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1、大跨度空间网格结构分块转角对接提升施工工法1前言随着国家基础设施的发展，大型城市及重点城市均已纷纷落建大型机场及扩建机场。其中建造机场航站楼的材料属钢结构为首选，由于其材料的强度高、自重轻，并有较强的可塑性与抗震性能，能完美的呈现出建筑形态的优美，对此机场航站楼的建筑外形设计样式也不可枚举。其中航站楼屋盖的结构形式多为倒三角管桁架、平面管桁架、钢网架与支撑钢柱等相组合；对于航站楼空间复杂钢结构的施工多为分小区进行提升或错层结构外边的桁架采用吊装的形式进行安装,此方法高空施工量大，技措用量大，精度控制难等特点。空间复杂钢结构采用原位置原角度降标高分区单独提升与错层区钢结构搭设格构柱支撑+地面散件
2、拼装+倾斜柱安装+高空分段对接或地面分段对接+整根桁架整体吊装。这些施工方法及工艺在施工工期及施工措施方面均存在一些不可避免的问题。如高空作业多、施工工期长、安装效率低、施工措施费用高等。中建八局新型建造工程有限公司在总结空间复杂钢结构实践经验的基础上，不断创新施工方法，在通过有限元的技术分析上，结合结构特点，开发了空间复杂钢结构转角对接提升施工工法，形成了本公司的专有技术和独特工艺。本工法先后完成了国家专利技术11项，其中发明专利6项，分别是“卸载装置及其使用方法1，“卸载装置及其使用方法2，“不同管径对接管道的中心度偏差测量装置及测量方法”，“用于安装桁架的辅助装置”，“一种用于测量不同管
3、径钢管对接偏差的装置”,“用于不同直径对接管道中心轴偏差测量装置及使用方法”,“高度可调节生命立杆”，“一种双机抬吊用只能扁担及使用方法”，“一箱型钢结构对接拼装加工设备及其加工方法”，“一种构件临时提升装置以上技术应用于项目空间复杂钢结构转角对接提升施工中，成功的减少了高空施工与技措，缩短了施工工期，提高了施工效率。2工法特点2.0.1缩短施工工期：采用本工法，将高空施工与嵌补改为近楼面拼装与嵌补，减少了高空施工频次，缩短了工期，提高了施工效率。2.0.2质量可靠：采用本工法，在地面进行拼装焊接，保证了复杂钢结构的焊接质量和拼装精度。同时高空对接焊接量少，工程质量得到了有效的保障。2.0.3
4、降低施工成本：本工法利用BIM技术，建立三维模型，进行转体模拟，减少了高空施工的技措投入。同时楼面散拼吊装，减少了大型机械使用，提高了施工效率，降低了人工成本、机械成本和技措成本。2.0.4安全保证：采用本工法，将空间复杂钢结构大部分拼装焊接放在地面进行，减少了高空作业的频次与时间，提高了工人的安全。3适用范围3.0.1本工法属于钢结构安装技术领域，尤其适用于大型场馆、会展中心、民航工程等空间复杂钢结构的安装施工3.0.2基于BIM软件的模型旋转放样技术适用于空间复杂钢结构转体拼装与碰撞模拟施工。3.0.3适用于各类空间复杂钢结构的施工。4工艺原理4.0.1根据空间复杂钢结构与楼板的结构形式及
5、特点，合理划分提升区及转角拼装状态，保证以最少技措进行拼装施工。4.0.2利用BIM技术进行空间复杂钢结构转角碰撞分析，通过有限元分析技术对提升技措的强度、刚度和稳定性与整体提升过程的分析，保证空间复杂钢结构在拼装与提升过程变形较小，进而保证其安装精度。4.0.3利用全站仪对空间复杂钢结构进行分布式放点定位测量技术，保证桁架的拼装精度与测量效率。4.0.4利用应力监测设备对空间复杂钢结构提升过程进行应力监测，保证施工结构的安全。5施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工工艺流程如图5.1-1所示。图5.1-1施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 施工准备空间复杂钢结构空中转角对接提升
