制作各阶段执行合理的工艺措施,进行残余应力的控制与消减,防止裂纹的产生,成为本工程的重点之一。
对策:
1、H型钢焊缝焊接前采用合理的预热,焊接完成后采用后热处理,优化坡口尺寸,尽量减小焊缝扩散氢含量;
2、对接头形式进行优化,尽量避免出现容易导致层状撕裂的十字和丁字形接头,从根本上提高焊缝的抗层状撕裂能力;
3、采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行分析,并根据分析结果制定出更加合理的组装、焊接工艺,尽量减小构件焊接残余应力及焊接变形;
4对于焊接量大,焊缝过于密集的构件,在制作完成后通过VSR方法(振动消减残余应力方法)对构件实施残余应力消减处理。
(二)桁架拼装及预拼装精度控制
分析:
本工程构件80%为桁架,桁架类型主要为平面箱型、H型钢桁架,本工程桁架宽度主要为5m左右,工厂散件制作运输到现场吊装,悬挑桁架分两段第一段工厂拼装焊接后整段运输到现场,第二段散件制作运输到现场拼装。
如何控制桁架拼装、预拼装精度,保证现场安装的精度,是本工程的一大重点。
图:
桁架拼装示意
对策:
桁架截面主要为5米左右,所以构件根据吊装、运输等分段工厂制作,为保证现场拼装精度,在工厂对桁架进行预拼装,拼装测量采用三维激光扫描仪,测量精度达到0.2mm,保证现场安装的精度。
图:
桁架拼装测量示意
(三)大截面厚板H型钢制作
分析:
本工程20.9m标高钢框梁截面尺寸2200×500×34×40mm为H型钢构件,构件涉及板厚最厚40mm,H型钢腹板开洞,截面超过流水线规格要求,采用胎架拼装。
构件的拼装焊接过程中如何保证构件精度及控制构件变形是本工程的重点之一。
对策:
针对本工程大截面H型钢制作采取以下措施保证构件制作精度及控制构件变形:
1、采用二氧化碳气体保护焊接构件,焊接过程中减小热输入,焊接过程中采取对称焊接,对长焊缝采取间歇焊确保构件变形最小。
2、制作过程中采取合理的拼装、焊接顺序,将构件变形控制才规定范围之内。
3、针对本工程厚板焊接制定专门的焊接工艺,焊后对构件进行消除残余应力处理。
4、拼装焊接过程中通过全站仪对构件拼装位置进行测量,测量进行矫正处理确保构件拼装精度。
图:
大截面H型钢制作示意
2.3钢结构现场安装重点难点分析
(一)如何确保钢结构安装工期
分析:
钢结构深化设计、材料采购及加工制作需提前进行安排,施工过程如何与土建配合,顺利完成工程是一关键。
对策:
结合我公司在类似工程中的施工经验,做好以下几点以确保工程的顺利完成:
1、充分发挥钢结构深化设计、制作、供应、安装于一体的钢结构承包优势,避免因加工制作与安装配合方面引起的工期损失。
2、利用公司目前已经建设完成的ERP软件管理系统,做到不因钢构件的供应不配套而导致单位现场的安装工期延误。
4、加大工厂制作劳动力及现场安装劳动力的投入,其中工厂制作高峰期投入人员
200人,现场安装高峰期投入人员200人。
5、加工现场安装机械设备投入数量,为确保施工工期,现场投入4台工作效率比较高的履带吊及8台汽车吊进行施工,同时通过与大型机械租赁设备的良好协作关系,确保机械的投入。
6、安排专业设计人员加强与原设计单位的联系,及时反馈各种设计变更信息,确保不因设计变更影响施工工期。
7、提前安排钢结构深化设计、材料采购、构件加工制作,确保钢结构工程顺利开工。
8、加大技术投入,配备高素质的项目管理人员及经验丰富的专家指导工程施工,同时加强质量控制,杜绝因质量反工造成的工期影响。
9、做好风、雨季及高温季节的钢结构防范措施,尽量减少恶劣天气对工期的影响。
(二)大截面、大跨度钢梁吊装方案的选择
分析:
20.9m、36.9m、44.5m标高框架梁由于构件尺寸大,重量重,单根钢梁超出塔吊吊装能力,同时本工程有大面积的地下室如何在现有的施工场地条件结合已选择的吊装设备,有利的避免施工成本的浪费及施工质量的保证,合理制定出框架梁的吊装方案是本工程的重点。
图:
大截面、大跨度钢梁轴测示意
对策:
根据我公司以往工程中的施工经验,经专家讨论决定:
钢梁设计分三段制作及运输,现场下部搭临时支撑架按照运输分段采用塔吊进行高空对接就位。
图:
大截面、大跨度钢梁吊装分段示意
(三)屋盖悬挑桁架的安装方案的选择
