奇特建筑钢结构工程-刘树屯

奇特建筑奇特建筑钢结构工程钢结构工程刘树屯刘树屯中国航空工业规划设计研究院中国航空工业规划设计研究院研究员研究员中国工程中国工程设计大师设计大师奇特建筑钢结构实例奇特建筑钢结构实例鸟巢及石头海龟效应鸟巢及石头海龟效应•1凤凰卫士演播大厅---莫比乌斯数学模型,又称东鸟巢•2大连国际会议中心---整个造型似一只大海龟•3广州歌剧院---圆润双砾大石头•4合肥创新展示馆---散落的火柴棍堆积而成的南•4合肥创新展示馆---散落的火柴棍堆积而成的南鸟巢•5广州亚运城综合体育馆---整个造型似一只海龟和一条海豚在海中遨游•6深圳湾体育中心大屋盖---形似一个大“春茧”•7海南国际会展中心---形似大海泼涛后浪推前浪凤凰卫士传媒中心网壳凤凰卫士传媒中心网壳又称东鸟巢又称东鸟巢•奇妙的莫比乌斯环是一个典型的数学模型曲线,把一个长方形纸片一端扭转半周后与另一端连接形成的环就叫莫比乌斯环.此环有边无界,从环上一点出发经过两圈后回到原点.就象缠绕毛线团一样莫比乌斯数学模型曲线点出发经过两圈后回到原点.就象缠绕毛线团一样一圈一圈的环绕,看似杂乱精细的一圈圈线条,给人带来一种视觉冲击.•此曲线网壳杆件为梯形箱体弯扭构件，近万个杆件、节点、幕墙无一相同。莫比乌斯数学模型曲线莫比乌斯数学模型曲线被压扁的游泳圈被压扁的游泳圈梯形弯扭箱形构件梯形弯扭箱形构件700700××500500××330330最大板厚最大板厚130,130,最大钢管最大钢管813813××5050马道总用钢量约为202吨。杆件规格：B350×300×20×25、B350×300×25×36、B350×300×36×42、B400×300×50×60、B200×200×8×8等。马道拱桥旋转坡道总用钢量约为205.9吨。杆件规格：马道拱桥旋转坡道杆件规格：B200×200×10×10、B700×400×20×25、B700-200×200×20×16等。拱桥总用钢量约为600吨。杆件规格：B350×200×12×16、B450×250×12×16、φ219×16等。通天梯通天梯总用钢量约为63.7吨主次梁连接节点钢平台总用钢量约为441.2吨。杆件规格：□450×500×40×40、□450×300×80×80、□350×300×16×16、□350×300×25×42等钢平台杆件规格：□400×200×16×20、□250×250×12×20、□1600×500×25×30、□250×200×16×20、□250×100×25×30等点弯扭杆件分段示意图弯扭杆件分段示意图1.11.1大连国际会议中心大连国际会议中心由世界著名建筑事务所奥地利蓝天组（COOPHIMMELB(L)AU）及大连市建筑设计研究院设计。该工程总建筑面积14万㎡，地下一层，地上五层，建筑高度58m,工程性质为举办各种大型国际会议场所。外形是一块落在海滨的多面体大砾石,又好像一支刚刚出水的大海龟整体效果图1.31.3结构概况大连国际会议中心主体结构形式为多支撑筒体组合空间大跨悬挑复杂钢结构体系。地下室为钢筋混凝土结构，地上交通筒体为型钢支撑混凝土结构，其余为钢结构。主要结构用钢量约3.0万吨。结构示意图1.31.3结构概况第二部分第二部分10.2m及15.3m平台水平桁架系统采用H型钢平面桁架组成，钢平台面积约有2.5万㎡，由于支撑筒体置于钢平台中间部位，钢平台周边悬挑长度20~40m。钢平台上部浇筑170厚钢筋混凝土组合楼板。桁架结构布置图10.2m及15.3m平台水平桁架系统第二部分第二部分桁架悬挑长度示意图1.31.3结构概况第三部分第三部分6个会议厅沿10.2m及15.3m悬挑钢平台周边设置，1800座歌剧院设置于会议中心中央部位，歌剧院主看台区与钢平台脱离，舞台与钢平台连接在一起。会议厅结构布置图平台上会议厅系统第三部分第三部分1.31.3结构概况屋架支承于17个筒体上。由于筒体分布不均匀，屋架支点位置相差很大，造成屋架跨度也相差很大。