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沈阳桃仙机场钢结构施工方案的选择与比较

第0章方案的选择与比较

1、设计新颖、结构形式独特：

2、所有支承柱为格构式钢柱，最大长度达18M，“伞形”主桁架中部（D轴）通过摆式杆与钢柱采用铰接连接，摆式杆最在长细比达134，对钢屋盖的整体强度及稳定性要求很高。

3、屋盖钢结构设计在二层（+7.00m）予应力楼板上，楼面设计荷载为500kg/m2,航站楼四周施工场地与道路开阔，可满足钢结构现场分段拼装及跨外吊装的需要。

4、工期紧：要保证年底具备送气条件，航站楼必须全封闭，这样地下室工程施工需三月份进场，5月份完成并具备钢柱吊装条件；而钢结构的制作工作尚未开始某花园小区高层住宅楼施工组织设计，要保证5月份初钢柱进场特别是主桁架的制作能满足现场拼装及吊装的需要，难度很大。

1、承重柱为格构式钢柱，长细比较大（最高达18m），与+7.00m楼板采用悬浮式连接，当主桁架在施工过程中产生应力、应变及+7.00m楼板发生位移时易产生扭曲与变形。

2、摆式杆长细比达134，与主桁架及支承柱采用铰接，其自身刚度和稳定性控制难度较大，易产生失稳。

3、整个钢屋盖结构为轻型结构，其整体刚度与整体稳定性均较差，应力、应变难以控制。

4、总体工期紧，各工序交叉配合尤其是+7.00楼板、予应力张拉与屋盖结构的交叉施工配合难度较大。

针对上述特点和难点，我们对可能适用于位该工程屋盖钢结构的三种施工方案在安全可靠性、质量控制、工期控制及成本投入四个方面进行了认真地分析与比较：

方案一：“高空拼装、单无滑移、分片累积滑移就位”

方案二：“跨外吊装、拼装胎架滑移、分片就位”

基本思路是：在+7.00楼板上搭设9座滑移举重拼装胎架，（A）、（D）跨间的6座滑移拼装胎架间设置三座辅助滑移胎架，分段桁架，利用陆侧的K50/50行走式塔吊和空侧的100T履带吊吊装到滑移胎架上进行整榀组对、校正、焊接及屋面檀条、系杆和摆式杆的安装，检测达到设计及规范要求后拆除刚顶撑，使桁架就位在（A）、（D）、（G）轴线上。滑移拼装胎架，按上述程序依次进行各榀主桁架的组装、就位及屋面檀条、系杆的安装（根据需要可穿插进行屋面板及采光窗等的安装）。

方案三：总体思路与方案二相同，不同之处是将滑移拼装承重胎架架设在±0.00m进行主桁架及屋面檀条、系杆的组对与安装，与方案二相比，方案三有以下三个方面的缺陷：

a.+7.00楼板后施工，（A）、（D）（G）轴的钢柱长细比更大，其刚度与稳定性更差，需采取相应的加固补强措施，才能保证主桁架在安装落放过程中的安全与质量，工期与成本均相应要增加。

b.滑移拼装胎架高度增加了7米，不仅总重量增加近80T成本增加近12万，关键是胎架在滑移过程中的稳定性较差，桁架拼装质量不易保证，加固措施与水平滑移难度增大，工期增加，不利于总体施工进度。

c.+7.00M楼板后施工屋盖钢结构先施工的作业顺序，一、二层各工序间交叉作业难以及时展开，安全不易保证，对钢结构制作工期与进度的要求相当紧凑，一旦出现钢结构制作无法满足现场拼装及吊装进度时，整个工程的施工将外于停滞状态，不仅会延缓+7.00楼板及予应力张拉的施工时间，更主要的是屋盖钢结构施工完后，配合土建及其它专业工程施工的现场塔吊的作用与工效将大大降低，土建几千吨施工材料的垂直与水平运输将严重受阻，如采用屋面留洞进行垂直运输，不安全因素太多。因此方案三比方案二在安全、质量、工期与成本等方面都具有更多的不确定性，存在着很大的施工风险。

