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天津市体育中心体育馆工程钢结构施工组织设计

第3章 施工方案的确定 3

第4章 网壳构件制作 4

第5章 小单元的组拼 10

第6章 高空单元组拼 13

GB／T 37136-2018 电力用户供配电设施运行维护规范第7章 质量评估 17

天津市体育中心体育馆工程,位于天津市南开区水上公园南侧,是天津市为承办第43届世乒赛而兴建的主赛馆。室内场地为椭圆形,设有200m的田径跑道,可进行多种球类及体操、田径比赛并兼用多种大型文体活动的场地。

该馆是目前我国跨度最大的室内赛馆。屋盖采用双层球壳、网架结构。馆体是圆形,沿圆周方向设有18m高的48根钢筋混凝土柱,连同柱顶环梁支撑网壳支座;网壳跨度108m,覆盖面积9160m2;外悬挑部分l3.5m,故平面投影直径为135m,总覆盖面积为14313m2。球冠矢高13.5m(从支座处球心至下弦中心球垂直距离),矢高跨比为l:8;球体本身内半径为114.75m,外半径为117.75m,壳体厚度3m,壳厚是跨度的1/36。上弦从支座处向外呈切线延伸,将外悬挑部分构成楔状锥壳;球面顶点高度为35m。网壳节点球总数1906个,杆件总数7441根;节点球全部采用焊接;焊口总数15212道;用钢量约为42kg/m2,总重量约620t。

屋盖呈飞碟状的双层网状球壳,其网格布置为径向、纬向和斜向杆*所组成的四向、三向和二向网状结构。杆件布置成两向正交状,构成梯形四角锥,从中心向外扩散开;随着网格尺寸的扩大,在适当位置均匀插入分割点,填补三角形网格。杆长均匀,达到均匀传递空间力*(*荷载、温度就力及地震力)的目的。

网壳的高度和跨度为世界少见,仅次于世界最大的瑞典全球体育馆(直径110m)。

工期紧:依合同要求,网壳的制作及安装总工期仅为85d。

质量要求高:尤其是中心圈、支座和网架底部大环梁等整个结构设计的关键部位。

高空作业多:除制作外,整个结构的安装均为高空作业。

钢构件的加工规格多、数量大、质量要求高。

现场安装施工难度大:到土建交安时,φ108m圆周外的附房及φ108m圆周内的看台等结构均已施工完成,限制了吊装机械的作业俭置及空间。

焊接工作量大:焊缝的总长度约6.2km,而且质量要求高。

该工程于土建交安时,土建工程已完成φ108m圆周的柱子及上环梁,φ108m圆周外的附房以及φl08m圆周内的看台等结构,因此根本无法采取地面整体制作、整体吊装就位的方法;如若采取地面分片制作,分片吊装就位的方法,由于条件的限制已没有施工要求的吊装机械站位场地,且局限于吊装能力,施工难度极大。

通过对多种方案的分析比较,最后确定方案为:地面集中组对小单元,利用局部满堂脚手架行离空组拼;中心区地面整体组拼、整体吊装。

构件(球和杆件)单独加工制作。

将整个屋盖网壳划分为5个同心轴区域环2φ108m圆周外为」4区,φl08m圆周内,自外向里依次划分为A、C、D、E(中心区)等4个区域环。

于施工现场设置组装平台,将网壳散件球和杆,集中分别组对成“田"字型或“日”字型空间小单元。小单元的重量控制在1~2.5t范围内,并按要求进行检查验收。

依据分区情况,先搭设旦区及C区的脚手架。

用塔吊将A区的小单元吊到高空进行组拼。组拼顺序从A区开始,整个一环拼装完毕后,统一进行焊接。

B区全部焊完并检查验收后,拆除脚手架倒入D区重新搭设,以便进行D区网壳的施工。依此工序使网壳的安装逐渐向中心区收缩。

中心区(E区)φ35m网壳采取地面整体组拼,利用塔梳整体吊装就位。

最后转移至室外,进行A区的施工。

钢球的原材料为Q235钢板。

杆件的原材料为20号钢无缝钢管。

所有原材料均应符合GB700一88的规定,除应有出厂合格证外,还必须严格地进行物理性能及化学成分的复验,不合格者严禁使用。

选用结422酸性焊条且必须符合GB5117和GB5118中的各项有关规定。施焊前,焊条应在70~150℃的烘干箱内烘干1h,而且同一焊条的反复烘干次数不得超过2次。

