建设国家大剧院壳体钢结构安装工程

建设国家大剧院壳体钢结构安装工程内容摘要：

向稳定拉撑。 并用此拉撑校正梁架的垂直度。 （E）第一、二榀梁架整体线形复测、校正。 校正利用浪索和梁架之间的拉撑进行。 整体线型校正确认后，安装梁架之间的连杆，取代工具式拉撑。 图245 梁架安装顺序示意图（五）图246 梁架安装顺序示意图(六)从第三榀梁架开始以后每榀梁架的吊装顺序应为：梁架的下段→中段→上段。 （A）单段梁架吊装工艺可参照起始梁架相应段的工艺；（B）在每段梁架的上下弦分别设工具式拉撑，对梁架节间间距进行校正。 （C）在整榀梁架安装完成且初校合格后，即可安装连杆。 （D）梁架的最终校正应在夜间进行。 经校正合格后，方可进行连杆的最终焊接固定。 连杆固定可靠后，才能拆除临时拉撑。 各榀梁架的吊装详细顺序见附表三。 4）连杆安装（A）连杆安装前，应逐一核对编号，严禁代用；并将套管或铸钢件临时固定在连杆上。 （B）为了提高效率，连杆吊装采用多头千斤作为索具，8~10 根连杆一次起吊，逐一安装。 （C）起吊到位后，连杆与套管或铸钢件必须保持在一直线上，同时与半球中心对合，用电焊点焊可靠固定，吊车松钩。 （D）在梁架最终校正完成前，可进行连杆（铸钢件）与半球的连接，但连杆与套管及铸钢件与连杆的连接焊接不得进行，亦不准点焊固定，以免妨碍最终校正。 （E）梁架最终校正完成后，立即将剩余接口点焊固定；然后再进行该接口的环焊。 （F）为保证连续吊装，每榀梁架节间安装完成后的当天，应完成最终校正，第二天完成全部连杆的焊接。 壳体卸载 施工验算与卸载方案由于壳体钢结构在吊装时是采用支撑支承的平面结构体系，结构安装完成后是空间壳体结构体系，因此施工阶段的结构支承工况与最终的结构使用状态完全不同。 如何进行结构体系转换是本工程的一大难题。 体系转换方案的编制原则：以结构计算分析为依据、以结构安全为宗旨、以变形协调为核心、以实时监控为手段。 施工过程应严格遵循上述原则。 具体工艺如下：通过设置在支架或支撑顶上的可调节支承装置（螺旋式千斤顶），按多次循环、微量下降的原则，来实现荷载平稳转移。 采用上述工艺，是鉴于以下原因：（1）各支承点的反力差异相对较小。 （2）卸载过程中出现的最大反力，相对其他顺序要小得多。 卸载前提:（1）壳体内所有构件全部安装到位。 （2）所有节点的连接已经完成,且验收合格。 （3）梁架底部的钢楔全部拆除。 （4）螺旋千斤顶的支架（包括节点）全部按设计要求完成，且验收合格。 （5）壳体外形已经设计、监理等验收合格。 （6）卸载当天的风力不得大于4 级。 卸载步骤：根据计算机模拟施工工况的计算结果。 我们选择了以下的卸载顺序：卸载按12 轮进行。 每一轮的顺序为——先S1，再S2 圈，最后是S0。 一次循环的下降值为5~10mm，原则上前4 轮为5mm，后6 轮10mm。 经计算SS2 经过10 轮后已先后退出工作。 其时，S0 尚应该继续下降60mm。 分二次进行，每次30mm。 卸载采用的工具是螺旋式千斤顶，因为它可以有效地控制卸载的量值。 在卸载工程中，壳体会发生少量平移，拟用千斤顶的交替作业来实现。 支撑卸载完成后，即可拆除S1 与S2 支撑，根据屋面施工要求，决定S0 支撑的去留。 卸载过程中劳动力安排卸载时至少安排16 组人员，每组由4 人组成，2 人操作千斤顶，2 人负责监控。 卸载从椭球体的长、短正轴线与四个斜撑区开始，按照中心对称的原则作业。 