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自然博物馆建筑细胞壁钢结构施工组织设计（53页，图文丰富）

第1章 工程概况及特点难点 3

1.2 工程特点难点 5

第2章 施工总体部署 7

2.1 施工总体技术路线 7

钢塑复合管施工工艺2.2 总体施工流程 8

2.3 细胞壁钢结构主要安装分区 9

2.4 细胞壁钢结构主要杆件 10

2.5 细胞壁钢结构现场焊接节点 13

2.6 主要施工机械选型 16

2.7 钢结构施工与土建施工之间的协调 17

2.8 钢结构施工阶段及施工部署 17

第3章 施工测量方案 20

3.1 施工测量控制网的建立 20

3.1.1 测量控制网移交与复测 20

3.1.2 施工测量控制网的建立 20

第4章 细胞壁钢结构施工方案 22

4.1 细胞壁钢结构施工方案 22

4.1.1 第一阶段施工 22

4.1.2 第二阶段施工 28

4.1.3 第三阶段施工 30

4.1.4 第四阶段施工 32

4.1.5 焊接顺序 33

4.1.6 安全施工脚手架 33

4.1.7 防火喷涂工艺 37

4.2 细胞壁施工过程模拟分析 39

4.2.1 节点部分应力和变形分析 40

4.2.2 施工过程模拟 41

第5章 质量保证关键措施 43

5.1 钢结构质量保证关键措施 43

第6章 安全保证关键措施 45

6.1 安全保证体系 45

6.2 安全保证措施 45

第7章 文明及绿色施工技术保证措施 48

第8章 产品运输及成品保护方案 49

8.1 产品运输及保护方案 49

8.2 钢结构构件保护方案 49

第9章 施工进度计划及工期保证措施 50

9.1 施工进度计划 50

9.2 工期保证措施 50

9.2.1 劳动力保证措施 50

9.2.2 组织保证措施 51

9.2.3 管理保证措施 51

9.2.4 物资保证措施 51

9.2.5 技术保证措施 52

9.2.6 雨季、冬季保证措施 52

建筑的整体灵感源于鹦鹉螺的壳体形式，寓意着博物馆人“管理自然遗产、守护地球家园”的神圣使命。建筑外立面的三种墙体也作为内部展览主题的另一种表达，西北部墙体为一个条形岩石机理的构造墙体，以体现地壳的运动；东北部墙体是活生态墙体，垂直绿化墙为办公区窗户遮阳；南墙则呼应“人类细胞结构”，较大尺度的内层结构代表着身体的骨骼，并支撑着博物馆建筑的墙体和屋面，由较小尺度图案组成的外层，则代表着身体的组织和肌肉。

建筑核心区域“细胞壁”的设计既是建筑结构重要组成，又是新馆的标志景观，与螺旋上升的绿色屋面和中心环岛阶梯式水池遥相呼应，诠释出自然科学的主题，给人以艺术的遐想与视觉享受。夜幕下，灯光影效衬托出的“森林”效果，更添神秘。

整个细胞壁由主钢结构、外包铝板、遮阳铝条（外侧）、玻璃幕墙（内侧）组成。

细胞壁主钢构件均采用焊接箱型截面，截面规格为500*275*16*14（mm），钢构件形式分为节点和杆件。杆件总数约1300根，杆件长度0.50~3.0m，杆件总长约1600m，杆件总重约为320t（单根250kg左右）；节点总数约900个，节点总重约为235t（单个节点250kg左右）。钢结构总重约555t，材质均采用Q345B。