本着“安全、优质、高速、低耗”的原则，我们对方案一与方案二从安全可靠、质量、工期及施工成本四个主面进行了认真的分析与比较：

在安全、可靠性及质量控制方面：

采取“跨外吊装、高空分段组装”的方法，主桁架始终处于静止状态，且主桁架在成型前均支撑在组装胎架上，待主桁架、摆式杆、屋面檀条等联系杆件均按设计及规范的要求安装无误，形成整体刚架并通过摆式杆及支座安装在（A）、（D）、（G）轴四肢格结构式钢柱上后，才拆除主桁架拼装胎架上的顶撑系统。从而保证了主桁架及屋面檀条、系杆等所有钢结构构件的安装精度和质量，消除了因内外力作用给格构式钢柱、主桁架及摆式杆等造成的破坏，不利于提高屋盖钢结构施工的安全与质量。采用滑移方案时，受布置于航站楼一端的行走式塔吊的影响，需将A区（或C区）指廊的二层楼板分隔开，给+7.00M楼面也带来了不安全的隐患。

方案一：采用“高空拼装，分片累积滑移”方案时，投入的机具设备及施工措放如下：

160*200*1000

10号/20号/40号

+7.00M楼板下支撑加固

φ4883.5脚手架钢管

方案二：采用“跨外吊装、高空分段组装”方法时，投入的机具设备及施工措施如下：

160*200*2500

10只/10只/20只

+7.00M楼板下局部支撑加固

φ48*3.5脚手架钢管

通过上述分析,可见在本工程中采用“跨外吊装，高空拼装”的方法比“分片累积滑移”的方法可降低成本126万元。

综上所述，方案二比方案一及方案三在安全、工期、质量、成本诸方面均有优势，通过综合分析评定，我们决定在本工程钢结构屋盖安装施工中采用方案二“跨外吊装，拼装胎架滑移、高空分榀组对”的施工方案。

沈阳桃仙机场钢结构施工总面积26265.95平方米，分为A、B、C三个区段。B区为大厅，大厅屋盖结构由两个跨度分别为57.6米和28.8米、外观呈“香蕉形”倒三角形钢管桁架组成。桁架有两个上弦杆和一个下弦杆，上弦杆最大间距3.00米，相互之间以交叉的圆钢斜杆拉接，上下弦通过斜拉腹杆和压力支架连成整体，两翼A、C段为连廊，屋盖由与大厅相似的倒三角形钢桁架组成，跨度19.2米。

钢屋盖的荷载传至四根（两根）钢管和若干缀条组成的格构式四肢钢管柱上，陆侧/大厅中部的四肢钢管柱间距为18米，断面2.0×2.0米，空侧四肢钢管柱间距9.0米,断面为0.8×0.8米.

大厅中部四肢钢管柱通过发射壮钢摆式杆与钢桁架连结,摆式支柱长8.2米—14.8米,屋面的两端及中部均匀设置四道屋架水平支撑,支撑采用圆钢管结构,设于屋架上弦.檩条通过檩托支撑于桁架上弦.