分析:
由于本工程钢屋盖为四周悬挑结构,若采用分段吊装,则受到吊装能力的限制;
若采用散件安装,则需对悬挑桁架下部进行大面积的加固措施,且大大增加现场的吊次,易造成施工成本的增加和施工进度难以保证局面,因此如何解决好悬挑桁架的安装是本工程的重点。
大悬挑桁架
图:
悬挑梁轴测示意
对策:
经过多年类似工程的施工经验,从施工经济型、方案的先进性及质量、工期保证的前提下,选用大吨位履带吊场外整段吊装。
图:
悬挑梁履带吊吊装示意
(四)悬挂梁吊装方案的选择
分析:
屋盖桁架下部设有大量吊柱及悬挂钢梁,此类结构受力传递的路径为自下至上传递,且屋盖桁架和下部钢棒及钢梁垂直同一平面,常规的自上至下安装顺序无法进行吊装,如何制定结构安装方案及安装过程中的构件受力不被破坏是本工程重点。
对策:
经过多种方案的对比分析和施工模拟计算,最终选用先撑后挂的安装方案,即:
先搭设临时支撑架将悬挂梁吊装到支撑架上进行临时固定,待屋盖桁架安装完成后再进行屋盖桁架与悬挂梁间吊柱的安装。
第三节钢结构现场吊装
3.1钢结构现场安装总体思路
序号
内容
1
按照履带吊所负责钢结构区域,对现场屋盖进行分区,一共分成6个区域(详见施工分区图)。
2
核心筒剪力墙间钢主梁及16.9m、21m标高吊挂主梁工厂分段制作及运输,现场按照运输分段进行吊装。
次梁按照实际长度进行制作、运输及吊装。
3
30.6m标高屋盖桁架工厂散件制作及运输现场地面拼装为单个吊装单元后高空对接。
4
16.9m、21m标高悬挂梁及核心筒剪力墙间钢梁采用1台STT293塔吊及4台C7050塔吊随混凝土的使用依次安装,悬挂梁采用先撑后挂方案进行安装。
5
30.6m标高屋盖桁架采用2台400吨履带、2台350吨履带进行桁架高空对接,1台STT293塔吊及4台C7050塔吊进行桁架间联系梁及斜撑的安装。
6
06-10轴之间悬挑桁架选择6台25吨汽车吊地面拼装后,采用2台400吨履带由中间向两边吊整榀吊装。
3.2钢结构施工分区及安装顺序
3.2.1钢结构施工分区
根据工程特点,钢结构现场施工分为6个区域,即:
A-F区。
具体分区部位如下图所示:
图:
钢结构施工分区示意
3.2.2钢结构安装顺序
钢结构现场安装划分为六个区域,其中A、B、C、D四个区域同时进行施工,安装顺序为详见施工顺序流程。
E、F区待A-D区域施工完成后依次进行安装,即:
T-G1轴、S-B轴方向。
E区
图:
钢结构吊装顺序示意
3.3吊装机械的选择
根据本工程自身特点结合优选施工方案,分别对不同结构的施工阶段进行吊装设备的配置,其中16.9m、21m标高悬挂梁采用1台STT293塔吊及4台C7050塔吊吊装,屋盖桁架采用2台400吨履带吊(CC2400-1,108m臂长)结合2台350吨履带吊(CC2200,108m臂长)吊装。
吊装设备的性能参数如下:
STT293(74m臂长)塔吊参数:
SCM-C7050(70m臂长)塔吊参数:
CC2400-1型400T履带吊参数:
CC2400型400吨履带吊参数
CC2200型350吨履带吊参数
3.4吊机平面布置图
根据现场实际情况,钢结构安装的大型履带吊布置在结构外围,现场布置2台400吨履带吊、2台350吨履带吊进行主桁架的吊装。
1台STT293塔吊及4台C7050塔吊进行桁架间联系梁及腹杆的安装。
经计算为了防止履带吊吊装时的卡杆现象,适当调整吊装时的作业半径。
布置图如下:
9#400吨履带吊
8#400吨履带吊
7#350吨履带吊
6#350吨履带吊
5#STT293塔吊
4#C7050塔吊
3#C7050塔吊
2#C7050塔吊
1#C7050塔吊
吊装设备平面布置图
3.5结构现场施工人员
工种分类
现场安装阶段
2010
年
9月
2010
年
10月
2010
年
11月
2010
年
12月
2011
年
1月
备注
起重工
4
8
24
30
30
电焊工
8
20
40
60
80
铆工
6
10
18
40
40
普工
8
20
20
60
60
油漆喷涂
0
1
10
20
30
测量员
2
2
6
6
6
无损探伤
0
1
2
2
2
电工
1
1
1
1
1
后勤人员
1
2
2
2
2
总计
30
65
123
221
251