细胞壁主钢构底部与底板（±0.00顶板）埋件刚性连接，左侧边界通过与砼柱侧向埋件刚性连接，右侧边界通过与钢柱（矩形截面）刚性连接。顶部边界与土建顶圈梁连接。

细胞壁钢结构为空间异形不规则单层网壳结构，无规律可循，且矩形截面管壁厚较薄，节点与杆件对接质量关乎结构的安全性，构件加工精度及现场安装精度要求颇高；

节点呈“多杆汇交瓣式”复杂三维，数量多，且各不相同。细胞壁钢结构为5边形网格和6边形网格组成的单层网架，每个网格都相互制约，节点和杆件的加工精度直接影响安装精度。然而，常规的钢结构加工难以达到其精度要求，为确保现场安装控制，高精度机械加工将必不可免。既要适应空间复杂三维构件的机械加工，又要做到合理性和经济性，难度大。

异形不规则的空间结构对现场测量定位带来极大的困难和不便，安装质量控制难度大；

单层网壳平面外刚度较弱，安装过程中的变形控制难度大。结构在成环前，安装过程中的结构稳定控制问题是关键；

单层网壳结构要求连接节点为刚性的抗弯连接，节点连接方向多、角度不一，对于节点形式的选择是一项挑战。

由于总工期非常紧凑，钢结构施工需与其他专业施工同时进行，各专业对施工作业空间的需要多、安全控制要求高，交叉作业问题的有效解决十分重要。

施工现场条件苛刻，场地狭小，环境复杂。土建结构施工受限于13号线地铁站，基坑支护结构与主体砼结构紧密相连，起重作业场地有限，区域性约束大。起重机械的再布设受制于土建两台塔吊，且中心环岛阶梯式的设计布局基本否定了此区域的利用可能，大型机械的设立更是尤为困难。

与土建、机电等各专业间的相互协调。

现场踏勘所获得的自然条件资料；

现行的与本工程相关的国家、行业及地方施工验收规范：

《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205—2001）

《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81—2002）

《钢焊缝手工超声波探伤及分级标准》（GB11345—89）

《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923—88）

根据现场实际情况，细胞壁钢结构位于土建四道混凝土支撑下方，无法与土建施工穿插进行。钢结构施工前提条件：

土建完成四道混凝土支撑拆除；

土建完成±0.00层结构施工，并交付南侧6015型塔吊给我司使用。

钢结构施工技术路线如下：

边界埋件及竖向钢柱（分段）根据土建分区分层采用土建塔吊穿插安装。

主体钢结构采用土建塔吊分层逐环散装，侧向稳定采用脚手架支撑体系。

主体钢结构延伸段及悬挑段，采用2部25t汽车吊配合散装。

细胞壁钢结构主要安装分区

根据结构特点，按照标高逐环施工。每环的高度为2~3m。结构分8个区，其中分区1为悬挑段，分区8为±0.00楼层外延伸段。相邻分区之间设置焊接预留口，每完成一环结构施工后，后焊焊接预留口，焊接顺序如下：自椭圆长轴中心向两侧结构边界对称焊接。

单个节点重250kg左右，共约900个。

单个杆件重250kg左右，共约1300根。

结构边界均以特殊节点设计，详见钢结构深化图纸。

细胞壁钢结构现场焊接节点

细胞壁钢结构节点及杆件主要焊接节点有以下几种：

杆件与竖向钢柱焊接节点；

立柱与埋件焊接节点、立柱分段对接节点；

细胞壁钢结构悬臂段、外延伸段安装

6015型固定自身塔吊

L=60m，R=20.2~60m，Q=5t~1.5t，塔身自由悬臂高度最高可达48m。细胞壁钢结构吊装最远作业半径为50m，吊装构件重量约1.5t，6015塔吊可以满足。

