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壳体钢结构安装工程施工组织设计

第三章主要机械选用及性能一览表 6

第四章施工总平面布置 8

航天大厦施工组织设计（终审稿）第五章施工工艺及施工方法 25

第六章主要施工技术措施 86

第七章质量保证措施 94

第九章安全保证措施 98

第十章工程设备、要料汇总 109

第十一章施工管理人员配备计划 116

第十二章劳动力配备计划 118

第十三章施工进度计划 120

国家大剧院（图1）位于人民大会堂西侧，北至西长安街，南面、西面均为居民区；总占地面积约20万m2。由北侧建筑（201区——地下停车场）、中心建筑（202区——大剧院主体建筑）和南侧建筑（203区——地下主机房）三部分构成。

202区大剧院主体建筑由歌剧院、戏剧院、音乐厅组成（见图2）。

承包联合体承建，其中联合体钢结构分部承担壳体钢结构工程的制作及安装任务。

国家大剧院主体建筑钢结构椭球体壳体（以下简称“壳体”）为一超大空间的壳体，东西长约212m，南北约144m，高约46m。整个钢壳体由顶环梁、梁架构成骨架；梁架之间由连杆、斜撑连接。

梁架分为A类（短轴梁架）、B（长轴梁架）；A类梁架采用60mm厚钢板制作，B类梁架采用上下翼缘不等的焊接H型钢。A类梁架共46榀，B类梁架共102榀。

斜撑及连杆均采用钢管；短轴梁架之间连杆节点采用铸钢节点连接，长轴梁架连杆采用钢套筒连接。

1.1.1该壳体为一超大型空间结构，结构体量大。整个结构待壳体完全形成后，方为稳定的空间结构，所以保证施工阶段的结构稳定至关重要；

1.1.2该壳体为非正椭圆球体，且壳体内外两球面的椭圆方程并不一样，因而施工中平面、空间定位测量的难度颇大；

1.1.3壳体的主要结构体——梁架（尤其是短轴梁架，侧向厚度仅为60mm）平面外刚度极差，因而构件的起扳、搬运、起吊难度颇大；

1.1.4梁架呈中心对称辐射状布置，因而每种同类构件最多只有四件，对构件的制作放样及安装顺序要求颇高。

建设单位：国家大剧院建设单位委员会

监理单位：北京双圆工程咨询监理有限公司

钢结构主承包：联合体钢结构分部

由顶环梁、梁架和连杆等组成的钢壳体的制作、安装。

北京市优质工程“长城杯”、国家优质工程“鲁班奖”。

2.4《国家大剧院工程内部质量控制标准—壳体钢结构工程部分》。

2.5法国ADPi设计图及技术文件。

2.6国家大剧院建设单位委员会对工程的要求。

2.7冶金部建筑研究总院设计院钢结构深化设计图。

2.8同济大学国家大剧院壳体钢结构验算报告。

主要机械选用及性能一览表

CC2800600t履带

主臂：60m副臂：84m

第一作业区吊装第二、三、四作业区上段梁架吊装

主臂：60m副臂：84m

M440D塔吊安装、拆除

拆装QM18、SK560柱靴安装第二、三、四作业区下、中段梁架吊装

第五作业区吊装柱靴安装

拆装600t主机下段梁架抬吊拼装梁架

注：以上的起重量均未扣吊钩自重。

施工总体布置以壳体为中心，分三块区域进行施工平面安排，三块区域分布布置为：

吊装区：位于壳体所在区域（即202区）

构件拼装区：分第一、第二、第三拼装区，分别位于吊装区南北两侧；

施工主信道：位于吊装区和拼装区东西两侧。

由于壳体吊装时，202区地下结构和地面建筑结构虽然已经施工完毕，但壳体四周的消防信道尚未施工，以及201区部分地下结构也未施工。因此，以上各个区域在吊装阶段处于不同的标高位置，其中：

