8-第八章-歌剧院钢结构安装.doc

第八章 歌剧院钢结构安装
8.1 安装总体概述
结合本工程的实际情况，跨度大、构件重，特别是铸钢节点构件，其中最重的达37t，且大部分铸钢节点临空设计。歌剧院钢结构的安装将采用高空胎架原位拼装法进行安装，待全部安装完毕后进行整体卸荷。主梁和铸钢节点进行散件安装，次梁在地面拼装成片状体后进行安装。铸钢节点和主梁安装时下设安装胎架和安装操作平台。
大剧院钢结构主要采用两台K50/50塔吊、一台SN630塔吊和一台200T履带吊吊装，局部超过塔吊起重量的铸钢节点采用高空滑移法+定点吊装法安装。
安装整体顺序：平面上从中间向四周扩散安装；立面从下结构面到上结构面逐步扩展安装。
歌剧院的构件情况，见构件情况表8.1：
表8.1 构件情况表
序号
构件名称
数量
单位
特点
1
三角面
64
个
每个面上有三到四个节点，节点之间主梁连接，主梁之间布置间隔约6m的小三角形次梁网格；
2
铸钢节点
47
个
平均每个铸钢件重18T，其中最重的铸钢节点约37T，铸钢件最长支腿长达15m；
3
收边梁节点
10
个
型钢焊接拼装；
4
箱形主梁
105
根
截面宽度恒定400m，截面高度0.8～1.5m，单根净长最长为56.889m,单根最重为24.277T；
6
箱形次梁
1085
根
截面宽度恒定300mm,截面高度0.8～1.0m；
7
箱形收边梁
10
根
收边梁高恒定400mm,宽度随墙面与地面夹角面变，单根净长最长为59.805m,单根最重为30.633T；
8
球形支座
79
个
其中多数为固定铰支座,转角处为了释放水平力采用平面滑动支座；
9
主舞台桁架
24
榀
桁架由工字钢拼装组成,其中最重的一榀HJ-1约70.262T。
8.2 吊装区划分
根据结构特点和吊装施工部署，将歌剧院屋盖钢结构划分成5个施工区，安装按施工区所包含的结构面逐步展开。施工区划分如图8.2-1：
图8.2-1 歌剧院钢屋盖安装分区示意图
各施工区所包含的节点、主梁和结构面见表8.2

施工区
结构面
铸钢件
主梁
一区
M-45、 M-46、 M-40、 M-42、 M-41、 M-43、 M-38、 M-39、 M-22、 M-63、 M-60、 M-61、 M-62、 M-54
DJD-13、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、57 共15个
DZL-49、50、51、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79 共29根
二区
M-50、 M-51、 M-49、 M-52、 M-18、 M-47、 M-24、 M-25、 M-48、 M-17、 M-15、 M-16、 M-14、 M-23、M-31
DJD-1、2、3、4、12、34、35、36、37、38、39、40
共12个
DZL-1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、16、18、19、47、48、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105 共30根
三区
M-3、 M-4、 M-2、 M-1、 M-56、 M-28、 M-26、 M-19、 M-20、 M-32、 M-27、 M-59、 M-33、 M-58
DJD-5、6、7、8、9、10、11、14、56

共9个
DZL-14、15、20、21、24、25、26、28、29、30、32、33、36、37、38、40、41、45、46、52、53

共21根
四区
M-53、 M-57、 M-44
无
DZL-82、84、85
五区
M-12、 M-13、 M-11、 M-34、 M-7、 M-5、 M-6、 M-37、 M-8、 M-10、 M-9、 M-37、 M-29、 M-64、 M-30、 M-35、 M-21 、M-55
DJD-28、29、30、31、32、33、35、52、53、54、55

共11个
DZL-17、22、23、27、31、34、35、39、42、43、44、80、81、83

共22根
表8.2 节点、主梁和结构面分布情况表
8.3 安装顺序与流程
8.3.1整体安装顺序
整个屋盖钢结构安装顺序为：平面上从中间向四周扩散安装；立面从下结构面到上结构面逐步扩展安装。