6、在施工前需要做好的工作如下：1首先根据空间复杂钢结构的结构特点进行提升区的划分，同时设计支撑架体系，计算技措材料，提出相应的材料清单用于备料。2准备受力分析的软件或联系相关单位。3施工焊接设备、措施材料进场，需要备案的进行有关部门的备案,对焊工、司索工进行现场考核。4水准仪、全站仪等附件进场，并按要求进行检定。5.2.2空间复杂钢结构转角提升措施设计为便于现场的施工，需提前对空间复杂钢结构的转角提升技措进行设计，利用BlM技术及MIDAS、SAP与ANSYS等受力软件的模拟计算，结合提升分区，合理的设计提升吊点的位置、大小、尺寸及提升塔架的布置，提升吊点布置原则多在支撑柱、主桁架、变形挠度大的
7、位置进行设置；为保证空中转体桁架的吊点位置受力符合设计与安全等要求，需设计转体吊具，保证施工安全。表5.2-1提升技措详图及受力分析图示5.2.3空间复杂钢结构的施工1工艺流程2拼装状态由管桁架与网架相结合的结构形式组成，屋面角度约15,部分桁架或网架在二三层错层结构区。图523-2错层结构区大跨度桁架及网架剖面图示意图1）转体拼装原则利用BIM技术，将需要转体拼装的钢结构绕中心轴夹角方向进行转体，转体分以下两种形式：（1）屋面为正边夹角时采用单轴旋转，中心轴平行于大地，其绕屋面夹角方向且通过其中心轴进行转角，最大旋转角度为6.9。（2）屋面为斜边夹角时采用双轴旋转，其绕屋面夹角方向水平中心轴
8、与竖向中心轴进行转角，绕水平轴旋转6.9,绕竖向轴逆时针旋转0.8。竖图523-4空间复杂钢结构楼面斜边夹角旋转图示另外转体还需要满足以下条件：（1）转体后钢结构拼装状态离塔架最小间距不小于200mm；（2）高侧分区最大转角为钢屋盖同楼板水平，且拼装高度原则是离楼板面或边最小间距不小于200mm；（3）低侧分区需要根据结构特点进行旋转，角度较大时钢结构最大可旋转至对接处低侧分区下部与高侧分区上部进行接触；角度较小时无需进行旋转；角度较大同时在错层结构区时可根据结构特点进行原位置原角度降标高或进行旋转，保证钢结构拼装高度李楼板或地面最近。2）确定拼装状态由于大角度或拱形空间复杂钢结构空中转体平拼
9、时水平位移过大，对提升塔架或钢柱造成碰撞，则需要对大跨度钢结构进行分区，可分为高侧分区与低侧分区两部分。一是高侧分区旋转拼装需尽可能将钢结构接近楼面或地面，以降低拼装技措。二是低侧分区旋转状态需要根据结构特点进行，可分为旋转拼装或原位置原角度降标高拼装等多种相结合形式。般蒙咬他百间杂结剖图空复钢构面接百:体平拼.装结拘转点-一是否转角E:zVXXXA7:2V间杂结转平图空复钢构体拼懈往蛾升”停权农地看图523-5复杂钢结构转角拼装状态图示4空中转体施工复杂钢结构在楼面或地面转角拼装，提升时按照钢结构拼装状态提升15Omm进行静载2h-24h,通过绕最低点进行转体，具体详见以下步骤。WWAAAA
10、A第一脱胎：按照钢结构拼装状态提高15Omm脱离支撑架。第二步转体：脱胎后待钢结构平稔静置2小时候后，需要绕最低点进行转体，将离旋转轴较远的提升架按照每250三工步进行提升，旋转轴处提升架不动，多次工步后转体至设计角度。第三步提升：当钢结构转体到设计角度后所有提升器按照每25OnIm工步进行同步提升，达到同错层区全部标高后进行固定嵌补杆件。图5.23-6复杂钢结构转体图示5空中转体对接整体提升施工通过液压提升设备将钢结构空中转体提升。若低侧分区钢结构没有转体拼装，则需要对高侧分区钢结构进行转体提升同低侧分区钢结构合并整体提升;若低侧钢结构通过转体拼装，则首先需要对低侧分区钢结构进行转体，转体完