所有焊缝均按《钢结构工程施工及验收规范》GBJ205规定进行验收。

抽出50%的焊缝作超声波探伤。

钢球应进行力学试验:极限承载力的确定按JGJ752一91表1、表2的规定,其抽样数量按规定。

加肋球中的肋板应位于上、下弦自身平面内,以保证径向、环向杆间均在同一胁板平面内

单根钢管件长度允许偏差为土0.5~0.8mm,轴线不直度为L/l200,且不大于3mm。

钢管件端部坡口钝边厚度均应控制在0.5~1mm范围内，坡口型式及尺寸按焊接工艺要求。

3.3焊接空心钢球的制作

板材进场后,必须经复验合格方可使用。

依据钢球直径并考虑齐边余量,经放样确定下料尺寸,用气焊切割下料。

3.3.2加热:用加热炉加热到预定温度。加热速度应均匀,温度控制应得当(温度过低成型困难,温度过高会损伤钢材的组织而影响其性能)。

加热好的坯料,用胎具热压成半球。若一次成型不理想,可在胎具上重新成型。

为防止压制过程中的抱胎现象,应预热胎具并在坯料表面均匀散布煤粉等物质。

压制过程中应防止出现鼓包、皱折、局部减薄量过大等缺陷。

3.3.4整边及坡口加工:半球成型后,用立式车床齐边并加工坡口,坡口参数依相应的焊接工艺要求。

将两个半球组对到一起,如有肋板也一起组对。组对间隙按相应的焊接工艺要求。

组对完毕后,在球焊接转胎上按规定的焊接工艺进行焊接;焊接时如需要(肋板组对)可在球上钻工艺孔,最后按相同的焊接工艺要求,将孔堵死。

3.3.6表面修磨处理及检验:

钢球成型后,应按规范的要求打磨焊缝,并对其焊接质量按规定进行检验和超声波抽检。

用专用的样板、胎具和量夹卡具对钢球的成型尺寸、外观质量进行检查,并做好检查记录。

按规范的要求进行承载力抽检。

检测方法:在球体相应的设计位置,按设计的角度依相应的焊接工艺焊接短钢管,按其受力状态(拉或压)做相应的受力(拉或压)试验。

3.3.7加工完毕并经检验合格的钢球,按设计的要求做好除锈及防锈底漆,标明规格及编号，分别堆放，加强保管。保管时应垫离地面200mm,并做好防雨措施。

各种材料进场后,必须按规格型号,依规范的要求进行外观质量检验和按规定对其进行材质复验,合格者方可使用。

必须按规格型号,分别堆放,做好标识。

4.2.2进行焊接收缩量测试:

将球和杆件组对到一起,按预定的焊接工艺焊接,测定其焊接收缩量;并将其汇总整理,供下料及组对时参考使用。

4.2.3依据图纸及材料表,将杆件编号并编制下料清单。

杆件的下料长度应综合考虑设计长度、放样长度和焊接收缩量等确定

4.2.4钢管调直下料:

钢管下料前,如其直度偏差超过规范的允许范围,则需进行调直。

钢管的调直,在设计的专用胎具上进行。

调直后的钢管,按下料单的尺寸号料,用下料车床或磁力切割器下料,并按各自相关规定的坡口尺寸、钝边厚度加工好坡口。

如若用气割下料,则下料后需用铿刀或角向磨光机打磨掉氧化铁及毛刺等,再加工好坡口。

4.2.5杆件下料后,应严格检查其长度和不直度、端面垂直度以及坡口加工质量,不符合规范要求者剔除,重新加工,并填写好检查记录。

4.2.6检查合格的杆件,按设计要求进行喷砂除锈,并按要求进行防腐处理。做防腐时,焊口附近约25mm的范围不做,待安装完毕后补做。防腐的质量按有关规范和标准的要求检查验收。防腐施工后,在杆件的表面做好明显的编号标记。7)按编号分别堆放。堆放时应用道木垫离地面200mm高,不得沾染油污、泥垢等,并做好防雨设施,设专人管理,以防混乱。

