年度好文推荐 | 首钢滑雪大跳台项目钢结构安装关键技术

作者:马冬豹

作者单位:北京首钢建设集团有限公司

国家重点研发计划(2018YFF0300201)

全文刊登于《施工技术》2020年第10期

摘要

Abstract

针对首钢滑雪大跳台钢结构安装施工工期紧、场地受限、结构复杂、安装定位难度高、精度要求高等难点, 采用大单元模块现场地面拼装、大单元吊装技术,临时支撑关键技术、精密测量技术、同步分级卸载技术、BIM 信息 化及二维码应用等综合施工技术,主体结构安装精度满足要求,顺利完成安装。

Part 01

工程概况

首钢滑雪大跳台中心位于北京首钢园区旧址,主体结构为钢结构,主要由钢柱、赛道桁架、飘带和丝带桁架等结构组成,主要构件有箱形框架柱、V形钢柱、钢桁架等;结构总长约156.206m,最大宽度为34.141m,最大高度为 60. 302m。本工程建成后将是首钢工业园内重要建筑之一,作为 2022年第24届冬季奥林匹克运动会比赛场馆使用。首钢滑雪大跳台中心如图1所示。

a  建筑效果

b结构立面

c 结构平面

图1首钢滑雪大跳台中心平立面及建筑效果

Part 02

模块化深化设计

钢结构安装采用将主体结构各主要部分分成若干段,结合现场各专业施工实际情况分段吊装的方式。各主体结构模块化深化设计分段如图2所示。在工程施工准备阶段采用Tekla软件建模进行深化设计,综合考虑制作、运输、安装等因素,根据大跳台主体结构特点,进行模块化设计,做到工厂标准化制作、现场模块化拼装,合理设计构件预起拱值,保证工程实体质量。

a 赛道桁架

b V形柱

c  滑道桁架单元

d 顶部丝带结构

e 下部丝带结构

f  赛道及抗风柱

图 2  各主体结构分段示意

Part 03

主体结构安装技术

首钢滑雪大跳台项目为空间异形桁架结构,结构总用钢量达4 100t,主要钢构件的连接形式为焊接刚性连接。在项目初期对结构的安装顺序及工艺流程进行策划及论证,为保证赛道成型进度及工程施工质量,采用多项施工关键技术,保证安装顺利进行。

3.1  施工部署

工程整体施工原则为:以主体钢结构安装为主导,运输与制作相结合,实施统一管理,合理穿插工序。各工序施工时,遵循先下后上、先主结构后次结构,保证结构整体稳定性,保证施工全过程结构安全为基本原则,先安装临时支架和钢柱,再施工上部滑道钢桁架、顶部飘带桁架、下部丝带桁架,综合起重机械行走路线、构件现场拼装场地布置,保障运输路线畅通,结合构件安装设备的性能和工作效率,按照总体施工流程部署钢结构安装。

由于现场②~③轴线柱位置上方有高压线,不能按常规施工顺序进行施工,结合施工现场实际情况、土建基础施工及工期要求,先安装钢柱地埋柱部分,再安装各轴线地上柱部分;赛道钢桁架由跳台②轴线开始向①轴线安装并预留合龙段最后安装,然后再进行④轴线向③轴线、③轴线向②轴线间的桁架安装,最后进行赛道桁架整体合龙;顶部飘带桁架在地面整体拼装并安装完成装饰铝板后进行整体吊装;下部丝带管桁架结构现场局部拼装后进行大部件吊装。

3.2安装工艺流程

3.2.1临时支架体系安装

自①轴线向④轴线依次安装临时支架。钢支架各部位连接主要采用高强螺栓和栓焊组合连接方式。临时支架立面如图3所示。

图3  临时支架立面

3.2.2地埋柱安装

V形柱安装根据构件质量、长度、宽度3个方面综合考虑,由2部分组成:埋地部分和地上部分,如图4所示。

图4  V形柱分段示意

V形柱地面以上部分安装时现场回填,道路和场地全部进行硬化,拆移高压线。

3.2.3斜箱形格构柱安装

钢柱安装前应在钢柱底板、柱身和顶板上分别画出立柱的中心线和标准基准线。定位时应按原有定位基准线进行测量定位。吊装时,应保持钢柱的平稳和倾斜角度。钢柱柱身接口位置提前安装操作平台和防护栏杆,便于高空操作,之后根据柱的分段进行依次拼装(见图5)。

a格构柱地埋柱安装

b  格构柱安装

图5斜箱形格构柱安装

3.2.4跳台赛道桁架安装

跳台赛道桁架分为主桁架和次桁架。主桁架在工厂加工制作,沿纵向分为11段(见图2a);赛道次桁架制作沿纵向分段与主桁架相同,但须将2榀组装形成口字形整体出厂。赛道桁架在施工现场胎架上组装成分段整体的大部件桁架进行吊装。

