朝陽(yáng)異形鋼結(jié)構(gòu)施工方案一、工程概況1.1項(xiàng)目背景本項(xiàng)目為朝陽(yáng)市某文化中心異形鋼結(jié)構(gòu)屋面工程，建筑造型以"騰飛的翅膀"為設(shè)計(jì)理念，采用空間管桁架與單層網(wǎng)殼組合結(jié)構(gòu)體系。總建筑面積約15000㎡，鋼結(jié)構(gòu)總用量850噸，最大跨度48米，檐口高度22.5米，最高點(diǎn)標(biāo)高36.8米。結(jié)構(gòu)整體呈雙曲拋物面形態(tài)，包含12榀主桁架、36榀次桁架及860個(gè)異形節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)形式主要為相貫線焊接節(jié)點(diǎn)與鑄鋼節(jié)點(diǎn)組合。1.2工程特點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性：構(gòu)件呈現(xiàn)三維空間扭曲形態(tài)，最大單榀桁架重達(dá)32噸，節(jié)點(diǎn)部位最多包含6根不同角度支管交匯精度要求高：支座定位誤差需控制在±3mm內(nèi)，累積偏差不超過15mm，焊接變形控制要求嚴(yán)格施工難度大：高空作業(yè)占比達(dá)75%，需跨越已施工完成的混凝土看臺(tái)結(jié)構(gòu)，吊裝作業(yè)空間受限工期緊張：鋼結(jié)構(gòu)施工總工期為120天，需與機(jī)電安裝、幕墻工程交叉作業(yè)1.3編制依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》GB50205-2020《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2012《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ7-2010本工程施工圖紙及設(shè)計(jì)變更文件施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察數(shù)據(jù)二、施工準(zhǔn)備2.1技術(shù)準(zhǔn)備深化設(shè)計(jì)采用BIM技術(shù)建立全尺寸三維模型，完成構(gòu)件分段與節(jié)點(diǎn)細(xì)化，重點(diǎn)部位進(jìn)行有限元受力分析對(duì)所有異形構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化編號(hào)，生成加工圖與安裝定位坐標(biāo)，確保工廠加工與現(xiàn)場(chǎng)安裝數(shù)據(jù)統(tǒng)一模擬施工全過程，提前發(fā)現(xiàn)并解決構(gòu)件碰撞問題，優(yōu)化吊裝路徑工藝評(píng)定針對(duì)Q355B鋼材進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，確定最佳焊接參數(shù)：手工電弧焊：E5015焊條，直徑4.0mm，電流140-180A，電壓24-28VCO?氣體保護(hù)焊：ER50-6焊絲，直徑1.2mm，電流200-250A，電壓28-34V進(jìn)行1:1節(jié)點(diǎn)焊接試驗(yàn)，測(cè)試不同焊接順序?qū)ψ冃蔚挠绊懀_定合理施焊流程2.2現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備場(chǎng)地布置劃分材料堆放區(qū)、拼裝區(qū)、焊接區(qū)和成品區(qū)，各區(qū)設(shè)置明顯標(biāo)識(shí)拼裝區(qū)采用200mm厚C20混凝土硬化，設(shè)置300mm×300mm排水溝，配備4臺(tái)2噸叉車安裝4套H型鋼臨時(shí)支架，基礎(chǔ)采用樁基承臺(tái)形式，承載力不低于500kN測(cè)量控制網(wǎng)建立三級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)，布設(shè)6個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和12個(gè)工作基點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行閉合導(dǎo)線測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在混凝土墩上，采用強(qiáng)制對(duì)中裝置，確保測(cè)量精度利用LeicaTS60全站儀進(jìn)行實(shí)時(shí)三維定位，測(cè)量精度達(dá)到1mm級(jí)2.3材料準(zhǔn)備鋼材驗(yàn)收主結(jié)構(gòu)采用Q355B鋼材，抗拉強(qiáng)度470-630MPa，屈服強(qiáng)度≥355MPa，伸長(zhǎng)率≥21%所有鋼材進(jìn)場(chǎng)時(shí)需提供質(zhì)量證明書，并按規(guī)定進(jìn)行力學(xué)性能和化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)表面銹蝕等級(jí)應(yīng)符合GB/T8923.1規(guī)定的A級(jí)或B級(jí)，端部切割面垂直度偏差≤1mm焊接材料管理焊條選用E5015-G，直徑3.2mm和4.0mm兩種規(guī)格，烘焙溫度350-400℃，保溫1-2小時(shí)焊絲采用ER50-6實(shí)芯焊絲，直徑1.2mm，保護(hù)氣體純度≥99.98%，露點(diǎn)≤-40℃建立焊材二級(jí)庫(kù)，配備智能烘干箱和保溫筒，實(shí)行領(lǐng)用登記制度，焊條在保溫筒內(nèi)存放時(shí)間不超過4小時(shí)三、吊裝工程3.1吊裝設(shè)備選型根據(jù)構(gòu)件重量和安裝高度，確定主要吊裝設(shè)備：主吊：1臺(tái)300噸履帶起重機(jī)，主臂長(zhǎng)度48米，最大作業(yè)半徑18米時(shí)額定起重量45噸輔助吊：2臺(tái)50噸汽車起重機(jī)，用于小型構(gòu)件吊裝和主吊輔助作業(yè)吊裝索具：主吊采用4根Φ32mm鋼絲繩，破斷拉力580kN，安全系數(shù)8.5專用吊具：20套定制異形吊耳，材質(zhì)Q345B，焊接后進(jìn)行100%UT探傷配備2臺(tái)5噸手拉葫蘆用于構(gòu)件微調(diào)3.2吊裝總體部署采用"分區(qū)分段、由中間向兩端、先主后次"的吊裝順序：先安裝4個(gè)固定支座和8個(gè)滑動(dòng)支座，精確調(diào)整標(biāo)高和坐標(biāo)吊裝12榀主桁架，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系安裝次桁架及支撐系統(tǒng)，完成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)最后安裝邊緣構(gòu)件及附屬結(jié)構(gòu)3.3關(guān)鍵吊裝工藝以最重主桁架（32噸）吊裝為例：吊點(diǎn)設(shè)置采用4點(diǎn)吊裝，經(jīng)ANSYS受力分析確定吊點(diǎn)位置，確保吊裝時(shí)桁架撓度≤L/2000吊點(diǎn)處設(shè)置加強(qiáng)綴板，厚度16mm，與桁架弦桿滿焊連接安裝傾角監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控吊裝過程中構(gòu)件角度變化吊裝步驟graphTDA[構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收]-->B[吊具安裝與檢查]B-->C[試吊離地300mm靜止10分鐘]C-->D[檢查吊點(diǎn)受力與結(jié)構(gòu)變形]D-->E[緩慢起吊至安裝高度]E-->F[旋轉(zhuǎn)對(duì)位，精度控制±5mm]F-->G[臨時(shí)固定，安裝4個(gè)調(diào)節(jié)螺桿]G-->H[松鉤，進(jìn)行精確調(diào)整]雙機(jī)抬吊工藝對(duì)于跨度超過36米的桁架采用雙機(jī)抬吊，主吊（300噸）承擔(dān)70%荷載，輔助吊（50噸）承擔(dān)30%采用對(duì)講機(jī)同步指揮，設(shè)置專職信號(hào)指揮員2名，配備激光投線儀輔助對(duì)位空中轉(zhuǎn)體角度最大達(dá)65°，轉(zhuǎn)體過程中保持構(gòu)件穩(wěn)定，角速度控制在0.5°/s以內(nèi)3.4臨時(shí)支撐體系支撐布置沿縱向設(shè)置4排臨時(shí)支撐，間距12米，橫向每榀桁架下設(shè)置1個(gè)支撐點(diǎn)支撐采用Φ609×16mm鋼管，頂部安裝50噸螺旋千斤頂，用于標(biāo)高微調(diào)支撐與地面采用預(yù)埋鋼板連接，設(shè)置斜向纜風(fēng)繩固定，抗傾覆安全系數(shù)≥1.5卸載方案采用分級(jí)卸載法，共分8級(jí)進(jìn)行，每級(jí)卸載量控制在12.5%以內(nèi)卸載順序：先跨中后兩端，對(duì)稱同步進(jìn)行，每級(jí)卸載間隔30分鐘實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)沉降，單次沉降量超過2mm時(shí)立即停止，分析原因后再繼續(xù)四、焊接工程4.1焊接工藝坡口制備主焊縫采用V型坡口，角度60°±5°，鈍邊1-2mm，間隙3-4mm相貫線節(jié)點(diǎn)采用數(shù)控切割，表面粗糙度≤50μm，坡口角度根據(jù)支管軸線夾角確定坡口兩側(cè)50mm范圍內(nèi)進(jìn)行機(jī)械打磨，露出金屬光澤，油污、鐵銹清除干凈預(yù)熱與后熱環(huán)境溫度低于0℃或板厚≥30mm時(shí)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度80-120℃，加熱范圍為焊縫兩側(cè)各100mm采用履帶式電加熱器加熱，升溫速度≤50℃/h，測(cè)溫點(diǎn)布置在距焊縫50mm處焊后立即進(jìn)行后熱，溫度250-300℃，保溫時(shí)間≥1小時(shí)，緩冷至環(huán)境溫度4.2焊接操作主桁架焊接采用"對(duì)稱施焊、由中間向兩端、多層多道"的焊接順序第一層打底焊采用CO?氣體保護(hù)焊，后續(xù)填充蓋面采用手工電弧焊立焊時(shí)采用"之"字形運(yùn)條，橫焊時(shí)采用小幅度鋸齒形運(yùn)條，控制層間溫度80-150℃節(jié)點(diǎn)焊接鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接前進(jìn)行200℃×2h的去應(yīng)力處理支管焊接順序：先焊主管與支管連接焊縫，后焊支管之間連接焊縫每個(gè)節(jié)點(diǎn)安排2名焊工對(duì)稱施焊，焊接速度控制在150-200mm/min4.3焊后處理焊縫檢測(cè)外觀檢查：焊縫余高0-3mm，咬邊深度≤0.5mm，不允許存在裂紋、氣孔等缺陷無損檢測(cè)：一級(jí)焊縫100%UT探傷，二級(jí)焊縫20%UT探傷，檢測(cè)時(shí)機(jī)在焊后24小時(shí)進(jìn)行對(duì)檢測(cè)不合格的焊縫，制定專項(xiàng)返修方案，同一部位返修不超過2次應(yīng)力消除采用振動(dòng)時(shí)效法消除焊接應(yīng)力，激振頻率20-50Hz，振幅0.1-0.3mm，處理時(shí)間30-45分鐘重點(diǎn)部位采用局部熱處理，加熱溫度600-650℃，保溫時(shí)間按板厚2.5min/mm計(jì)算時(shí)效處理后進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，確保殘余應(yīng)力≤150MPa五、質(zhì)量控制措施5.1構(gòu)件加工質(zhì)量控制原材料進(jìn)廠檢驗(yàn)：每批鋼材進(jìn)行拉伸、彎曲、沖擊試驗(yàn)，化學(xué)成分分析構(gòu)件加工精度控制：長(zhǎng)度偏差：±2mm彎曲矢高：L/1000且≤5mm扭曲：H/250且≤5mm成品構(gòu)件進(jìn)行100%尺寸復(fù)核，出具檢驗(yàn)報(bào)告后方可出廠5.2安裝精度控制支座定位：軸線偏差≤2mm，標(biāo)高偏差±3mm，平面扭轉(zhuǎn)≤1mm/m桁架安裝：跨中垂直度：h/2500且≤15mm側(cè)向彎曲：L/1000且≤10mm節(jié)點(diǎn)中心偏移：≤5mm采用全站儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每個(gè)安裝單元形成閉合測(cè)量控制網(wǎng)5.3焊接質(zhì)量控制焊前檢查：坡口尺寸、組裝間隙、預(yù)熱溫度，做好記錄焊中檢查：焊接電流、電壓、速度、層間溫度，每小時(shí)記錄一次焊后檢查：外觀檢查：100%自檢，20%專檢無損檢測(cè)：一級(jí)焊縫UT探傷100%，二級(jí)焊縫20%破壞性試驗(yàn)：每200個(gè)節(jié)點(diǎn)抽取1個(gè)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)六、安全管理措施6.1高空作業(yè)安全搭設(shè)全封閉安全防護(hù)網(wǎng)，高度2m，網(wǎng)眼尺寸≤10cm，承載能力≥1.6kN/m2作業(yè)人員配備雙鉤安全帶、防滑鞋、工具袋，嚴(yán)禁上下拋擲物品設(shè)置2處高空作業(yè)休息平臺(tái)，尺寸2m×1.5m，配備急救箱和通訊