北京某大型图书馆钢结构施工方案.doc

目 录一、 概况2二、 本工程钢结构特点4三、 钢结构加工及运输4四、 钢结构安装方案5五、 整体提升的安全措施10六、 钢结构施工准备11七、 钢结构现场安装13八、 现场组装质量保证措施14钢结构工程施工方案一、工程概况:本工程由地下三层和地上五层组成,为框架-剪力墙结构体系，分为两大区；即由标高8.650m(地上三层底板)以下的钢筋（型钢）混凝土全浇筑的框架(梁、板、柱)，及六个钢筋混凝土抗侧力筒体结构(以下简称核心筒)形成的沉稳基座区和由钢结构组成的(包括地上四层,五层)的屋顶区；屋顶区的全部竖向荷载由36根矩形型钢/混凝土柱传递至筏板基础；本工程屋顶区的钢结构东西方向长105.878m,南北方向宽116.600m,屋顶结构标高26.190m。屋顶区钢结构由6榀巨型主钢桁架，4榀次钢桁架（主桁架柱间支撑）和6榀屋面钢桁架及2000余件主、次钢梁、层间钢柱、梁间支撑等组成大楼四层、五层楼板及屋面承重结构；结构梁之上，铺设楼承板，焊接抗剪钉，浇灌钢筋混凝土；本工程钢结构总重约12300t（含基座内型钢柱；混凝土框架梁内钢骨）。分区情况如图所示:26.190 二、本工程钢结构特点:1、钢结构体量大: 本工程钢结构总重约12300t,其大部分集中在刚接节点的六榀主桁架、四榀次桁架及主、次桁架间刚接栓接的主梁上。最重构件为HJ-1其重达765t(不含节点短肢)。其外形尺寸为长度：116.6m。宽:1.2m、高:10.04m。2、本工程钢结构的主、次桁架的立柱、弦杆、腹杆及主梁均采用焊接箱形截面，其桁架下弦截面达1997Kg/m。且在节点区腹板加厚。最重的节点为23吨；弦杆与腹杆相交均为圆角过渡并在弦杆箱内增设对应加劲板。次梁、主梁下弦支撑等采用轧制H型钢。3、由于屋顶区钢结构Y形支撑与基座区的连接点设在标高8.650m处，且设计要求当基坐区(即:标高8.650m(地上三层底板)以下的钢筋（型钢）混凝土)达到设计强度时，才可将屋顶区钢结构落座。因此，结构安装时，必须将本工程钢结构特点一并考虑去分析其安装方案的可行性，安全性，和经济性。三、钢结构加工及运输：1、由于桁架外形尺寸高大：主桁架高达10余米，长达100余米，一个单元的次桁架也高达10余米；长22.7米,也就是说,即便将主桁架分段组成单元，就其外形尺寸而言也无法运输。因此工厂只能将所有主、次桁架分解若干杆件及节点，加工成型。然后按变号运至现场组装；这部分工程量约为5000吨。2、其余主、次钢梁、层间钢柱、梁间支撑等工厂须加工成型完整构件并与上述桁架散件按项目部提出的杆件加工清单分期分批运到施工现场。（工厂加工工艺略）四、钢结构安装方案：1、安装方案确定：（1）由于本工程钢结构特点所决定,本工程钢结构的安装与常规钢结构安装(即基础验收-构件进场就位码放起重安装)的简单方法是不相同的；因为，从工厂运至现场的桁架散件还需增加一个焊接拼装成完整桁架的过程,桁架不能成为独立稳定单元,其他任何构件均无法安装。要完成桁架拼装过程必须满足其拼装条件：铺设承重拼装平台（单榀桁架线荷载8吨/米）、设置工装卡具，配备起重、焊接、检测人员及设备等。单榀桁架拼装还需增设可靠临时支撑系统，以防止桁架倾倒。如果把桁架散件视为构件按常规钢结构安装方法，（即：土方开挖基础底板基坐区施工-钢结构安装）；那么，上述的要完成桁架拼装过程必须满足其拼装的条件必然要跨越钢筋/型钢混凝土结构层而到标高8.65m-16.15m高空去建立；显而易见，这种施工方法的安全性、经济性和施工难度的不可预见性，在本工程的特殊情况下是不可取的。 （2）将桁架散件在地面分段拼装，空中对接，除事先在对接节点设置足够刚度承重架及操作平台外，还需解决对接接口同心矫正和变形矫正问题。如果桁架分段空中对接的变形解除不彻底产生了侧向变形，当次桁架单元高空安装时（两个节点同时安装）施工难度就会更大，将难以保证工程质量。