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1、體育館鋼結構工程上層鋼網殼安裝及測量控制施 工 方 案編 制： 審 核： 批 準： 版 本 號: ESZAQDGF001 編制單位： 編 制: 審 核： 批 準： 目 錄第1章 編制依據1一、相關工程施工合同文件、圖紙1二、主要的規范標準1三、 施工組織設計（方案）1第2章 工程概況2第3章 上層鋼網殼現場安裝施工方案4一、鋼結構現場安裝總體思路4二、鋼結構現場安裝主要施工工序流程7三、鋼結構現場施工主要安裝、測量技術措施9第四章 弦支穹頂鋼結構上層網殼網格焊接方案15一、焊接設備、材料的選用15二、單層網殼拼裝焊接影響分析及焊接方案的選擇15三、焊接施工流向及順序16四、焊接工藝17五、焊接2、施工質量控制19第1章 編制依據一、相關工程施工合同文件、圖紙 1、xx體育中心體育館鋼結構工程施工合同2、xx體育中心體育館鋼結構工程施工圖紙二、主要的規范標準1、鋼結構工程施工質量驗收規范（GB 50205-2001）2、鋼結構設計規范（GB 50017-2003）3、建筑鋼結構焊接規程JGJ 81-20024、測量技術規程三、 施工組織設計（方案）xx體育中心體育館鋼結構工程施工組織設計xx體育中心體育館鋼結構滿堂腳手架搭設、拆除及鋼穹頂吊裝施工方案第2章 工程概況xx體育館屋蓋為空間球殼型鋼結構屋蓋，采用弦支穹頂結構體系，該結構體系由上部單層網殼和下部弦支索桿體系構成，上部單層網殼網格3、布置形式為葵花型，下部弦支體系為肋環型布置，設置三層索、桿，鋼網殼最大跨度為70.6米。 鋼結構總重量約為250噸，跨度內投影面積為3913，單位面積重量約為63.9/（按投影面積計）。球殼頂標高為26.56m，球殼所在球面半徑為R=91.780m，鋼網殼周邊設置24個管球支座坐落于19.00標高的砼圈梁上，為周邊約束。上部單層網殼鋼構件主要為3258、32510、32512鋼管通過管球節點（24件支座）、管板鋼節點件（108件）、鑄鋼節點件（1件）相互連接、焊接為一整體。第3章 上層鋼網殼現場安裝施工方案一、鋼結構現場安裝總體思路 1、根據本工程鋼結構體系及各施工工序要求，結合相關情況，本弦4、支穹頂鋼結構的安裝，主要采取滿樘支撐腳手架+支撐架+高空散裝法進行各構件、零部件的散件拼裝，采用兩臺TC6013-6型塔吊進行各構件的垂直、水平吊運，進行穹頂鋼結構、鋼馬道、金屬屋面等工序的安裝；塔吊作業半徑范圍外的地面轉運等擬采用平板車及25噸汽車吊進行。 滿樘腳手架及支撐架的搭設詳見相關專項施工方案3、上層鋼網格主要鋼構件材料規格重量表： （1）上層鋼網格桿件構件編號構件規格構件長度（mm）構件數量（根）單件重量（kg）材質上層網格桿件132510761524600Q345B上層網格桿件232512519848490Q345B上層網格桿件332512623224580Q345B上層網格桿件5、432510558348440Q345B上層網格桿件532510466524360Q345B上層網格桿件632510513148400Q345B上層網格桿件73258309924200Q345B上層網格桿件83258477548300Q345B上層網格桿件93258163324110Q345B上層網格桿件103258482224300Q345B上層網格桿件1132