水立方钢结构施工总体方案介绍

国家游泳中心钢结构施工总体方案国家游泳中心项目经理部汇报的主要内容一、工程概况二、施工部署三、深化设计四、材料采购五、钢结构施工工艺六、防腐涂装七、与膜结构施工配合八、钢结构检测九、其他相关工艺1、工程概况 本工程的建筑造型为“充满水的立方体”，平面尺寸177.338m×177.338m，建筑墙体底标高 +1.059m，屋顶标高30.587m。屋面及支撑墙结构由新型多面体空间钢架构成水滴的骨架。钢结构 总用钢量共约6300吨，钢材选用Q345C、Q420C。结构节点形式分为球型、半球型、方钢管相贯三 种，杆件分为圆钢管、方钢管两种形式。所有构件壁厚由6mm到40mm。节点9290个，杆件数量将 近20670根。一 工程概况2、工程特点(1)结构型式：新型多面体空间刚架杆件截面：内部腹杆为圆钢管，表面弦杆为矩形钢管。节点类型：内部腹层节点焊接球节点表面弦层节点焊接半球节点边框角线节点以边框为母杆的相贯焊接节点。节点加强：加厚或设加劲肋，连接采用套管加焊增强。 (2)钢结构高度：30.587m (3)支承形式：钢结构墙体周边支承于钢板组合砼框架梁。 (4)本工程设计基准期为50年，设计使用年限为100年，结构安全等级为一级。3、工程难点 制作精度要求高 安装难度大 空间三维定位测量难度大 焊接质量要求高难度大 屋面结构较为复杂，卸载难度大1、施工现场平面布置256HCST70/30H3/356BBPR-GT491拼装及材料场ST50/15拼装及材料场拼装及材 料场二 施工部署2、施工机械设备序 号设备名称型号单位数量功率 kVA用途1塔式起重机H3/36B台1 90钢框架安装2塔式起重机BPR-GT491台1160钢框架安装3塔式起重机ST70/30台190钢框架安装4塔式起重机256HC台190.6钢框架安装5塔式起重机ST5015台145钢框架安装6螺旋千斤顶只340钢架支撑7手工焊机台4028钢构件焊接8CO2焊机台2034钢构件焊接3、施工人员组织机构钢结构部经理物资管理员安全员钢结构专家组一级注册结构 师现场施工班组驻厂监造师质量员加工厂现场工程师电焊工用工需求计划 时间（2005年 ）5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月2006. 1 电焊工人数（人 ）1015203550606030104、主要劳动力需求5、总体施工顺序总体安排顺序是先进行墙体的施工，形成受力支撑后，再进行屋面钢结构的施工,地上 一层地上二层顶层 。墙体施工顺序1.209米墙体施工顺序二 施工部署6.55米墙体施工顺序二 施工部署墙体局部施工顺序1234二 施工部署 屋面结构施工顺序二区一区三区第一阶段第二阶段二 施工部署第三阶段二 施工部署二 施工部署6、施工进度计划工作内容开始时间完成时间持续时间钢结构深化设计2005年3月12日2005年5月5日48工作日材料采购2005年3月29日2005年6月9日73工作日钢结构加工2005年4月20日2005年8月17日120工作日现场拼装2005年5月1日2005年12月1日215工作日一层墙体安装2005年5月20日2005年6月28日40工作日二层墙体安装2005年6月1日2005年7月28日58工作日2区屋面结构安装2005年7月18日2005年9月15日60工作日3区屋面结构安装2005年8月8日2005年12月20日135工作日1区屋面结构安装2005年8月19日2005年12月25日129工作日1、深化设计原则深化设计将结合制作安装、焊接及总体设计要求，对杆件及节点进行必要的调整,以期达到既可 以保证总体设计对于建筑效果及结构安全的要求，又可以提高制作安装、焊接质量对于经济指标也 会有进一步的改善，同时对杆件详图设计也有一定帮助 2、节点合并设计现有设计中,节点中心距离小于1米的杆件有近1300根。