11、成后对高侧分区钢结构进行转体并提升，提升至同低侧分区钢结构合并后整体提升施工。待-侧屋盖转角提升至另一侧分区桁架对接设计位置时，采用倒链对转角后的屋盖进行拉结限位,保证杆件嵌补过程中转角分区屋盖不会因外界原因（大风、碰撞）等后位置进行抖动。具体施工流程详见下图。产补段,防倒滑烟丝绻图5.23-7高低侧分区对接嵌补杆件图示待空中杆件嵌补连接后，两分区提升架同时同步进行提升，每个提升器均按照每个工步25Omm进行提升，直至提升到设计标高。M 错层站枸区 腮二，,E始图523-8整体提升后图示复杂钢结构提升至设计标高后进行嵌补，嵌补完成后进行卸载。5.2.4 施工过程应力应变及变形监测待空间复杂钢结
12、构拼装完成后安装应力监测设备，在提升过程及卸载过程进行应力应变与变形的检测，按照每个对应步骤进行数据收集；变形监测是在桁架或网架提升过程中抽查和提升到位后进行测量对比，在屋盖桁架或网架跨中进行设置反光片进行监测变形情况。5.2.5 三维激光扫描智能验收三维激光扫描智能验收技术是利用三维激光扫描仪记录被测物体表面的点的三维坐标和纹理反射率等信息，快速复测出被测构件的面、体以及三维构件的各类数据，采用生成的点云处理后与深化模型对比分析。能直观的反映出提升后的屋面构件外形参数，并能与理论模型进行对比，验证提升后的屋面构件变形挠度偏差。对后续楝条等上部结构施工提供参考依据。图5.2.5三维激光扫描仪扫
13、描处理模型6材料与设备6.1材料主要材料使用见表6.1-1所示。表6.1-1主要材料使用表序号材料名称规格型号用途1H型钢H200*200*8*12拼装胎架2槽钢ClO拼装胎架3H型钢116拼装胎架4圆管180*8拼装胎架6.2设备各种施工机械已维修和调试，确保运转正常。各种测量工具校验合格，确保准确。本工法采用的主要设备见下表6.2-1所示。表6.2-1主要机械设备使用表序号仪器设备名称规格型号单位数量用途备注1汽车吊QY80台4桁架吊装2汽车吊QY25台12桁架拼装吊装3汽车吊QY25台2拼装、倒料4泵源系统XY-BY-15套4液压提升设备5泵源系统XY-BY-30套5液压提升设备6液压提
14、升器XY-TS-75台1提升吊具7液压提升器XY-TS-135台3提升吊具8液压提升器XY-TS-195台3提升吊具9液压提升器XY-TS-315台8提升吊具10高压油管标准油管箱箱56液压提升设备11计算机控制系统XY-KZ-Ol套1液压提升设备12传感器/套14液压提升设备13专用钢绞线1860MPa米1.6km提升钢绞线14全站仪苏州一光套3高程、平面测量15水准仪DiNiO3套2高程控制测量16反光贴/张200变形监测17CS气体保护焊机NB-50050焊接18钢卷尺IOm把10构件的测量19水平尺0.05套4垂直度与水平度的20千斤顶QL50台10桁架拼装7质量控制7.1 工程质量控
15、制标准7.1.1 执行的相关标准、规范钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2020；建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2013；钢结构工程施工规范GB50755-2012；钢结构焊接规范GB50661-2011o7.1.2 质量控制标准1桁架拼装及吊装就位允许偏差详见下表7.1-1所示。表7.IT桁架拼装及提升就位允许偏差（mm）序号项目允许偏差检验方法图示1跨中垂直度h250,且不应大于15.Omm用吊线、拉线、经纬仪和钢尺测量口件2侧向弯曲矢高fI30mZ/1000,且不大于10.0CILB30n60mZ/1000,且不大于50.0I皆3分块拼装单元长度允许偏差20m10.
