CN108277882A - 恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺 - Google Patents

恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其包括：针对特大型钢结构雨棚的平面设计图纸，采用TEKLA软件，基于三维技术对特大型钢结构雨棚的平面设计图纸进行核对和纠错，使得全部结构零部件的精确放样；针对特大型钢结构雨棚中的大型构件进行工厂组装制作时，采用以面定位或以孔定位方式来实现定位靠模；针对特大型钢结构雨棚中特大型截面钢柱的安装中，进行有效的防倾加固，通过定位支架工艺进行基础锚栓的埋设。本发明提供的全天候钢结构雨棚施工方案，使得钢结构件尺寸准确，孔位匹配，有效避免因设计和制造质量问题发生的构件返修工作；同时整个施工方案，安全保障性高，有效降低工程风险，可有效保证施工工程的进度、质量和安全。

Description

恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺
技术领域
本发明涉及雨棚施工工艺，具体涉及大型钢结构雨棚的施工工艺。
背景技术
现有特大型钢结构雨棚的施工工艺一般均为工厂内加工构件，现场分节段拼装。施工过程中普遍存在的问题是：加工过程中，焊接形变大、螺栓孔位错位，造成现场安装对拼困难，增加大量现场焊接、扩孔等作业量。
例如，本发明专利针对的全天候雨棚，采用特大型工业厂房结构型式，它的空间规模巨大，其中雨棚侧面沿口标高为49.2m，屋顶通风器的最大标高为53.8m。由于受到运输条件限制，每根结构件均采用了多分段大数量高强度螺栓法兰连接的设计。如：作为雨棚主体结构最大件的高度为46.7m管桁架立柱,在长度方向就分成了4节，相邻管节之间就有16×4组的高强度螺栓连接。每个螺栓与螺栓之间间隙只有2mm。钢柱截面中心线尺寸4.5m×2.5m～4.5m×4.5m，刚度极大。加上节点型式复杂，焊缝多、焊接变形大。由此带来了构件组装时螺孔配合精度要求不易保证的问题，稍有偏差，工厂制作的分段结构到现场将根本无法组装。
再者，该全天候雨棚的设计方案中对所有主结构件的防腐都采用热浸锌，并且不允许螺孔在浸锌后加工或带孔法兰在浸锌后焊接。由于热浸锌工序是待构件拼接结束或拼接到工艺允许的最大尺寸进行(因锌池尺寸有限)，因锌池内温度高且池内外温度相差大，浸锌后构件会产生较大变形，所以必须在工艺上采取特殊措施加以严格控制，否则无法保证全部构件54080套高强螺栓和81100套一般螺栓的连接孔对接精度。
再者，本工程属超高特大型钢结构厂房，地处气候条件比较恶劣的热带地区，纬度低，日照强，雨量大，这对构件安装的安全性提出了严重挑战。
在如此情况下，现有的特大型钢结构雨棚的施工方案根本无法适用。
发明内容
针对现有特大型钢结构雨棚的施工方案中所存在的问题，需要一种新的适用于特大型钢结构雨棚的施工方案。
为此，本发明所要解决的问题是提供一种恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，以克服现有技术所存在的缺陷。
为了解决上述问题，本发明提供的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺包括：
针对特大型钢结构雨棚的平面设计图纸，采用TEKLA软件，基于三维技术对特大型钢结构雨棚的平面设计图纸进行核对和纠错，使得全部结构零部件的精确放样；
针对特大型钢结构雨棚中的大型构件进行工厂组装制作时，采用以面定位或以孔定位方式来实现定位靠模；
针对特大型钢结构雨棚中特大型截面钢柱的安装中，进行有效的防倾加固，通过定位支架工艺进行基础锚栓的埋设。
进一步的，所述施工工艺中对构件的组装和焊接过程中全部采用数控切割机下料，以确保焊缝间隙1mm～2mm的之间，钢管的切割采用数控相贯线等离子切割机，钢板的切割采用数控火焰切割机；焊接全部采用CO2气体保护焊。
进一步的，所述施工工艺中对构件进行浸锌时，针对大型构件，尽量缩短入池时间，避免构件的部分区域较长时间外露，防止受热不均引起变形；大型构件浸锌时，吊点布置均匀；浸锌前对构件中容易发生变形的零件进行加固；构件移出锌池后缓慢冷却。
进一步的，所述施工工艺中利用TEKLA钢结构设计软件搭建一个完整钢结构模型，基于该完整钢结构模型对设计图纸进行校核，以完成特大型钢结构雨棚中所有钢结构件的细化设计和精确到毫米级的构件尺寸确定，分别对所有单根构件和总工程实施了高强度螺栓和普通螺栓的品种和数量汇总以及原材料数量、规格汇总，并完成对钢柱、抗风桁架、柱间支撑、行车梁、制动桁架以及登高扶梯等构件之间的三维模型的设计校核。