510440012350Q345B上層網格桿件123258156012100Q345B上層網格桿件1332510440012350Q345B（2）上層網格管板節點及鑄鋼節點構件編號構件規格及長度構件數量（件）單件重量（kg）材質節點位6、置（由外環至內環）節點維數上層網格節點A1（管球）232512、232510節點板-3024820Q345B第一環（支座）4上層網格節點B1（管板）432512、232510節點板-3024440Q345B第二環6上層網格節點C1（管板）632510、節點板-3020570Q345B第三環6上層網格節點C2（管板）632510、節點板-304570Q345B第三環6上層網格節點B2（管板）43258、232510節點板-3024410Q345B第四環6上層網格節點B3（管板）63258、節點板-3012410Q345B第五環6上層網格節點C3（管板）43258、132510節點板-3034107、Q345B第五環5上層網格節點C4（管板）43258、132510節點板-303410Q345B第五環5上層網格節點C5（管板）43258、132510節點板-306410Q345B第五環5上層網格節點B4（管板）43258、232510節點板-3012400Q345B第六環6上層網格節點C6(鑄鋼)12325101862Q345B中心點123、上層鋼網格管板（球）節點、鑄鋼節點及節點間桿件的測量、安裝：上述節點件為空間多維復雜節點，須配合多臺全站儀進行多次、反復測量進行安裝定位。針對本工程特點，擬在19.00標高砼圈梁上設置四個儀器觀測站（點）進行上層鋼網格各節點件及節點間桿件的測量定位。48、下層索桿體系的施工及張拉方案另詳二、鋼結構現場安裝主要施工工序流程總體施工流向：鋼結構安裝先上至而下即上層鋼網殼下層索桿支撐馬道構件，由外至內即從外環（砼圈梁上支座）至內環逐環進行； 1、鋼結構現場安裝施工流程：測量、放線腳手架及支撐架搭設 砼圈梁上管球型支座測量定位上層管板鑄鋼節點、節點間桿件依次測量定位檢查、固定檢查、焊接焊縫清理、探傷安裝下層撐桿、鑄鋼件及構造鋼拉桿 安裝外圈環向鋼拉索安裝外圈徑向斜鋼拉桿安裝安裝內圈環向鋼拉索安裝內圈徑向斜鋼拉桿安裝中心斜鋼拉桿張拉準備及設備就位從外圈至內圈依次進行第一循環張拉 從內圈至外圈依次進行第二循環張拉從內圈至外圈依次進行預應力調整馬道安裝屋面9、檁條安裝金屬板等各層次安裝2、上層鋼網格安裝流程及順序：第一環管球型支座測量安裝定位（位于砼圈梁上亦即最外環）第二環管板節點件及節點間桿件測量定位第三環管板節點件及節點間桿件測量定位第四環管板節點件及節點間桿件測量定位第五環管板節點件及節點間桿件測量定位第六環管板節點件及節點間桿件測量定位中心鑄鋼節點件及節點間桿件測量定位檢查焊接3、上層鋼網格節點間桿件（圓鋼管）與節點件管枝（圓鋼管或圓鋼鑄管）的連接工藝：鋼構件連接主要指：（1）鋼管桿件與管板節點或鑄鋼節點之間鉚對連接鋼管桿件與節點件之間的對接應采取連接耳板連接，連接耳板應在吊裝前及定位后配合完成，耳板連接形式可采取下圖中的任一種。（2）銷軸10、連接即鉸接連接：撐桿上端與上層鋼節點件之間的連接、撐桿下部鑄鋼件與拉索、拉桿之間的連接、拉桿與上層鋼節點件之間的連接，上述連接均為銷軸鉸接；由于本工程的結構體系為弦支張拉體系，上述鉸接處各連接件間連接不能有間隙，銷軸與銷孔之見的應為過度配合，即銷軸的直徑要比銷孔的孔徑稍大一些，穿銷軸時應用專門的工具將銷軸打入銷孔內。