16、0用钢尺和辅助量具实测20n2.02网架拼装允许偏差详见下表7.1-2所示。表7.1-2网架拼装就位允许4能差（mm）序号项目允许偏差检验方法图示1纵向、横向长度/2000,且不超过40.0全站仪测量3焊缝尺寸允许偏差详见下表7.1.3所示。表7.1-3焊缝尺寸允许偏差（mm）序号项目示意图外观尺寸允许偏差1对接焊缝余高CUB20时，C为03.0；B20时，C为04.0；2对接焊缝错边A6时，C为03.0；4对接和角接组合焊缝余高Crh_L.芭hk6时，C为01.5；hk6时，C为03.0；7.2 质量控制保证措施7.2.1 仪器精度保证措施在复杂钢结构拼装前，测量仪器必须经过符合国家（量测）
17、标准的仪器检测机构校正，同时出具仪器校正合格证书，方可使用；7.2.2 构件进场质量控制保证措施构件进场后需要对其进行验收，主要保证油漆无破损、杆件截面尺寸型号符合图纸要求。7.23测量控制保证措施1局部坐标系设置由于复杂钢结构为分区拼装单元,均需要建立三维坐标系，建立三维坐标系，建立XY平面测量控制网，测量相对应桁架测量点的高程以便测量定位。2测量控制原则1）所有测量工作均使用高精度全站仪与高精度数显水平尺测量。2）所有桁架测量控制点均需要在楼面进行标注定位。8安全措施8.1 执行的安全标准规范建筑机械使用安全技术规程JGJ33-2012施工企业安全生产管理规范GB50656-2011建设工
18、程施工现场供用电安全规范GB501104-103重型结构和设备整体提升技术规范GB51162-2016焊接与切割安全GB9448-998.2 危险源识别根据分区施工环境及安装过程中可能会存在的危险源及可能导致的事故进行识别并制定控制措施，明确责任部门，保证现场施工的安全。表8.2危险源识别及控制计划表序号分部分项工程危险源可能导致的事故计划控制措施责任部门1起重吊装作业无资质安装拆除、维护起重伤害公司工程部要对起重机械安装单位的资质进行检查，并进行评价，价格合格的单位方可进入公司合格分包商名单，并供项目使用。工程部不正确使用起重伤害1、项目要在施工前期准备阶段编序号分部分项工程危险源可能导致的
19、事故计划控制措施责任部门吊索具制机械设备管理制度。2、项目在施工前要组织人员进行方案交底。3、加强对施工作业人员的质量和安全技术交底。吊点位置不当高处坠落1、定期对吊索具进行检查。2、加强对施工过程的监督检查。2起重机械施工信号工指挥不当物体打击指挥人员持证上岗。工程部信号工无证上岗倒塌、坠落加强对起重机械司机及信号工的安全技术交底。3临边高处作业楼层临边或25*25cm以上洞口不按规定防护高处坠落1、项目在施工前应编制安全防护施工技术措施。2、严格按照技术措施要求进行洞口防护。3、加强施工人员的安全技术交底。4、加强现场巡查。安管部4施工用电无临时施工用电施工组织设计触电1、项目在施工前必须
20、编制临时施工用电组织设计，并按照公司规定审批。2、严格按照规范及临时施工用电施工组织设计要求组织进行现场用电设施的配置，有公司工程部验收后方可使用。3、项目部严格对分包商的自配备用电设备进行进场验收，严格不合格品进入施工现场。4、加强对施工人员的安全技术交底，开展各种形式的安全教育活动。5、加强使用过程中的监督检查。工程部未达到三级配电、二级保护触电5易燃易爆物品未设危险品专用库房火灾、爆炸1、项目应在使用准备前期准备阶段编制危险品管理制度。2、严格按照制度对危险品进行管理，并分类存放。3、加强施工过程的安全监督。安管部8.3安全管理措施1在企业安全组织保证体系下建立合理的施工现场安全保证体系