25t汽车吊L=10.2~24.4m，R=3~22m，Q=25t~1t，H=5~32m。

钢结构施工与土建施工之间的协调

钢结构施工和土建施工需相互配合、相互协调，土建施工施工工序与钢结构施工工序相互搭接，具体体现在以下几个方面：

土建底板分区施工，土建完成钢筋绑扎后，交付钢结构施工底板埋件，钢结构底板埋件施工完毕后，交付土建支模、浇筑混凝土。

细胞壁西侧边界通过土建砼柱埋件连接，需根据土建砼柱施工工序穿插施工。

土建南侧塔吊完成±0.00层结构施工后，交付钢结构使用。

钢结构逐环施工，完成顶部闭环后，交付土建施工顶部圈梁。因此，与钢结构顶部边界相关的土建顶板均需后施工。

钢结构施工脚手架与土建支撑顶板模板的承重脚手架存在共用区域，必须综合考虑。

钢结构施工阶段及施工部署

根据现场实际情况，结合土建进度计划及本工程施工技术路线，钢结构施工分成4个阶段施工：

第一阶段：埋件及竖向钢柱施工，该阶段根据土建底板分区、地下结构施工顺序穿插进行。主要采用土建南侧塔吊作为施工机械配合安装。

第三阶段：±0.00m~16.10m区间细胞壁钢结构施工，利用南侧塔吊自下而上逐环施工细胞壁钢结构，另配2台25t汽车吊，分别完成外延伸段及悬挑断结构的施工，直至结构闭环。

第四阶段：土建完成与钢结构顶部边界相关楼面施工，强度达到100%后，结构整体卸载。

根据计算，现场临电总量需要1500kW。要求总包在沿细胞壁弧线分别布置电箱（按50m布置一个，可根据施工进度调整），供细胞壁施工需要。

施工前首先对总包移交的首级平面及高程控制网和控制网的进行复核，复测精度满足要求后，方可将此控制网作为细胞壁的施工测量控制基准。同时，对钢结构和土建结构的相互关系进行复测，以保证整体结构的整体性和最终安装精度。

本工程的施工测量中，细胞壁钢结构的测量控制是本工程测量作业的难点所在，空间异形不规则的建筑造型对于结构测控精度要求颇高，加之依附其上的幕墙系统、以及与之连接的砼体结构，使得细胞壁结构自身的相对精度和绝对精度都必须给予保证。施工测量控制网的布设既要确保细胞壁多边形相单元内的相对精度，又须与砼体结构整体关联，并贯穿现场施工始末。为此，我们将以首级控制网为依据，针对结构特点，结合安装工艺，采用“分级布网、逐级控制”的方式进行测量。

为满足整体结构的安装定位需要，需利用周边稳固建筑物构建平面网，选择控制点时应选择稳定的不受施工影响的场外，同时考虑今后的使用方便及通视问题。控制网须精确观测严密平差后方可使用。

使用精密全站仪复测场区首级网点，无误后方可使用。在首级控制网基础上进行加密控制网的布设，建立二级控制网——细胞壁施工测量控制网，作为整体结构安装的施工基准。二级网针对细胞壁建立，二级网点均与两个或两个以上首级网点通视、联测。

平面测量控制网施测使用高精度全站仪测放，必须保证各施工环节间的相对关系。

首级高程控制点应设在不受施工情况影响的场外。以精密水准仪检测首级高程控制网。用闭合水准方式将高程控制点引入场内，并设定固定点作为高程点。场内地面高程点经复核无误后，控制点应引测到稳固的砼结构上，在每一层上对引测点校核，误差应在精度要求范围内。高程引测引点时，以精密水准仪直接引点或精密水准仪加钢尺进行传递，成果经验收合格后使用。钢尺引测时应加温度和尺长改正。

钢结构施工测量控制网为三维控制体系，控制点形式采用埋设铜钉的方式，既是平面位置的基准点，又是高程的基准点。为了确保施工控制网的精度，所有的加密控制网按市政临时水准点标准进行布设及复核。对于每个测量控制加密点的设置，必须做到二个以上的测回，观测结果进行严密平差，保证工程的质量。

细胞壁钢结构分四个阶段进行施工。

第一阶段施工主要内容为底板埋件施工、东侧钢柱分段施工、西侧砼柱侧向埋件施工以及±0.00埋件施工。该阶段结合土建施工工序，穿插进行。主要利用土建南侧塔吊配合作业。