依据施工图,将屋盖网壳划分成若干个平面呈“田"字形或“日,字形的空间单体——小单元,并按区域和顺序,依次做好明确的编号。划分时:A区以“田"字形为主,B、C、D区大部分划为“日,,字形。单体重量约1~2.5t。

高空组拼时,同区相邻两小单元之间、相邻两个区域的小单元之间,各以相应的杆件进行连接,组拼成整体。

2、于施工现场的指定位置,搭设10m×20m的钢平台2座,以用于小单元的组对与焊接。

3、小单元制作的质量要求

焊接球节点的钢管件允许偏差为土lmm。

单元附件高允许偏差为士2mm。

上弦对角线允许偏差为士3mm,下弦节点中心偏差为2mm。

分条或分块的网架单元长度不大于20m时,拼装边长度允许偏差士10mm;大于20m时为土20mm。

总拼装时边长和对角线允许偏差为万分之一。

严格控制支座点板的平整度,其两端的偏差应<3mm。

4.关于三维空间坐标的控制

三维空间坐标的控制,是整个网壳按设计的球面形状保证几何尺寸的关键;而对于每个球节点,它都必须满足它所在的球面上的两组方程式:

一是纬向辐射状球节点的球面方程:

X2+y2+Z2=R2

二是径向环状球节点的圆的方程式:

由于小单元是不规则体,节点必须按坐标定位。如按设计给定的坐标*施工,胎具大、高空作业施工难。为此采用坐标*的转换方法,将原设计的坐标*平移后旋转而改变成极坐标,以中心点转角测距、高程定位的方法确定空间节点球的位置。这样在组拼时就可以用经纬仪测转角及仰角、用远红外线测距仪测距离、用水准仪测高程,准确测定出各球的空间位置。既减小了空间误差,又方便了施工。

小单元组拼:小单元的组拼是在预制平台上进行的。操作顺序如下:

将小单元的各节点位置投影在预制平台上。

按投影位置设置好节点支座并点固。节点支座的高度按网壳弧度确定；下节点支座高度以保证方便焊接为原则。

将相应规格编号的空心钢球在支座上就位。

将相应编号的杆件组对于钢球之间,留出焊口间隙并点固好。点固时应错开平仰位置;点固的长度控制在10~30mm;焊肉的高度为杆件壁厚的0.7,且<6mm;球体与杆件端面装配间隙应控制在3mm。

点固完毕后用焊口检测尺检查坡口角度、间隙、平直度,合格后方可进行下一道工序。

按焊接工艺的要求进行焊接。施焊时,为控制焊接变形对小单元几何尺寸的影响,采用对称焊。焊接顺序为先横杆、后立杆,最后焊斜杆。每一个小单元上各球节点,一次只能施焊1个杆件的焊缝,施焊完毕后转移到另一个球节点上施焊,而且在任何情况下,都不允许同时施焊同一个杆件两端的焊缝。每一个小单元在施焊时,必须执行同一种焊接工艺和同一种焊接参数。

小单元制作完毕后,按设计及规范的要求对其外观及几何尺寸进行检查,并对焊接质量按规定进行元破损检测。

检测合格后,补做好焊口部位的防腐。

按划分的小单元的顺序编号,于其上做好清晰明显的标记。

将组拼好的小单元吊离平台,并按预定的规则,依据方便运输和吊装的要求垫起堆放。

小单元组拼时,应按划分的施工区域及高空组拼的顺序进行。大的顺序为:先组对B区,然后依次向里循序进行,最后组对A区。

(2)初焊发现缺陷及采取的补救措施:第一个小单元施焊完毕后,经超声波检测,发现有些焊缝出现了点状未焊透和部分较长的未焊透的缺陷。经过分析,我们认为出现以上缺陷的原因是在焊口点固时的焊点过厚,在施焊过程中没有熔化掉而造成的。经与铆工及焊工查询和对几个焊口的解剖,证实了上述的缺陷原因分析是完全正确的。