注意要有严密的组织管理措施和齐全有效的通讯联络手段，以确保16 个小组同步操作。 卸载控制 为了控制卸载速度,规定每转动螺旋千斤顶半圈（180176。 ）为卸载行程的控制单元，转动速度控制在约5 秒完成，待检测，重新得到卸载指令后，方可开始下个动作。 卸载量值控制根据测定，本工程选用的16t 螺旋式千斤顶，每转动一圈，具体操作如下：（1）测量未卸载前各千斤顶的螺杆的高度，并记录在案。 （2）掌握各次卸载量，并以转数为初步控制量，以测量的螺杆高度为精确控制量。 卸载量的允许误差控制在1mm 以内。 （3）每次卸载后，应测量卸载点的标高，以确定下一次卸载的调整值。 卸载监测（1）支架监测卸载过程中应有安全员和安全监控员全过程监测支架，尤其应监测千斤顶下水平横杆的挠度，应及时报告。 同时应监测支架立杆的垂直度，发现异常情况及时报告。 （2）壳体监测卸载时，应随时监测壳体各控制点的变形情况，并与计算值进行对照，监测的结果应及时向有关部门报告。 钢结构的测量和校正 测量总体技术路线国家大剧院壳体钢结构为空间超级椭球体，控制点多，精度要求高。 其内部混凝土结构的密度大，且起伏错落，场外周边又缺少可资利用的制高点建筑物，通视条件差。 为了保证钢结构安装精度，同时又简化测量方法，拟将空间壳体分解成1 个水平平面构件（顶环梁）和148 个竖直平面构件（梁架）实施控制，并结合原地面测量控制网，在混凝土结构顶面直接布设钢结构安装用测量控制网，进一步放样出所有必需的施工测量控制点，作为钢结构施工控制和校核的依据。 钢结构安装用测量控制网的设立 移交测量控制网的复验和选用(1)根据总承包部测量队移交的地面测量控制网的点位情况及前期土建施工情况的介绍，我们认为，通过结构中心的SZSZ2四个平面控制点同前期土建施工控制较为一致，而且通视情况良好，有利于结构顶部控制网的布设，因此重点复测该四点，并依此作为结构顶部测量控制网测设依据。 该网点精度为四等导线点。 (2)考虑土建结构整体沉降的影响，高程控制网将采用土建177。 ，地面高程点不再使用。 高程控制点应复测无误后再使用。 施工平面测量控制网的建立（1）平面测量控制网的建立通过移交的SZSZ2 四个平面控制点，分别在戏剧院、歌剧院、音乐厅构件顶部加设测量控制点，组成施工测量控制网。 点位的选择以避开临时支撑、梁架并尽量保证多方向的通视为准。 南、北方向控制点基本位于中心轴线，以让开壳体梁架；，以保证通视；东面施测较困难，故拟设置两点，以保证通视。 基准控制网见图25。 图25基准控件网（2）强制归心支架的制作与安装平面测量控制网控制点设置为强制归心形式，其由角钢支架及支架底板和顶板组成。 其中4 ，1 ，支架顶板为20cm20cm 钢板，中间加工成一个方向可调的滑槽，设一和进口仪器配套的螺丝，螺丝和面板相互垂直；支架底板分别为50cm50cm 钢板和70cm70cm 钢板，对角线方向各加工四个圆孔，共八个圆孔，以保证避开土建结构混凝土中钢筋位置。 安装时先用四只膨胀螺丝将底板固定在混凝土面上，然后用电焊将支架和底板焊牢，焊接时调整顶板至水平，最后在底部浇筑混凝土以保证钢支架的稳定。 对较高支架需搭设观测平台。 强制归心支架具体形式见图26。 图26 强制归心点承台设置图（3）控制点测设实施1)观测前选择较佳位置固定强制归心连接螺丝，观测时，在各控制点上分别架设仪器，角度观测四测回；超过三个方向时，采用全圆观测；距离采用往返测；精测时间选用早上和傍晚两个温度大致相等的时间段进行；外业工作结束后，进行严密平差，成果交总包和监理验收，验收通过后，即完成混凝土顶部控制网的测设。 