埋件类型共3类，MJ1、MJ2、MJ3，埋件材质Q345B，单个埋件重量均在250kg左右。细胞壁钢结构与埋件顶面焊接固定。

埋件埋设采用土建2#塔吊配合安装。塔吊型号：6015型固定自立塔吊。

L=60m，R=20.2~60m，Q=5t~1.5t，塔身自由悬臂高度最高可达48m。细胞壁钢结构埋件均在2#塔吊吊装半径内，吊重不足1t，满足安装要求。

埋件进场后，对照设计图纸，对埋件进行预检工作。埋件预见项目如下：

埋件外包尺寸偏差，采用钢尺检查，允许偏差±3mm；

埋件对角线偏差，采用钢尺检查，允许偏差±3mm；

埋件表面平整度，采用水平尺检查，允许偏差l/1000；

螺孔中心偏移允许偏差5mm。

焊接质量外观检查合格。

埋件预检做好检查记录，不合格的埋件不予接受，返回加工厂重新制作。合格的预埋件接收后，入库保管。

跟进土建施工进度，土建钢筋面层完成后，及时进行埋件埋设工作。

埋件安装时，由于埋件整件重量达250kg，外形尺寸较大，无法人工安装，因此采用土建塔吊配合吊装。

埋件安装前，在埋件顶面设置一吊耳，便于塔吊吊运和以后的校正。

塔吊将埋件吊运至安装点，初步搁置在钢筋面层上。初步校正时，在钢筋面层上标记明显的定位控制点（控制轴线），在埋件面上刻画定位十字线，对线安装。埋件锚筋与钢筋干涉，可采用撬棒偏移钢筋位置。

埋件精校完成后，采用全站仪复测埋件四个控制点坐标及中心点坐标。偏差在规范要求内，埋件面板可与定位支架角钢焊接固定。

埋件安装技术要求如下：

埋件水平度采用水平尺复核，水平度允许偏差l/1000；

埋件标高采用全站仪及水准仪复核，标高允许偏差±10mm；

埋件对线偏差采用钢尺复核，允许偏差±5mm；

埋件埋设完成自检合格后，整理埋件偏差数据，并报监理验收。监理验收合格后，可通知土建进行混凝土浇筑。

混凝土浇筑完成后，需对埋件定位坐标进行复测，并整理埋件在混凝土浇筑后的偏差数据，上报技术人员。

钢柱分段采用土建2#塔吊配合安装。塔吊型号：6015型固定自立塔吊。

L=60m，R=20.2~60m，Q=5t~1.5t，塔身自由悬臂高度最高可达48m。钢柱分段均在2#塔吊吊装半径内，吊重不足1t，满足安装要求。

钢柱安装前必须对出厂构件进行预检，预检项目如下：

钢柱挠曲矢高，用拉线、直角尺和钢尺检查，允许偏差L/1000且不应大于10mm。

安装首节钢柱时，首先复测埋件偏差，并在埋件上刻划定位十字线。钢柱与埋件对线安装，对线偏差控制在±3mm。并采用限位钢板临时固定。采用两台经纬仪校正钢柱垂直度，或采用全站仪复测顶部控制点校正。

