1、442斜斜交交叉叉网网格格钢钢结结构构安安装装动动态态纠纠偏偏施施工工工工法法1 1前前言言当代建筑正朝着不断提高建筑高度、新颖、多样的形式发展，结构选型作为实现这一目标的手段，愈来愈重要。钢结构体系是一种应用广泛，始终贯穿于建筑的发展历程中，并随着建筑形式表现的变化，演绎着结构的变革。其中空间斜交叉网格结构是现代发展较快、应用较广的一种形式，并且随着现代建筑的发展，广泛出现在超高层建筑领域。由于空间斜交网格结构造型特异，结构复杂，消除或减小构件在安装过程中产生的累计误差难度极大。通过对北京保利国际广场、中弘大厦、广州国际金融中心等工程的斜交叉网格结构的施工过程进行了深入研究，研发了“斜交叉网2、格钢结构安装动态纠偏施工工法”，应用自行研发的实测坐标生成程序、实测与理论图形拟合程序，以及加强过程管控，很好地解决了斜交叉网格构件安装过程产生的累计误差等问题，确保了工程的整体施工进度，节约成本。工法中运用了基于实测坐标生成程序、实测与理论图形拟合程序形成的 动态纠偏施工技术，于2013年经过工程院院士马克俭为组长的中国钢结构协会专家组鉴定，达到了国际领先水平；动态纠偏施工技术在国家期刊施工杂志中发表。工法主要阐述了自行研发的实测坐标生成程序、实测与理论图形拟合程序的运用以及斜交叉网格钢结构安装过程中消除累计误差的方法，充分体现了本工法的先进性和科学性，为今后类似工程施工提供宝贵经验。2 23、工工法法特特点点2.1 安安装装精精度度高高本工法通过安装调整制作偏差、制作调整安装偏差两种手段提高构件安装过程中的精度，消减累计误差。2.2 操操作作简简便便本工法应用实测坐标生成程序、实测与理论图形拟合程序，输入实测数据，一键式获知偏差值。2.3 资资源源共共享享，动动态态调调整整本工法主要通过深化、制作、安装三方联动，数据共享，动态消减误差。3 3适适用用范范围围本工法适用于斜交叉网格钢结构体系施工。4 4工工艺艺原原理理4.1 制制作作调调整整安安装装偏偏差差通过对已安装构件进行实际测量得到数据，深化设计调整构件，并反馈至制作厂，制作厂根据调整数据进行构件的实物调整，消减安装偏差。4.4、2 安安装装调调整整制制作作偏偏差差443通过自行研发的软件，先确定节点的位置，确保节点精度，动态对斜柱进行偏差调整，消减制作偏差。4.3 计算机模拟拼装计算机模拟拼装计算机模拟拼装是以经设计单位审核正确的整体模型为基准，将需地面拼装的构件中节点三维空间坐标测量输人计算机还原实物后，再与现场节点匹配对齐，快速、精准完成现场构件拼装。5 5工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点5.1 工艺流程工艺流程图 5.1-1工艺流程图5.2 操作要点操作要点通过“安装调整制作偏差、制作调整安装偏差”的主要思路，应用自行研发实测坐标生成程序、实测与理论图形拟合程序，安装、制作、深化设计联动，解决了斜交叉网格钢5、结构安装过程中的累计误差问题。5.2.1 柱脚安装1采用半埋式柱脚，通过永久性支架进行安装。2套架与周边的钢筋有效拉结，防止柱脚发生纵横向便宜。3套架支腿与防水层之间垫条形钢板，分散荷载，保护防水层。4柱脚测量校正后，绑扎钢筋、浇筑混凝土。444图 5.2.1-1柱脚支架效果图图 5.2.1-2半埋式柱脚效果图5.2.2 实测数据，获取偏差值柱脚或者异形节点安装完成后，使用全站仪测量每个单元构件的坐标，输入实测坐标生成程序中建立模型，通过与设计模型进行对比获取构件的偏差。