图8.3-1歌剧院屋盖安装顺序示意图

8.3.2歌剧院钢结构安装施工总流程：

二、安装胎架的搭设与一区铸钢节点安装

一、塔吊安装

四、施工三区和五区立面结构面安装

三、施工一区立面结构面的安装

六、立面结构面安装完成

五、施工三区两侧结构面安装

八、施工一、三、五区平面结构面安装及主舞台桁架安装

七、完成整个结构安装

九、施工二区结构面的安装

十、结构面合拢安装

十二、塔吊拆卸、补装塔身区次构件

十一、完成整个结构安装

8.3.3 单个结构面的安装顺序如下：
胎架搭设

铸钢节点安装diazdioazhuang

主梁安装

次梁安装

边梁安装

次梁地面拼装

胎架搭设
铸钢节点安装
主梁安装
次梁安装

单个结构面安装顺序示意图
8.3.4 施工步骤
根据歌剧院屋盖钢结构特点、施工分区及吊装设备布置情况，确定施工步骤如下：
第一步：完成一区钢结构安装
1、首先进行一区边梁的安装；
2、按照从下到上的顺序，分别完成一区各结构面的钢结构。
3、各结构面的钢构件安装依次按照主节点、主梁、次梁的安装顺序进行。
第二步：完成二区钢结构安装
构件安装同第一步。
第三步：完成三区主舞台南北两侧钢结构安装
构件安装同第一步
第四步：完成三区主舞台承重桁架安装。
1、首先进行南北两侧的桁架安装；
2、从东向西依次完成主桁架和次桁架安装。
第五步：完成三区中部屋盖安装。
各结构面的钢构件安装依次按照主节点、主梁、次梁的安装顺序进行；
第六步：完成五区钢结构安装
1、边梁安装；
2、按照从下到上的顺序，分别完成各结构面的钢结构；
3、各结构面的钢构件安装依次按照主节点、主梁、次梁的安装顺序进行。
第七步：完成四区钢结构安装
1、首先进行边梁的安装，并预留节点49～50间的边梁；
2、按照从下到上的顺序，分别完成各结构面的钢结构；
3、各结构面的钢构件安装依次按照主节点、主梁、次梁的安装顺序进行；
4、选择合适的温度进行结构合拢，完成整个屋盖结构安装。
第八步：完成整个结构面的安装开始进行钢结构焊接
1、各接点高强螺栓临时连接；
2、整体焊接顺序：从中间向四周逐步扩展焊接，最后到边梁上进行收口焊接。
3、各结构面的焊接顺序按先焊主约束后焊次约束的原则进行。
第九步：完成结构卸荷，进行支座焊接与二次灌浆。
8.4 歌剧院钢屋盖构件吊装工况分析
1、铸钢节点吊装工况分析如图8.4-1所示；
2、主梁吊装工况分析如图8.4-2所示；
3、次梁分段单件重量不超过5T,均不超过塔吊的最小起重量；现场可根据塔吊的起重性能和作业半径尽量在地面拼装成片后分片吊装。

8.5 工厂预拼装
8.5.1 预拼装形式
构件运至现场前，在制作厂拼装场地对结构面进行预拼装检查，主要对主梁、节点和部分次梁进行拼装。预拼装前，根据结构面各构件的空间位置进行计算机实体模拟，建立拼装胎架三维模型，根据模型1：1放样设置仿形拼装胎架，采用平卧拼装方法。
结构面的预拼装主要检查各构件的相对位置、杆件角度、接口尺寸和接缝、空间坐标、测量控制点位置等关键控制指标是否符合设计，为安装提供准确的定位信息，确保安装精度。
拼装定位架
结构面
拼装平台
拼装定位架
结构面现场预拼装示意图
拼装形式如图示：

拼装平台
定位支架
定位支架
定位器
仿形拼装胎架示意图

8.5.2 预拼装清单
根据各施工区结构面的相互连接情况，在每个施工区中部选择三个结构面进行预拼装，其预拼装清单如下：
歌剧院现场预拼装清单
部位
结构面编号
铸钢节点号
主梁编号
次梁
歌剧院
施工一区
M—40
（17，18，26）
DZL—59
DZL—61
DZL—63
中间通长次梁两根
M—46
（20，25，26）
DZL—70
DZL—71
DZL—77
中间通长次梁两根
M—62
（16，17，20）
DZL—56
DZL—58
DZL—60
中间通长次梁两根
歌剧院
施工二区
M—14
（14，15，22）
DZL—52
DZL—55
DZL—53
中间通长次梁两根
M—16
（5，6，14）
DZL—20
DZL—21
DZL—25
中间通长次梁两根
M—24
（6，7，23）
DZL—24
DZL—26
DZL—29
中间通长次梁两根
歌剧院
施工三区
M—3
（4，5， 33）
DZL—14
DZL—17
DZL—22
中间通长次梁两根
M—28
（32，33，41）
DZL—89
DZL—91
DZL—93
中间通长次梁两根
M—16
（5，6，41）
DZL—20
DZL—23
DZL—27
中间通长次梁两根
歌剧院
施工四区
M—53
（29，30，36）
DZL—83
DZL—84
DZL—85
中间通长次梁两根
M—57
（28，31，34，35）
DZL—81
DZL—82
DZL—88
DZL—94
中间通长次梁两根

歌剧院
施工五区
M—5
（4，34，37）
DZL—18
DZL—19
DZL—95
中间通长次梁两根
M—8
（337，38）
DZL—12
DZL—13
DZL—100
中间通长次梁两根
M—21
（3，4，15）
DZL—9
DZL—11
DZL—16
中间通长次梁两根
8.6 构件安装
8.6.1 铸钢节点安装
1、铸钢节点结构概况
本工程特殊的结构造型，决定了铸钢节点的复杂性铸钢节点体形庞大（长达7m）、重量重（最重达37t），节点上分枝多达10支，每个节点外形、分枝角度和空间位置均不相同，结构多样性和差异性较强，安装定位和校正均有一定难度。典型节点如下图示：