钢柱垂直度校正采用外侧拉设缆风绳予以调整，调整到位后，揽风绳与土建结构可靠连接固定。钢柱根部与埋件全熔透焊接固定。

上节柱与下节柱对中安装，吊装过程中采用外侧拉设缆风绳予以调整；安装过程中，柱子对接采用临时装配板固定。校正到位后，对接节点全熔透焊接固定。

柱子的垂直度，采用两台经纬仪控制，边吊边校正。垂直度施工控制值≤5mm，验收允许偏差H/1000，且不应大于10mm。

柱子中心线与定位轴线偏差，采用吊线和钢尺检查，允许偏差3.0mm。

上下节连接处错边，采用钢尺、塞尺检查，允许偏差不大于t/10且不大于3.0mm。

柱顶腹板中心标高，采用水准仪复核，允许偏差±3mm。

第二阶段施工，采用土建交付的南侧6015塔吊作业。吊装构件主要为节点+杆件的组合构件，组合构件重量控制在1t左右。

L=60m，R=20.2~60m，Q=5t~1.5t，塔身自由悬臂高度最高可达48m。细胞壁构件均在2#塔吊吊装半径内，吊重1t左右，满足安装要求。

为了确保构件制作精度，杆件制作精度复核采用阳光谷特殊节点的复核方法，复核节点各个分肢的端部中心相对坐标，并与理论数据进行比对，得出数值偏差。整个过程均采用计算机程序自动校验并生成数据报告。对不满足偏差要求的节点、杆件，要求加工厂返修处理。要求加工单位对节点和杆件采用钢印在明显的位置予以标记，杆件与埋件连接的加劲板点焊固定在杆件上，随杆件进场。杆件进场根据现场施工需求，逐环进场。

构件进场后，现场施工人员对构件进行预检，并根据安装工艺，将节点与杆件进行组装成吊装单元，要求组装单位连接节点采用临时连接板固定，不得焊死。

吊装单元与埋件对线安装，对线偏差控制在±3mm。将吊装单元根部与埋件点焊固定，并调整顶部节点。顶部节点采用全站仪坐标法，复测顶部分肢中心点坐标。节点复核完成后，点焊固定节点与杆件的临时连接板。

首先安装靠近钢柱端的组合杆件1，然后安装组合杆件1与钢柱的连接杆，形成侧向稳定，安装组合杆件2，然后安装两者见得联系杆3，形成稳定单元。后续安装组合杆件4，安装2、4间联系人字形杆件5。自东向右，逐环施工，形成空间稳定结构。

第三阶段施工作业内容主要为±0.00~+16.10m间细胞壁结构施工，结构分区为分区1~分区8，施工顺序自分区1~分区8作业，即从细胞壁悬臂端向延伸段施工，自下而上逐环施工，每环标高2~3m，形成环箍效果，增加侧向稳定。

第三阶段施工，采用土建交付的南侧6015塔吊和2台25t汽车吊配合安装。塔吊主要作业分区为分区2~分区7，2台汽车吊分区完成分区1及分区8的施工作业。

第四阶段施工主要内容为顶部封闭槽钢施工及后续卸载作业。顶部封闭后，交付土建施工顶部圈梁。土建顶圈梁施工完毕，强度满足设计要求后，进行钢结构卸载工作。

先自下而上拆除细胞壁结构与脚手架的水平向连接杆件；然后自上而下拆除施工脚手架。卸载时，现场监测钢结构变形情况。

为了满足细胞壁钢结构施工，需合理搭设安全操作脚手架。安全脚沿结构内侧环结构布置。由于结构立面向内倾斜，倾斜角度最大80度（位于椭圆长轴端），顶部边线距离底部边线水平距离达5m左右。脚手架搭设时，必须满足结构特殊造型的需求。

钢结构施工脚手架为钢结构施工操作脚手架，同时可借用施工操作脚手架进行散件安装时的校正工作。（土建如借用钢结构施工脚手架作为顶部圈梁模板支撑，需另进行加固处理。钢结构散件安装时，直接与边界临时固定，而不是借用脚手架作为临时支撑使用。）

为了防止空间交叉作业对下层工作面的不利影响，钢结构（整环）每完成8m左右高度，设置内侧硬隔离。隔离利用九夹板、石棉布材料组合的方式予以防护。通过设置安全隔离，消除上部施工时高空坠落产生的安全隐患。

详见《自然博物馆细胞壁结构施工脚手架专项方案》。

本工程防火喷涂为25mm厚、3小时厚型防火涂料，施工部位：细胞壁钢结构、光伏玻璃采光顶钢结构、细胞天窗钢结构。

防火喷涂施工在钢结构焊接作业完成、探伤检测合格后进行。

（1）本工程在施工前，需进行试件检测。试件为两组，喷抹3小时一组，检测报告包含耐火性能、耐火性能判断、材料性能，检测过程需通知业主、设计方、监理、总承包及发包方到场，并对检测结果认可。