1根据三点成圆原理，实测构件每个管口不应少于三个点。2测量实际点位之前，需要完成单层钢结构框架安装，形成稳定整体。3测量数据6、输入至计算机内，通过计算机模拟分析，得出偏差数据。图 5.2.2-1异形节点复测点5.2.3深化设计调整根据已安装构件偏差数据，对斜柱进行调整。1深化设计人员根据已安装构件的偏差值，确保上层异形节点安装精度前提下，调整斜钢管尺寸，并反馈至加工厂。2加工厂根据深化设计人员反馈数据调整斜钢管尺寸。445图 5.2.3-1构件重新深化调整示意图5.2.4计算机模拟预拼装计算机模拟拼装是以经设计单位审核正确的整体模型为基准，根据各构件的特点分别建立各自的坐标系，各构件分别根据各自的坐标系绘制拼装工艺图，确定胎架的设置、标高以及各控制点的坐标值。将需地面拼装的构件中异形节点三维空间坐标测量输人计算机还原7、实物后，再将此组合构件整体标准模型与安装现场异形节点匹配对齐，并将各分支构件从安装坐标转换至拼装坐标。技术机的模拟预拼装主要利用实测坐标生成程序建立模型，运用实测与理论图形拟合程序利用已安装构件数据进行加工构件模型与设计构件模型进行对比分析已产生构件偏差值，确定构件加工是否合格。1控制点坐标的选择（1）计算机模拟坐标系以整个外框异形节点支座底部中心点为原点。（2）节点制作完成后，根据相对坐标值在电脑中进行模拟定位。（3）根据各自的分坐标系找出各自端口控制点。（4）在绝对坐标系中列出端口的绝对坐标值进行比较后所得的公差值满足验收标准则合格，否则进行调整。2为了便于制作及检测，加工时构件及节点均将8、其置于相对较平稳，容易操作的位置，以利控制构件的精度及质量。3根据预拼装单元的实际投影尺寸，在平台上划出节点和杆件在平台上投影的 X、Y 方向的中心线及外形线等，同时划出胎架模板设置的位置线。4构件加工、检测胎架的制作（1）加工、检测胎架必须有一定的承载力，并且必须保证胎架设置的正确性。（2）根据平台上的胎架定位线进行胎架竖撑的设置，胎架高度必须严格控制，胎架标高定位采用全站仪进行精确定位。（3）胎架定位板须采用数控切割，以保证构件组装定位精度。（4）胎架定位尺寸误差1mm；胎架上口水平度1mm；胎架的标高误差0.5mm。5构件的模拟拼装及检测（1）单个构件测量控制点的理论值与实际值对比（2）9、提取各控制点在其构件局部坐标系下的理论坐标值（3）实物测量后绘制实测模型（4）建立构件实测模型局部坐标系446（5）调整实测模型与理论模型对比，判断构件的制作精度是否满足要求规范要求（6）节点模拟按照整体组装时的坐标系，以每个节点自身中心为坐标原点，坐标系整体平面的移动仅改变其平面相对坐标位置。图 5.2.4-1复杂节点模拟拼装图（7）外框各构件的整体模拟预拼装各构件定位后进行检测时，为了得到更精确的实测数据，测量采用地样法和全站仪两种方法进行，将实测数据分别记录下来。而后将实测数据分别转化成与实体拼装工艺中相对应的坐标值，并与之作比较，对所有控制点输入电脑进行整体建模，模拟整体拼装效果，仔细10、验证其误差是否能满足安装要求，否则必须进行修整。图 5.2.4-2整体计算机模拟拼装图5.2.5构件进场验收为了确保构件的尺寸精确，避免加工厂失误，构件进场后，重新对进场构件进行验收，斜钢管采用校正后卷尺进行验收，复杂异形节点采用全站仪获得各控制点坐标，输入自行研发的计算机软件中，一键式获知构件是否合格，不合格构件返厂，合格构件即可吊装。447图 5.2.5-1异形节点控制点布置图1将构件放在检测平台上测量构件各控制点坐标。