进一步的，所述施工工艺中钢柱檩托板的定位安装，利用靠模表面来定位和装配檩托板，檩托板安装靠模有两组胎架：一组是立柱钢管的定位胎架，另一组是与之平行的檩托板靠模胎架，都采用型钢搭设，上表面用水平仪找平。
进一步的，所述施工工艺中采用以孔定孔方式进行钢柱分段法兰的定位，包括如下两步：
第1步，实施单根钢管两端法兰的定位安装，在胎架上设置两组永久性的每组带有若干个十字形分布销孔并与钢管法兰孔尺寸相配合的定位板，法兰板安装时只需每端定位销将定位板与法兰固定，然后用肘板点焊即可；
第2步，基于步骤1方式在胎架上实施4根钢管与其它构件的焊接定位。
进一步的，所述施工工艺中钢柱底脚法兰的组装过程如下：
先制作一块大型平面竖向靠模，并根据设计要求加工好符合质量要求若干组螺孔；
安装时先将4块法兰用定位销固定在竖向靠模上，然后将靠模贴紧在呈水平放置的钢柱4根钢管的底端面，并使法兰中心线与钢管中心线对准；
当竖向靠模的垂直度符合要求后，用电焊将法兰板与钢管进行焊接。
进一步的，所述施工工艺中采用定位支架工艺进行基础锚栓的埋设时，包括：
支架的定位和固定先于基础的钢筋绑扎，以方便支架位置定位和测量，支架与混凝土底板固定采用膨胀螺栓，底板应平整坚实；
定位时用经纬仪使钢柱的十字轴线与支架中心线对准；
钢柱锚栓在定位支架上固定时，采用双螺母调正锚栓顶部标高；
钢柱基础绑扎钢筋时避开定位支架，浇筑混凝土时防止定位支架发生位移。
进一步的，所述施工工艺中针对钢立柱采用整体吊装工艺，吊装钢柱时，配备了一台主履带吊和一台辅助履带吊进行联合吊装作业，首先通过辅助履带吊的起升、移动和主履带吊起升、回旋，使得钢柱平实现了由水平到垂直的翻转；最后在主履带吊的单机操作下，使得钢柱落放到钢柱承台基础的槽口中，与钢柱基础螺栓的对接。
进一步的，所述施工工艺中同轴线依次安装特大型截面钢柱，提前安装部分剪力键，形成有效的防倾加固；同步安装抗风桁架连成整体，形成稳定体系。
进一步的，所述施工工艺中利用天车主梁搭移动平台，为网架安装提供大型操作平台。
进一步的，所述滑移平台由扣件式落地式脚手架组成，脚手架底部的大型水平工字梁，搁置在天车的两根轨道梁上，在与轨道梁接触处的工字梁端部焊有卡板，卡板的形状与轨道侧面形状相吻合；工字梁上表面，在每根脚手架立杆钢管处，焊有一段钢筋，钢管下端插进短钢筋，防止脚手架水平滑移；在脚手架上方，再铺满竹编片，形成高空操作平台。
进一步的，所述施工工艺中在现场采用超长彩钢板垂直运输吊具和超长墙面板安装用笼式挂梯。
进一步的，所述超长彩钢板垂直运输吊具为桁架型式，桁架上下主弦杆采用槽钢构成，槽口分别向下和向上，中部腹杆为槽钢；共设置8组由尼龙带组成的吊索，桁架顶部设,5根钢丝绳吊索，其中中部的3根配有手拉葫芦可调节吊索松紧度。
本发明提供的全天候钢结构雨棚施工方案，使得钢结构件尺寸准确，孔位匹配，有效避免因设计和制造质量问题发生的构件返修工作；同时整个施工方案，施工进程块，安全保障性高，有效降低工程风险，可有效保证施工工程的进度、质量和安全。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中钢柱吊装平面布置图；
图2为本发明实例中定位支架埋设图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本实例针对的全天候雨棚，采用特大型工业厂房结构型式，该雨棚轴线长度142.6m,宽度58m×2跨，建筑总面积为17887㎡。该雨棚主体结构由管桁架钢柱和行车梁组成，其中管桁架钢柱轴线截面为4.5m×2.5m～4.5m×4.5m，共3个规格，钢柱最大重量为105t。行车梁共56根，每根长度约为10.2m，重量为3.5t。雨棚屋顶由主、次檩条、网架结构和彩板通风器组成，主檩条规格为H350×350×12×9，次檩条规格为C200×70×20×2.5，彩板为0.6mm金属压型板。墙面采用柱间支撑，采用规格C250×250×20×2.5或Z300×80×3和间距1.1～1.2m的檩条以及采用0.6mm厚金属压型板。钢柱、钢梁和网架结构全部采用热浸锌处理加表面涂漆工艺，其中热浸锌厚度610g/m2,漆膜厚度240μm，构件间不采用焊接，全部采用扭剪型达克罗高强度螺栓的连接型式。钢结构总重量达7500t。