为了使上述的缺陷不再发生,在分析清楚原因后,我们采取了如下的措施:

在正式施焊点固部位时,首先用手把砂轮将点固焊肉磨掉,再重新按焊接工艺的要求进行施焊。

改变杆件的坡口,使钝边的厚度严格控制在0.5~1mm。

加强施焊全过程的质量监控。

1、高空单元组拼前的准备工作

柱顶找平并做好双向中心标志:找平用树脂砂浆进行,要求相邻支座的高差小于L1/500且≥10mm(L1为相邻两支座距离)

吊装机械到位并经试运转验收。

所用小单元及构件必须依吊装顺序分别加工完,且能有序地保证相应区域的高空组拼一次顺利完成。

按吊装区域划分,搭设好B区的环状满堂脚手架；满堂脚手架的搭设,需能满足以下条件:

搭设的最大高度约32m。

施工过程中,需能承受部分构件的重量和施工荷载。

小单元高空组拼时,脚手架能起到依托作用,以便进行微量调整或反变形措施中作临时支撑用。

搭拆方便,以加快周转使用的速度。

为满足上述要求,选定钢管脚手架并于施工前专门进行了设计,编制了搭设方案。

2、高空单元组拼按预定的分区方案,由B区开始,自外向里逐区进行组拼。中心约Ф35m部于地面进行整体组拼,利用塔梳整体吊装,一次到位;最后组拼Ф108m圈外的A区。

(l)B区的高空组拼程序如下:

调整好脚手架上节点支座的坐标及标高。

将一个小单元和连接两个小单元的杆件,吊运到安装位置,并安装就位。

起吊并安装就位相毗邻的另一个小单元。

将两个小单元用杆件组对连接,并按焊接工艺的要求点焊牢固。

依次组对该区内的其它小单元。

当B区内整区的小单元组对完毕后,检查该环的几何尺寸。合格后,统一按焊接工艺的要求进行施焊。

B区焊完后,重新检查该区网壳的几何尺寸,并和焊前加以比较,以确定焊接变形的倾向,制定出相应的控制措施,用于后续的施工中。

对施焊的所有焊缝进行外观和按规定的无损检测,合格后补做好该部位的防腐。

网壳组对过程中,按规定的位置和数量,设置好固定观测点并做好明显的标志,以用于随时监测网壳的变形情况,便于加强控制,避免造成误差的积累。

安装好网壳下弦上吊顶用的吊点和网壳上弦上屋面结构用的支撑点,并做好防腐。

(2)上述所有工作结束后,在搭设的C区脚手架上,按以上程序高空组拼好C区的屋面网壳,同时使之与B区的节点连接好。以后循序向内圈收缩,做好D区的屋面网壳，并依次拆除先行搭设且已使用完毕的脚手架向内圈搭设,周转使用。基本顺序为B—D,C—A。

(3)在B、C、D区的网壳高空单元组拼及连接施工结束后,进行Ф108mm圆周外的A区高空单元组拼。其施工程序与B区相同。

当Ф108m圆周以内B、C、D三区高空组拼完毕后,剩下的中心区域投影直径约为Ф5m。该区域的施工,我们采取了:地面整体组拼,利用塔桅一次整体吊装到位,在高空做好与D区的杆件连接;剩余的中心圈部位,待塔桅拆除后,再在高空组拼完成的施工方案。