2)高程控制点作为独立的一维坐标，其受点位通视情况的影响较小，可根据现场情况分别在歌剧院、戏剧院、音乐厅上选取2～3点固定物进行观测，在引点时，以精密水准仪直接引点或精密水准仪加钢尺进行传递，以全站仪三角高程测量、全站仪加弯管目镜天顶观测的方法校核，成果经验收合格后使用。 施工控制轴线放样放样的主要工作是将施工控制点投放到混凝土结构上，这些投影点包括临时支撑网格线、梁架轴线的投影点和顶环梁的中心线投影点三个部分。 各部分的详细施工步骤如下：（1）临时支撑投影点1)放样使用的控制点为混凝土顶NEENW1 点加地面SZSZ2 点。 2)详细施工顺序：由于临时支撑的投影点涉及到土建混凝土结构的很多层面，因此首先使用全站仪从控制点引出平面坐标到各层面上，然后根据网架本身的网格布置形式及已有的坐标点关系，投放网架的网格线。 3)网格投影线的校核：由于网架网格投影线设置在不同的混凝土结构层面上，校核的主要内容一是每一标高上层面网格线引出点的坐标，在整个控制测量网中的误差，另一个就是每个标高层面上网格投影线的相对误差。 （2）梁架径向线投影点1)放样使用的控制点为混凝土顶NEENW1 点加地面SZSZ2 点。 2)选择在不同标高层上分别放样梁架中心轴线的径向线投影点，保证每根径向线上至少设置两点，并相互通视，以便沿径向线上、下延伸。 为减少工作量，在同一标高层上先放样两侧点，中间点以钢尺量距的方式进行加密，根据不同情况，采用不同的测量方式进行。 径向线放样后，以划线做标志，验收合格后，作为今后梁架吊装依据。 3)径向投影线的延伸：将径向投影点相连主要是使用经纬仪将已经投放的点投放成在各个层面上的轴线，即得到径向投影线，为保证投影线不受施工各工序的影响，应将投影线弹设在混凝土面上，并延伸至场外，妥善保护。 4)梁架中心投影线的校核：由于梁架中心投影线设置在不同的混凝土结构层面上，校核的主要内容是校核最远程投放的梁架轴线上的点与理论轴线上点的误差，并及时修正梁架轴线。 （3）顶环梁投影点1)放样使用的控制点为混凝土顶NEENW1 点加地面SZSZ2 点。 2)放样位置为临时支撑S0 的顶面，由于临时支撑网架本身存在不稳定性，因此投放永久固定点的意义不大，但是为指导顶环梁安装阶段的定位，在前期我们仍然需要在顶环梁的支撑点位置投放顶环梁的圆管中心投影线。 其中投影点主要是选择在顶环梁构件分段点的两侧和各分段的中点。 另外在支撑S0 的顶面还需设置一个整个壳体的中心点，该点设置后主要控制顶环梁系所有构件的相对位置。 3)环梁中心投影线的校核：由于环梁中心投影线设置在支撑S0的顶面上，校核的主要内容是各个投影线控制点的坐标误差及投影线的相对位置。 测量实施的管理和技术要求 测量质量控制关键点——设计、勘察院的测量基准技术文件——现场钢结构工程测量方案——测量技术图纸确认——施工测量、隐蔽工程验收——施工测量、安装验收 工程测量顺序→ 测站设置 → 埋件检测 → 钢支座安装测量 → 梁架根部螺栓安装测量 → 临时支撑安装测量 → 顶环梁安装测量 → 梁架柱脚安装测量 → 梁架安装测量 → 安装完毕卸载前检测 → 安装完毕整体卸载后检测 工程测量管理机构项目主任工程师测量专业小组钢结构安装测量工程师土建、安装埋件测量工程师验收项目质量部门设计监理 安装测量技术措施(1)针对本工程的结构特点，制定专项测量技术培训。 (2)落实主要钢构件的测量参数计算及测量资料表格设置。 (3)全部施工测量仪器设备进场之前复验，并缩短检测周期。 (4)主要记录资料对比分析，指导下步安装工作操作。 (5)所有测量成果存盘，为壳体钢结构的结构理论分析准备实测资料，为大型壳体钢结构的设计工作提供工程实例资料。 施工测量校正工艺 钢支座的安装测量(1)利用场区控制网，将钢支座的理论坐标逐点放样至设计位置上。 为提高工效，使用mini 短棱镜杆进行平面放样工作，标高点放样采用水准测量，对观测困难的点使用短铟钢尺进行。 放样完成后，检测相互关系，做到步步校核。 在结构上做刻划线，以便支座安装。 测点精度177。 2mm，钢支座安装精度177。 3mm，累积不超过规范的177。 5mm。 (2)对钢支座所有的放样资料及校核的计算资料，应经计算和复算无误后，方可现场使用。 梁架根部的安装定位(1)在已完成的混凝土基础上放样各梁架投影点延长线（理论轴线），经闭合测量调整误差后，检验并调整各地脚螺栓。 高程采用闭合水准观测调整。 由于地脚螺栓是采用预埋管的埋设方法，因此在安装定位时是可以将地脚螺栓和梁架根部段同时安装，并采用限位块和钢楔调整水平位置和标高。 (2)梁架根部的定位精度控制在水平位置177。 5mm，标高177。 5mm。 支撑系统的安装定位(1)利用施工测量控制网，分别在两道支撑环上放出各支撑段底部安放位置，在支撑段顶部预先做观测标志，支撑段安装好后精确调整其顶部XYZ 坐标到理论位置。 (2)支撑系统的定位精度控制在177。 5mm。 顶环梁安装定位(1)顶环梁安装定位精度是影响壳体整体安装质量的关键环节，需确定安装精度并严格执行。 (2)顶环梁必须进行预组装，特别是与梁架安装时的对应点部位，以保证分段拼装到位后，对应点也同时到位。 (3)顶环梁支承平台S0 上设置16 个基准点（见图27），保证构件精确定位。 图27 顶环梁测量控制点布置图(4)顶环梁采用分段安装，每段顶环梁设3~4 个用型钢组成的临时支座。 临时支座安装时必须经过精确测量定位（主要是平面位置与标高），安装精度为不大于3mm。 分段的顶环梁吊装进行时，使用经纬仪在已经投放到壳体外围的梁架轴线上观测环梁上与梁架连接板的方向，保证顶环梁各个方向上精确到位。 由于分段顶环梁较重（每段在30~50t），因此精调时必须在松钩前精确调整到位（参见图28）。 图28 顶环梁分段吊装校正方案(5)顶环梁全部安装到位后，还必须精确测定其平面位置和标高，与设计位置相对照，以作吊装梁架依据。 (6)在梁架吊装过程中，应经常检查环梁位置。 为减少环梁位移，环梁两侧梁架应对称吊装。 梁架安装定位(1)吊装梁架时，因梁架根部、顶环梁对应点、两道支撑环上支撑段的顶部控制点均已调整到位，因此在吊装每段梁架时将其头尾拼节点对准控制限位标志。 (2)预先放样每榀梁架的轴线并行线并在单榀梁架上设置十三个观测点，每段五点，位置在每段的1/4 处、1/2 处与3/4 处以及两端。 通过标尺将测点引到梁架平面外侧（见图29）。 对吊装好的梁架，使用经纬仪架设在轴线并行线上进行观测，进一步精确调整梁架位置，施工阶段梁架的侧弯应控制在177。 2mm。 图29 梁架安装测量示意图(3)梁架必须确保在同一垂直面上，可以采用悬挂线锤的方法来控制梁架平面与地面垂直。 (4)对吊装到位的第一。