設(shè)備風(fēng)速≥10.8m/s（6級(jí)風(fēng)）時(shí)停止高空作業(yè)，雨后作業(yè)采取防滑措施6.2吊裝作業(yè)安全吊裝區(qū)域設(shè)置警戒區(qū)，半徑為最大作業(yè)半徑加2m，用紅白警示帶隔離吊裝前進(jìn)行"三查"：查設(shè)備、查索具、查指揮系統(tǒng)實(shí)行"十不吊"原則：指揮信號(hào)不明不吊超負(fù)荷不吊工件捆綁不牢不吊吊物上有人不吊安全裝置失靈不吊工件埋在地下不吊光線陰暗看不清不吊斜拉斜吊不吊棱角物件無防護(hù)不吊六級(jí)以上大風(fēng)不吊6.3焊接作業(yè)安全焊接作業(yè)區(qū)配備2臺(tái)移動(dòng)式排煙器，風(fēng)量≥2000m3/h氧氣瓶與乙炔瓶間距≥5m，距明火點(diǎn)≥10m，直立放置并固定每個(gè)焊接工位配備2個(gè)8kg干粉滅火器，作業(yè)完畢后檢查確認(rèn)無火種焊工必須持證上崗，佩戴絕緣手套、護(hù)目鏡、隔熱面罩等防護(hù)用品七、施工進(jìn)度計(jì)劃7.1總體進(jìn)度安排施工準(zhǔn)備階段：15天構(gòu)件加工階段：60天（與現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備并行）現(xiàn)場(chǎng)安裝階段：90天支座安裝：5天主桁架安裝：30天次桁架及支撐安裝：25天補(bǔ)漆及驗(yàn)收：10天總工期：120天7.2進(jìn)度保證措施采用Project軟件進(jìn)行進(jìn)度計(jì)劃管理，設(shè)置關(guān)鍵線路控制點(diǎn)投入足夠資源：高峰期投入焊工36人，起重工12人，測(cè)量工6人材料供應(yīng)：提前15天進(jìn)場(chǎng)，保證每種構(gòu)件有3天庫(kù)存量機(jī)械設(shè)備：備用1臺(tái)50噸汽車吊，2套焊接設(shè)備，確保不影響施工每周召開進(jìn)度協(xié)調(diào)會(huì)，及時(shí)解決影響進(jìn)度的因素八、應(yīng)急預(yù)案8.1吊裝事故應(yīng)急成立應(yīng)急小組，配備應(yīng)急指揮車1輛，急救人員4名配備2套應(yīng)急吊裝索具，1臺(tái)50噸備用吊車24小時(shí)待命發(fā)生構(gòu)件墜落時(shí)：立即啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)，疏散人員，設(shè)置警戒區(qū)檢查是否有人員傷亡，如有立即組織搶救對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，采取加固措施分析事故原因，制定整改方案后方可恢復(fù)施工8.2火災(zāi)事故應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)布置消防栓6處，每處配備2條水帶，滅火器32個(gè)易燃物品單獨(dú)存放，設(shè)置專用庫(kù)房，配備防爆燈具和通風(fēng)設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時(shí)：立即切斷電源，組織人員疏散初期火災(zāi)用現(xiàn)場(chǎng)滅火器撲救，較大火災(zāi)撥打119組織人員切斷火源，轉(zhuǎn)移周圍易燃物品配合消防部門滅火，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)8.3焊接質(zhì)量事故應(yīng)急配備2臺(tái)碳弧氣刨設(shè)備，用于焊縫返修發(fā)現(xiàn)焊接裂紋時(shí)：立即停止焊接作業(yè)，標(biāo)識(shí)缺陷位置進(jìn)行UT探傷確定裂紋范圍，用碳弧氣刨清除缺陷重新進(jìn)行預(yù)熱，按照返修工藝施焊焊后進(jìn)行100%UT探傷，合格后方可繼續(xù)施工九、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與流程9.1驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)安裝驗(yàn)收按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》GB50205-2020執(zhí)行主要驗(yàn)收指標(biāo)：結(jié)構(gòu)整體垂直度：H/2500且≤25mm整體平面彎曲：L/1500且≤25mm屋面坡度：±5%