由上可知，本实例针对的全天候雨棚采用特大型工业厂房结构型式，空间尺寸巨大：其中雨棚侧面沿口标高为49.2m，屋顶通风器的最大标高为53.8m。由于受到运输条件限制，每根结构件均采用了多分段大数量高强度螺栓法兰连接的设计。例如：作为雨棚主体结构最大件的高度为46.7m管桁架立柱,在长度方向就分成了4节，相邻管节之间就有16×4组的高强度螺栓连接。每个螺栓与螺栓之间间隙只有2mm。钢柱截面中心线尺寸4.5m×2.5m～4.5m×4.5m，刚度极大。加上节点型式复杂，焊缝多、焊接变形大。由此带来了构件组装时螺孔配合精度要求不易保证的问题，稍有偏差，工厂制作的分段结构到现场将根本无法组装。
再者，全天候雨棚的设计中对所有主结构件的防腐提出采用热浸锌的设计要求，并且不允许螺孔在浸锌后加工或带孔法兰在浸锌后焊接。由于热浸锌工序是待构件拼接结束或拼接到工艺允许的最大尺寸进行(因锌池尺寸有限)，因锌池内温度高且池内外温度相差大，浸锌后构件会产生较大变形，所以必须在工艺上采取特殊措施加以严格控制，否则无法保证全部构件54080套高强螺栓和81100套一般螺栓的连接孔对接精度。
在此设计要求下，本实例通过采用恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工方案来按照对上述设计方案完成大型钢结构雨棚的施工。
本实例中给出的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工方案针对钢结构制作、安装通过运用BIM技术、数控设备、创新制作工艺、优化安装方案、设计制作专用工器具等一系列信息技术、工艺、设备的创新集成，高标准控制构件制作精度，克服了高温、高湿、高盐、高紫外线、多台风、雷暴、地基基础差、设备资源紧缺等恶劣条件的影响，安全高质量的完成了全天候雨棚安装。
本施工方案主要包括如下几点：
(1)运用BIM技术深化钢结构设计，优化构件单元，预判安装难点。采用TEKLA软件三维技术对设计院的平面设计图纸进行核对，消除尺寸误差，实现全部结构零部件的精确放样，解决复杂节点构件交貫时组装顺序问题以及正确提供全部钢结构件的重量。
(2)运用数控设备，创新制作工艺，精密制作钢结构件，提升构件精度。钢柱工厂组装中采用的定位装置，采取了面定位或孔(销)高精度定位技术，确保了檩托板、分段间法兰板和地脚法兰部件螺孔位置的正确性。
(3)采用大型施工设备资源，实施钢柱整体吊工艺。采用大型设备整体吊装钢立柱，可以有效提高施工进度，降低高空作业风险，最大限度避免了遭受现场气象突变的侵袭。
(4)优化安装顺序，及时形成结构稳定单元。同轴线依次安装特大型截面钢柱，提前安装部分剪力键，形成有效的防倾加固。同步安装抗风桁架连成整体，形成稳定体系。
(5)搭设高空滑移平台，拼装屋顶网架。利用天车主梁搭移动平台，为网架安装提供了大型操作平台，不仅减少搭设大量脚手架，而且大大提高了高空作业安全性，降低网架安装成本。
(6)设计制作专用工器具用于屋顶面和墙面施工。设计和制作了超长彩钢板垂直运输吊具和超长墙面板安装用笼式挂梯，对保证施工安全起到了重要作用，解决距离过小墙板安装，设备无法进入的难题。
据此，本恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工方案的具体实施过程如下。
1.基于TEKLA钢结构设计软件对特大型钢结构雨棚的平面设计图纸进行核对和纠错。
本实例TEKLA钢结构设计软件在一个虚拟空间中搭建一个完整钢结构模型，模型中不仅包括所有零部件尺寸，也包括了材料规格、横截面、节点类型、材质等信息，且可以用不同颜色表示各个零部件，利用鼠标进行模型不同方向的连续旋转。
据此，本实例工程工厂细化设计阶段，利用TEKLA钢结构设计软件构建的钢结构模型完成钢柱、行车梁、柱间支撑、墙面和屋顶维护结构等所有钢结构件的细化设计和精确到毫米级的构件尺寸确定，分别对所有单根构件和总工程实施了高强度螺栓和普通螺栓的品种和数量汇总以及原材料数量、规格汇总，并完成了对钢柱、抗风桁架、柱间支撑、行车梁、制动桁架以及登高扶梯等构件之间的三维模型的设计校核。消除或纠正某些原设计存在不当问题。例如，设计忽视了两根相邻行车梁在牛腿面处有5mm的间隙，以致于牛腿面上表面的与两根行车梁连接处的两组螺栓孔间距存在有5mm的设计误差。又如，原设计在与行车梁相连接的制动桁架设计中，忽视了施工人员在现场安装过程中应有的最小作业空间问题，造成了制动桁架腹杆空间尺寸太小，以致走道板与行车梁上翼板大量的连接螺栓中有部分螺栓将会无法安装。
基于该过程，可在工厂细化设计阶段及时排除上述的问题，有效避免在工厂制作和现场施工中，碰到因图纸错误造成构件尺寸和位置错误造成返工现象，为加快施工周期和提高施工质量打下了良好的基础。
2.特大型钢结构雨棚构件制作。
2.1构件的组装定位。
