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1、XX当代艺术馆与城市规划展览馆 钢结构制作,二零一三年七月,目 录,钢结构特点分析,一,二,钢结构深化设计重难点及解决方案,三,钢结构制作关键控制环节,钢结构特点分析,一,1 整体结构分析,本工程分两大结构系统表皮钢结构系统和内部主体钢结构系统。,内部主体结构,整体结构模型,表,里,由箱型截面组成的表皮面域，大约需用钢材12000吨。,主要由大跨度桁架组成，大约需用钢材11000吨。,表皮钢结构,2 表皮钢结构分析,表皮钢结构为杂交面域结构体系，按照其结构形式分为主框架结构和面域单元结构。,表皮钢结构,主框架结构,面域单元结构,主要由2000600 5050截面组成。,主要由120040020
2、 20、120030020 20及80030020 20等截面组成。,主框架结构包含的构件多种多样。主要包含了平直、弯曲、弯扭等构件类型，其中弯扭构件复杂各异。,局部弯曲构件,弯扭构件,平直构件,复杂弯扭构件组合,弯扭构件,面域单元结构主要由11个平面和5个曲面组成。包含了平面、扭曲、倾斜、扇形弯曲、弯扭、旋转等曲（直）面类型，其中弯扭构件约占25%，弯曲构件约占15%。,旋转曲面,弯扭曲面,扇形弯曲面,倾斜折面,扭曲折面,平面,3 内部主体钢结构分析,内部主体结构地下室为钢筋混凝土框架剪力墙结构形式；+10.00m以下两馆结构连通；+10.00m以上两馆为独立的三层悬挑钢桁架体系。,当代艺术
3、馆,城市规划展览馆,城市规划展览馆在标高+20m、+30m、+40m处为悬挑型钢桁架平台，桁架高度为2.9m3.5m，钢桁架平台最大悬挑为27.8m。,悬挑桁架,27.8m,22,11,三个悬挑平台在水平投影上呈旋转状。但单匹桁架主方向并未改变。,旋转桁架,城市规划展览馆特点,城市规划展览馆特点,典型桁架规格,桁架最大长度约为90m，最高约为3.5m，最大重量约为108t，最大箱型截面为600500 8080 ，最大H型截面为H5005003050.,28m,当代艺术馆特点,当代艺术馆在标高+20m、+30m、+40m处为悬挑型钢桁架平台，三层桁架在三个立面连接，钢桁架平台最大悬挑为28m。,
4、悬挑桁架,典型桁架规格,桁架中最大长度约为108m，最高约为3.5m，最大重量约为280t，最大箱型截面为600500 7070 ，最大H型截面H6004004550.,4 主体与表皮钢结构连接,表皮钢结构既作为屋盖的一部分覆盖、包裹整栋建筑，同时又与内部建筑主体有着不同层次、不同程度的连接关系。,当代艺术馆在20m标高与表皮钢结构相连。,在5m标高、10m标高，内部建筑结构楼面与表皮钢结构通过楼面钢梁相连。,在40m标高屋顶与表皮钢结构相连。,二,钢结构深化设计重难点及解决方案,1 3D实体模型的高效与精确建模 难点：表皮钢结构空间位形复杂，为满足制作安装准确定位，同时满足建筑外形要求，需设
5、置控制点坐标5万个以上，杆件数量多达1.6万根，坐标控制工作量大，准确性要求高。表皮主框架有一半为三维空间弯扭构件，曲面主杆件均为弯扭构件，常规软件无法深化。,常规构件：采用Tekla软件深化,弯扭构件：采用自主研发的弯扭构件 建模与展开放样软件进行深化设计,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,1 全真3D实体模型的高效与精确建模,（1）软件措施,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,（2）工程实例1-深圳春茧,1 全真3D实体模型的高效与精确建模,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,（2）工程实例2-贵阳奥体,1 全真3D实体模型的高效与精确建模,调整前,调整后,2 构件及节点的处理与考虑,二