4、上層鋼網格焊接施工工藝等詳見第四章三、鋼結構現場施工主要安裝、測量技術措施 1、鋼結構高程、坐標測量控制網的建立本工程鋼結構測量控制主要為球型支座安裝、鑄鋼節點安裝、鋼屋蓋附屬結構安裝所需的測量控制網，每個控制網均包含軸線和標高控制基準點。 （1）根據總包單位現場已建立的水準測11、控網點，復核后將其引測至19.00標高的砼圈梁外側，擬設置4個水準測控點作為上層鋼網殼安裝高程控制點 。如下圖示：（2）空間節點坐標控制點的設置在鋼結構支座安裝位置即19.00標高位置的砼圈梁上，設置4座基本對稱3.6米高鋼桁架柱作為固定觀測站（點），在其上架設四臺全站儀進行管板、鑄鋼節點的空間測量、復核、定位。如圖示：2、管板、鑄鋼節點件及節點間管件的空間定位（1）砼圈梁上24件管球支座件的定位（第一環）上述管球支座件為四維管枝型，定位相對簡單易控，在埋件埋設中使用全站儀及水準儀將埋件的中心位置及標高控制線標定于以固定的砼模板、鋼筋籠上，將埋件安裝、定位、固定牢固。砼澆筑過程中進行跟蹤控制，12、砼澆筑完成后進行埋件的坐標、標高復測并標志控制線（點）。根據上述控制線（點）進行24件管球支座件的安裝就位，復核無誤后臨時點焊及螺栓定位。（2）第二環第六環管板節點件及節點間管件的定位上述節點件計108件，為六枝型管板件分別與各向管件管管對接焊接連接為一整體鋼網殼。上述管板節點件安放于現場搭設的鋼管支撐架上，支撐架立管上端設置螺旋頂撐支撐水平鋼管，水品鋼管上放置鋼板或型鋼等作為管板件的臨時支撐件，調解螺旋頂撐是管板件于測設的空間坐標處就位后用點焊將其臨時固定于支撐架上。 上述管板節點件定位主要采取兩臺全站儀一臺測量、定位，另一臺監控、復核節點的空間坐標位置，水準儀輔助標高控制，以確定管板節點件13、的中心位置定位于支撐架的臨時定位件上，連接兩兩連接節點件的中心為管件的中心線，將中心線上下左右按管件半徑分設標定于支撐架或滿樘腳手架的水平鋼管上，以至少三個方向的線控制管板件的管枝方向及位置，其余方向的線為校核、復核調整用。即采取以全站儀測控節點中心點空間位置、點點之間相連成為控制線、以線控制各節點管板件的各管枝方向及位置、從而逐件、逐環控制定位各空間節點件安裝、測量定位方法。各節點管板件的中心空間位置坐標采用在Xsteel生成的空間模型中已1：1的比例， 將每點的空間三維坐標自動生成，在測量過程中將模型坐標和現場施工坐標予以轉換。如下圖示意： 3、中心鑄鋼件定位：中心鑄鋼件為12管枝空間節點14、件，測量、方法定位同上。4、校正1）節點管板件的三維坐標測定后，復測無誤后點焊牢固。如果需要調整，采用腳手架上掛手拉葫蘆進行微調桿件的精確定位。所有節點管板件及節點間桿件連接校正完成后必須電焊點固，形成整體。2）校正順序同時，反復校校核每個節點管板件及節點間管件，完成后點焊固定，形成整體網殼后，再次進行校核，無誤后方可展開管管對接焊縫的焊接工序。第四章弦支穹頂鋼結構上層網殼網格焊接方案 大跨度弦支穹頂結構拼裝焊接會使網殼桿件產生比較大的次生內力和結構豎向位移，同時對后續預應力施加也產生較大影響；焊接方案的不同，對結構的影響程度也不同。仿真分析計算表明：在制定單層網殼拼裝焊接方案時，應以最外環拼15、接成環箍的基礎上建立具有支承剛度的拱肋形骨架為原則，再進行網殼分區對稱拼接合攏。