本方案工程中的钢柱、行车梁与制动桁架、抗风桁架都是超大型结构，单构件之间或与其他结构之间如钢柱与檩条、行车梁与制动桁架、抗风桁架与抗风柱之间都采用高强度螺栓连接。配合面之间的螺栓孔精度如果在工厂制作时误差超标，则到现场安装肯定会碰到无法安装合龙的棘手问题。另由于所有构件都是热浸锌结构，设计不允许现场切割扩孔，必须提高螺孔配合精度。
据此，本方案采用以面定孔或以孔定孔的施工原则，即构件上螺孔是由定位板配合面或定位板上的螺孔(定位板是事先经精确定位并经检验合格的)位置决定的。由此确保了同一类型的构件其配合螺孔位置的同一性和互换性
2.1.1钢柱檩托板的定位。
檩托板在钢柱上的定位，传统做法是通过划线进行，即工人根据檩托板安装尺寸用弹线方法确定位置，并用直角靠尺或吊线方法调整上表面水平度，这样做效率低误差大。
针对本方案工程檩托板尺寸和重量很大，不易安装正确的特点，为了确保钢柱檩托板的安装位置正确，为后续的现场檩条安装精度提供保障，本方案采用了用靠模表面来定位和装配檩托板的施工方法。
本方案中檩托板安装靠模有两组胎架：一组是立柱钢管的定位胎架，另一组是与之平行的檩托板靠模胎架，都采用型钢搭设，上表面用水平仪找平。设置在檩托板靠模胎架上的的靠模共有十几组，为保证精度，它的限位面的位置和角度，由水平仪和经纬仪定出。装配时工人只需要将檩托板一侧紧贴靠模工作面，另一侧对准钢管上由精密水平仪找出的钢管中心线，由此方便地完成檩托板的装配。
另外，为了防止檩托板焊接变形，檩托板的焊接工作也在靠模上进行，工人焊接时只要发现贴合面有少许间隙，就可发现微小的变形量，此时要调整焊接顺序和方向，以便檩托板回到原来位置。
通过上述定位工艺安装的檩托板，在钢柱垂直度偏差调整到规范标准情况下，钢柱连接法兰板孔位精度均满足要求。
2.1.2钢柱分段法兰的定位。
本工程钢柱总长度46.7米，由于受运输长度所限，设计分成4个分段，每个分段的4根钢柱两端均设置一片法兰，法兰上均布由数控钻床加工的螺孔16个，钢柱分段之间用高强螺栓连成整根。这种连接方式对于钢柱法兰的安装精度要求严格：一是相邻管段钢管的对接端的两个法兰螺孔的平面转角位置要绝对正确，否则，由4根钢管组成的相邻两个钢柱分段连接时，16个×4组数量的螺栓将无法穿进。二是法兰面应与钢管中心线垂直，否则法兰面之间将有不均匀间隙，由于贴合面积很大，根本不可能用垫片加以弥补。
若采用常规的方法制作钢柱，将组成整根钢柱的分段在胎架上进行预组装，组装时，分段间的法兰留在最后成对安装，只要钢柱的分段之间顺序不搞错，钢柱分段之间的连接不成问题。但本工程中的钢柱全部采用热浸锌防腐，不允许浸锌之后，再进行法兰焊接。故常规方法不适用。
据此，本方案采用以孔定孔分两步走的分段法兰定位方法：
第一步，实施单根钢管两端法兰的定位。此法在胎架上设置两组永久性的每组带有4个十字形分布销孔的并与钢管法兰孔尺寸相配合的定位板(两组定位板距离稍大于钢管长度，便于钢管进入，两组定位板的高度、垂直度和相对螺孔平面转角差，用仪器精密找正)，法兰板安装时只需每端用4个定位销将定位板与法兰固定，然后用肘板点焊结束即可。
第二步，在胎架上实施4根钢管与其它构件的焊接定位，此法钢管的定位方法基本与第一步相同，定位板的数量由2组增加至8组，每块定位板上的销孔由4个减至2个。
按此方法制成的立柱分段法兰板安装精度得到了保证，为现场整根钢柱顺利组装打下了扎实基础。
2.1.3钢柱底脚法兰的组装。
本工程共有49根特大型钢柱，每根钢柱的四角有1根钢管，钢管中心距分别有2.5m×4.5m、3m×4.5m、4.5m×4.5m共3种型式，每根钢管底部设置了1块底脚法兰，每块法兰有4个的底脚螺栓孔，共16个螺孔。安装钢柱时，钢柱的底脚法兰螺栓空需穿过预埋在钢柱基础承台倒V型坑内的螺栓，螺孔的定位精度标准相当高。如存在误差，钢柱将无法安装就位，如若如此，雨季窗口时间施工，天气突变，工程和设备将会存在难以估量的安全风险。组装法兰需要有可靠的工艺以保证螺栓孔的精度，为此，钢柱底部4块法兰安装时，采用以孔定孔大型竖向靠模安装的方案。
具体做法是先制作一块大型平面竖向靠模，并根据设计要求加工好符合质量要求的4个×4组螺孔。安装时先将4块法兰用定位销固定在竖向靠模上，然后将靠模贴紧在呈水平放置的钢柱4根钢管的底端面，并使法兰中心线与钢管中心线对准，当竖向靠模的垂直度符合要求后，即用电焊将法兰板与钢管进行焊接。采用此法，可顺利解决4块法兰板的螺孔位置度、平面度、底平面与钢柱轴线垂直度三大精度问题。
2.1.4轨道梁与制动桁架螺孔加工。
轨道梁与制动桁架的连接螺孔如果是用钻床分别打孔，实际安装时常由于划线的偏差和钻头位置偏差造成对应的螺孔偏差出现螺栓无法正常穿入，而造成现场扩孔现象。本工程为全浸锌钢结构，现场严禁气割扩孔，本方案在工厂制作时采用轨道梁与制动桁架预拼装后再配合钻孔的工艺。
具体做法是：先将经过热浸锌处理后的梁和制动桁架临时组装，然后再进行钻孔，钻孔结束后，将梁和制动桁架拆开再按原位置顺序统一进行编号造册，构件运至现场后再按原组装顺序进行安装。经过现场安装实践证明，上述工艺效果非常好，完全达到预期目的。
2.1.5钢柱总长度控制和安装用测量控制点的设置。
本工程每根钢柱长度达46.7m，钢柱总长度控制十分重要，它影响到牛腿面(行车轨道面)标高、底脚螺栓面标高以及檩条托板标高等，由于每分段的交叉杆件很多，焊接后总的收缩量难以估算准确，从而带来了整根钢柱总长度控制较为困难。为此每段钢柱制作时预设收缩余量10mm～15mm，总长度偏差修正放在钢柱预拼装时解决的措施，将最后一段余量的修割设置在最上一节钢柱分段与牛腿(箱形结构)的交界处，此处钢管与牛腿直接焊接，此处余量修割最为简单方便。
为便于钢柱的现场安装，钢柱表面必须设有供测量定位用的安装测量点。钢柱安装用测量点的设立大都是在安装现场进行的，当结构型式简单、尺寸较小，现场标识方便时这种做法尚可采用。由于本工程中的钢柱是超大型格构形式的管桁架，测量控制点在现场设置将会十分困难，即使勉强建立了，其精度也难以保证。据此，本方案在制作车间的拼装台架上设立相应的测量控制点。钢柱的安装用测量控制点有两种：一种是用于测量垂直度的钢柱在长度方向两个相邻侧面上的中心线，另一种是用于测量牛腿标高的观察点。
由于胎架上表面是用仪器找正水平的，所以这两种控制点的设置十分方便和正确。对于前者，其中一根中心线是用吊垂直线方法将预先设置在胎架上的桁架中心线引到一侧面上的上下横向杆件上完成的，另一根中心线则是用扫描方法将控制点引到另一侧面的上下横向杆件上完成的。对于后者，只需从牛腿上表面向柱底方向引某定尺距离，然后将此点设置在桁架竖杆上即告完成。
这里需要指出的，钢柱柱身标高测量控制点的设置，测量人员在地面上测量柱身测量控制点标高，即可确定钢柱牛腿标高，避免了登高作业风险。
2.2热浸锌构件的变形控制。
由于浸锌后的钢材不能直接进行气割和焊接，所以本工程的钢构件均采用加工到成品或半成品后才进行浸锌的，加上本工程钢结构为格构件，造成了浸锌后成品构件变形情况极不易控制。
本方案中的热浸锌构件变形控制措施如下：
(1)严格控制构件组装的装配间隙。构件装配间隙关系到焊接应力大小，间隙越大，焊接填充的金属焊液越多，冷却后收缩量越多，焊接应力也就越大。全部采用数控切割机下料，以确保焊缝间隙1mm～2mm的之间。钢管的切割采用数控相贯线等离子切割机，钢板的切割采用数控火焰切割机。
(2)焊接全部采用CO2气体保护焊。电弧在保护气体的压缩下热量集中，焊接速度快，熔池小，热影响区窄，因此焊接收缩量小，焊接应力小。
(3)大型构件浸锌时，尽量缩短入池时间，避免构件的部分区域较长时间外露，防止受热不均引起变形。
(4)大型构件浸锌时，吊点布置均匀合理，防止在构件发生较大变形和应力情况下浸锌。
(5)浸锌前对构件中容易发生变形的零件进行加固(如加设小支撑等，小支撑用螺栓连接，浸锌后拆除，仅保留不影响美观的节点板)。
(6)构件移出锌池后缓慢冷却，防止出池构件立即室外堆放造成温差太大。构件堆放时垫木数量和位置合理。
由于采取了以上措施，浸锌后的构件未出现明显变形，构件的偏差均控制在规范的允许偏差之内。为了确认钢柱镀锌后变形情况，对首榀浸锌的两根钢柱进行预拼装试验，实验证明：所有分段之间法兰螺栓孔最大偏差不超过2mm，完全可使螺栓顺利穿入。
2.3数控切割控制。
本工程钢材加工数量大，要切割和加工数以千计的钢管、数以万计的节点板和数以十万计的螺栓孔，且要保证精度，满足零件之间互换性要求。据此，本方案中，钢板(牛腿、法兰、节点板等)切割中全部采用了数控火焰切割机，在钢管切割中，全部采用数控相贯线等离子切割机，在螺孔加工中，全部采用了数控钻床。
2.4钢柱安装。
2.4.1钢柱的安装顺序；
钢柱的安装顺序在构件吊装工艺中占据着重要位置，它不仅关系到吊装进度、吊装安全，而且与工程的成本和效益也有密不可分的联系。
2.4.1.1影响钢柱安装顺序的主要因素：
(1)结构件的特点。确定安装顺序时，首先安装单构件易于加固稳定，确保安全，次之将钢柱连成整体，形成稳定结构。本工程被吊装的钢柱高度近46.7m，在A、C、E轴线方向的截面尺寸较小，而受风面积最大，应尽快将相邻两根钢柱吊装后用钢柱之间的连系构件组成稳定的结构单元。