对于相邻节点中到中距离过小,致使球 节点间杆件净长过短的问题，深化设计将根据墙面或屋面等不同部位,在综合考虑安装施焊操作、 检验及建筑效果等各种条件基础上,确定最短杆件极限长度。此深化调整将会改变局部小单元体的节点共面,对局部结构设计会有相应影响,应进行设计复核。 三 深化设计3、典型节点 4、安装控制的要求 空间节点及杆件的快速准确定位要求 为保证空间节点及杆件的快速准确定位，节点及杆件的深化设计,将结合单元的预制及安装顺 序,采取相应的预制处理工艺； 解决单元及构件拼装的干涉问题； 对于拼装中难以避免的构件干涉问题,将根据单元拼装顺序模拟,合理地采取措施,保证拼装工序 的实施。 5、安装误差调整要求 深化设计将根据子结构实验数据,结合结构刚度及应力分布规律,进行科学合理的安装及焊接模 块划分,并确定构件实际下料长度，以保证拼装及焊接的变形控制 6、焊缝质量控制要求对于类似表面构件相贯等特殊部位的焊接操作,以及因拼装时构件与节点对中无法理想实施的 情况,为保证焊接质量，深化设计将预先给出可行的解决方案。1、设计要求用于本工程的钢材厚度小于18mm的采用Q345C级，厚度大于等于18mm的采用Q420C级 。管材采用无缝或焊接钢管、矩形管。 2、厂家选择本工程采用的Q345C 、Q420C级钢材，各项技术指标较高，对选择产家的选择应特别慎 重，在选择时我公司将本着“技术业绩”优先的原则。 对有该型号钢材生产业绩的厂家优先考虑，在国内有该级别钢材生产业绩的厂家十分局限，有河 南舞阳钢厂，武汉钢铁公司。在确定厂家前，我们将组织专家对上述钢厂进行技术考察，以考证其相关业绩的真实性， 并对技术能力充分了解，在确认其据有提到钢材各项指标的能力，尤其交货状态的控制，同时在 Q420C钢材生产过程中有专人驻钢厂，以其了解钢材生产过程是否按专家确认的工艺生产。四 材料采购3、 采购中的质量控制在原材料采购合同中明确规定材质各项指标及规则依据，以及交货状态；对进入加工厂的材料进行原样验收，将对其原保证书，并逐一检查板材厚度、圆管的壁厚、几 何尺寸，对于不合符规范要求的材料坚决拒收；对入厂的各项材料进行复验，确保入厂钢材理化指标符合规范要求，对于不合格产品做出标识 ，并及时退厂，保证不出现不合格产品的堆料。 五 钢结构施工工艺通过对本钢结构工程的深入理解，对本钢结构工程施工工艺我项目将本着“一般工艺 求精，难点工艺求专”的原则，制定本工程钢结构的施工工艺。针对工程的五个难点，我们制定相应的工艺措施与控制点，逐一解决施工中的难题1、钢结构与混凝土结构连节点待土建结构提供工作面后，施工墙体钢框架，与土建基础连接形式如下图： 在与混凝土连接的方钢管上焊接临时固定小牛腿,并在混凝土施工时埋入地脚螺栓,通过 地脚螺栓与牛腿将钢结构与混凝土墙体连接 。2、钢结构加工工艺本工程加工工艺中钢管加工、球节点加工为一般工艺；加工难点为方钢管相贯节点的 加工，在结构加工时主要控制以下几种节点的加工。在节点加工前，应对以上节点进行节点试验(1:1),确定节点的工艺，如内衬板的方式、组 装顺序、组焊的顺序、焊接的各项参数等，以保证加工的成品构件的精度满足设计与规范要求3、钢结构安装工艺核对进场的各种 节点、构件及连 接件的规格、品 种、数量测量仪器必须 按国家有关的 计量法规的规 定定期送检原材料质量保 证书和试验报 告及见证复试检查安装前的 准备工作 构件编 号构件制作质量 检验位置根据设计 的三维坐标确 定在建筑物端部 或中部搭设高 空拼装操作平 台进行钢框架 安装 区域成 形复核定位轴线 和标高编制施工 组织设计施焊复核支点三 维坐标焊接检查进行框架体 系全面测试安装感 应片卸 载合格安装工艺墙体安装墙体安装过程中为确保在安装腹杆前结构的稳定性用脚手架作支撑体系。屋面安装屋面安装过程中主要控制屋面标高，采用千斤顶进行微调。