锻钢：用于圆钢两端点，45号钢。

普通螺栓及柱脚螺栓：Q235号钢，C及螺栓。

焊接材料：焊接16Mn钢和Q235B钢可分别选用E50××型焊条和E43××型焊条。

沈阳桃仙机场扩建工程招标文件

沈阳桃仙机场扩建工程招标图纸

为了控制总体工期，钢结构施工将主要控制以下几个节点工期

钢柱及托架制作1999年3月1日开始；

钢柱及托架安装1999年5月1日开始；

屋架安装1999年7月1日开始；

钢结构屋架在1999年9月7日前安装完毕；

钢结构在1999年9月27日前封顶。

屋面板安装70天，并与屋架安装交叉进行。

钢结构安装总工期（包括屋面板）94天。

严格按设计、业主的要求及施工规范进行施工，质量达到国家极优质工程，分部、分项工程优良品率达到90%以上，并达到国内先进水平。

工程施工过程中达到：无死亡、无重伤、无火灾、无中毒、无坍塌。

施工现场文明整洁，争创文明工地。

2．1组织机构与劳动力计划

根据本工程的特点及施工的具体要求，劳动力实行动态管理。

钢柱及托架吊装时劳动力分配如下：

屋架安装时劳动力计划如下：

熟悉合同、图纸及相关规范，参加图纸会审，并做好施工现场调查记录。其程序为：

2．3主要设备、机具、仪器

2．3．1主要吊装设备机具一览表（见表一）

2．3．2主要焊接设备机具一览表（见表二）

2．3．3主要测量仪器一览表（见表三）

表一主要设备机具一览表

1t/3t/5t/10t

表二主要焊接设备机具一览表

表三主要测量仪器一览表

钢结构施工总平面布置主要分以下两个安装时间区段布置：

2．4．1钢柱及托架施工平面布置

钢柱及托架吊装是在7.00m楼面浇注以前进行,吊装可沿柱边行走进行,平面布置主要考虑了以下内容：吊车及运输车辆的行走路线；吊车的作业路线；钢柱构件及托架构件的临时堆场与拼装场的位置。见图（一）

2．4．2屋盖钢结构施工平面布置

屋盖吊装时7.00m楼面浇注已完成，并已达到一定强度，吊装设备只能沿楼面四周布设。并考虑B区屋架分段地面拼装，滑移胎架高空组装的方案进行屋盖钢结构安装。施工平面布置如图（二）。

2．5施工进度计划与保证措施

详见沈阳桃仙机场钢结构施工进度计划。

2．5．2进度保证措施

1．选用科学的、先进的、切实可行的施工方法、施工手段进行钢结构安装。

2．使用先进的设备、机具、仪器以提高劳动生产率。

3．安排合理的施工流程和施工顺序尽可能提供作业面，使各分项工程可交叉施工。

4．实施项目法施工，实施项目经理负责制，行使计划、组织、指挥、协调、控制、监督六项基本职能，并选配优秀的管理人员及劳务队伍承担本工程的施工任务。

5．采用施工进度总计划与月、周、日计划相结合的各级计划进行进度的控制与管理，并配套制定机械设备配备使用计划，劳动力分布安排计划、构件进场吊装计划等，实施动态管理。

2．6总体施工方案及施工顺序

2．6．1施工区域划分

如图（二）所示，将整个钢结构施工平面划分为三个分区，以B分区的安装施工为主，A、C分区与之同步进行，并保证三个分区同时完工。

1．A、B、C区所有钢柱和托架均不分段，整体一次吊装。钢柱及托架构件在制作厂制作成散件，运输至施工现场拼装场地进行现场拼装，整根钢柱和整榀托架构件采用履带吊和汽车吊依次吊装至设计位置。

2．钢柱及托架安装完成校正无误后，交土建进行7.00m楼面施工，待楼面混凝土施工完成并达到设计强度后，移交钢结构屋面施工。

3．安装K50/50塔吊、三榀屋架拼装胎架、胎架底座及胎架滑移轨道。

4．进行三榀屋架的分段吊装和高空组装（包括檩条和支撑）。

5．滑移屋架拼装胎架一个柱距（18m），再进行三榀屋架的高空组装。

7．安装B区屋盖的同时进行A、C区屋盖安装。

8．屋面板安装与屋架安装同步、交叉进行。

2．6．4施工流程框图

钢结构的制作是钢结构工程一个极其重要的环节，将直接影响到钢结构施工的施工质量、工期等。为了保证工程质量以及制作与施工的密切配合，在制作厂的选择上，将重点考虑以下内容：

