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1、空间管桁架模块单元与钱接倾斜柱同步协同安装施工工法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、钢柱等相组合；对于采用管桁架与倾斜钢柱相结合的形式，目前的施工方法多为地面散件拼装，高空分段对接或整根桁架吊装后嵌补杆件的形式进行安装，此方法高空对接口多，技措用量大，精度控制难等特点。管桁架与倾斜钢柱常采用的方法是搭设格构柱支
2、撑+地面散件拼装+高空分段对接或地面分段对接+整槁桁架整体吊装+倾斜柱安装。这些安装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。2工法特点2.0.1缩短施工工期：采用本工法，设计拼装胎架，采用地面散件拼装，分块吊装、就位，减少了高空施工频次，缩短了工期，提高了安装效率。2.0.2质量可靠：采用本工法，在地面进行拼装焊接，保证了屋面管桁架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降低施工成本：本工法利用BIM技术，建立三维模型，进行单元模块式划分加工制作，减少了施工现场杆件的查找。同时模
3、块式分块吊装，减少了大型机械使用时间和技术措施的投入量，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，将管桁架大部分拼装焊接在地面进行，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、民航工程等屋面管桁架结构的安装施工3.0.2基于BIM软件的结构单元分块技术适用于空间复杂钢结构的单元划分过程。3.0.3空间管桁架模块式与倾斜柱同步安装技术适用于复杂且规律的屋面管桁架与各类支撑柱体系结构。4工艺原理4.0.1根据屋面管桁架结构形式及特点，合理分块，通过深化设计，绘制详细的加工图，
4、在工厂进行构件的分块预制生产。4.0.2利用BlM技术进行屋面管桁架的模块式分块和拼装支撑胎架的设计,通过有限元分析技术对拼装支撑胎架进行强度、刚度和稳定性分析与模块式管桁架的模拟吊装分析，保证模块式管桁架在支撑架上拼装过程中稳定且变形小，进而保证模块式管桁架的安装精度。4.0.3利用全站仪对模块式管桁架进行分布式放点定位测量技术，保证模块式管桁架的拼装精度与测量效率。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 施工准备模块式桁架与大倾角钢柱在施工前需要做好的工作如下：1首先根据航站楼屋面结构特点进行桁架模块
5、式划分，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 屋盖桁架模块式划分为便于现场模块式施工，需提前对屋面桁架进行模块式划分，划分界限能起到承上启下的作用，保证屋面桁架模块式施工过程中的变形符合设计要求；同时按照模块式划分的桁架进行不同的命名，从而生成每个模块式划分的构件加工图以及清单，以方便现场施工。利用BIM技术及MIDAS、SAP与ANSYS等受力软件的模拟计算，结合确定的模块式划分方案，对划
6、分好的模块式桁架进行各项施工模拟计算，为保证桁架的施工方案在整个施工过程中的各项参数满足设计要求，桁架的模块式分块无特定要求，最终会按照桁架的结构形式及计算结果确定屋面桁架的模块式划分单元。际EW即#MiIffcW咽图5.2-1桁架模块式划分表5.2-1屋面桁架模块化划分表编号重量Dl117.6TD2A/B88.4TD3A/B128.5TD4A/B113.3TD5A/B147.6TD6A/B128.ITD7A/B143.6TD8A/B133.9T90. 7TD9AB5.2.3 模块式桁架的拼装1工艺流程支撑胎架的设计J支撑胎架的蔽I桁架的拼装图5.23-1工艺流程2支撑胎架的设计利用BIM技术
7、，根据桁架的结构特点，选择在不同位置设计不同的桁架进行支撑，保证整块桁架的拼装精度与稳定性均符合要求。表5.2.3-1模块式桁架支撑胎架的类型模块式桁架支撑胎架类型H型钢及槽钢或将制作、”0口管桁架下弦杆支撑倾斜管桁架上、下弦竖向平面管桁架上、TW明拼装胎架杆支撑拼装胎架下弦支撑拼装胎架3支撑胎架的定位利用BlM技术，通过建立局部空间坐标系，在桁架不同位置设计的支撑胎架与控制点位置处进行定位放点，此测量控制点直接影响桁架的拼装精度。如下图模块式分块桁架建立空间分布式定位点位。图5.23-2模块式桁架的定位及控制点4桁架的拼装为保证桁架的拼装精度，桁架需先从主桁架的上下弦杆进行定位拼装，再拼装主
8、桁架的斜腹杆，按照此工序将主桁架、次桁架、主构件、次构件的顺序依次进行拼装，将整个分块桁架主体精度定位准确后进行次构件的拼装焊接。图5.23-4分块桁架拼装顺序5.2.4模块式桁架与倾斜柱的同步施工5.2.4.1 模块式桁架的吊装模拟分析待支撑钢柱或支撑格构柱安装完成后，需要进行模块式桁架的吊装，首先采用TEKLA软件进行重心点的确定，根据模块式分块桁架的大小形状选用对应的吊索具与起吊点，吊点应不少于4个点进行吊装，同时需要MIDAS软件进行吊装模型分析确定吊装过程模块式桁架变形及钢丝绳符合设计与规范要求。编l,j图5.4-1模块式屋面桁架重心点的选取图5.4-2模块式屋面桁架钢丝绳绑扎点的设
9、计表5.4-1模块式屋面桁架模拟分析图示结论拿三3三二变形分析符合设计要求符合设计要求L应力分析起吊前先将单元桁架吊离地面约500mm进行相对调整，主要调整单元桁架各部位的相对标高，调整完成后需要将其吊至设计位置，后同步安装倾斜柱。图5.2.4-3模块式桁架与倾斜柱同步安装其余模块单元依次按照流程进行安装，如下图所示：按照第一根模块化分块桁架的施工流程依次完成剩余模块化桁架。图5.2.4-4依次安装指廊端头D2A/B模块化桁架图5.2.4-5依次安装指廊端头D3A/B模块化桁架图524-6按照以上顺序依次完成所有模块化桁架图524-7按照以上顺序依次完成中部联系桁架5.2.5三维激光扫描智能验
10、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，快速复测出被测模块式分块桁架的面、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。能直观的反映出模块式分块桁架在拼装过程中的外形参数，并能与理论模型进行对比，验证拼装的模块式分块桁架的拼装尺寸偏差。对后续正在拼装的模块式分块桁架起到参考依据，适当调节拼装时的测量放点，保证每块模块式桁架在高空对接时能准确的对接。图5.2.5-1三维激光扫描仪扫描成像模型图5.2.5-2三维激光扫描仪点云处理模型与深化模型对比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.IT主要材料使