(2)吊装设备。根据吊装方案和现场已有的吊装设备，采用550t和150t履带吊各一台，作为钢柱安装用主要设备。对这样2台超重型履带吊，对作业区域场地的承压要求特别高，同时对场地的破坏性也很大。作业时按一定顺序进行，吊车不能无规则地反复行走和碾压，应沿着事先加固后的既定路线作业。
(3)安装场地。安装场地的条件如下：
a.施工现场区域原为海滩地，新近吹填早地形成，系吹填砂质土，地基松软承载力低，无法满足大型施工设备作业对场地需求。如把所有场地进行加固，则工程辅助成本太大，只能有选择地对必经线路上局部区域进行加固；
b.现场靠海侧A轴线区岸线曾遭受过台风侵袭、海水浸泡，部分钢柱地基基础遭损坏尚未修复，A轴线区的钢柱不具备先行安装的条件；
c.现场陆侧E轴线两侧场地开阔，平整度好，特别有利于吊装开始阶段对钢柱拼装工艺和吊装设备的熟悉，也有利于为施工安全积累经验。
(4)行车安装。本工程中，每跨屋架顶端各有一台55t生产行车，为不影响行车安装，位于1轴线和B轴线、1轴线和D轴线上的2根钢柱待行车安装完成后最后安装。
根据，本方案采用渐进式和批次式相结合的比较优化的安装顺序模式。
2.4.1.2钢柱吊装顺序安排；
参见图1，本方案中钢柱吊装共分4个批次，每个批次实施渐进式的如下顺序：
1.采用550t履带吊安装D15抗风柱；
2.吊装E15格构钢柱；
3.安装轴线E与轴线D钢柱之间的底部的桁架；
4.安装第二榀桁架；
5.安装第三榀桁架；
6.完成轴线E与轴线D钢柱之间的顶部桁架的安装；
7.安装E轴线第二个钢柱；
8.安装钢柱之间的连接构件，以保证结构的稳定；
9.如前所述，由轴线15到1的顺序安装E轴线钢柱及钢之间的连接构件；
10.如前所述，继续由轴线15到1的顺序安装E轴线钢柱及钢柱之间的连接构件；
11.完成E轴线钢柱及钢柱之间的连接构件的安装；
12.按照上述方法，由轴线15到1的顺序安装C轴线钢柱及钢柱之间的连接构件；
13.按照上述方法，由轴线15到1的顺序安装C轴线钢柱及钢柱之间的连接构件；
14.安装轴线B的抗风柱和A轴线开头的一个钢柱；
15.安装二钢柱之间的连接桁架；
16.如前所述方法，由轴线15到1的顺序安装A轴线钢柱及钢柱之间的连接构件；
17.采用550吨的履带吊安装轴线1的两个抗风柱。
2.4.1.3钢柱安装顺序实施效果：
(1)分批式安装顺序较好地指导了工厂构件制作和发运计划的制订和实施，使前后方目标一致，有条不紊开展各自工作，为整个工程顺利进行打下基础。
(2)钢柱和柱间连系构件的循序安装的方式，钢柱联结成体系，增加了整体稳定性，大大增强了抗风效果，确保了施工安全。
(3)吊装路线图的实施，最大限度地减少了现场安装场地加固面积，为工程降本增效创造了条件。
(4)钢柱安装顺序既充分考虑了行车安装，又兼顾利用行车搭设滑移平台，拼装屋顶网架，减少安装网架高空作业的风险，显示了公司钢结构施工的综合能力与经验，提升了的良好形象，也开创了和合作单位之间互利双赢的局面。
2.4.2钢柱基础锚栓的定位.
2.4.2.1采用基础定位支架；
本工程钢柱截面中心尺寸由4.5m×4.5m、4.5m×3.0m和4.5m×2.5m三种规格，每一根钢柱共有4个×4组基础锚栓。安装前在现场进行锚栓的定位并与工厂制作的钢柱底部的法兰螺栓孔尺寸精确匹配，根据工厂制作中钢柱底部法兰采用竖向靠模的原理，锚栓采用定位支架埋设的工艺如图2所示：
(1)支架上部型式和螺孔尺寸完全与钢柱底脚法兰安装靠模相同，这样确保了钢柱底部法兰与基础锚栓的配对尺寸的正确性。
(2)为便于运输和保证精度，支架分成两片，每片上的8个螺孔(4孔×2组，组距4.5m)在工厂用数控钻床加工。
(3)支架在现场组装时，将上述两片按钢柱规格(螺孔组距有4.5m、3.0mm和2.5m三种)连成整体。连接时要用仪器和鉴定合格的钢尺找正水平度和对角线差，符合要求后标出上表面的十字中心线。
2.4.2.2定位支架的埋设；
支架的埋设，遵循下述原则：
(1)支架的定位和固定先于基础的钢筋绑扎，以方便支架位置定位和测量，支架与混凝土底板固定采用膨胀螺栓，底板应平整坚实。
(2)定位时用经纬仪使钢柱的十字轴线与支架中心线对准。
(3)钢柱锚栓在定位支架上固定时，采用双螺母调正锚栓顶部标高。标高控制采用水平仪，符合要求后拧紧双螺母。
(4)钢柱基础绑扎钢筋时避开定位支架，浇筑混凝土时有专人看守和检测，防止定位支架发生位移。
采取以上措施确保支架埋设质量，而支架的全部螺孔与钢柱底部法兰螺孔完全匹配，现场安装的49根钢柱底法兰从未发生一起扩孔事件，吊装时特大型钢柱从起吊离地到16个预埋锚栓进入钢柱底部4组法兰螺孔所需时间不超过20min，就位顺利，超预计。
2.4.3钢柱的整根吊装.