典型铸钢节点示意图
2、铸钢节点安装方法
根据整个外壳钢结构安装方案，铸钢节点跟随结构面构件进行安装，因它是结构面的关键连接点，因此在结构面主梁安装之前，需先安装铸钢节点。安装方法采用高空胎架法，即在节点下方搭设安装胎架，对节点进行临时支承。
3、安装工艺流程
进场验收→与主梁预拼装→高空胎架搭设→测量放线→吊装就位→校正与临时固定。
4、铸钢节点安装准备工作
（1）、进场验收
铸钢节点在工厂铸造后，根据安装顺序，公路运输至现场，进场后，在地面专门设置的钢平台上进行检查验收，主要检查外形尺寸、标识、涂装质量、分枝数量与角度方向、节点中心和分枝端预定的测点三维坐标、吊装吊耳及校正辅助件位置等项目，确保构件安装顺利。
节点分枝角度和坐标检测采用全站仪进行，事先利用已建立的外壳钢结构整体模型，对铸钢节点检测进行计算机仿真模拟，建立节点检测的三维模型，将设计的节点中心空间三维坐标转换为位于检测平台上的节点表面三维坐标。
利用专用检测装置对已在工厂标识好的高空定位测量点进行进一步的复核，并做好分枝与主梁的对位中心标识。
铸钢节点进场检测验收如图示：

铸钢节点进场检测示意图

（2）、铸钢件与主梁预拼装
根据外壳钢结构的结构面空间位置，仿形模拟设置预拼装胎架，将铸钢节点和主梁进行与拼装，以检查节点与梁的连接是否满足要求。
（3）、胎架设置
典型胎架设置如下图所示，其他见第六章。

操作架
定位装置
下设液压千斤顶
支撑胎架

铸钢节点安装支撑胎架设置示意图
（4）、铸钢节点吊装绑扎
铸钢节点采用四点绑扎吊装，其中两点固定，两点用倒链进行调节，便于高空就位进行角度调整。如下图示：

铸钢节点吊装绑扎示意图
（5）、铸钢节点吊装就位
将铸钢节点吊装至高空临时胎架上，对准已测量放线完并调节到位的限位装置，缓慢落钩，使铸钢节点安全落于胎架上。就位过程中，应避免对胎架进行振动冲击，从而影响节点定位。
吊装就位如图示：

定位装置
临时胎架
铸钢节点就位后，在四面用千斤顶进行初步顶紧

铸钢节点吊装就位示意图

（6）、铸钢节点测量校正
铸钢节点就位后，借助在定位装置底部和侧面立柱上设立的集群千斤顶进行标高和水平位置调整，用全站仪进行监控测量。具体方法见整体测量技术章节。
（7）、铸钢节点临时固定
校正后，顶紧四周的千斤顶，并连上临时斜撑，对铸钢节点进行临时稳固，之后进入主梁安装。
8.6.2 主、次梁拼装
根据加工分段原则，主梁需在高空拼装，其长度控制在15m以内。由于主梁在空间位置为倾斜状态，同一件主梁连接两个不同面的结构面。如果起拱，将很难控制每个面的安装精度，所以主梁对接安装时不考虑起拱。
8.6.3 吊耳与临时连接件设置
在深化设计中，根据构件实体模型计算确定构件的吊点位置，吊点采用单耳板形式，并在工厂焊接好。

吊装吊耳

吊装吊耳设置示意图

构件间的临时连接采用螺栓连接板形式，即构件接口位置两边设置连接板。如图示：
临时连接板

临时连接板设置示意图
8.6.4 构件吊装绑扎
在钢梁梁吊装前，必须完成一个结构面的铸钢节点安装就位，主梁吊装采用三点绑扎，其中两点固定，一点用倒链进行调节倾角。

钢梁吊装绑扎示意图

8.6.5 构件吊装就位与测量校正
主梁吊装到位后，与节点上的临时连接板进行初步连接，形成结构面框架，然后用全站仪测量，通过设立在节点或主梁分段下方的千斤顶装置进行调节校正，使结构面的框架位置符合设计要求。测量校正见结构面框架校正示意图。
主梁框架校正完，拧紧临时螺栓，然后进行次梁安装，先安装片状单元，后安装单元间的次梁散件。

结构面框架校正示意图
8.7超重构件的滑移定点吊装法
根据8.4节钢构件的工况分析，有5个铸钢节点超过塔吊的起重性能却履带吊跨外作业半径大也无法吊装，需采用滑移定点吊装法吊装。
滑移定点吊装法步骤如下：
（1） 在所安装的铸钢件下方搭设脚手架拼装平台，上铺滑移装置；拼装平台的位置需满足200T履带吊作业半径的起重量。
（2） 用履带吊将铸钢件吊至滑移装置上，然后用卷扬机牵引滑移至定点吊装的相应位置。
（3） 利用土建结构，安装微型起重机。
（4） 用微型起重机定点吊装就位。
其安装流程如下图所示：

微型起重机定点吊装就位

铸钢件吊至搭设的脚手架拼装平台上

大石头需滑移定点吊装的铸钢件有五件，分别为：DJD-4、5、18、20、33

滑移至定点吊装的位置