深圳市民中心巨型钢桁架的制作与安装

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标准类别:建筑工业标准
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深圳市民中心巨型钢桁架的制作与安装

深圳市民中心的巨型钢桁架是现代建筑技术与艺术结合的经典案例,展现了深圳作为现代化都市的技术实力和创新精神。该钢桁架结构主要用于支撑市民中心的大跨度空间,如会议厅、展览区等,确保建筑内部拥有开阔无柱的空间布局。其制作与安装过程复杂且精密,体现了高标准的工程技术和管理水平。

在制作阶段,钢桁架采用高强度钢材,通过精确的计算机辅助设计(CAD)建模完成结构优化,并在工厂内进行模块化预制。这一过程不仅提高了加工精度,还有效缩短了现场施工时间。每根构件均经过严格的焊接质量检测和防腐处理,以确保其耐久性和安全性。

深圳市民中心巨型钢桁架的成功实施,不仅为建筑提供了坚固可靠的支撑体系,还成为城市地标性建筑的重要组成部分,彰显了深圳在建筑设计与施工领域的卓越成就。

深圳市民中心大屋盖为双向曲面网架桁架杂交 结构,桁架作为主要受力结构,通过塔楼上的牛腿将 荷载传递给主体结构。桁架上下弦杆件为18 60mm不同板厚焊成的口630×630的箱形断面,腹 杆为口630×300的箱形断面;主材材质为Q345B,其 中大于40mm厚钢板附加Z15性能要求;上下弦杆、 弦杆与腹杆的K形节点为全熔透对接接头,焊缝等 级为一级,100%超声波探伤;桁架共12,最长为 12215m,单最重为298t;桁架在工厂制作成单元构 件,在现场将其在胎架上组拼成整体,单元构件最长 为12m,最重为15t;上下弦曲线矢高为7196m,桁架 横断面上下弦轴线高差为8115m;桁架支座两侧的 最大悬挑长度为6618m(见图1、2)。 桁架与结构牛腿间采用减震钢支座,除承受竖 向压力和拔力外,还能在水平复位板簧的约束下实 现40~120mm不等的水平位移量,同时半球形铰座

图2桁架布置示意(单位:m

根据设计院提供的外形尺寸、节点坐标和杆件 表,使用X2steel钢结构详图设计软件和Autocad计 算机绘图程序,对桁架进行了合理分割以及节点设 计。为便于运输,构件分段长度为12m左右。为便 于安装,上下弦杆和腹杆的K形接头设计成K形钢 牛腿(见图1中节点1):将中弦杆和腹杆的连接节

允许上部桁架的支柱实现 定的自由转角,在地震时能大 幅削减屋盖与主体结构之间 的相互作用力。

点设计成在1根通长腹杆上设双K形钢牛腿(见图 中节点2),将另一腹杆和中弦杆做成短杆,并通过 其间活口调节接口间隙与错边量。

采取从钢厂直接采购方式,按标准进行了全部 理化实验、Z向性能实验,并在开料之前对热影响区 进行100%超声波检测,确保了材料无夹层。在使 用过程中逐一标识.确保材料的可追溯性。

针对不同构件,安排合理的组对和焊接顺序,严 格控制各环节加工质量,通过控制杆件初始偏差,保 证桁架质量。 11311组对和焊接顺序的编制对上下弦杆和腹 杆的K形节点,先加工长的直杆,然后将小拼好的2 个槽形牛腿定位到长的直杆上,最后进行盖板。 11312尺寸控制采用多头气割机同时切割多块 板条、端铣加工端头等方法进行长度控制;采用胎架 找平、靠山定位、端铣加工肋板、对齐板条标识中心 线等方法进行截面尺寸控制:采用刚性临时固定、对 称焊进行角度控制。 11313焊接质量的控制①焊接设备主要使用埋 弧自动焊机和CO气体保护焊机;②在工艺上,箱 形截面采用永久垫铁、CO气体保护焊打底、埋弧自 动焊填充盖面,保证了焊缝一次合格率98%、报验 合格率100%;3对刚度大的节点或厚板焊接,采取 连续作业,避免重复预热与保温;采取预留焊接变形 余量,使焊缝自由收缩,减少焊接应力。