弦支穹頂由網殼和索桿體系兩部分組成，節點形式主要為管板式相貫節點和少量的鑄鋼節點，焊接收縮變形必然對網殼桿件內力產生影響，而這種影響又會反映到后續索桿的預應力施加中。一、焊接設備、材料的選用1、下列焊接設備適用于本工程的焊接工作焊接方法焊接設備電流和極性主要使用部位手工焊條電弧焊硅整流ZX7-400、500直流反接現場的一、二級焊縫CO2氣體保護焊NBC-500直流反接現場一二級部分焊縫及現場加工的零小構件的角焊縫2、焊接材料的選擇焊接方法母材牌號焊絲或焊條牌號焊劑或氣體適用的場所手工焊Q345B、Q235BE5016、E43定位焊；對接；角接氣保焊Q345B、Q235BTWE-711CO2(99.99%)定位焊；對接；角接3、焊接材料的烘焙和儲存暫按下表要求執行：焊條名稱焊條藥皮使用前烘焙條件使用前存放條件焊條：E50、E42低氫型330-370：1小時120二、單層網殼拼裝焊接影響分析及焊接方案的選擇 1、焊接過程分析 隨著拼裝、焊接的進行，會產生焊接收縮變形，分析表明焊接邊環梁時，應力較大區域主要集中在支座位置的環向桿件和徑向桿件結合處，在支座設計和施工過程中，要充分考慮該部分影響。焊接過程中網殼桿件最大應力和結構中心點豎向位移：網殼桿件最大內力隨著焊接的進行，變化值均勻，焊接造成的次生應力約為15K17、N，是不考慮焊接應力的24%左右。隨著結構整體剛度的逐步加大，桿件的最大應力變小，焊接過程中，鋼網格中心點豎向位移增大，最大可至-55mm，但變化趨勢較平穩。2、不同的焊接方案對結構內力影響必然不同，以下為4種不同焊接方案的比較： 1)方案1：先焊接邊環梁和十字架，然后焊接成“米”形，最后焊接交叉部位，該方法可以使網殼較早形成拱肋形骨架，既方便下部預應力拉索拉桿安裝施工，又能較好地控制結構撓度。2)方案2 ： 4個過程：焊接邊環梁形成十字拱形骨架焊接中心風帽處和奇數環桿件焊接偶數環。3)方案3焊接從四周向中心圓形集中，順序焊接，先焊接l、2環，再焊3、4環，然后5、6環，最后焊中心風帽部分。418、)方案4 由于施工過程中搭設滿堂腳手架，焊接可以從中心向四周圓形擴散，順序焊接，也即方案3的反過程。優點是交叉工作量少，缺點是由于網殼整體結構形成較晚，影響下部拉索、拉桿安裝施工和工期。 分析表明：網殼桿件內力因焊接順序的不同而不同，方案l先焊接十字拱形骨架，方案2在十字拱形骨架的基礎上拓展成“米”形骨架，這兩種方案的桿件最大內力變化幅值都比較小，曲線比較均勻，過渡平緩，最大應力約為70MPa；而方案3、4分別采用圓環形集中焊接和擴散焊接，桿件焊接內力較大，最大值為120MPa ，相比前兩種方案增大約70。另外，焊接過程對桿件的影響主要集中在前期和中期。 上述分析說明，大跨度單層網殼拼裝時殼面19、拱肋形骨架剛度建立的越早，拼裝焊接產生的網殼桿件次生應力相對越小。故選定方案2為現場焊接方案 。 三、焊接施工流向及順序焊接遵循以下原則：分區進行，對稱焊接；跳焊(隔環焊)，即先焊奇數環，再焊偶數環；先焊環向桿，再焊徑向桿。網殼所有鑄鋼節點和插板式相貫節點先利用全站儀在扣件鋼管支撐胎架上定位，然后用卡馬 將鑄鋼節點與被連桿件臨時點焊。網殼部分焊接分2次合攏，先焊接邊環梁和十字架，合攏口為l4，使整個網殼先拼成具有一定支撐剛度的拱形骨架，以防整體坍塌和便于預應力拉索放索，結構最后合攏口為AD。 