（2）喷抹前应检查钢构件所有表面除锈是否干净。当钢结构表面上附有浮锈、油、尘埃等时，要进行清除，以保证实施防火保护层部分的附着性。首先可用压缩空气吹除浮尘、浮锈，必要时用刮刀、钢丝刷等去除污染附着物。对油污染可用挥发油去除，干净回丝擦拭干净；除锈可用砂轮批磨、刮刀、钢丝刷及100~180号砂纸去除。

（1）本防火涂料加入一定量的洁净自来水经过搅拌后即可使用，加水量应通过施工稠度试验确定，手工涂抹时稠度控制在7~8cm。为改善施工性和涂层质量，必要时可在涂料中加入一定量的水性胶粘剂。

（2）防火涂料应随拌随用，一次搅拌的混合料宜在1小时内用完。

（3）本防火涂料施工，打底采用低压喷涂方式，面层涂料以涂抹施工为主，在某些特殊部位也可进行喷涂施工（如难以涂抹到的部位），以保证施工场地及周围环境的整洁。

（4）钢结构连接处有缝隙时，采用防火涂料填补平整后，再进行整体防火涂料的喷抹工作。

（5）防火涂料施工时，首先对钢结构表面进行打底料喷涂，24小时后进行防火涂料的涂抹施工，防火涂料每次涂刷厚度宜控制在10mm左右，二次涂抹间隔时间一般为24小时，涂抹要均匀，在施工过程中，施工人员应带探针随时检验涂层厚度，涂层厚度应达到设计要求的耐火极限所对应的厚度。

（6）防火施工过程中涂层固化前，环境温度宜在0~38℃之间，相对温度不大于90%，空气应流通。构件表面有结露时，不宜作业。

（7）按照施工现场的实际情况，施工的进度应紧跟楼层各工种有计划地进行均衡施工，如现场条件变化影响原计划的实施，应及时与现场各有关单位协调。

（8）施工中，尽量采用流水施工方法组织施工，以便使用施工连续、均衡和有节奏地进行、合理地使用人力、物力和财力，多快好省地完成任务。

（9）充分、合理地利用机械施工设备，提高施工机械化程度，减轻劳动强度，提高劳动生产率。

（10）合理布置施工平面，减少施工中材料和设备的二次搬运，节省人、物力。

脚手架搭设施工组织设计防火涂料施工质量检测方法

(1)根据业主、总包单位要求，对现场施工用SJ—2型隔热防火涂料需做试件二组，喷涂3小时一组，送国家防火建筑材料质量监督检测中心检测。钢结构防火涂料出厂时，产品质量应符合有关标准的规定。并应附有涂料品种名称、技术性能、制造批号、贮存期限和使用说明。

(2)在同一工程中，每使用500吨厚涂型钢结构防火涂料应抽样检测一次粘结强度和抗压强度。

防火涂料厚度的检测方法和平均值的确定

钢结构顶、壁的检测方法以针入法测定，所抽查的构件数不小于施工总构件数的20%，但均不应少于3件，单位抽查面积以不小于3m2，单位抽查面积内的检测点宜不少于8点，其厚度平均值小于允许最小值时则应补刷。钢结构的梁、柱、斜撑等按其不同形状。所测三组数据的平均值和最小值为检测数据。防火涂层平均厚度应达到设计要求的耐火极限所对应的厚度，偏差在±2mm以内，厚度不足部分的连续面积的长度不大于500mm，并在5m范围内不再出现类似情况。若不符合上述要求，则要进行修补。

DB5101／T 118-2021 生产安全事故隐患排查治理工作指南.pdf涂层表面平整度的允许偏差项目和检验方法如下：

检查数量按同类构件抽查20%，但均不少于3件。