跳台赛道桁架安装顺序为:①安装中间次桁架;②安装主次桁架间的横向钢梁、斜腹杆、竖向腹杆;③安装两侧主桁架和上、下弦水平支撑;④安装主桁架两侧三角支撑和纵向梁。

钢梁吊装时采用两点对称绑扎起吊,起吊后距桁架上、下弦杆基准面100mm时放慢速度,待钢梁吊装就位后调整校正,然后固定连接。赛道桁架及钢梁安装时,需先搭设满堂脚手架作为施工人员操作平台。

赛道桁架吊装时先安装V形钢柱间的桁架,再在临时支架上依次安装①轴线与②轴线间的赛道桁架,然后安装剩余部分赛道桁架。

本项目其他结构如支撑、钢梯等零散结构件在安装支撑前,先安装焊接节点板,然后采用汽车式起重机或倒链配合完成框架及支撑安装。钢支撑安装时,先将支撑用卡环固定好。焊接支撑时,应严密观察和校正柱的垂直度及桁架水平度,以防止发生永久性的超验收标准的误差。

3.2.5上飘带及下丝带安装

桁架顶部飘带安装采用大单元吊装技术,现场整体在胎具上进行模块化拼装,完成后进行整体吊装,保证拼装质量的同时大大减少高空作业时间。

桁架下部丝带根据其结构特点与安装需要分成11个吊装单元进行吊装(见图6),丝带安装前先搭设安装支撑脚手架,架体与主体结构脚手架拉结在一起。架体支撑做法与主体相同。

图6丝带分段平面

Part 04

安装关键技术

本工程涉及大跨度异形结构临时支撑体系设计、大部件模块化地面拼装技术、Q345GJD高强度钢80mm厚板焊接、空间复杂结构吊装施工等关键技术。

4.1临时支撑体系设计

大跳台主体结构电梯井桁架倾斜75°,滑道桁架为大跨度空间异形桁架,结构自重大,滑道支撑柱为空间异形柱,结构定位难。为解决安装支撑定位及安装作业问题,设计钢管格构柱支架和脚手架相结合的临时支撑体系,保证结构安装受力、定位及作业安全要求,如图7所示。

a 钢管格构柱支架搭设示意

b 脚手架搭设示意

图7 大跳台临时支撑体系

4.2大部件模块化地面拼装与大单元吊装技术

根据构件结构特点,在施工现场采用大部件单元模块现场地面拼装及大单元吊装技术,减少高空作业,提高施工质量及效率,保证施工安全。

4.3高强钢厚板焊接技术

主体结构钢板材料涉及Q345GJC高强钢50,80mm厚板焊接。施工前进行焊接技术攻关,选择合适的坡口形式、焊接材料,对焊接参数、预热温度、层间温度、后热温度及时间做出明确规定,制定焊接工艺并经焊接工艺评定合格。对不同结构构件制定消除焊接应力、预防焊接收缩变形的预控与纠正措施,施工时严格控制焊接工艺,保证现场焊接质量。

4.4临边防护措施

为保障施工安全,通过分析结构安装时临边作业特点,特别研制便于施工应用的临边防护装置,保证施工安全(见图8)。

a  作业平台

b  防护栏杆

图8安全防护装置

4.5合龙段设计及施工

根据赛道桁架结构特点及受力情况分析,确定设置1处合龙段(见图2a),并根据合龙段位置优化设计合龙段结构形式及节点特征,形成对称Z形接口,保证合龙段从上部顺利安装就位。控制合龙在(15±5)℃环境下进行,以保证整体结构合龙精度。

4.6同步分级卸载

根据大跳台主体结构受力特点及临时支架体系设置,采用同步分级卸载技术,保证桁架安全卸载。采用机械千斤顶进行同步分级卸载,卸载位置布置如图9所示。分级卸载步骤为:①结构安装完成,机械、人员、检测设备准备就位后卸载开始,用千斤顶顶住桁架底部;②切割一定高度(10mm)桁架下原支撑型钢,缓慢回落千斤顶至切割高度,结构静置2h;③经检查无异常后进行循环分级卸载;④主体结构最终脱离临时支撑体系,结构自身承重。

图9卸载位置

4.7精密测量技术

通过三维模型确定构件相对坐标,采用智能全站仪精密测量技术,全过程进行构件安装定位跟踪测量,保证了复杂异形空间结构安装精度。

采用3D激光扫描技术对赛道结构线形及表面平整度进行测量,将扫描生成的实测模型与理论模型进行对比,确认赛道平面建造精度达到厘米级。

4.8BIM技术及二维码技术应用

大跳台施工全过程应用BIM技术及二维码技术,进行构件安装模拟推演、验证及优化施工方案,实现构件工厂加工、运输、现场安装等施工全过程实时可视化管理和钢结构全生命周期管理。

Part 05

结语

首钢滑雪大跳台项目系统运用大部件模块化分段技术、空间异形桁架结构制造技术、大部件单元模块现场地面拼装技术、大单元吊装技术、临时支撑体系关键技术、精密测量技术、同步分级卸载技术、BIM信息化及二维码应用等综合施工技术,施工质量好,焊接一次性合格率达到99.53%,安装过程中采用智能全站仪跟踪测量,主体结构合龙口精度、轴线偏差、标高误差均不超过容许值,赛道面板平面度误差达到厘米级精度。

(参考文献略)

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