整体吊装部分的技影直径约为26m,高约5m,总重量约32t。

(1)、地面整体组拼:该部分的地面整体组拼方法与小单元制作相同,误差及质量要求亦相同，其主要区别在以下两方面

必须首先准确的确定Фl08m圆的圆心,作为该部分地面组装的控制中心及极坐标的坐标原点。

大部分组拼后,必须留有足够的场地和通道进行塔梳的组装及安装。待其结束后进行剩余部分的组拼等施工。、

(2)整体吊装:利用自行设计的断面为1.200m×1.200m,总高度为45m的格构式塔梳进行组装部分的整体吊装。升高就位后,在高空用杆件与D区组对施工完毕。塔桅拆除后将中心圈和下弦吊杆及屋面支撑点施工完。

a．塔桅顶端采用双吊耳(左右对称布置)。

b.选用2组4门20t滑轮。

c.吊装时用4根7/8"的等长钢丝绳,分别对称拴在下弦的4个钢球和上弦的4个钢球上(每根钢丝绳的两端分别系在上、下弦各一球上,以利平衡)。

d.选用2台5t慢速卷扬机作动力,且对称布置。其安设位置应易于看清指挥信号,并绝对安全。

e.正式起吊前应做好各种施工准备工作,设备经试运转合格。

f.正式吊装前,清除现场一切闲杂人员,并设好警戒线。

g.制定好起吊过程中的各种相关规则及信息传递体系,并落实到位、到人。

a试吊:将整体吊离地面1m左右停止,全面检查各部分是否正常、可靠。

b.由架子工将高空组对时所需的架子及脚手板、组对杆件,固定到相应的部位,并安全可靠。

d.提升到位后,利用事前固定在D区上的4个5t倒链对其进行找正固定。同时将卷扬机断电、相应电闸箱上锁、钢丝绳用绳卡固定。

e.将中心部位的脚手架和脚手板与D区的脚手架相连接,并安全固定。

f.用相应的杆件将D区和中心区全部组对完毕。组对时按对称的方式进行且应考虑工艺变形。

g.采用对称的方式进行焊口施焊。

h.检测焊口质量,合格后补做好防腐。

做好其他的相关工作,如吊杆和支撑点。解除吊装索具。

(3)拆除塔梳及脚手架:全部吊装工作结束后,利用两台吊车相配合,将塔梳拆除,连同卷扬机及索具等全部运走。

于高空将中心圈部分补做好。

水泥砂浆和细石混凝土找平层施工工艺标准（QB-CNCEC J040101-2004)拆除施工用的脚手架并运离施工现场。

体育中心体育馆屋盖网壳工程,全部施工结束后,由建设、设计、学会及施工等单位,共同组织了全面的验收检查,其质量验评情况如下

2.焊口无破损检查情况

(1)本工程焊口共152l2道,外观检查全部合格。

(2)超声波探伤7606道,其中球与杆件焊口7234道,超声波探测结果,I级焊缝为7111道,占有比率为98%;其余为II级焊缝,共计123道,占2%;管材对接口372道,100%为I级焊缝。球与杆件焊口实际超声波探伤比例为50.85%,管材对接焊口为l00%,均超过设计及规范的要求。

在此基础上,监理公司及与会的专业人员又任意选定我们已超探的焊口20个和任意选定没超探的焊口20个,进行超声波探伤复查,其结果100%为I级焊缝。

恒大御景湾外脚手架施工方案(论证后修改)（62P）.doc通过验评组的实际检测,最后的结论为:(1)外观漂亮;(2)焊缝内部质量好。为此在天津电视台及相关的报刊作了多次的报导,并且被当年的钢结构学会认定为目前国内最大、质量最好的网壳。

天津体育中心体育馆屋盖网壳工程,在总结了目前国内外大跨度网壳施工中的高空散装法、分块分条安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体顶升法、整体提升法等各种施工工艺的基础上,进行综合分析,各取所长,扬长避短,最终选定了:小单元地面预制、利用吊装机械和局部脚手架进行高空组拼,中心区域地面整体组拼、整体吊装的方法进行施工,既减少了高空作业的投入、降低了施工难度、减小了误差的积累、节省了大型吊装机具的投入和简化了复杂的施工工艺,同时又保证了三维空间的坐标控制,使得直径108m、平面投影为9160m2的目前亚洲第一、国内最大的双层网状球壳,仅以2个半月的实际有效工期顺利完成，并且以优质的产品交付建设单位，取得了良好的经济效益和社会效益。