1．选择有实力、有类似工程加工制作经验的钢结构制作专业厂家进行钢结构制作。

2．选择与安装施工单位有过多次钢结构工程合作经验的制作单位。

3．选择钢结构构件运输方便的制作厂进行钢结构加工、制作。

4．根据本工程工期较短，一家制作厂很难在短期内完成所有钢结构构件制作任务，考虑同时选择2个厂家进行制作。

5．选择有现场拼装实力和经验的制作厂。

待制作厂家选定后，以下工作由制作厂完成。

细部设计是本工程制作过程中最重要的环节，是将结构工程的初步设计细化为能直接进行制作和吊装施工图的过程。

细部设计的主要内容为：

c.编制下料加工、弯管、组装、焊接、涂装、运输等专项工艺。

3.2.1细部设计组织表

3.3加工制作工艺及工艺流程

本屋盖钢结构面积为26265.95平方米，主要构件为曲线倒三角形主桁架和格构式钢柱几及托架,依据吊装及运输要求，将主桁架分别为三段和二段进行放样下料、编号，散件成捆运输至工地现场，主桁架具体分段划分示意如图(三)所示,桁架组对方法如图(四)所示

3.3.2组装(此部分工作拟定在现场进行)

对所有桁架钢结构中所用的钢管和钢板，将在切割加工前进行预处理。钢管在涂装车间内进行抛丸除锈，钢板则由钢板预处理流水线进行预处理，使钢材表面粗糙度达到Sa2.5级后喷涂保养底漆，以保证钢材在加工制作期间不锈蚀及产品的最终涂装质量。

制作前根据细部设计图纸，在放样平台上对桁架钢结构进行1:1实物放样，对上下弦杆定制加工样板、样条，以保证弯管及制作精度。所有构件全部采用数控切割机进行切割下料，保证下料数据准确性。

该相贯线切割机最大切割管径为Ф700,切割管壁厚为25毫米。切割时，将切割参数（管材内径、相贯钢管外径、相贯夹角、相贯线节点距及相贯线上下标距）输入切割机的控制屏内，被切割钢管形成在机身平台上原地旋转，气割头沿钢管纵向移动，两种运动速度所形成的曲线即为所要求的相贯线曲线。

所有钢管结构，包括钢柱、托架及屋盖桁架现场拼装前，均需根据图纸及规范要求制作组装胎架，并经监理检验合格后，将已开坡口、弯曲成型后的钢管和成型的斜、腹杆，按编号组装、点焊定位。由于腹杆上、下弦管的组装定位比较复杂，控制好腹杆的四条控制母线和相应弦管的四个控制点至关重要，定位时要保证相同的腹杆在弦杆上定位的唯一性。定位时应考虑焊接收缩量及变形量，并采取措施消除变形，在组装时还将吊装耳板同时组装。经检验合格后，进行焊接（各分段接头处不焊）、超声波探伤等，经监理验收合格后，再分段运输到施工现场。