2将实测数据与设计数据输入计算机中，加载应用程序。3运行程序生成理论模型和实际模型。4运行递归优选控制点拟合程序，得出构件的偏差，确定构件是否合格。5.2.6计算机分析，获11、得偏差将构件进场后实测数据和已安装构件的实测数据输入至实测与理论图形拟合程序中建立模型，进行计算机分析，确定异形节点下管口偏差值。图 5.2.6-1计算机分析流程图节点安装前，对节点安装进行计算机模拟分析，首先保证上管口的安装位置，使上管口的安装位置尽量精确，将偏差留到下口，并通过下口将偏差反馈给下部斜柱，使斜柱提前预偏，这样就“主动”控制了构件制作偏差，保证每层的偏差在每层内部消化，不会给上部产生影响，减少了累计偏差。448图 5.2.6-2计算机分析流程图5.2.7调整斜钢管，临时固定1根据计算机分析的异形节点下管口的偏差值，在优先保证 X 节点安装精度的前提，使用千斤顶调整斜钢管上管口，12、达到以节点定斜柱的目的。2斜钢管调整完成后，采用双夹板和高强螺栓进行临时固定。图 5.2.7-1大倾角倾斜巨柱双夹板对接自平衡技术原理图5.2.8安装异形节点，校正1斜钢管完成临时固定后，安装上层异形节点，上层异形节点下管口与斜钢管柱的上管口对齐后临时固定。2异形节点完成临时固定后，使用千斤顶对异形节点和斜钢管柱进行校正，复杂节点之间的框架钢梁。449图 5.2.8-1异形节点安装示意图5.2.9焊接1吊装完毕后，每个单元（包括两根斜钢管柱和一个 X 节点）先焊接斜钢管柱下方两个焊口，在焊接上方的两个焊口。2焊接时采用二氧化碳气体保护焊，40mm 以上钢板采用火焰加热装置进行焊前预热和后热保温13、控制。3焊接完成 24 小时后，对焊缝就行检测，合格后进行下道工序施工。6 6材料和设备材料和设备6.1主要设备选型主要设备选型表 6.1-1主要设备选型序号序号名称名称规格规格/型号型号用途用途1二氧化碳焊机(节能型)YD600KH1主要构件焊接2直流焊机(节能型)ZL-500次要构件和措施材料焊接3空压机0.9 立方米焊缝修补4烤炬H03650加热5千斤顶5t/10t/15t校正6倒链1t/2t/10t校正7卡环3t/5t/10t/20t吊装8磁力钻1332mm钻孔9超声波探伤仪CTS2000焊缝内部缺陷监测10计算机/计算机建模、模拟分析6.2主要测量设备主要测量设备表 6.2-1主要测14、量仪器表序号序号名称名称型号型号用途用途1全站仪GTS-211D测点、放线2经纬仪J2-2(苏-光)垂直度测量3激光铅直仪LLHD-1控制点向上传递4水准仪DZS3-1高程测量5经纬仪弯管目镜/辅助观测4506塔尺5m高程测量7水平尺800细部测量8激光接收靶100100控制点向上传递9磁铁线坠0.5kg垂直度测量10三脚架英制/公制架设仪器11激光反射贴片2020辅助全站仪测量7 7质量控制质量控制7.1质量控制标准质量控制标准表 7.1-1质量控制标准序号序号名称名称编号编号1建筑结构荷载规范GB50009-20122钢结构设计规范GB50017-20113建筑抗震设计规范GB50011-15、20104建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-20085 钢结构工程施工规范GB50755-20126钢结构工程施工质量验收规范GB50205-20117高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-20128钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规范JGJ82 