6、 钢结构深化设计重难点及解决方案,重点：构件位形复杂，为满足结构构造、建筑效果要求，建模完成后需反复调试，具体分以下几种情况进行处理。,第一种情况：曲面内杆件调整,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,2 构件及节点的处理与考虑,第二种情况：平面与平面交界处杆件调整,调整前,调整后,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,2 构件及节点的处理与考虑,第三种情况：平面与曲面交界处杆件调整,调整前,调整后,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,2 构件及节点的处理与考虑,第四种情况：曲面与曲面交界处杆件调整,调整前,调整后,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,第五种情况：构件布置冲突时考虑,建议：与设计方
7、沟通，更改或删除上图所示冲突杆件，做到结构合理布置。,2 构件及节点的处理与考虑,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,表皮主框架连接节点的考虑,2 构件及节点的处理与考虑,多个平面交叉节点，采用板拼实现,一个或多个平面和一个曲面相交节点， 采用板拼相贯焊实现,两曲面和直面相交节点，建议做成铸钢节点,3 主体钢结构桁架预起拱,设计位形,安装位形,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,安装卸载后位形,预拱值 L,4 深化设计与相关专业配合,二 钢结构深化设计重难点及解决方案,幕墙单位确定；,钢筋搭接,幕墙与钢结构深化设计互校。,幕墙件准确定位；,幕墙专业：表皮钢结构与幕墙配合是关键,连接器,穿孔,土
8、建专业:核心筒钢筋与钢结构连接,机电专业:设备孔的预留,三,钢结构制作关键控制环节,1 原材料采购质量控制及管理 （1）各种板厚占比分析本工程总用钢量约2.3万吨，各种板厚占比如下：,钢板厚度分布饼图,1)20-60mm厚钢板重量约占总用钢量的34.2%,2)60mm厚以上钢板重量约占总用钢量的15.06%,三 钢结构制作关键控制环节,1 原材料采购质量控制及管理 （2）钢材采购批次划分,第一采购批次 (10.m以下),第二采购批次 （10.m30.0m）,第三采购批次 (30.0m以上),第一采购批次 (约5355吨),第二采购批次 (约9735吨),第三采购批次 (约7910吨),采购批次
9、划分示意图,三 钢结构制作关键控制环节,1 原材料采购质量控制及管理 （3）原材料采购质量控制,针对目前国内中厚板性能不稳定，存在夹渣、分层和偏析等状况，采购 时主要从以下两个方面严把质量关：1)选择质量稳定可靠、信誉良好的厚钢板供货企业 ；2）厚度20mm以上钢板进行超声波探伤。,整板超声波探伤,Z向拉伸试验,三 钢结构制作关键控制环节,1 原材料采购质量控制及管理 （4）原材料可追溯管理,WIFI,电子标签,数据采集手持设备,门禁系统,地理位置标签,车载标签,系统平台,三 钢结构制作关键控制环节,1 原材料采购质量控制及管理 （4）原材料可追溯管理,“预出库”确认,装车绑定,门禁系统辅助监
10、控,车间收料确认,三 钢结构制作关键控制环节,2 构件类型统计及产能排布分析 （1）构件类型统计分析,1）箱型构件：约5926t 2）弯扭构件：约6000t,表皮钢结构：约11926t,内部钢结构：约10975t,内部主体结构,表皮钢结构,1）H型钢梁：约3775t 2）桁架：约7200t,三 钢结构制作关键控制环节,2 构件类型统计及产能排布分析 （2）产能排布分析,本项目构件类型主要为箱型、弯扭箱型、H型，总用钢量约2.3万吨，制作周期约8个月，每月制作任务约3000吨。我司年产能约20.5万吨，月产能约1.7万吨。如能有幸中标本项目，我司将投入拥有H型、箱型专业生产线的一车间一工段、二车
11、间五工段和五车间九工段进行钢构件加工。,三 钢结构制作关键控制环节,一车间一工段实景,工段说明： 长357m，宽30m，拥有H型钢 生产线一条，月产能约2200吨,2 构件类型统计及产能排布分析 （2）产能排布分析,三 钢结构制作关键控制环节,二车间五工段实景,工段说明： 长357m，宽30m，拥有箱型 生产线一条，月产能约2800吨,五车间九工段实景,工段说明： 长240m，宽30m，拥有箱型 生产线一条，月产能约2200吨,3 弯扭构件加工工艺 1）影响弯扭构件加工质量的关键因素,（1）高精度胎架的设置 （2）面板的展开放样及下料精度保证 （3）性能先进的卷板机和油压机 （4）简单高效的构