主桁架钢结构制作验收完毕后将在涂装车间进行“二次喷

丸除锈”，然后再进行喷涂富锌底漆。

4．1．1地脚螺栓验收

1．交接轴线控制点和标高基准点，布设钢柱定位轴线和定位标高。

2．复测地脚螺栓的定位、标高、螺栓伸出支撑面长度及地脚螺栓的螺纹长度，作好记录。如误差超出规范允许范围应及时校正。

3．验收合格后方可进入钢柱吊装工序。

4．1．2柱底支撑面处理

1．钢柱底板与基础面之间的30mm间隙是调整钢柱倾斜及钢柱标高的预留值，待钢柱安装就位后，通过调整设置在柱底的垫铁来控制。

2．标高调整采用垫铁组叠合两次完成。首先将垫铁均布于钢柱底板下面，对标高进行初步调整，待钢柱就位后，视需要再次加设垫铁进行调整。

3．当钢柱垂直度偏差和标高校核无误后，用高强无收缩细石砼浇灌钢柱地板。

4．1．3钢构件进场与验收

1．本工程钢构件均在制作厂制作成散件后，运输至现场进行拼装。

2．现场拼装成整体的构件，需通过验收后方可进入吊装工序。

3．按图纸和钢结构验收规范对构件的尺寸、构件的配套情况、损伤情况进行验收，验收检查合后，确认签字，作好检查记录。

4．2格构式钢柱及托架吊装

4．2．2钢柱固定措施

单根钢柱吊装完成，校正无误后，紧固地脚螺栓固定钢柱由于钢柱的自由高度较高（近18m），长细比较大，在无托架方向钢柱的稳定性不足。且屋架安装前要插入7.00m楼面混凝土施工,钢柱柱底螺栓紧固后需用缆风绳作临时固定。该固定缆风待楼面浇注完成并达到一定强度后，方可拆除。详见图（四）

4．3B区屋盖钢结构安装

4．3．1起重机械的布设

如图（二），在A轴外侧布设一台K50/50行走式塔吊，作为主要吊装设备，塔吊的最大起重量20T，臂长70m，安装高度50m。塔吊中心线距A轴6m，钢轨中心距为8m，钢轨距柱边2m。钢轨下铺枕木，枕木下满铺石子，起重机路基土壤承载力要求达到200Kpa。沿G轴布设一台100T履带吊。作为桁架的配合吊装使用，另配一台25T汽车吊进行构件的二次倒运和喂料使用。

4．3．3拼装胎架搭设

在7.00m楼面上安装可滑移的桁架拼装胎架，由于采用摆式杆空间斜向支撑桁架此种独特的结构形式，胎架要求可同时满足三榀桁架的拼装。拼装胎架用Ф48×3.5普通脚手架钢管搭设，根据屋架分段高空拼装及摆式杆的高空安装要求，每榀桁架拼装需3个主胎架，三榀桁架共需要9个主胎架，胎架间通过过渡胎架及横杆连成整体。整体胎架固定在铺设于楼面的型钢格构架上，格构架可通过轨道进行滑移，详见图（三）。胎架及钢格构架应具有足够的强度和刚度。可承担自重、拼装桁架传来荷载及其他施工荷载，并在滑移时不产生过大的变形。

4．3．4桁架高空拼装

1．拼装胎架定位后，即可同时进行三榀桁架的安装。

2．桁架在A、G轴的柱支撑节点（托架支撑节点），分段桁架离接口最近的两个下弦与腹杆、四个上弦与腹杆节点为整榀桁架的控制节点。在拼装胎架的铺板上弹出上下弦轴线的投影线，控制节点的投影点，标定投影点的标高作为桁架标高的控制基准点，柱头及托架节点靠连接板的螺栓孔定位控制。

4．三榀桁架安装完成后，校正无误，进行摆式杆安装。

5．摆式杆安装完成某市人民法院审判楼施工组织设计，检查合格后，落放桁架，进行檩条的吊装。

1．胎架的底座用格构式型钢制成，脚手架钢管通过套筒固定在格构底座上。底座下设有滚轮，可沿布设在楼面上的钢轨道进行滑移。

2．每个主胎架下设有3条滑移轨道，过渡胎架下设有2条滑移轨道，共11条轨道。轨道仅布设供滑移一个柱距的长度，约45m。为了使楼面荷载均布，轨道下设有枕木。枕木按楼面承载力不超过5KN/m2布设。

3．滑移胎架采用卷扬机作动力DL／T 672-2017标准下载，利用2T卷扬机进行胎架的串联牵拉。牵挂点设在胎架底座的最前端。

5．将胎架沿轨道滑移一个柱距（18m），固定胎架，复测控制点、线。进行新的三榀桁架的组装。将滑移过的轨道及枕木倒移至胎架前方，供下一次滑移重复使用。

6．按次方式循环，共进行9次胎架滑移完成B区23榀桁架的安装。