21、，项目经理为施工现场安全的第一责任人。并对安全责任人及项目人员进行安全教育，使安装现场的操作人员牢固树立“安全第一、预防为主”的思想。2吊装前与提升前对班组人员进行安全及技术交底，并明确安全生产岗位责任制，安全责任落实到人。对安全防范重点进行特别强调，对重大安全风险专项方案进行专家论证，制定专项安全及技术措施。施工现场设置安全警戒标志，无关人员不允许进入作业现场。3吊装及桁架提升过程的相关机械设备操作等应由专人按照其操作规程进行，先用低高度、短行程试吊，出现不平稳情况时立即停止作业。8.4安全技术措施在复杂钢结构拼装、提升及加固施工中，建立安全操作规程，具体内容如下：1汽车吊在吊装前需要计算路
22、面的承载力情况，同时铺设对应的路基箱以保证吊装安全。2吊装前需要对施工区域范围内超高、受影响的物体进行清理，防止吊装过程阻碍施工。3吊装时，均应由专人负责指挥，并确保各作业点间通讯顺畅。模块化桁架及履带吊旁边禁止站人，以防吊装过程中伤人。4非工作人员未经工地安全员许可，不得任意进入工作场所。5液压提升同步系统采取分级加载的方法进行预加载，即以设计提升力的20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的顺序依次加载,直至桁架结构脱离拼装胎架并提升一定高度(150200mm),空中停留，单点调整各个提升吊点的标高，使得钢结构处于水平状态，观测2-12小时；6在分级加载过程中，每一
23、步分级加载完毕，均应暂停并检查如：上吊点、下吊点结构、临时加固杆件以及钢梁主体结构等加载前后的变形情况，以及临时支撑结构的稳定性等情况。一切正常情况下，继续下一步分级加载。7加载、提升过程中如有异常任何人都可以叫停，检查无误由总指挥下达提升命令；8钢结构离开胎架约15Omm后，利用液压提升系统设备锁定，并在其底部增设垫板等预防措施，空中停留2-12小时作全面检查(包括吊点结构、临时支撑承重体系、永久结构和提升设备等，尽量安排在夜间以节省施工时间)，并将检查结果以书面形式记录。各项检查正常无误，才能进行正式提升。9用测量仪器检测各吊点的离地距离，计算出各吊点相对高差。通过液压提升系统设备调整各吊
24、点高度，使钢梁结构达到水平姿态。10正式提升时每台提升器安排1人疏导钢绞线；11在构件提升前夕，要和当地气象部门保持联系，最早获得最近至少3天内的天气状况，若提升施工周期内有强风，提前做好防范工作，做好设备、构件必要的固定保护。12提升时保证电力供应，禁止突然断电；13提升到位焊接前，焊接地线就近接地，严禁钢绞线导电；8.5应急措施1项目建立应急管理指挥部，项目经理为第一责任人，编制项目专项应急管理预案，并对项目全体管理人员进行教育交底。2根据现场施工环境，项目部配备足够的消毒酒精、救援担架、固定夹板、镇痛药、速效药、防暑药品等应急救援物资及药品。3现场应重点培训应急救护技能，对紧急事件的发生
25、、处置、舆情应对、及事后处置进行演练。4项目上设置专门的医疗室并聘任有执业医师资格的人员，对项目附近医疗设施配备齐全的医院签署应急救援协议，保证救援过程的及时性。5项目设立专门的应急救援车辆，并根据项目地理位置及现场道路环境，制定出应急医院的行驶路线，保证道路的畅通。9环保措施9.1 本工法执行的环保标准规范建设工程施工现场环境与卫生标准JGJI46-2013机械工业环境保护设计规范GB50894-2013社会生活环境噪声排方标准GB22337-2008绿色建筑评价标准GB/T50378-2019建筑工程绿色施工规范GB/T50905-2014绿色建筑工程竣工验收标准T/CECS494-201