12、件精度检测措施 （5）技术精湛、经验丰富的技师队伍,三 钢结构制作关键控制环节,3 弯扭构件加工工艺 2）弯扭构件精度偏差控制,目前国家尚无针对弯扭构件的验收标准，针对本工程我司将结合设计要求和企业验收标准制定专门适用于本工程的验收准则，以下为我司针对以往工程制定的弯扭构件验收标准。,三 钢结构制作关键控制环节,3 弯扭构件制作工艺 3）弯扭构件加工制作关键技术（1)下料成型,三 钢结构制作关键控制环节,3 弯扭构件制作工艺 3）弯扭构件加工制作关键技术（2)高精度仿形胎架的设置,三 钢结构制作关键控制环节,3 弯扭构件制作工艺 3）弯扭构件加工制作关键技术（3)部件装配及拼装,箱体下翼缘就位
13、,内隔板安装,安装箱体左侧腹板,安装箱体右侧腹板,三 钢结构制作关键控制环节,3 弯扭构件制作工艺 3）弯扭构件加工制作关键技术（3)部件装配及拼装,封闭盖板,箱体校正,工厂预拼装,涂装,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架制作工艺 1）影响大跨度悬挑桁架加工质量的关键因素,（1）厚板材质的可焊性 （2）合理有效的装、焊工艺 （3）性能稳靠的焊接设备、测量设备,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架制作工艺 2）大跨度悬挑桁架精度偏差控制从切割下料、装配、预拼装三个环节来进行外形尺寸、截面尺寸控制,桁架预拼装,切割下料,装配,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架制作
14、工艺 3）大跨度悬挑桁架制作关键技术（1）开展焊接工艺评定试验、编制WPS指导施工,正式开工前，按照规范要求结合本工程结构特点开展焊接工艺评定试验，根据评定结果编制焊接工艺规程指导焊接施工。,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架制作工艺 3）大跨度悬挑桁架制作关键技术（2）选用合理坡口形式,采用防层状撕裂的坡口形式，由此达到减少母材厚度方向承受拉应力的目的。,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架制作工艺 3）大跨度悬挑桁架制作关键技术（3）采用合理的焊接顺序,采用二氧化碳气体保护焊+自动埋弧焊相结合的方式，多层多道、对称施焊。,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架
15、制作工艺 3）大跨度悬挑桁架制作关键技术（4）精密切割及组装技术,数控下料,坡口开设,厚板对接,装配,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架制作工艺 3）大跨度悬挑桁架制作关键技术（5）厚板焊接技术,焊前预热尽量不用火焰加热，因其加热不均匀，易产生附加热应力。尽量采用电加热，加热温度视板厚及母材碳当量（CE）而定。,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架制作工艺 3）大跨度悬挑桁架制作关键技术（5）厚板焊接技术,采用边焊接边电加热法来确保层间温度,三 钢结构制作关键控制环节,4 大跨度悬挑桁架制作工艺 3）大跨度悬挑桁架制作关键技术（5）厚板焊接技术,焊后应立即进行后热处理，采
16、用电加热后热至250300，然后用保温棉进行覆盖保温不少于4小时（使焊件缓慢冷却至室温）。一方面可以使扩散氢扩散逸出，另一方面可以降低焊接接头的焊接应力。,三 钢结构制作关键控制环节,5 焊接变形及应力控制措施,防变形工艺隔板,坡口角度优化,超声波冲击消应力,对称施焊,三 钢结构制作关键控制环节,6 预拼装本工程表皮均为空间弯扭，结构复杂。为保证现场安装精度，采用合理的预拼装方法确保构件的拼装精度至关重要。,设置胎架及地样,表皮箱体主结构上弦杆就位,表皮箱体主结构下弦杆就位,表皮边侧箱体腹杆就位,三 钢结构制作关键控制环节,6 预拼装,表皮中部箱体腹杆就位,表皮边侧箱体腹杆就位,安装次结构杆件,整体精度检测,三 钢结构制作关键控制环节,