3.6钢结构吊装工期计划
吊装计划横道图
说明:
预埋件随土建施工进度调整;钢屋盖图纸暂定9月30日出图,否则吊装日期将相应顺延。
3.7钢结构安装主要流程
第一步:
搭设支撑架。
第二步:
16.9m标高处主梁吊装。
第三步:
16.9m标高处主梁吊装。
第四步:
主梁之间次梁吊装,形成稳定体系。
第五步:
16.9m标高处钢梁吊装。
第六步:
16.9m标高处钢梁吊装。
第七步:
16.9m标高处钢梁吊装。
第八步:
完成16.9m标高处钢梁吊装。
第九步:
搭设支撑架,进行20.9m和21m标高处钢梁安装。
第十步:
20.9m和21m标高处钢梁安装。
(20.9m标高处钢梁安装需要搭设支撑架,详见支撑架平面布置图。
)
第十一步:
20.9m和21m标高处钢梁安装。
(20.9m标高处钢梁安装需要搭设支撑架,详见支撑架平面布置图。
)
第十二步:
20.9m和21m标高处钢梁安装。
(20.9m标高处钢梁安装需要搭设支撑架,详见支撑架平面布置图。
)
第十三步:
完成20.9m标高处钢梁吊装,21m标高处钢梁安装。
第十四步:
21m标高处钢梁安装。
第十五步:
完成21m标高处钢梁安装。
第十六步:
350吨履带吊和400吨履带吊进场开始吊装屋盖主桁架
第十七步:
5台塔吊安装屋盖主桁架间的次梁及腹杆
第十八步:
钢棒安装完成
第十九步:
大剧院钢结构的安装完成,吊装设备撤场。
3.8钢结构安装前准备
3.8.1轴线的交接及复测
序号
内容
1
对提供的定位轴线,会同监理单位及其他有关单位一起对定位轴线进行交接验线,做好记录,对定位轴线进行标记,并做好保护。
2
根据提供的水准点(二级以上),用水准仪进行闭合测量,并将水准点测设到附近建筑物不宜损坏的地方,也可测设到建筑物内部,但要保持视线畅通,同时应加以保护。
3
复测完成后,测放支座节点的轴线位置与标高及主桁架定位轴线和定位标高。
3.8.2机械设备的准备
序号
内容
1
根据工程施工的总体思路,工程中使用到塔吊,为了保证工程进场后的顺利实施,在工程中标后立即开始安排部署机械设备进场。
2
项目部制定的各种机械设备的调试、维护与保养计划。
机械设备进场后,对各种机械设备进行调试、验收与保养,以保证机械设备的正常运转,同时在施工过程中根据机械设备的使用情况定期对设备进行维护与保养。
3.8.3构件进场及验收
序号
内容
1
钢构件、材料验收的主要目的是清点构件的数量并将可能存在部分少量损坏的构件在地面进行处理,使得存在质量问题的构件不进入安装流程。
2
钢构件进场后,按货运单检查所到构件的数量及编号是否相符,发现问题应及时在回单上说明并反馈制作工厂,以便工厂更换补齐构件。
3
按设计图纸、规范及制作工厂质检报告单,对构件的质量进行验收检查,做好检查记录。
4
为使不合格构件能在厂内及时修改,确保施工进度,也可直接进厂检查。
检查用计量器具和标准应事先统一,经核对无误,并对构件质量检查合格后,方可确认签字,并做好检查记录。
现场构件验收主要是焊缝质量、构件外观和尺寸检查,质量控制重点在构件制作工厂。
构件进场的验收及修补内容如下表所示:
序列
类型
验收内容
验收工具、方法
补修方法
1
焊缝
构件表面外观
目测
焊接修补
2
现场焊接剖口方向
参照设计图纸
现场修正
3
焊缝探伤抽查
无损探伤
碳弧气刨后重焊
4
焊脚尺寸
量测
补焊
5
焊缝错边、气孔、夹渣
目测
焊接修补
6
多余外露的焊接衬垫板
目测
切除
7
节点焊缝封闭
目测
补焊
8
构件的外形及尺寸
构件长度
钢卷尺丈量
制作工厂控制
9
构件表面平直度
靠尺检查
制作工厂控制
10
构件运输过程变形
参照设计图纸
变形修正
11
预留孔大小、数量
参照设计图纸
补开孔
12
螺栓孔数量、间距
参照设计图纸
绞孔修正
13
连接摩擦面
目测
小型机械补除锈
14
表面防腐油漆
目测、测厚仪检查
补刷油漆
15
表面污染
目测
清洁处理
3.8.4构件堆放层次、顺序及原则
序号
层次、顺序及规则
1
构件堆放按照弦杆、腹杆、钢柱及其它构件进行堆放。
2
构件堆放时应按照便于安装的顺序进行堆放
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