一 20119 建筑钢结构焊接技术规程JGJ81 一 20027.2质量控制偏差质量控制偏差表 7.2-1总体控制偏差项项目目规范允许偏差（规范允许偏差（mm）项目内控目标（项目内控目标（mm）总垂直偏差eH/2500且 e50e20总高度偏差H/1000eH/1000，-30e30-20e20平面弯曲偏差eL/1500，e25e20定16、位偏差eL/20000 且5mme3mm表 7.2-2各部位控制偏差项项目目工程允许偏差工程允许偏差(mm)项目内控目标项目内控目标(mm)柱子的底座位移e3E2上柱和下柱的扭转e3E2单节柱的垂直度eL/1000，e10eL/1200，E8同一根梁两端水平度eL/1000，e10eL/1200，E8表 7.2-3节点预拼装允许偏差项目允许偏差（mm）测量方法节点中心坐标偏差(测 X、Y、Z 三个方向)2全站仪节点牛腿端口角点坐标偏差(测 X、Y、Z 三个方向)2全站仪相邻两端口距离偏差+2，-4全站仪451（分测四点）错边量不大于 3牛腿整体平面度不应大于 4全站仪节点间距2直尺杆件长度3直17、尺坡口间隙有衬垫-1.5，+4直尺、焊缝卡尺无衬垫0，+27.3质量保证措施质量保证措施7.3.1认真学习掌握施工规范和实施细则，施工前认真熟悉图纸，逐级进行技术交底，严格执行上道工序不合格、下道工序不交接的制度，坚决不留质量隐患。7.3.2把好原材料质量关，所有进场材料，必须有符合工程规范的质量说明书。7.3.3预拼装时严格按照轴线、中心线、标高控制线和工艺图进行施工，预拼装所用的支撑凳或平台应测量找平，检查时应拆除全部临时固定和拉紧装置。7.3.4配齐、配全施工中需要的机具、量具、仪器和其它检测设备，并始终保持其完善、准确、可靠。仪器、检测设备均应经过有关权威方面检测认证。7.3.5测量校18、正采用高精度的全站仪、激光铅直仪、激光水准仪等先进仪器进行测量，确保安装精度。7.3.6在焊接部位搭设防护棚。特别是 CO2 气体保护焊，风速对焊接质量影响较大，必须确保优良焊接环境。7.3.7减少在成品钢构件上焊接临时设施，避免伤害母材。7.3.8焊接钢柱时，根据钢柱的测量成果确定合理的焊接顺序，利用焊接变形对钢柱的垂直度进一步纠偏，使钢柱的垂直度的偏差值进一步缩小。7.3.9减少构件分段，尽量在工厂进行加工制作，必须要进行分段的尽量避免高空组装焊接，而采取在地面进行拼装。8 8安全措施安全措施8.1安全控制标准安全控制标准表 8.1-1安全标准中华人民共和国安全生产法国家主席令第 70 号19、建筑安全监督管理规定住建部 13 号令建筑施工安全检查标准JGJ59-2011建筑施工高处作业安全技术规范JGJ80-1991施工现场临时用电安全技术规范JGJ46-2005施工现场机械设备检查技术规程JGJ160-2008起重机械安全规程GB6067-2010建设工程施工现场供用电安全规范GB50194-1993建筑机械使用安全技术规定JGB33-868.2安全控制措施安全控制措施8.2.1要在职工中牢牢树立“安全第一”的思想，认识到安全生产，文明施工的重要性，做到每天班前教育，班前总结，班前检查，严格执行安全生产三级教育。8.2.2进入施工现场必须戴好安全帽，2m 以上高空作业必须佩带安全20、带。8.2.3吊装前,起重指挥要仔细检查吊具是否符合规格要求，是否有损伤，所有起重指挥及操作人员必须持证上岗。