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大跨度空间钢结构施工技术研究   (2)

时间:2016-03-05 10:31 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:周观根,方敏勇 点击次数:


  1.6构件加工难度大,加工精度要求高
  这类工程都属于国家重点工程,工程质量要求高。只有提高构件加工精度,才能满足质量要求。并且大量焊缝要求一级焊缝,给施工带来了极大的难度。
  1.7现场焊接工作量大,施工技术难度高
  为了保证施工精度,这些工程都需要进行预拼装,并且现场焊接工作量特别大。由于结构新、跨度大,为了保证经济、安全,都必须采用先进的施工技术才能顺利完成。
  2大跨度空间钢结构施工中应重点考虑的问题
  大型空间钢结构建造过程中施工技术是至关重要的,合理的施工方案和科学的施工过程分析才能保证结构的安全、经济。目前一些大型空间钢结构的施工,已突破传统意义上的施工方法,向多学科、综合化、高利技领域迈进,给传统施工技术带来了前所未有的难度和挑战。因此需要广大的科研、设计、施工单位共同研究、开发、创造出新的更加科学的施工技术,来满足不断发展的需要。在研究、开发、创造科学的施工技术时,应着重考虑以下几方面问题:
  2.1CAD设计与CAM制造技术
  随着计算机技术、信息化技术和先进数控设备的应用,空间钢结构产品需要信息技术、设计技术、制造技术、管理技术的综合应用,提高生产效率和实现定制化目标,从而提高空间钢结构产品的创新能力和管理水平。钢结构CAD设计与CAM制造技术属于钢结构辅助制造技术范畴,包括整体三维实体建模,杆件和板材的优化下料,钢管相贯节点和各类异型节点的设计、分析、制造等。
  2.2安装施工仿真技术
  以往人们都比较重视结构使用状态下的受力情况,而忽视了结构施工阶段的受力情况。随着工程的际上,有些工程在结构施工过程中的受力状况完全不同于使用阶段,甚至有些工程的结构最不利的受力阶段,出现在施工阶段。钢结构施工安装仿真技术主要包括以下5个方面:①大型构件的吊装过程仿真;②施工过程各阶段各工况仿真模拟;③结构安装的预变形技术,包括构件的起拱与预变位;④结构构件的预拼装模拟;⑤卸载过程模拟。通过仿真计算分析能预先充分发现施工过程中的薄弱环节和重点控制部位,能直观实现对结构整个施工过程的控制并最终保证正确的形状尺寸。
  2.3安装方法的合理选用
  所谓选用合理的安装方法,就是在安全、经济、适用三方面找到一个最佳平衡点。传统空间钢结构的施工方法一般有:高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体提升法、整体顶升法等。现代空间钢结构跨度大、体型复杂,无固定的安装模式,并且使用大量新材料、新技术,若不对这些单一传统安装方法进行革新或创造,就不能顺利完成任务,有时甚至很难完成任务。通过大量的工程实践,涌现出了许多具有创新性的施工技术,如高空曲线滑移技术、网壳结构折叠展开式整体提升技术、滑架法施工技术等。现代空间钢结构的安装方法往往是几种基本方法的巧妙组合或者再创造。同时由于机械设备、计算理论和计算机技术的快速发展,为钢结构安装方法的创新提供了有力支持。
  3工程实践
  3.1国家游泳中心钢结构施工技术
  国家游泳中心一"水立方"工程,是2008年国家奥运工程中的两大标志性建筑之一。该建筑长宽均为176.538m,高度为30.588m,屋盖厚度为7211m,墙体厚度为3.472m及5.876m两种,总建筑面积31166m2,整个建筑外型成方形。
  3.1.1工程特点和难点
  1)构件数量多,种类多,空间位置复杂,外形要求高该结构构件之间纵横交错,呈现出一种随机无序状态,杆件空间定位相当困难。该工程基本构件总计达29979个,其中共有焊接方矩形钢管9199根,圆钢管11471根;焊接球节点9309个,其中整球4281个,异型球5028个;相贯节点1441个。
  2)所有节点均为刚性连接,焊缝质量要求高为了确保工程质量,该工程所有焊缝全部为一级焊缝。经计算,该工程结构构件约由30多万个板件通过近10多万延米的一级焊缝组合而成。
  3)材料等级高,节点构造复杂该工程中大量使
  不断大型化,结构施工阶段的安全问题日益突出。实用级钢材'该级别的钢材对焊接工艺的要求较高。为了满足抗震需要,在应力比大于0.7的杆端、节点区及拼接焊缝处进行加强处理,节点构造复杂。
  3.1.2安装方案
  国家游泳中心的结构形式不同于任何一种传统的结构形式,具有较强的空间性、关联性,任何一个构件安装位置的不准确,将导致其它构件难以安装,该结构构造特点决定了其安装方法也不同于传统结构形式,为此,采用了"以组合为辅,散装为主"的安装方法;安装前,根据构件间的相互关系及起吊设备的最大起吊會泛力,在地面最大限度地进行组合,以减少高空焊接量。实际应用中,组合形式最多的是一根矩形钢管与一个相连空心球组合,组合后的形状如同一根"棒棒糖";另外,还有大量种类繁多的异型组合(种类较多,仅举一个例子)。
  高空安装时,以一个焊接空心球节点为中心,将与该球相连的下部杆件全部吊装到位,形成"多杆顶球"的状态,此时各构件的位置基本接近设计位置。然后用全站仪进行空间精确定位,定位时仍然以焊接空心球球心作为定位目标,球体位置准确后,只要相连杆件四周与球体吻合相贯,那么杆件的轴线必将穿过球体中心。但球体的球心是一个虚拟的空间点且在球的内部,直接测量球心位置非常困难,在实际应用中,采用了如下方法:在工厂加工空心球时,在球体的一个对称轴与球面交点处各钻一个小孔(孔的直径及深度均为3mm)测量时,只需测量球的两个小孔位置,若这两个小孔的空间位置准确,则球心位置也近似准确。
  3.2广东科学中心钢结构工程施工技术
  广东科学中心主楼总建筑面积为13.75万m2,整个建筑外形体现了"科技航母"的设计思想,有机地结合了地理环境和建筑本体条件,力求建成环境艺术与现代科技有机结合并具有鲜明特色的标志性建筑。主楼主体建筑分为A、B、C、D、E、F、G、H8个区合并具有鲜明特色的标志性建筑。主楼主体建筑分为A、B、C、D、E、F、G、H8个区。

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