正式施焊時，由中心向四周，4組焊工同時施工，保證每個班組的焊機數量與焊工人數相同，焊接電流、電壓及焊接20、速度盡量一致，以圓心為對稱點進行焊接，然后以穹頂中心為基準向四周推進焊接。焊接分區下圖見 四、焊接工藝1、同一軸線上的鑄鋼節點在臨時焊接定位的基礎上，不連續焊接，每間隔一個，焊接一個。2、就每一榀鋼架而言，采用“十”字方向焊接，以減少焊接應力。3、焊接工藝參數表1-工廠制作焊接參數和安裝焊接參數焊接方法焊材牌號焊接位置焊條（焊絲）直徑（mm）焊 接 條 件焊接電流（A）焊接電壓（V）焊接速度（cm/min）手工焊條電弧焊E50E42平焊和橫焊3.29013022248124.0130180232510185.018023024261220立焊3.2801102226584.012015024221、6610CO2氣體保護焊TWE-711平焊和橫焊1.2260320283435454、預熱和層間溫度：焊前，母材的最小預熱溫度和層間溫度應按下表要求執行；母材牌號母 材 厚 度t20mm20t36mm3660mmQ345B Q235B不要求10100150 接頭的預熱溫度應不小于上表規定的溫度，層間溫度不得大于230。 接頭預熱溫度的選擇以較厚板為基準，應注意保證厚板側的預熱溫度，嚴格控制薄板側的層間溫度。 預熱時，焊接部位的表面用火焰或電加熱均勻加熱，加熱區域為被焊接頭中較厚板的兩倍板厚范圍，但不得小于100mm區域。 預熱和層間溫度的測量應采用測溫表或測溫筆進行測量。焊接期間應保持上表規定22、的最低預熱溫度以上。5、焊接環境當焊接處于下述情況時，不應進行焊接：被焊接面處于潮濕狀態，或暴露在雨和高風速條件下。采用手工電弧焊作業（風力大于5m/s）和CO2氣保護焊（風力大于2 m/s）作業時，未設置防風棚或沒有措施的部位前情況下。焊接操作人員處于惡劣條件下時。五、焊接施工質量控制 1、焊接條件下雨時露天不允許進行焊接施工；在外界氣候小于0時，在焊縫左右75mm 范圍內應預熱至表面溫度3050。若焊縫區潮濕，應采取措施使焊縫左右75mm 范圍內干燥。焊縫表面應清潔干燥，無浮銹、無油漆。2 、管子對接全位置焊接順序（工件不能轉動，見下圖） 3、施工要點組對：組對前用銼刀和砂布將坡口內外壁223、050MM 處仔細用砂布磨去銹蝕及污物，組對時不得在接近坡口處管壁上點焊夾具或硬性敲打，以防圓率受到破壞，同徑管錯口現象必須控制在規范允許范圍之內。校正復檢：檢點組對后，必須用專用器具對同心度、圓率、曲度等認真核對，確認合格后，根據管徑大小、壁厚，預留出焊縫收縮量的間隙。焊接定位：定位焊使用經烘烤合格的小直徑焊條，采用與正式焊接相同的工藝進行定位焊接，要求如下：L50MM，H4MM。焊前清理：正式焊接前，將定位焊處的焊渣、飛濺、霧狀附著物仔細除去，定位焊點與收弧處必須使用角向磨光機修磨成緩坡狀，且確認無未熔合、收縮空等缺陷，檢查完畢后割去臨時連接板。 管管對接焊接：根部焊接：根部施焊應自管底部24、超越中心線處起弧，在定位焊接頭處應前行1020mm 收弧，再次始焊應在定位焊縫上退行10mm 起弧。在頂部中心處熄弧時應超越中心線至少1015mm。另一半焊接前，應將前半部始焊及收弧處修磨成較大緩坡，并確認無未熔合及未焊透現象后在前已焊接管底部焊縫起始處起弧，在仰焊接頭處應注意坡口邊的熔合情況，上部接頭處應不熄弧連續焊接超越至前半部焊縫510mm 方允許熄弧。填充層焊接：焊前剔除首層焊道的凸起部分、焊瘤及凹陷。