（3）按常规钢结构安装方法，混凝土结构占据钢结构的下部空间，所有钢结构构件都要通过起重机远距离起吊空中就位；无论是杆件空中散拼，还是构件分段空中对接，其最小单件重量都要长期使用超大吨位起重机配合水平、垂直运输、起重和安装；且不能发挥其效率；如果想省去超大吨位起重机的水平运输，必然增加通过混凝土结构层进行滑移就位安装，从而增大安装费用。（4）结合本工程钢结构特点和通过对常规钢结构安装方法在本工程使用不利因素的分析；考虑到安装方案的可行性，安全性，经济性和施工工期；得出如下结论：1）地面就位拼装是满足桁架拼装过程必备条件的最佳选择。2）将主桁架、次桁架、四/顶层主梁（以下简称主结构）地面组合，是钢结构整体安装质量、并给五层结构及其他次结构的安装建立空中平台提供可靠保证。3）主结构整体液压提升是避免长期使用超大吨位起重机配合安装的安全、稳定的起重安装方法。4）整体液压提升主结构这一体量的选取与确定，并非整体液压提升全部屋顶区钢结构能力的问题，而是考虑到在保证质量的前提下，尽可能缩短钢结构在地面的停留时间，使基础及基座区钢筋（型钢）混凝土结构工程投入施工。因此，安装方案确定为：主结构地面整体就位拼装-基座钢筋/型钢混凝土施工-主结构整体分步提升-基座型钢混凝土施工完成-主结构整体落座-拆除液压提升装备并改用稳定的主结构作平台和塔吊继续拼装四/顶层剩余主梁-四/顶层次梁-屋面桁架-五层全部结构。2、整体提升主结构方案的优点：（1）首先在地面上建立拼装平台,使结构构件的节点、杆件利用工装、卡具和较小起重机，能准确无误地拼装在水平、轴线位置上；相对减少高空作业。构件所有节点均稳定地坐落在平台上焊接变形量小。（2）主结构地面拼装完成后，等于建立起空中安装平台，整体提升至设计标高对继续安装的四层/顶层悬挑主梁、次结构，以及五层全部钢构件提供可靠保障。3、整体提升主结构的顺序：（1）平整场地：进场后先进行场地平整和施工道路硬化。（2）测量放线：将建筑物各轴线和钢桁架轴线及控制线测设在地面上。（3）制作拼装平台：按轴线位置在主桁架每个下弦节点处制作钢筋混凝土独立基础，同时进行提升钢架桩基础和下部钢架安装。为方便钢结构安装，平台上表面高出地面1.2m。（4）拼装钢结构：在拼装平台上按顺序拼装钢结构。（5）土方开挖：在主要钢结构拼装完成后，从东向西进行土方开挖。（6）地下室结构施工：土方开挖完成后，按正常施工顺序进行地下室结构施工，施工时核芯筒提前进行。（7）安装上部提升钢架、千斤顶和钢架间支撑：在核芯筒施工到负一层时，将上部提升钢架和千斤顶安装到位，并进行调试。（8）第一次提升：经对整体提升主结构的各项措施落实、技术参数准确无误后，将主结构提升至下弦底标高8.900米，在提升钢架上设置横梁，将主钢构临时支撑，拼装桁架Y型支撑（屋顶区支撑钢柱），将其杆件分别安装于桁架下弦杆上，最重杆件为20t,使用50t汽车起重机在地面上完成吊装工作，吊装高度8.000米（详见附图四）。（9）第二次提升：将主钢构继续向上提升4.4m高，在提升钢架上设置横梁，将主钢构临时支撑，施工地上一层核芯筒和其他混凝土结构。（10）第三次提升：将主钢构再次向上提升4.4m高，在提升钢架上设置横梁，将主钢构临时支撑，施工地上二层核芯筒和其他混凝土结构。（11）下降至设计标高：主结构整体提升至设计标高以上，待基座施工满足要求后，将结构的Y型支撑柱筒体套进基座的型钢柱头上并进行刚性连接 (焊接)。（12）其他杆件安装：拆除液压提升装备改为利用塔吊做起重设备;继续进行四/顶层剩余主梁-四/顶层次梁-屋面桁架及檩条-五层全部结构的拼装。4、整体提升的方法：（1）整体提升主结构的吊点选择与结构设计支点相一致，共设六个吊点（每个核芯筒为一个吊点），每个吊点由四个500吨穿芯千斤顶组成，每个千斤顶承担荷载为333吨，24只穿芯千斤顶整体提升主结构约8000吨。（主结构地面拼装工程量及吊点布置见附图一至四）（2）整体提升主结构所用提升设备由提升承重塔架、吊装索具、液压千斤顶、液压泵站和控制台等组成。