大型机械和构件进出场信道位于±0.000标高位置。

各施工区域划分及标高位置见图3。

4.2吊装施工作业区域划分

整个壳体钢结构的构件平面分布情况见图4；考虑到设计要求及结构体形特点，吊装作业划分为五个区域，安排多台起重机分别进行综合吊装。五个作业区域的具体划分如下：

图3各施工区域划分及标高位置图

第一拼装区：设在壳体北面201区，南北长度约70m，东西向长度约230m。第一拼装区划分为1号、2号拼装场地。每块场地设置拼装平台；2块场地各配置50t级履带式起重机一台承担拼装起重作业，合计2台。第一拼装区向CC2800与两台M440D塔吊提供构件吊装单元件。

第二拼装区：设在壳体南面203区东西两端，分为3号、4号、5号拼装场地。在3号、4号场地各配置50t级履带式起重机一台，承担拼装起重作业，分别向位于东西二侧的M440D塔吊构件吊装单元件。5号拼装场地，向SK560塔吊提供吊装单元。

构件根据工厂制作编号直接运送至相应拼装场地。

4.4大型机械和构件进出场信道

所有施工设备和构件运输车辆，均可通过主信道和坡道进入吊装区域和构件拼装区。（见图3）

4.5主要施工机械布置

CC2800（600t）履带式起重机（一台）：先采用超起（SFSL）性能，接60m主臂84m副臂，后挂300t超起配重，停在壳体北面，定点中心位置在土建坐标（0.000，+86.000），跨外综合吊装，完成第一作业区域施工；然后向北退8m，采用SW性能，安装M440D塔吊二台。再恢复使用SFSL性能，在原位进行梁架吊装。最后在壳体安装完成后拆除M440D塔式起重机。（见图5）

图5CC2800停机位置

各吊机吊装范围见图6。

施工时剖面图见图7、图8。

4.6起重机组装、拆除场地

4.6.1履带式起重机

CC2800履带式起重机装拆场地布置在壳体北部201区，具体位置见图9。场地的承载能力为16t/m2，起重臂组装采用东北面M440D行走轨道处空间。

装拆工艺详见《CC2800履带吊拆装实施细则》（另附）。

组装机械选用CC2800履带式起重机。塔身高25m（不包括行走机构的高度），55m巴杆。塔吊的路基采用钢筋混凝土形式。装拆工艺详见《M440D塔吊拆装实施细则》（另附）。

塔式起重机的安装与拆除选用QM18与M440D塔吊，拆装时

4.6.2.3QM18屋面吊的装拆选用M440D塔吊。塔身高12m，

36m巴杆。拆装方案详见《QM18屋面吊拆装实施细则》（另附）。

4.7.1.1施工机械和构件运输线路

施工机械部件采用100t平板车通过东侧主信道，经过坡道进入设备组装场地。构件运输车辆通过东/西两侧主信道，经过东/西面坡道，进入构件第一拼装区，经过南面的信道可到达第二拼装区的3号、4号、5号拼装场地。根据现场情况，东、南、西三侧的主信道，在土建施工阶段已经铺设完成，北侧的信道及坡道，采用土路基，路面承载力在10t/m2以上。

4.7.1.2起重机工作区域

CC2800履带吊采用定点吊装，下设2.7m×8m路基箱；路基箱铺设的位置与形式见图11。路基箱下土路基的承载力要求在16t/m2以上。顶环梁区域吊装时，CC2800超起配重不设轨道小车；待梁架吊装时，加设超起配重小车，轨道采用P43钢轨。由于路基箱数量有限，两侧轨道基础采用600t履带吊专用路基箱铺设，中间部分轨道采用钢筋混凝土基础，见图11。

图11600吨路基箱布置图

混凝土用量V=A×L=0.40m2×920m=368m3

构件拼装区中，胎架的具体布置详见图3施工平面布置图。胎架布置规则是在适应场地形状的要求下，保证相互之间的间距大于5m，

即满足50t级履带吊开行，梁架的胎架应布置在吊机工作半径内，以减少构件的二次搬运。场地地面荷载要求为12t/m2。拼装平台拟采用路基箱上设置胎架的方法，在拼装平台使用时，定期测量平台的沉降和变位情况，实时调整，保证拼装胎架的精确度。