4528.2.4高空作业人员应符合高层施工体质要求，开工前检查身体。8.2.5高空作业人员应佩带工具袋，工具应放在工具袋中不得放在钢梁或易坠落的地方，所有手动工具，应有防坠落措施。8.2.6钢结构是良好导电体，四周应接地良好，施工用的电源线必须是胶皮电缆线，所有电动设备应安装漏电保护开关，严格遵守安全用电操作规程。8.2.7吊装时应架设大风速仪，大风力超过 6 级或雷雨浓雾天气时应禁止吊装，夜间吊装必须保证足够的照明，构件不得悬空过夜。8.2.8氧气、乙炔、油漆等易爆、易燃物品，应妥善21、保管，分类堆放，严禁在明火附近作业，严禁吸烟，焊接操作平台上应作好防火措施，防止火花飞溅。8.2.9施工过程中，作业层下方搭设防砸棚，防止高空坠落对人员造成伤害。8.3安全应急措施安全应急措施8.3.1健全应急组织机构，明确其职责、预案体系及响应程序，落实事故预防及应急保障、应急培训及预案演练等内容。8.3.2采取多种形式开展应急预案的宣传教育，普及生产安全事故预防、避险、自救和互救知识，提高从业人员安全意识和应急处置技能。8.3.3发生触电、高空坠落等事故时，必须立即启动应急预案，组织急救，并按照规定层层上报。8.3.4组织开展应急预案培训活动，使有关人员了解应急预案内容，熟悉应急职责、应急22、程序和岗位应急处置方案。9 9环保措施环保措施9.1环保控制标准环保控制标准表 9.1-1安全标准中华人民共和国环境保护法中华人民共和国主席令第 22 号公布环境空气质量标准GB3095-1996建筑工程绿色施工评价标准GBT50640-2010环境空气质量标准GB3095-2012城市区域环境噪声标准GB3096-2008建筑施工场界噪声限值GB12523-2011绿色照明工程技术规程DBJ01-607-20019.2噪音控制措施噪音控制措施9.2.1严格控制强噪声作业的时间，提前计划施工工期，若必须昼夜连续作业时，应采取降噪措施，作好周围群众工作，并报环保单位备案审批后方可施工。9.2.223、严禁在施工区内高声喧叫，猛烈敲击铁器，增强全体施工人员防扰民的自觉意识。9.2.3施工现场的强噪音机械，施工作业尽量放在封闭的机械棚内或白天施工，房屋内设隔音板，使其与外界隔离，最大限度的降低其噪音,以致不影响工人与居民的休息时间。9.2.4各项施工均选用低噪声的机械设备和施工工艺。施工场地布局要合理，尽量减少施工对居民生活的影响，减少噪声强度和敏感点受噪声干扰时间。9.3大气污染控制大气污染控制9.3.1焊接、气割等所用气体或油料的纯度应符合有关规定。9.3.2严禁向建筑物外拋掷垃圾，所有垃圾装袋运出。运输车辆必须冲洗干净后方能离场上路行驶，保证行驶途中不污染道路和环境。4539.4水污染控24、制措施水污染控制措施9.4.1制定雨季、特别是暴雨期，避免废水无组织排放、外溢、堵塞城市下水道等污染事故发生的排水应急响应工作方案，并在需要时实施。9.4.2施工现场设置专用油漆料库，库房地面、墙面做防渗漏处理，防止油料跑、冒、滴、漏污染土壤、水体。9.5防止光污染控制措施防止光污染控制措施9.5.1选用既满足照明要求又不刺眼的新型灯具，施工照明灯的悬挂高度和方向要考虑居民夜间休息的问题,夜间照明保证不影响周围居民的休息。9.5.2在施工现场周围种植或布置移动绿化，清洁环境、美化生活，在工程入口设置拟建工程的喷绘图，既美化环境，又可阻止噪声、杂物等向场外散播。9.6防止固体废弃物污染控制措施防25、止固体废弃物污染控制措施9.6.1教育施工人员养成良好的卫生习惯，不随地乱丢垃圾、杂物，保持工作和生活环境的整洁。