本工程钢柱最大重量为105t，即便是重量最轻的钢柱也达80t，长度均为46.7m，呈4分段结构型式。
据此，本方案采用整体吊装。吊装钢柱时，配备了一台550t主履带吊和一台150t辅助履带吊进行联合吊装作业。
起吊时，首先通过辅助履带吊的起升、移动和主履带吊起升、回旋，钢柱平稳地实现了由水平到垂直的翻转；最后在550t履带吊的单机操作下，钢柱顺利地落放到钢柱承台基础1.5m深的V型槽口中，与钢柱基础螺栓的对接。
钢柱历经生扣、翻身、竖直、就位，整个过程非常顺利和安全，总时间不超过2.5h，除解扣外无任何高空作业极大程度提高施工进度，降低高空安装风险和避免遭受现场突发的气象变化的侵袭。对于雨季施工，有莫大的益处。
2.4.5钢柱安装后的防倾措施。
本工程施工现场十分狭窄，钢柱高度高而钢柱间距小仅为10.2m，且本工程钢柱数量多，工期较紧，如每根钢柱用4根缆风绳，则对钢柱的地面拼装、吊车的移动和联合操作，影响极大，对后续钢柱的安装带来极大不便，钢柱定位后来不及立即实施混凝土浇筑，钢柱安装后的防倾措施必须另辟蹊径。
本方案通过在每根钢柱的4个锚栓基槽埋设有钢柱剪力架，提前安装部分剪力架，代替缆风绳亦可以达到防倾的效果。
新防倾措施归纳起来至少有以下一些优点：
①剪力架设置在钢柱承台基础的地处锚栓基坑预留基槽内，不占其他空间，安装时人员、设备和材料根本碰不到它，所以对现场施工不产生任何影响，远比缆风绳防倾安全。
②剪力架是钢柱基础结构一部分，焊接操作简便，且本来就是本工程施工内容一部分，，只不过是在安装阶段提前实施，不需要挖坑设锚，张拉缆绳，需投入较多人力、材料和资金。
③剪力架防倾产生的稳定力矩大，比缆风绳防倾安全，更适合当地气候环境。
④本工程A轴上的15根钢柱离海太近，约为5～6m，用剪力架防倾可以彻底解决无法设置缆风绳的难题。
2.5网架安装滑移平台。
本方案将设置在两根主梁上的平台只与天车上的两根起重机轨道接触(不焊接)，从而满足雨棚建成后的天车运行要求。
根据网架设计图纸，采用一轴距一装方法，即装完一个轴距内的整跨网架后，天车再移动到相邻的另一轴距内继续安装。因此滑移平台的设计宽度应与此安装方法相适应。滑移平台由扣件式落地式脚手架组成，脚手架底部的大型水平工字梁，搁置在天车的两根轨道梁上。为防止工字梁纵向滑移，在与轨道梁接触处的工字梁端部焊有卡板，卡板的形状与轨道侧面形状相吻合。工字梁上表面，在每根脚手架立杆钢管处，焊有一段钢筋，钢管下端插进短钢筋，防止脚手架水平滑移。在脚手架上方，再铺满当地产的竹编片，形成了安全、实用的高空操作平台。
本滑移平台从搭设到实际作为平台使用，经历了三个过程：第一个过程是平台设置(底梁设置、落地式脚手架搭设设置)，第二个过程是网架安装，第三个过程是檩条安装和通风器骨架安装。由于脚手架和网架高度很高，为了保证在实施三个过程中人员的安全，分别先后在天车主梁、满堂脚手架顶面和网架顶面共设了三道安全网，有力地保证了滑移平台上施工人员的生命安全。
本滑移平台的搭设对施工功效的提高、高空作业的安全和网架安装的质量起到了关键作用。
(1)高空作业时，施工人员如履平地。除较大风雨之外，施工基本不受天气影响，施工进度之快令人刮目相看。宽度10.2m、长度58m范围内的网架，主次檩条和屋顶通风器骨架安装仅需3d就可完成。平台经受住了大风多雨恶劣天气的严峻考验。
(2)在天车主梁平面，操作平台平面和网架底部平面共设置了3层安全网，操作平台四周有护栏以及檩条安装平面设置了生命线，所有这些安全措施为操作人员的安全构筑了保障。
(3)网架平台属于刚性平台。使网架拼装时各支承点的多杆件均处于自由状态，且便于测量和校正，网架拼装质量得到了保证。
2.6超长屋面彩钢板吊具。
本方案超长屋面彩钢板吊具的结构为桁架型式，高度1.5m，长度25m。桁架上下主弦杆采用30#槽钢，槽口分别向下和向上，中部腹杆为22#槽钢，充分考虑了吊具受力后在主弦杆水平面内的压杆稳定性。为充分保护彩钢板、预防纵向滑移，长度方向受力均匀，共设置8组由尼龙带组成的吊索。桁架顶部设置5根钢丝绳吊索，其中中部的3根配有手拉葫芦可调节吊索松紧度，以改善和均衡桁架受。
本彩钢板吊具操作方便、结构简单、成本很低的优点，在屋顶结构施工中起了重要作用，实施效果：
(1)不仅可以吊运彩钢板，也可用于吊运屋顶主、次檩条，通用性能较好。
(2)吊具吊点较多，受力均匀的特点可以确保被吊构件受力均匀不易损坏，不产生滑移。
(3)吊具主结构为桁架、结构轻巧。侧向受风面积小，即使在风力较大的天气情况下，也能安全工作。
(4)尼龙吊带具有快速脱卸高强度搭扣，装卸物件方便。
2.7笼式挂梯.