26、79.2 污染源的识别及控制措施表9.2-1危险源识别及控制计划表序号污染源类别污染源可能导致的事故计划控制措施责任部门1扬尘污染运输车辆车轮的泥土灰尘等施工人员呼吸道疾病耳部疾病构件车辆在进出场前对车轮进行必要的清洗,防止在施工现场引起扬尘。安管部序号污染源类别污染源可能导致的事故计划控制措施责任部门2噪音污染打磨、切割、机械施工等施工之间传递信号不清楚导致的事故1、现场打磨、切割尽量减少噪音，操作者佩戴耳塞，减少噪音对人体的伤害。2、对汽车吊等机器设备进行运行情况检查,通过维修处理后保证机器施工噪音在强制标准要求的范围内安管部3光污染焊接产生的火光、夜晚的灯光青光眼等眼部疾病钢结构焊接时,
27、焊接人员戴好防护眼罩等劳保用具,避免烟尘对操作者的健康影响。安管部4垃圾污染焊接切割及施工产生的垃圾坠物伤人与呼吸道疾病废弃物进行清理,运输至厂外堆放点，保持施工现场的环境清洁。施工部5空气污染焊接产生的有毒气体施工人员呼吸道疾病钢结构焊接时,焊接人员戴好防毒面具,避免烟尘对操作者的健康影响。安管部6车辆为其排方施工车辆排方的尾气施工人员呼吸道疾病对机械设备的检修日期进行检查,确保施工机械尾气排放达到合格标准。安管部9.3施工操作人员个人防护1现场施工作业时，操作人员必须按要求佩带安全帽、反光背心、安全带、口罩、劳保手套、绝缘鞋等防护用品。2焊接操作人员必须增加佩带防护眼镜、防毒面罩、防护服等
28、劳保用品，保护自己减少焊接产生的花火、有毒气体等伤害。3信号工及吊车司机，应严格执行“十不吊”规定，保护自己的同时也要保护他人免受伤害。4电工操作人员必须穿戴绝缘服,绝缘鞋,绝缘手套等,尽量减少带电作业。5现场人员禁止嬉戏打闹，禁止抽烟，不熟悉的地方不要随意走动，临边及洞口作业，必须挂设双钩安全带，安全带须高挂抵用。9.4强化职业卫生宣传教育及现场跟踪监测工作对吊装机械与提升设备仪器操作者及高空作业焊接人员应进行必要的职业安全卫生知识教育，提高其职业卫生意识。同时，还应对作业场所的扬尘、噪音情况等进行定期监测，对作业人员定期进行体检，以便及时发现问题，预防和控制职业病。10效益分析10.1经济
29、效益(1)机具费：采用本工法可节约履带吊机具费用工38万元。(2)人工费：采用本工法可节省人工费共计10.398万元。(3)材料费：采用本工法可节约材料费6.25万元。采用本工法施工，共节约成本：38万元+6.25万元+10.398万元=54.648万元。表10.1经济效益对比术参数技术对比、技术特性经济对比市场竞争力常规技术：原位置原角度降标高拼装，整体提升施工采用将大倾角屋面桁架或网架原位置原角度降标高进行拼装(搭设支撑胎架体系)，拼装完成后原角度进行整体提升施工。机械费：除地面拼装机械外，常规技术比研发技术多使用400t履带吊费用月38万元；材料费：常规技术主要比研发技措多格构柱支撑，拉
30、结,缆风绳等措施费约6.25万元；人工费：常规技术拼装吊装比研发技术多上10.398万元成本。技术难度低,格构柱支撑技措投入量大，高空拼装作业多。研发技术：空中转角楼面平拼后，空中转角对接整体提升施工采用将大倾角屋面桁架或网架空中转角后近楼面平拼，桁架底部设置短支撑即可，拼装完成后空间转角提升至另一侧分区桁架对接，连接后整体提升。技术难度高，施工效率快，高空作业少，机械投入量少，格构柱技措投入量非常少。10.2社会效益1在航站楼施工阶段，受到社会各界及公司各领导的关注，其中甘肃省人民政府副省长刘长根一行，原甘肃省省委书记、全国人大华侨委员会副主任委员林铎一行，甘肃省财政厅党组成员、副厅长郝文杰、二级巡视员刘凤会，甘肃省政协党组成员、副主席郭承录一行，甘肃省民航管理局局长牛俊民一行等重要领导多次对项目进行观摩视察。2中华网、钢结构技术、甘肃民航、向上天际线王、商业观察杂志等一大批专项报道关于中川机场屋面桁架及网架提升情况。3采用本工法施工一方面可以减少高空作业风险、缩短施工工期，另一方面可以降低支撑材料的消耗。为本企业积累了丰富的经验，也受到了监理单位和业主的一致好评，创造了良好的社会效益，同时形成项专利，其中6项为发明专利，己授权专利3项。