4、钢结构测量工艺平面控制网测设，竖 向投测调整后达到规范 要求钢框架就 位复校内业数据处理输入全站 仪外业数据测 量输出结 果对整个施工现场的轴线网进行测量，杆件的定位采用全站仪三维投点法。确定杆件一端三 维坐标点，将三维座标输入全站仪，运用三台全站仪实测坐标取平差值，以同样方法确定杆 件另一端三维坐标，调整钢框架安装精度，达到规范允许偏差范围内。5、钢结构焊接工艺焊接质量要求杆件与焊接球剖口焊缝 一级相贯节点剖口焊缝 一级杆件与节点加强区对接焊缝 一级支座连接钢板剖口焊缝 一级加劲肋双面角焊缝 三级其他次要焊缝 三级典型焊接节点（建议）球节点焊接形式内衬管连接形式球节点焊接形式外套管连接形式球节点焊接形式半球节点焊接形式焊接材料本钢结构工程采用Q345C、Q420C钢材，焊接材料相应采用E50XX及E55XX系列的焊条焊接方法采用手工电弧焊与CO2气体保护焊焊接工艺评定本工程焊接工艺评定共做20组，常温与负温CO2气保焊和手工焊各1组 Q345CQ345C板对接； Q345CQ420C板对接 Q420CQ420C板对接； Q420CQ345C管球对接； Q345C-Q345C管球对接。 在工艺评定之前应对Q420C钢材进行母材的可焊性试验来确定焊接的基本参数 焊工考试 考试内容和方法参加本工程的焊工全部进行附加考试中的操作考试对于不同材质的钢材焊接应分别考试，即部分 焊工考核Q345C材质的焊接，部分焊工考核Q420C材质焊接，以减少考试用钢材的投入。同时在 焊接时加以区分。考试的焊接方法为手工电弧焊和C02气体保护焊，焊条为5515，焊丝为锦泰JM-581.2焊丝。试件板材质为Q345C、Q420C焊接形式选择对接，焊逢位置选择平焊、横焊、立焊（F、H、V ）及管与球的全方位焊。 考试试件的检验项目应符合下表规定试件 形式试件厚 度 （mm）外 观 检 验无损探 伤侧 弯全断 面拉 伸拉 伸冲击宏观酸 蚀及硬 度板对 接焊25要超声波4个/2 个焊缝3 个热影 响粗晶 区3个管与 球25要超声波2/2现场焊接的顺序节点的焊接顺序球节点焊接采用由下至上的180度或60度对称焊接方钢管采用由下至上对称焊接阶段整体焊接采用由中心向四周扩散焊接的顺序，阶段焊接收口的位置选在与四周相连接的位置6、钢结构屋面卸载工艺卸载方法采用钢管脚手架组合支撑，螺旋千斤顶调节，分步等距卸载卸载顺序序号卸载顺序优点缺点 11区3区2区脚手架可以周转使用分区卸载将在墙体区 产生负弯矩对屋面结 构产生不利影响21区2区3区 33区2区1区 43个区域同时卸载符合设计工况，有利于结构 整体的质量大量积压脚手架5综合比较为保证结构质量，采用3个区域同时卸载方法支撑点布置支撑点布置支撑架布置卸载支撑点应在屋面下弦接点位置，承重支撑应进行连接三个区域卸载重量与千斤顶布置如下表 序号区号屋面尺寸重量卸载点 数千斤顶 数量备注1一区45.9m×176.5 m950吨4个32只每个点 8个千斤顶2二区176.5m×44.9 m890吨4个32只3三区123m×120m2200 吨28个256只有四个点 16只千斤顶 组合脚手架支撑点搭设支撑点立面支撑点平面卸载方法卸载时采用同时、等距的方法来卸载。每一次缓慢释放位移5mm由于所采用的千斤顶最大行程为 300mm，同时由于本工程跨度大，最大竖向位移为400mm。根据竖向位移值的大小将千斤顶卸 载分为二类，如下所示：第一类：卸载行程在300mm以内第二类：卸载行程大于300mm当竖向位移大于300mm时，采用传递法，即当释放量到270mm左右时，就取出上层千斤顶 ，再用下层千斤顶续继释放，至设计标高当卸载到设计规定值时，根据钢结构对脚架的要求， 拆除多余脚手架，并测量其结构实际的挠度值及结构的几何尺寸，同时做好记录。 1、钢结构防腐涂装标准本钢结构防腐设计年限为25年。2、相关厂家阿克苏.诺贝尔工业油漆（苏