本工程采用LSD液压提升系统，它的工作原理是利用钢绞线与夹持器装置把重物、提升千斤顶连接起来，利用提升千斤顶、夹持器交替动作和千斤顶活塞与油缸、钢绞线的相对运动使重物达到上升和下降的目的，控制系统按相应的液压提升工法控制液压泵站驱动千斤顶的油缸、夹持器动作，形成一个闭合循环。经过一个闭合循环，重物升高或下降一定的高度，周而复始，直至把重物升高或下降到预定高度。LSD液压提升系统由三部分组成:承重系、泵站系和控制系。1）承重系：承重系包括提升千斤顶、构件夹持器以及承重用柔性钢绞线，它利用设计制造的门式提升架作为提升的承力点。提升千斤顶安装于承重横梁之上,钢绞线上端夹紧于提升千斤顶的夹紧装置,下端通过专用夹持器连接于重物上。工作时提升千斤顶油缸不动，活塞作往复运动。当上夹持器夹紧钢绞线时,下夹持器松开,活塞提重物上升或下降.当下夹持器夹紧钢绞线时,上夹持器松开,提升千斤顶空载上升或下降,重物保持不动。2）泵站系：液压泵站接收控制系统给出的指令，开关电磁阀从而控制油路驱动千斤顶的油缸、夹持器动作。使千斤顶形成循环动作。它使用二位四通换向阀和三位四通换向阀作为调节流量的控制元件。3）控制系：它控制着整个液压提升系统协调动作，提供了良好的人机界面让操作者实现手动控制；自动控制；在手动控制中能实现对单项、多项、单吊点和多吊点的控制。控制系由检测部分、电器执行部分、显示部分和操作部分组成；它有激光测距仪、油压传感器等检测元件，它检测控制系统各个状态的相关信息并把信息传送到控制计算机，计算机处理这些信息，把相关数据送到控制台提供给操作人员。监视并根据控制台预先选定的方式按LSD液压提升工法控制液压泵站驱动千斤顶动作实现提升。（液压提升设备配置及其计算见附件一）（略）（3）提升承重塔架由-14米以下的灌注桩基础承担荷载和锚固。（灌注桩基础、提升塔架设计及其计算见附件二）（略）五、整体提升的安全措施：整体提升约8000吨钢结构施工，目前还没有成熟经验可借鉴，为了整体提升工艺做到万无一失，重点研究制订整体提升的安全措施。1、液压系统经调试达到24个穿心千斤顶同步运行，并在穿心千斤顶上下两端设置安全夹持器，以保证，万一千斤顶出现故障时，使被提升的钢结构可靠停留。2、为使整体提升的主结构在空中安全可靠停留，在提升架停留点位置上设置承重横梁，当整体提升进入停留点位置后，将横梁托住桁架下弦吊点，使被提升的全部荷载锁定并传递到提升架上。3、当整体提升进行时，如何抵抗风载给予的水平推力，防止钢结构水平位移，除提升塔设计本身保证足够刚度外,整体提升前, 在每组提升塔架顶部设置支称，将四个门架连接成一体，再用缆风绳把六组塔架拉接在一起并与地锚可靠拉接。如下图所示:（缆风绳、地锚设计与计算详见附件三）（略）六、钢结构施工准备：1、施工技术准备：（1）钢结构工程施工前根据设计蓝图进行施工图转换工作,按拟定的施工程序编制施工进度计划,提出杆件节点加工清单、运输计划及工程所需材料、设备、用电计划。（2）完成主结构拼装、整体提升工艺、装备的设计工作并投入实施；（3）结合整个工程施工平面布置，安排钢结构构件进场卸车、码放、拼装、就位等所需场地，和必要设施的建造。（4）根据整个工程施工进度安排,建立钢结构现场安装、焊接，检验为一体的劳动组织。2、施工场地准备：（1）因本工程主结构在地面就位拼装，所以施工现场必须进行地面硬化，建造拼装平台，埋设工装预埋铁件，并将整体提升主结构的桩基础和正负零以下至负十四米的承重塔身埋设完成。（2）在拼装平台上完成钢结构1：1大样的放线工作。（主结构地面拼装平台设计计算见附件四）（略）3、资源准备：由于钢结构构件大部分拼接工程量必须在施工现场进行，相当于工厂的组装车间搬到工地，因此，专业人员、吊装锁具、焊接设备、及电力供应等均需做好充分准备。