4.8施工临时用电布置（详见施工用电组织设计）（另详）

如前吊装作业区共划分为五个作业区，除第一吊装区为顶环梁吊装，其他四个作业区的吊装均为梁架节间吊装。根据吊装作业区划分，

壳体吊装顺序按四个步骤进行：

第一步骤：顶环梁的吊装；

第二步骤：梁架节间吊装从壳体四个斜撑区同时开吊。四个区域第一榀吊装的梁架分别是位于E18轴、E56轴、W18轴和W56轴四榀梁架。然后，以此为中心对称进行相邻梁架的吊装。斜撑区十个梁架节间完成后，进行斜撑吊装。连杆安装随梁架同步进行，以形成稳定体系。至少在完成1/3连杆的固定工作后，才能开始相临梁架的吊装工作。

第三步骤：斜撑区域吊装完毕后，四个作业区继续同步作业，以斜撑区为中心，对称进行其他梁架节间吊装，最终四个作业区分别在W01轴~E01轴、E37轴~E38轴、W37轴~W38轴梁架节间收尾。

第四步骤：拆除SK560塔式起重机，同时补缺W70、W71、W73和W74轴的下段梁架，使壳体最终合龙。

第五步骤：所有构件全部吊装完毕，按经过计算的卸载顺序进行整体卸载。

第六步骤：待屋面恒载全部作用在壳体上后，对梁架柱靴下进行细石混凝土（C60）浇筑。

图13施工整体顺序流程图

5.3.1吊装构件说明

5.3.1.1主要吊装构件分段

（1）顶环梁圈周环梁分段

除南北二侧，环梁平面呈折线型椭圆，总长度约160m，环梁截面为Φ1117.6×25.4mm钢管，总重量约为500t。根据设计对环梁分段的要求和环梁制作、运输、吊装要求，环梁和其内的箱形梁共分为14段，分段位置及尺寸要求见图14。

根据设计对梁架分段要求，结合具体施工时的需要，长轴、短轴均分为四段，分段位置：

柱靴：柱靴底向上1.2m处断开；

下段：柱靴分段线—R13；

中段：R14—R26；

上段：R27—R40。

分段图见图15、图16。

环梁、箱形梁吊装单元段等。附表一为顶环梁吊装参数表，附表二为梁架吊装参数表。

5.3.1.3吊装构件拼装

由于受运输条件的限制，构件工厂制造时先加工成较小的单元件，运到现场后再拼装成构件或吊装单元件。除第五拼装区外，其余拼装区内构件均由50t履带吊卸车、就位。

顶环梁中心区域的A类梁架（14榀，每榀重约9.7t），要求组装后吊装。14榀梁架组装成7大件，每件由2榀梁架在地面上组成大件，然后由CC2800吊机吊装到位，详见5.3.2.1顶环梁吊装步骤及

所有下段梁架均采用立拼，先在拼装平台上将梁架拼装成吊装单元段，搭设操作及侧向稳定脚手，然后起吊安装。

上、中段梁架采用平拼（第五拼装区内上、中段梁架亦采用立拼），起扳扶直后，搭设操作及侧向稳定脚手，然后用起重机吊装。

拼装工作由钢结构制作方负责。

5.3.1.4吊装构件预检

构件吊装前须进行验收和预检。不需拼装的构件由加工厂供货时，同时提供质量保证书，构件吊装前须对构件进行预检；需拼装构件在现场拼装后经质量检验合格后，方可吊装。

按《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）的相关规定，同时结合本工程的特点，同建设单位、设计、监理、总承包部共同讨论确定的《国家大剧院壳体钢结构工程制作标准》，具体实施时以本标准为准，标准另详。

对进场构件必须进行状态标识。进入现场未检验或预检的构件，应作待检标识；已经过检验或预检的应作好记录，并在构件上作已检标识。对于构件的编号应当明显，符号大小适当、多处标识。安装单元件同时应当有准确的方向标识，特别应当将需要现场焊的部位，做好必要的防护。对于构件上的标识，发现缺失或模糊的应当及时予以修复。