鉴于桁架形体长、接口多、刚度大、要求高和安 装时纠偏校正困难的情况,在打砂油漆前对12桁 架全部进行预拼装,并在出厂前处理好桁架制作及 拼装中的偏差和累积偏差。 编制预拼装作业指导书。桁架全部采取平放位 置预拼装,由于H9~H12为空间桁架,采取平放空 间预拼装,制作出与其相合拢的1:1桁架侧面样板 检查合拢情况。根据工厂条件,以40m长桁架为1 个预拼单元。 预拼胎座采用临时刚性胎架;以坐标点为转换 基准进行放线及靠模定位;用正式连接板进行构件 连接固定。检查项目包括:轴线偏差:接口的间隙与 错边量;杆件的长度、侧弯与翘曲;牛腿的长度与角 度:拼装单元的长度。 对偏差的调整依据和方法为:轴线偏差为±0 (坐标点):当接口间隙小于6mm时采取火焰切割或

磨光机打磨;当间隙大于9mm时采取长肉;当出现 喇叭口形状时采取切割、长肉方法调整;对错边量 角度偏差、轴线偏差主要采用火焰校正,温度控制在 750~900°℃,并自然冷却。 全部校正及处理完毕后,检查标定定位点坐标 及轴线,用样冲做清晰标识,待打砂油漆完成后进行 标识移植。

经过技术经济分析,对大屋顶结构采取了降低 标准、分段拼装、两次提升、高空合拢"方案。桁架体 系相应采取两次原位拼装,首先在低位集束式脚手 胎架上完成H2、H3的拼装,与其间网架结构一起 整体提升到位后,与在高位胎架上拼装的H5~ H8、H9、H12等6桁架进行高空合拢。桁架安 装的主要技术是:高空散拼,预留预控,整体校正,焊 接调整,跟踪测量。

31111仪器的选用选用高精度T1800+D12002 徕卡全站仪、NA2自动安平水准仪J222经纬仪。 31112控制网的建立与传递根据土建提供的测 量基准线在下部结构上建立大屋盖结构的首级矩形 控制网,并对桁架加密成同精度的次级控制网。在 集束式胎架搭设完成后,将高程传递到结构墙体上 并闭合,将轴线、轴线控制线和下弦吊装单元的纵向 控制线投放到胎架上面的支撑钢板上。 31113测量控制方法采用直角坐标法、全圆观测 法建立测量控制网;采用极坐标法控制节点坐标;对 第1次提升后6919m×120m网架结构的空间定位 采取对布设在H2、H3的中间、合拢点和端部的测 量点进行综合测量的方法。

31114测量控制结果桁架完成后在胎架上轴线

31211胎架的设计桁架采取在胎架上高空散拼, 根据桁架的质量分布和建筑结构要求,胎架设计成 3m间距的集束式钢管脚手架,每束由8根立杆组 成,束间由4根立杆进行加密。 31212拼装顺序采取自下而上的安装次序,为保 证桁架的总体质量,引穴标准柱"的概念,将桁架中 间的36m长或2个支座间结构焊接成整体后向两侧 对称拼装,形成2个施工区

31213焊缝收缩余量的设置

形尺寸的影响采取预留预控技术在接口处预

焊接收缩余量:上下弦每个焊口预留3mm,上弦高度 上预留8mm,中弦高度上预留4mm,H9~H12向圆 塔外预留15mm余量。 31214临时连接与校正使用连接板与码板进行 临时固定,用千斤顶调整腹杆与上下弦牛腿接口处 的间隙和错边量,采取火焰矫正角度偏差,校正分为 粗校和精校。