由于屋盖要覆盖整个建筑物，因此屋架周边也有20m～40m长的悬挑。屋盖为焊接球网壳结构，总重量约2800t，南北向长达230m，东西向长约177m，最大跨度110m。屋盖结构示意图屋盖系统第五部分第五部分2.12.1现场安装流程根据结构设计，将根据结构设计，将平台桁架分为周边平台桁架分为周边悬挑区域及核心筒悬挑区域及核心筒周边非悬挑区域（周边非悬挑区域（周边非悬挑区域（周边非悬挑区域（核心区）。核心区）。2.12.1现场安装流程第二步15.3m核心区水心区水平桁架吊装及砼楼板施工2.12.1现场安装流程第三步10.2m10.2m、、15.3m15.3m15.3m15.3m悬挑区域水悬挑区域水平桁架安装平桁架安装及楼板砼浇及楼板砼浇注注2.12.1现场安装流程第六步屋盖结屋盖结构安装构安装及安装及安装完成后完成后的临时的临时支撑拆支撑拆除除3.13.1水平桁架概况10.2m～15.3m楼层桁架主要为型钢平面桁架，型钢规格主要为HW200×200×8×12、HW250×250×9×14、HW300×300×10×15、HW350×350×10×16、HW400×400×13×22等规格。桁架跨度主要有16.4米、33米等，悬挑20~40米。桁架矢高约3.0米。总重量约7000t。桁架整体效果图3.13.1水平桁架概况10.20m桁架效果图15.3m桁架效果图55屋盖安装本工程屋盖结构为极不规则的网壳结构。55屋盖安装屋面网壳安装，采用搭设满堂脚手架、散件拼装的方案进行施工。满堂操作架临时支撑屋面桁架安装临时支撑体系布置示意图广州歌剧院造型被誉为大小石头的“圆润双砾”1800座400座总建筑面积：70781m2400座•屋盖、幕墙一体化结构，呈空间不规则折面组合型体–大石头－64个面，41个转角和104条棱线，外表面积23180m2；投影长度为135.9m，投影宽度128.5m•小石头－37个面，18个转角和54条棱线，外表面积9440m2；投影长度为87.6m，投影宽度62m•结构体系采用空间组合折板式三向斜交网格结构4、钢结构概况钢结构体系•结构体系采用空间组合折板式三向斜交网格结构–大石头－周边66个落地支点，内部设置14个上部支点，平面夹角79°～177.5°。平面内次梁夹角45°~60°，少数15°~30°–小石头－周边54个落地支点，内部设置4个上部支点，平面夹角43.9°～174.1°，平面内次梁夹角为15～90.2°–网格大小－6m5、外围护钢结构立面效果落地处设置收边环梁，搁置在93球形支座上；另在内部设置14个球型支座，支撑在混凝土结构上歌剧院透视图球形支座主、次梁均为箱型截面，最大截面2005*400mm大石头大石头－次梁断面－次梁断面300X800~1000mm300X800~1000mm，，主梁宽度主梁宽度400mm400mm，高度随面夹角变化，，高度随面夹角变化，约在约在1.0~1.5m1.0~1.5m小石头小石头－次梁断面－次梁断面250X750mm250X750mm，主梁，主梁宽度宽度300mm300mm，高度随面夹角变化，约，高度随面夹角变化，约在在0.76~1.5m0.76~1.5mK50/50塔吊K50/50塔吊SN630塔吊（1）钢结构的安装将采用胎架支撑高空原位拼装法进行安装;铸钢节点和主梁安装时下设安装胎架和安装操作平台。(2)安装总体顺序：立面上从下向上逐面扩展安装.平面上从中间向四周逐面扩展安装。2、安装方法及顺序250T履带吊二、钢结构安装技术概述二、钢结构安装技术概述多功能厅1、吊装机械设备选择大剧院单个铸钢节点相对于主次梁来说相对较重,且散布于整个网壳内,而其数量比例不足1.2%,因此合理配备吊装设备显得尤其重要.本工程现场焊接部位主要有钢梁与铸钢件焊接，钢梁对接，钢桁架焊接，大部分接头焊接难度较大，特别是铸钢件与钢梁异种钢材焊接，铸钢件结构复杂，焊接操作空间小。焊缝形式有平焊、横焊、立焊、仰焊等高空全位置焊接。焊接量大，焊接变形控制是本工程的一大重点。