5.3.2钢结构安装工艺

综合大剧院壳体的结构特性与施工条件，吊装方法选用跨外对称吊装。

采用支架法施工，即吊装阶段在壳体内设置三道临时网架支撑作为构件空间定位的依托，并解决吊装阶段的结构稳定。网架支撑在壳体安装全部完成后，再卸载，拆除支撑。

5.3.2.1顶环梁吊装步骤及工艺

顶环梁吊装选用CC2800600t履带吊的SFSL（超起）性能；选用60m主臂加84m副臂，起重量为15~64t，起重高度为47~125m，作业半径为122~38m，可以满足顶环梁吊装要求。

由于顶环梁分段吊装时，600t主臂局部碰S1支撑，采取的调整措施如下：

网架支撑在顶环梁吊装时S1只安装至设计标高下2m，范围从W5—E5；待顶环梁安装完后，进行S1支撑的补缺。

第一步壳体平面空间定位测量。吊装前先进行壳体平面空间定

位测量，将顶环梁安装临时支撑S0支腿所在位置测点引到歌剧院屋顶及相关平面上；

第二步进行S0临时支撑及转换层安装（网架临时支撑及转换层的安装技术要求详见实施细则）。支撑及转换层安装完毕后，在转换层平面上引出顶环梁平面和标高定位点，并安装定位支座。

梁起吊就位后，支承在安装支座上。

第六步进行14榀A类梁架标高和位置的调整，达到要求后进行焊接固定。焊接固定的同时进行两个半圆环内辐射梁架的吊装，起吊就位后，调整构件的标高和位置至符合要求，再进行焊接固定。

第七步所有构件吊装就位且复校合格后，进行顶环梁各构件连接节点固定。应按顺序：圆周环梁分段连接固定→纵向梁与圆周梁连接固定→矩形框内构件固定→两半圆环内构件固定。

第八步顶环梁吊装结束。对顶环梁整体外形复测并进行记录。梁架节间吊装期间，顶环梁整体外形及整体标高需定期复测（每周一次），并根据复测结果，必要时对顶环梁进行标高补偿，以确保整个壳体安装精度。所有的焊接均遵循从短轴正轴线向东西两侧对称进行的原则。

5.3.2.2梁架节间吊装步骤及工艺

1）进行壳体平面空间定位测量，将梁架节间吊装用临时支撑S1、S2所在位置测点引到音乐厅、戏剧院屋顶及相关平面上。

2）进行S1、S2临时支撑安装（详见《网架支撑安装实施细则》）。S1、S2临时支撑采用竖面空间网架结构，两支撑之间设数道柱面网架间的径向连接，以作为施工信道。其中S1支撑在R13和R14中间；

S2支撑在R26和R27之间。

3）由于网架结构只能在网格点受力的特性，而各榀梁架的分段点一般不会在网格点上，因此在网架支撑面层上设置支点的转换层将梁架各分段点处的竖向荷载传递到网格点上（详见《转换层安装实施细则》）。转换层安装完毕后，在其平面上引出各梁架定位点。

4）安装梁架搁置用支座。梁架搁置支座作为梁架吊装的依托，其平面和标高需定位精确控制，误差不超过2mm，并有足够的刚度，以保证稳定可靠。

5）对混凝土环梁预埋钢管位置预检。划分梁架底座控制中心线。预检过程中注意对预埋钢管管口及时覆盖，禁止杂物进入。

1）测出梁架基础标高块下预埋件的标高及平整度。根据测得的资料修正标高块，将修正好的标高块焊接到对应的柱靴下。

2）柱靴用M440D和SK560塔吊安装。

4）为防止柱靴轴线与梁架轴线的偏斜，在柱靴长边的两端设置限位（b）。在柱靴短边两端设置钢楔，以调整柱靴的水平度及侧向垂直度。

5）根据柱靴的螺孔位置，逐一安装地脚螺栓。安装时注意螺栓的规格，不要装错。同时对螺栓丝牙进行保护，不要损伤。安装就位后，在螺栓与底板螺孔间衬硬纸护套，以确保螺杆和柱靴相对位移时不损伤螺纹。