焊接仰焊時采用手工電弧焊，采用小直徑焊條，選用較小電流，立焊及平焊部位采用二氧化碳氣體保護焊,選用1.2 焊絲，電流由小到大，焊接手法采用水平月牙形。在接近蓋面時，應注意均勻留出11.525、mm 深度。面層焊接：焊縫蓋面直接關系到焊接接頭的外觀質量能否滿足質量要求，因此在面層焊接前應仔細對全焊縫進行二次修補處理，由于焊縫處的溫度較高，故在面層焊接時應注意選用較小的電流進行焊接，注意防止咬邊缺陷，完成的焊縫外形尺寸應符合GB5020595 標準。 相貫線（包括管與球相貫）焊縫：斜腹桿上口與上弦桿相貫連接處呈倒坡口狀環焊，焊接時應從環焊縫的最低位置引弧，在橫角焊的中心收弧，斜焊條呈斜線運行，使熔池保持水平。斜腹桿下口與下弦桿相貫連接處應從仰角焊位置超越中心線510mm 處起弧，在平角焊位置 收弧，焊條呈斜線和直線運行，使熔池保持水平狀。次桁架弦桿與主桁架弦桿相貫連接處的焊接應從焊口的26、仰焊部位超越中心線510mm 處起弧，在平焊位置中心處收弧，焊接時盡量使熔池保持水平，注意左右兩邊的熔合，確保焊縫的幾何尺寸和焊縫的外觀質量。焊接的開始，必須在一個單元區完成校正多跨弦桿時方能進行，焊接前每個桿件之間必須留有焊接收縮余量，同時桿件間必須做剛性固定，以便弦桿焊接相互控制變形。焊接順序為從中間往四邊延伸，焊接采用直流反接的焊接方式（即把焊件作為正極，焊鉗作為負極），同時采用小電流，多層多道焊接，防止焊條在同一位置時間過久產生的熱量過大，造成變形加大。并且因為同一個位置焊接構件比較多，焊縫比較長，故收縮余量要適當加大。各桿件之間預留焊接收縮余量采用下圖所示：4、 焊接工藝評定（1）焊27、接工作正式開始前，對工程中首次采用的鋼材、焊接材料、焊接方法、焊接接頭形式、焊后熱處理等必須進行焊接工藝評定試驗，對于原有的焊接工藝評定試驗報告與新做的焊接工藝評定試驗報告，其試驗標準、內容及其結果均應在得到工程監理的認可后才可進行正式焊接工作。（2）焊接工藝評定試驗的結果應作為焊接工藝編制的依據。（3）焊接工藝評定應按國家規定的建筑鋼結構焊接規程及相關標準的規定進行。5、 焊工培訓按照 建筑鋼結構焊接規程第八章“焊工考試”的規定，對焊工進行復訓與考核。只有取得合格證的焊工才能安排進入現場施焊。如持證焊工一連續中斷焊接6 個月以上者或持證超過三年，有效期內，焊接質量未保持優良焊工，允許重新考核28、上崗。焊工考試需嚴格按照規范進行。6、 焊縫驗收與無損檢測（1）焊縫檢查與驗收焊工應在焊前，焊接時和焊后檢查以下項目。（2）焊前任何時候開始焊接前都要檢驗構件標記并確認該構件；檢驗焊接材料；清理現場；預熱。（3）焊接過程中預熱和保持層間溫度；檢驗填充材料；清理焊道；按認可的焊接工藝焊接。（4）焊后清除焊渣和飛濺物；焊縫外觀；咬邊；焊瘤；裂紋和弧坑；冷卻速度等。外觀檢查記錄由項目質檢員保存。（5）無損檢測檢測單位：施工單位按圖紙要求及焊接規程及標準進行自檢，業主委托有資質的檢測單位進行第三方檢測。檢測標準：超聲波檢查按國家規范JBJ81-91 和GB11345-89 相關規范進行質量檢驗證明。所有自檢、第三方超聲波檢測均應出具焊縫超聲波檢無損檢測報告（具有CMA 資質）。焊縫檢驗的范圍：a外觀檢查所有焊縫b無損檢驗全熔透對接焊縫100%超聲波檢驗；二級焊縫至少20%超聲波檢驗；三級焊縫，外觀檢查。c選擇受檢焊縫當要求少于100%檢驗，在開始檢驗前，對受檢焊縫的抽樣要征得工程監理的同意。