2、异种材质钢箱形截面全位置焊接技术铸钢节点（GS-20Mn5N)箱型梁(Q345JGB)对接焊缝GS—20MN5N铸钢件与Q345GJB箱型钢梁焊接前，预热应沿焊缝中心两侧各100mm以内进行全方位均匀加热，当预热温度范围均达到预定值后，持续20-30分钟，温度的测试须在离坡口80-100mm处进行，采用触式温度计测试，加热源采用氧乙炔加热时至少使火焰焰蕊距管壁具有不少于100mm的距离且不时绕钢梁运作，（以免造成加热不均匀，单点温度过高而造成对铸钢件的损伤）（预热温度见表）5、焊前预热钢种焊接方式壁厚（mm）T=16-T=30-T=50-铸钢节点与Q345钢管对接焊预热示意图钢种式T=16-30T=30-50T=50-70Q345GJBCO2气体保护焊180-200220-250250-280GS-20MN5NCO2气体保护焊200-220220-250220-280预热温度表11、现场焊接图例坐标拟和法原理：进场铸钢件投放地面钢支架后，3、电脑坐标拟合法检测复杂空间异形构件误差技术坐标拟和法原理：进场铸钢件投放地面钢支架后，对构件各伸臂表面控制点用全站仪进行坐标测量，测量所得相对坐标值通过电脑CAD软件转换为几何图形，然后将该图形与理论“几何图”（理论值坐标点与点连接的线条组合）进行“拟合”（实体所测值转换为的几何图与理论值转换的几何图相互作比较，通过对实体图的移动，使实体图达到理论最佳位置。所得的点坐标值为“拟合值”也为最终控制值。实测坐标点组成几何图与理论几何图“拟合”。传统方法：循环测距法3、电脑坐标拟合法检测复杂空间异形构件误差技术循环测距离法原理：基于端口上的任意一个端点的空间定位坐标均与循环测距离法原理：基于端口上的任意一个端点的空间定位坐标均与同一节点不同断面上的可视端点之间的空间有效距离，循环测量、相互校同一节点不同断面上的可视端点之间的空间有效距离，循环测量、相互校核，以空间距离来达到控制空间角度的原理核，以空间距离来达到控制空间角度的原理;;每个铸钢节点所有端点之间形每个铸钢节点所有端点之间形成封闭环，多组数据反复校对成封闭环，多组数据反复校对..6、复杂多维空间钢结构施工质量和安全控制综合技术(1).针对复杂的铸钢节点提出符合结构特点的质量验收标准——在《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50201-2005）当中没有明确表明铸钢件如何验收。项目部编制了铸钢节点验收规范，并通过行业专家的论证。结合铸造工艺，对铸钢节点的端口尺寸、中心区总高度等作了相关规定，满足了施工质量要求。合肥创新展示馆—火柴棍堆积而成的钢屋盖,又称南鸟巢合肥创新展示馆钢结构项目部合肥创新展示馆钢结构项目部二〇〇一年四月十二日二〇〇一年四月十二日合肥国际创新展示馆位于合肥市滨湖新区，建筑面积13982.87㎡，工程设计新颖、独特，设计创意来自游戏棒，由长短不一的金属杆件编织而成，形成交叉杆棚罩，外观酷似“鸟巢”，施工技术含量高、难度大。展馆钢结构平面近似形成一个不规则六角形，长向约74米，短向约47米，高约21m，由346根钢管棚罩架设而成，杆件分布复杂，传力有序，最多处有11根杆件交汇于一点。1钢结构概况和施工难点分析钢结构棚罩杆件大致分为五级：一级杆件38根，空间按每组三根交叉相贯搭建，且每根落地；二级杆件43根，相贯搭建于一级杆件上，为一级杆件提供支撑，部分杆件直接落地；三级杆件140根，结合一二级杆件相贯搭建形成不规则的空间网格结构；四级杆件93根、五级杆件32根，为丰富建筑物形体所设置的装饰杆件，与一二三级相切搭接，约427吨。一、二、三级杆件为主要受力杆件，全部主要杆件均为φ700X10及φ700X8的无缝化焊管。钢结构中钢管的钢材及节点、支座板材均采用Q235B钢。五级杆件三五级杆件三维环游效果维环游效果施工难点概况施工难点概况和分析和分析•深化设计难度大：•1、节点深化工作量大，因杆件交汇数量多，且无一相同节点，故只能逐一进行节点深化设计；•2、