11、用表序号材料名称规格型号用途1H型钢112拼装胎架2槽钢C8拼装胎架3T型钢TW50*100*6*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履带吊SCC400台2模块式桁架吊装2汽车吊QY50台2模块式桁架拼装3汽车吊QY25台2拼装、倒料4全站仪苏州一光套2高程、平面测量5水准仪DiNiO3套1高程控制测量6反光贴/张1000变形监测7CO2气体保护NB-50050焊接8钢卷尺IOm把10构件的测量9水平尺0.05套4垂直度与水
12、平度的测量10千斤顶QL50台10模块式桁架拼装7质量控制7.1 工程质量控制标准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模块式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模块式桁架拼装及吊装就位允许偏差（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侧向港曲矢高fI30mZ/1000,且不大于10.0CI
13、B30n60mZ/1000,且不大于50.03分块拼装单元长度允许偏差20m10.0用钢尺和辅助量具实测20m2.02焊缝尺寸允许偏差详见下表7.1.2所示。表7.1-5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CL【_B20时，C为03.0；B20时,C为04.0；2对接焊缝错边6时，C为03.0；4对接和角接组合焊缝余高Cphhk6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模块式桁架拼装前，测量仪器必须经过符合国家（量测）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
14、证措施桁架管进场后需要对其进行验收，主要保证油漆无破损、桁架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屋盖桁架为分块的模块式单元体系，每个模块式单元均需要建立三维坐标系，以特定点（钢柱中心、桁架端头等）为原点建立三维坐标系，以XY为拼装地面分别计算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）所有模块式分块桁架测量控制点均需要在地面进行标注定位，同时标记清楚高程数以便拼装定位。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GB50656-2
15、011建设工程施工现场供用电安全规范GB501104-2019焊接与切割安全GB9448-20088.2 危险源识别根据模块式分块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。1不正确使用吊索具起重伤害1、项目要在施工前期准备阶段编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
16、、加强对施工作业人员的质量和工程部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、项目在施工前必须编制临时施工用电组织设计，并按
17、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，项目经理为施工现场安全的第一
18、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窠进行专家论证，制定专项安全及技术措施。吊装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 安全技术措施在模块式分块桁架施工中，建立安全操作规程，具体内容如下：1履带吊在吊装前需要计算路面的承载力情况，同时铺设对应的路基箱以保证吊装安全。2吊装
19、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。模块式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。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、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
20、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JGJl46-2013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/CECS494-20179.2 污染源的识别及控制措施表9.2危险源识别及控制计划表序号污染源类别污染源可
21、能导致的事故计划控制措施责任部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,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
22、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
23、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 经济效益(1)机具费：采用本工法可节约起重机具费用工165.13万元。(2)人工费：采用本工法可节省人工费共计226.921万元。(3)工期费：采用本工法后
24、工期节约L65个月。采用本工法施工，共节约成本：165.13万元+226.921万元=392.051万元。表10.1经济效益对比表术参数技术对比技术特性经济投入市场竞争力常规技术：在格构柱支撑与倾斜柱安装完成后再依次安装屋面单棉桁架。采用单榴桁架安装，首先安装支撑钢柱与倾斜柱，其次安装桁架支撑格构柱，在依次安装主桁架、次桁架、主杆件、次杆件等。机械费:431.93万人工费:407.476万总计：839.406万技术难度低，施工效率低，高空作业多。研发技术：采用模式与倾斜柱同步安装采用分大单元模块式安装，同步安装倾斜柱。机械费：266.8万元人工费：180.555万总计：447.355万技术难度
25、高，施工效率快，高空作业少，机械投入量少。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施工情况。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。