31311焊接顺序对上下弦杆按立焊→平焊→仰 焊的顺序进行;对上下弦杆与腹杆的接口依据测量 结果安排焊接次序,通常先进行腹杆与下弦的焊接 再进行腹杆与上弦的焊接,并跟踪测量,以便通过调 整焊接顺序控制变形。 31312焊缝质量控制依据焊接工艺评定结果对 不同焊缝进行远程电流调节,采用多层多焊道和分 段退焊工艺,减少焊接应力;采取对称焊、连续焊、预 热、焊后石棉布包裹等措施,避免厚板焊接时延迟裂 纹的产生;对于刚度大、板厚、焊空间狭窄等特殊 部位,选择优秀焊工,并在焊接工程师的监控下进行 焊接,减少不必要的返修。

在H2、H3与网架第1次整体提升后,以3个 支座偏差值相等为原则对桁架进行定位及临时固 定。在高度方向上,HI5~HI8与H2、H3的合拢处 与理论值偏差在5mm以内:而在水平方向上.受结

皇冠大厦工程型钢构件 ”双机抬吊"技术 北京皇冠大厦工程地下3层,地 上38层,标准层高3160m,建筑面积 50759m²,为框架2核心筒结构,梁板 采用现浇后张无粘结预应力扁梁体 系。17层以下框架柱采用型钢混凝土 柱,柱断面尺寸分别为1200mm× 1200mmm、1500mm×2000mm。柱内型钢 由50mm厚国产Q345B钢板加工焊接 而成,单件重量最大12t,最小约5t。 本工程选用1台H3P36B塔吊作 为垂直运输工具,它可以满足5层以 上结构的运输要求,但地下3层至地 上4层(为非标准层,层高分别为 319、417、418m)需利用双机抬吊"的 施工方法来完成钢构件吊装任务。 首先根据现场情况制定详细的

构自重的影响,接口最大间隙达到52mm。由此产生 桁架衔接的2个问题,即间隙的科学处理和在低应 力状态下焊接的质量保证。 31411应用计算机选择处理方案将各衔接处的 数值输入到原设计图形中进行模拟,对比将合拢单 元平移和接长方案的优劣,选定了接长方案。 31412焊接工艺评定对箱形断面的接长简化成3 块钢板试件对接的工艺评定。对低应力状态下的材 料焊接性能做模拟评定:加工以实验板材为腹板的 工字钢,在无应力状态下将1块夹持板与腹板进行 全熔透焊接,然后在四柱压力机上将工字钢加载到 100MPa,在夹持板对侧全熔透焊接另一夹持板(与 钢板的Z向性能检验相似)。2项焊接工艺评定的 结论为合格,确定了2个问题的解决方案。 31413衔接工艺H5~H8采取从低向高的拼装 顺序,最后拼装衔接节点。 31414衔接节点的焊接工艺先进行合拢处活口 的焊接,让焊缝自由收缩,在48h后进行超声波探 伤,然后进行合拢杆件与自身桁架的焊接,减小了合 拢处的焊接应力。

在巨型桁架制作安装过程中某项目中央空调了施工布置、施工技术方案安装施工组织设计,采用了X2steel详 图设计软件、预拼装工艺、预留预控、整体校正、跟踪 测量等核心技术,并对低应力状态下焊接进行了实 践,工程质量达到了设计与施工规范的要求。

双机抬吊"方案.做好吊装前的各项 准备工作,进行模拟试验,确定各种 参数。施工时根据方案要求,用第1 台塔吊将构件吊到作业层预先确定 的换吊部位,落钩换铁扁担重新挂 钩,然后用2台塔吊将构件吊到所需 的部位就位,进行初步连接。 施工注意事项如下:①明确口 令,专人指挥,对所有作业人员进行 集中交底:吊装前对机械、吊具进行 全面检查,核对构件的编号及安装方 向;②双机的起钩、转动、速度要同 步;③尽可能减小大臂转动的幅度 选择换吊部位时要考虑大臂的转幅: ④楼面作业层的换吊部位要能承受 构件的荷重,可将换吊部位设在墙体 顶面或在该部位板面上垫双层枕木 来分散荷载,并对该部位板下支撑进

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