6）柱靴及地脚螺栓安装完毕，经检验合格后，即进行高强度水泥砂浆（C60）的浇筑（详见实施细则）；当水泥砂浆达到强度后，

将中间的两个地脚螺栓拧紧；其余螺栓不得拧紧。

7）下段梁架安装前，应对柱靴位置及固定状况进行复测，合格后方可安装。吊装前，应利用限位（b）上预留孔洞，用Φ9钢丝绳及0.5t手拉葫芦进行侧向的固定，以保证下段梁架安装时柱靴与其在同一平面内（见图20）。

8）壳体所有构件安装完成后，卸载前，必须先拆除钢锲。

9）柱靴下细石混凝土浇筑的时间，需在屋面工程完成后进行。

图20柱靴侧向稳定措施

梁架采用对称安装，从斜撑区开始，四个斜撑区同时、同步安装。

安装从W18与W19轴、W56与W57轴、E18与E19轴、E56轴与E57轴开始。该八榀梁架称为起始梁架。

起始梁架安装完成后，以起始梁架为中心，逐榀对称安装起始梁架两侧的梁架，直到完成全部斜撑区（包括连杆与斜撑杆）。

斜撑区安装完成后，梁架的吊装还必须按中心对称的原则进行

梁架吊装的吊车性能及索具配置详见附表二：梁架吊装参数表。

在所吊梁架对应位置的S1、S2网架内外两侧各设置两对浪索，通过手拉葫芦控制S1、S2的垂直度，提高其侧向刚度，必要时可作调整用。当梁架校正固定完毕，该浪索拆除、周转使用（见图21）。

在柱靴与下段梁架的连接部位，事先安装临时定位装置，以方便梁架快速定位。

(A)起始梁架采用两榀梁架交叉安装的工艺，以增强单榀梁架安装时的侧向刚度。对于梁架，由于其自身侧向刚度很差，所以在吊装前采取以下措施增加其平面外稳定：

a、下段梁架弧度大，均采用立拼胎架拼装。待拼装完毕后直接在胎架上搭设脚手架，该脚手架一方面作施工操作脚手，另一方面用以增强梁架侧向刚度。

b、中、上段梁架除5号拼装区外均采用平拼。待梁架拼装完毕、起扳垂直于地面时，在梁架上搭设脚手管，该脚手架一方面作施工操作脚手，另一方面用以增强梁架侧向刚度（详见图21）。

a、下段梁架用M440D与SK560塔吊吊装。

TCECS 583-2019 商用燃气燃烧器具应用技术规程.pdf图21网架支撑及梁架侧向稳定措施示意图

①下段梁架脚手搭设完后，有双机起吊；M440D吊装的梁架由M440D与下段拼装处的50t履带吊共同工作，SK560与QM18屋面吊共同工作。双机进行梁架姿态的调整，梁架调整在拼装胎架处进行，因此50t履带吊不需要开行至底环梁区；

②下段梁架双机起吊时，主机采用两点吊，副机采用一点吊，吊点分布见图22。主机吊钩同时挂一根Φ32.5千斤，穿一10t神仙葫芦，种根于梁架副机吊点上；起吊前神仙葫芦放松；

图22梁架吊装吊点示意图

到位后锁住神仙葫芦，副机松钩，即转为主机单机三点吊（图23）。

b、起吊就位后，梁架底部需用临时钢耳板与柱靴临时固定，不让底部转动，上端搁置在临时支撑S1上。对上端的位移和标高进行调整、校正。并测量梁架平面的竖直度。

图23下段梁架吊装步骤

南水北调 公路桥梁施工方案d、相邻第二榀梁架下段吊装。

a、梁架中段采用单机通过铁扁担四点吊。示意图见图22。