9.6.2严禁乱倒、乱卸垃圾。设垃圾站，各类生活垃圾按规定集中收集，由环卫部门及时清理、清运，一般要求每班清扫，每日清运。1010效益分析效益分析10.1经济效益经济效益本工法的应用，与传统的施工技术相比，提高了构件的加工制作、进场验收、安装精度，不需要胎架、钢丝绳等辅助固定手段，大大提高了施工效率，每节钢管安装、焊接可提前 1.52 天。以保利国际广场总承包工程为例，共 21 节钢管柱，与传统施工方法比较工期提前 3142 天，国际广场总承包工程钢结构施工高峰期 125 人，根据26、北京市定额及相关计价规范可知，钢结构安装人工费综合计价约 220 元/天，塔吊、焊接等机械费折合约 6300 元/天。另外，本工法不需要传统的型钢胎架及钢丝绳等手段进行斜钢管支撑，采用高强螺栓及临时马板抵抗外力。保利国际广场原计划采用 H4004001321（168.41/KG，4200 元/t）的型钢作为支撑胎架，竖向高度 5.83m，水平支撑长度 6.25m，每层钢柱需要 10 组，并考虑两层周转使用，损耗 10%。采用临时支撑施工技术，用钢量可以忽略不计。通过本工法的应用，保利国际广场总承包工程节约成本：人工费：220（3142）125=85.25115.5 万元机械费：6300（31427、2）=19.5326.46 万元材料费：168.41（5.832+6.25）101000（1+10%）24200=27.87 万元合计：人工费+机械费+材料费=132.65169.83 万元整个施工过程中钢构件均工厂加工制作，废料少，有利于材料回收、循环使用，绿色环保。工法中应用的三维递归匹配施工技术、动态纠偏施工技术均结合计算机软件，实现工程的信息化管理，高效、科学、快捷。10.2社会效益社会效益斜交叉网格钢结构施工工法为类似工程施工积累了宝贵的生产经验和科学依据，并且极大地推动了整个工程项目的工期提前，有利于关键线路工期的压缩，对业主及参建各方均有非常积极的意义。1111应用实例应用实例428、54北京保利国际广场总承包工程位于北京市朝阳区大望京，于 2012 年 4 月 11 日开工，2013 年10 月结构全面封顶，2014 年 12 月 26 日完成竣工验收。本工程由三座塔楼组成，建筑面积约 16.8万平方米，其中 T1 塔楼建筑高度 161.2 米，结构形式为空间网格外框钢结构，主要由“X”型节点（160 个）和斜柱（320 根）组成，每层节点+斜柱高度为 8.4m。“X”型节点最大重量为 28t，斜柱最长 8.2m，最大管径 1300mm，壁厚 50mm，与水平面夹角约 42 度，复杂异型节点起到连接斜柱的作用，由上部两个肢腿、下部两个肢腿、两个环向牛腿和一个侧向牛腿组成，29、钢结构总用钢量约为 1.2 万吨。作为一种新颖的框筒体系，交叉网格筒体的受力性能与一般框筒有很大差别：1)交叉网格的几何构成可抵抗水平力，外筒刚度巨大，内部布置自由度更大，建筑效果和综合效益好；2)侧向力主要由斜柱的轴向力平衡，柱内的剪力和弯矩比较小；3)斜交网格空间受力特征明显；4)交叉网格外筒抗侧刚度比混凝土核心筒大，延性不如常规框架体系，体系的屈服机制明不同于传统结构，抗震防线的分布变化较大。通过本工法的使用，是本工程斜钢管柱安装进度更快，精度更高，节约成本，确保了“钻石灯笼”的整体效果，并且本建筑已经获评 2014 年度中国 10 大标志性建筑之一，社会影响力巨大。图 11.1保利国际广场结构施工实拍图片