（钢结构施工工艺流程图如下：）七、钢结构现场安装：本工程钢结构安装采用主结构地面就位拼装，形成较稳定结构体系（即：该结构体系在脱离地面平台模具后的变形量不影响剩余结构杆件的安装，或能控制安装影响的条件下）-主结构整体提升-钢筋/型钢混凝土基座施工-主结构整体就位-剩余钢结构部分安装的施工工艺进行；在主结构地面就位拼装过程中，设六个安装流水段（即：以六个核心桶为中心分别向四方沿伸合拢）所有本工程钢结构构件、节点及杆件均在工厂加工制造，按计划运抵现场，施工现场再按六个组装流水段组织安装,每个组装流水段均在安装平台上按轴网放大样,设置工装模具；焊接采用气体保护焊,火焰预热,以保证构件连接的几何尺寸和焊接质量。其安装工艺过程简述如下:1、组合桁架拼装：组合桁架A由一榀Hj-1与一榀Hj-2主桁架；组合桁架B由两榀HJ-3主桁架并用两榀间SL-3(4)SL-5(6)主梁连接在一起形成相对稳定的钢结构单元；拼装时，采用汽车吊先将主桁架下弦杆及下弦节点放置平台模具中进行定位，（最重杆件23.6t,吊装高度2.7m；）定位准确无误后进行节点刚性连接，没个节点安排两台气保焊机组，对称焊接。控制下弦杆侧向焊接变形；下弦杆拼接完成后，利用可调整支撑架进行腹杆的安装；（最重17t吊装高度10.34m;）腹杆的定位须与对应上弦节点或上弦杆同时进行，只有定位准确无误后才能进行上部节点焊接。（上弦杆最重17.4t吊装高度11.24m）；为保证焊接质量和焊接速度，上、下弦箱型截面的下板全熔透对接焊缝坡口应朝上，在箱筒里施焊。因此，工厂加工杆件、节点时应将焊缝区的一块上翼板留至现场焊接。2、其余杆件安装（1）与主桁架刚接拼装的同时，将两榀主桁架间的四/顶层主梁依次、全部栓接于主桁架的节点短肢上，初拧高强螺栓；当主桁架整榀检测合格后，才能将主梁与主桁架的螺栓/焊接节点拼接完成。通过上述工作形成了组合桁架A，B四座既独立又稳定的单元。其总重已达4705吨（组合桁架地面就位拼装的工程量及平面布置见附图一所示）。（2）为保证四个组合桁架在提升时保持整体性（即水平、双向轴线保持一致）HJ-4、HJ-5次桁架也在地面就位拼装。其拼装工艺本着先下弦节点及下弦杆，再腹杆、上弦节点、上弦杆的安装顺序和一个对接焊口两台气保焊机组对称焊接的原则，进行拼装。为了给组合桁架间主梁留有安装通道；次桁架HJ-4的拼接可先行；HJ-5次桁架的拼接须留一节间，待这一节间主梁安装完毕，再行拼装。 （3）拼装HJ-4次桁架的同时，采取上述的原则、办法进行组合桁架间及组合桁架A外侧有层间柱SZ-2的主梁拼装（次桁架及四/顶层主梁地面就位拼装的工程量及平面布置见附图二、三所示）。(略)（4）计划内整体提升的主结构地面安装完成后,经检测合格,进行整体提升试验,利用液压提升设备将结构整体提升,脱离地面拼装平台200毫米并将结构与提升塔架锁住；检测液压提升系统各项技术参数及设备可靠性，检测主结构相关部位的变形量和整体水平度。八、现场组装质量保证措施：1、由于本工程特点所决定钢结构的组装工艺必须在工地进行，也就是说原本工厂构件组装的工程量移至施工现场进行，加之现场安装工程量，任务相当艰巨；如何创造施工条件，确保工程质量是必须解决的问题。2、施工前，所有地面组装工位进行地面硬化，制作拼装基础平台，施工现场测量放线的同时，也要把钢结构轴网进行精确测量放线并建立永久桩。3、依据轴网，分别将每个组装流水段要组装的构件大样放线于地面和拼装平台上并标明杆件号和节点位置。4、将工厂运抵的杆件对号入座，凡悬空定位的节点，设置可调支架用以承重梁或节点并微调相对轴线距离和角度。并设置经纬仪,水平仪跟班检测。5、焊接前，要对焊缝区采取电热毯加热处理，防止厚板焊接裂纹，冬季施工，还要在焊接后加热并对焊缝进行保温。焊接时,必须按焊接工艺规定的焊接顺序进行,严格控制焊接变形。6、雨、雪、风气候条件下，禁止焊接工作。7、因本工程钢桁架上、下弦杆长达100余米，由多节杆件和节点对接在一起，故在加工杆件时，每个焊口均留足焊接收缩余量，避免焊接收缩产生的累计公差。