挂梯的结构型式为笼式，截面的外形尺寸为600×600mm，位于4个角上的钢管为水平管为水平管间距500mm。为增加操作人员工作舒适性，在离墙侧另一端的水平框内，还增设了一根水平管。
笼式挂梯适合雨棚墙板施工作业要求，为墙板的施工安全和顺利进行，提供了保证，效果如下：
(1)挂梯重量较轻，能借助人力进行装、拆和横向移动，操作方便。
(2)挂梯具有良好的围护性能，施工人员可以安全地在笼内工作。
(3)结构受风面积小，具有较好的抗风性能，即使在较大风力的作用下，挂梯也不会晃动。
(4)为施工人员提供良好作业平台，便于施工人员操作，施工人员可以坐着工作，感觉舒适，上下移动方便。
(5)挂梯内可容纳操作人员多，有利于提高施工进度。
当前，随着社会经济的快速发展，装配式钢结构绿色建筑得到了广泛运用，有利于经济社会的协调可持续发展。钢结构建筑总的趋势是规模和构件尺寸越来越大，工厂化集中生产程度越来越高。本施工技术在类似项目如造船厂、港区、大型机库，机场航楼、体育场馆、会展中心等建筑，大吨位、大体积和大跨度桁(网)架型钢结构建筑具有较大的运用和推广价值，表现在：
(1)本工程钢结构构件的设计软件的成功运用，表明BIM技术在钢结构制作领域深化设计的应用值得全面推广。
(2)制作工艺的成功开发，实现了构件组装的大型化、工厂化。采用工厂制作、组拼及现场吊装，减少了施工现场临时用地，工厂化涂装施工，涂层厚度均匀，质量良好，减少现场污染，减少现场用电，体现了节能降耗、绿色环保的理念。
(3)大型构件的远距离运输、产品保护成为可能。钢构件异国制作，实现远距离运输、装卸过程中的产品保护积累了经验。
(4)热浸锌构件的组装技术，可以实现镀锌构件大型化，为热浸锌技术的推广创造条件。对于沿海高温、高湿、高盐地区，采用全镀锌钢结构可减少建筑物建成后使用期间维保的次数与成本，有利于延长建筑物使用寿命。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (14)

1.恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，包括：
针对特大型钢结构雨棚的平面设计图纸，采用TEKLA软件，基于三维技术对特大型钢结构雨棚的平面设计图纸进行核对和纠错，使得全部结构零部件的精确放样；
针对特大型钢结构雨棚中的大型构件进行工厂组装制作时，采用以面定位或以孔定位方式来实现定位靠模；
针对特大型钢结构雨棚中特大型截面钢柱的安装中，进行有效的防倾加固，通过定位支架工艺进行基础锚栓的埋设。
2.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中对构件的组装和焊接过程中全部采用数控切割机下料，以确保焊缝间隙1mm～2mm的之间，钢管的切割采用数控相贯线等离子切割机，钢板的切割采用数控火焰切割机；焊接全部采用CO2气体保护焊。
3.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中对构件进行浸锌时，针对大型构件，尽量缩短入池时间，避免构件的部分区域较长时间外露，防止受热不均引起变形；大型构件浸锌时，吊点布置均匀；浸锌前对构件中容易发生变形的零件进行加固；构件移出锌池后缓慢冷却。
4.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中利用TEKLA钢结构设计软件搭建一个完整钢结构模型，基于该完整钢结构模型对设计图纸进行校核，以完成特大型钢结构雨棚中所有钢结构件的细化设计和精确到毫米级的构件尺寸确定，分别对所有单根构件和总工程实施了高强度螺栓和普通螺栓的品种和数量汇总以及原材料数量、规格汇总，并完成对钢柱、抗风桁架、柱间支撑、行车梁、制动桁架以及登高扶梯等构件之间的三维模型的设计校核。
5.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中钢柱檩托板的定位安装，利用靠模表面来定位和装配檩托板，檩托板安装靠模有两组胎架：一组是立柱钢管的定位胎架，另一组是与之平行的檩托板靠模胎架，都采用型钢搭设，上表面用水平仪找平。
6.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中采用以孔定孔方式进行钢柱分段法兰的定位，包括如下两步：
第1步，实施单根钢管两端法兰的定位安装，在胎架上设置两组永久性的每组带有若干个十字形分布销孔并与钢管法兰孔尺寸相配合的定位板，法兰板安装时只需每端定位销将定位板与法兰固定，然后用肘板点焊即可；
第2步，基于步骤1方式在胎架上实施4根钢管与其它构件的焊接定位。
7.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中钢柱底脚法兰的组装过程如下：
先制作一块大型平面竖向靠模，并根据设计要求加工好符合质量要求若干组螺孔；
安装时先将4块法兰用定位销固定在竖向靠模上，然后将靠模贴紧在呈水平放置的钢柱4根钢管的底端面，并使法兰中心线与钢管中心线对准；
当竖向靠模的垂直度符合要求后，用电焊将法兰板与钢管进行焊接。
8.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中采用定位支架工艺进行基础锚栓的埋设时，包括：
支架的定位和固定先于基础的钢筋绑扎，以方便支架位置定位和测量，支架与混凝土底板固定采用膨胀螺栓，底板应平整坚实；
定位时用经纬仪使钢柱的十字轴线与支架中心线对准；
钢柱锚栓在定位支架上固定时，采用双螺母调正锚栓顶部标高；
钢柱基础绑扎钢筋时避开定位支架，浇筑混凝土时防止定位支架发生位移。
9.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中针对钢立柱采用整体吊装工艺，吊装钢柱时，配备了一台主履带吊和一台辅助履带吊进行联合吊装作业，首先通过辅助履带吊的起升、移动和主履带吊起升、回旋，使得钢柱平实现了由水平到垂直的翻转；最后在主履带吊的单机操作下，使得钢柱落放到钢柱承台基础的槽口中，与钢柱基础螺栓的对接。
10.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中同轴线依次安装特大型截面钢柱，提前安装部分剪力键，形成有效的防倾加固；同步安装抗风桁架连成整体，形成稳定体系。
11.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中利用天车主梁搭移动平台，为网架安装提供大型操作平台。
12.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述滑移平台由扣件式落地式脚手架组成，脚手架底部的大型水平工字梁，搁置在天车的两根轨道梁上，在与轨道梁接触处的工字梁端部焊有卡板，卡板的形状与轨道侧面形状相吻合；工字梁上表面，在每根脚手架立杆钢管处，焊有一段钢筋，钢管下端插进短钢筋，防止脚手架水平滑移；在脚手架上方，再铺满竹编片，形成高空操作平台。
13.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述施工工艺中在现场采用超长彩钢板垂直运输吊具和超长墙面板安装用笼式挂梯。
14.根据权利要求1所述的恶劣条件下特大型钢结构雨棚施工工艺，其特征在于，所述超长彩钢板垂直运输吊具为桁架型式，桁架上下主弦杆采用槽钢构成，槽口分别向下和向上，中部腹杆为槽钢；共设置8组由尼龙带组成的吊索，桁架顶部设,5根钢丝绳吊索，其中中部的3根配有手拉葫芦可调节吊索松紧度。
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