由于現(xiàn)在越來(lái)越多的工廠建立，鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)用也是相繼廣泛，但是不同的商家和不同的材質(zhì)價(jià)格卻有著千差萬(wàn)別，對(duì)于其中多少的水分，很多非專(zhuān)業(yè)的甚至專(zhuān)業(yè)的人士都很難計(jì)算出這樣一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)廠房的造價(jià)是多少，不過(guò)這個(gè)也是相對(duì)比較復(fù)雜的，各種成本都需要計(jì)算，很多細(xì)節(jié)都很容易造成疏忽，一個(gè)不小心就會(huì)出現(xiàn)很大的失誤，所以對(duì)于它的預(yù)算分析很重要。
【特別提醒：價(jià)格只是例子，主要看方法和注意細(xì)節(jié)】
現(xiàn)在假設(shè)如果單做一個(gè)簡(jiǎn)單的單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，首先就是一個(gè)材料費(fèi)，現(xiàn)在鋼的價(jià)格是落差太大，只說(shuō)一個(gè)例子價(jià)3700每噸；其次造價(jià)和廠房的跨度高度有關(guān)系，如果是不超過(guò)8米,跨度不超過(guò)30米，帶5噸吊車(chē)的廠房，且外圍護(hù)采用保溫的做法，那么平米造價(jià)要500元左右。如果不帶吊車(chē)，造價(jià)會(huì)下降，跨度的變化對(duì)造價(jià)的影響則分幾種情況：超過(guò)15米的廠房，隨著跨度的增加單位面積的造價(jià)會(huì)下降，但是從15米開(kāi)始，隨著跨度減小單位面積的造價(jià)反而會(huì)上升；再次就是廠房的人力成本問(wèn)題，像這種簡(jiǎn)單鋼結(jié)構(gòu)廠房就大概二十個(gè)人力左右3個(gè)月的時(shí)間可以完工，平均每個(gè)人每月的開(kāi)銷(xiāo)是3000元左右；還有就是廠房的技術(shù)成本，在前期的設(shè)計(jì)和制圖相對(duì)于普通房屋過(guò)程要復(fù)雜，必須找到實(shí)力相對(duì)較強(qiáng)的，這種準(zhǔn)備工作務(wù)必做到精確否則會(huì)造成很大的浪費(fèi)，保守估計(jì)的成本也至少是上萬(wàn)元；另外還有其他很多工程方面出現(xiàn)問(wèn)題的代價(jià)成本，綜合考慮后還是在至少7000每平方左右的價(jià)位了。
商品經(jīng)濟(jì)化的今天，對(duì)于物價(jià)的估算也是比較難的，尤其是類(lèi)似于這種工程細(xì)的項(xiàng)目更是無(wú)從下手，所以必須先嚴(yán)格的作出各項(xiàng)成本參考逐一分析。不過(guò)以后這方面會(huì)制定出更好的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)?；y(tǒng)一化管理，鋼結(jié)構(gòu)廠房的造價(jià)問(wèn)題也會(huì)很輕松的估算得到。
大跨度空間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
近30年來(lái), 各種類(lèi)型的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在美國(guó)、 日本、 歐洲、 澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)發(fā)展很快,其跨度和規(guī)模越來(lái)越大, 新材料和新技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛, 結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越豐富。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當(dāng)?shù)氐南笳餍曰驑?biāo)志性的人文景觀。如 2000 年的悉尼奧運(yùn)會(huì)、 2002 年的韓日世界杯、2004 年雅典奧運(yùn)會(huì)和 2006 年的德國(guó)世界杯等各種體育場(chǎng)館給人留下了深刻的印象。
我國(guó)大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)原來(lái)的基礎(chǔ)比較薄弱, 但隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和社會(huì)發(fā)展的需要, 近10余年來(lái)也取得了迅猛的發(fā)展。特別是 2008 奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)為我國(guó)大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇,給中國(guó)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)提供了一個(gè)展現(xiàn)機(jī)會(huì), 涌現(xiàn)出了大量結(jié)構(gòu)新穎、 技術(shù)先進(jìn)的建筑, 同時(shí)也給施工單位帶來(lái)了巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
隨著國(guó)家游泳中心水立方、奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)鳥(niǎo)巢等體育場(chǎng)館主體結(jié)構(gòu)的相繼完工, 其所展現(xiàn)出來(lái)的磅礴氣勢(shì)令人折服, 充分顯示了中國(guó)人的聰明才智?？v觀這些現(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工, 其所呈現(xiàn)出的主要特點(diǎn)如下。
·結(jié)構(gòu)形式日益多樣化和復(fù)雜化
現(xiàn)代大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)不局限于采用傳統(tǒng)的單一結(jié)構(gòu)形式, 新的結(jié)構(gòu)形式和各種組合結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)。 水立方采用了基于泡沫理論的多面體空間剛架結(jié)構(gòu); 鳥(niǎo)巢采用了復(fù)雜扭曲空間桁架結(jié)構(gòu); 奧運(yùn)會(huì)羽毛球館則采用了世界跨度最大的弦支穹頂結(jié)構(gòu);廣州國(guó)際會(huì)展中心采用了張弦桁架結(jié)構(gòu)。
·結(jié)構(gòu)跨度大、鋼材等級(jí)高、鋼板厚度厚
由于建筑功能的需要, 現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)跨度越來(lái)越大, 短向跨度超百米已屢見(jiàn)不鮮, 如國(guó)家體育場(chǎng)鳥(niǎo)巢跨度 296 m, 國(guó)家游泳中心跨度 177 m, 廣州國(guó)際會(huì)議展覽中心跨度 1266 m, 南京奧體中心體育場(chǎng)拱跨度360 m 等。以致國(guó)家超限專(zhuān)家審查委員會(huì)專(zhuān)門(mén)編制了大跨結(jié)構(gòu)超限審查的規(guī)定。
這些大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)采用了大量的高強(qiáng)度級(jí)別鋼材, 如 Q390C、Q420C、Q460E 等, 且鋼板厚度都很厚,有的甚至超過(guò) 100 mm。
·現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的大量應(yīng)用
預(yù)應(yīng)力作為一項(xiàng)新技術(shù), 得到了充分應(yīng)用, 涌現(xiàn)了索穹頂、 張拉整體結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式。奧運(yùn)會(huì)羽毛球館( 北京工業(yè)大學(xué)體育館) 采用了世界跨度最大的弦支穹頂結(jié)構(gòu)。國(guó)家體育館采用了世界跨度最大的雙向張弦梁結(jié)構(gòu)。
·節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜多樣
現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)大多采用仿生態(tài)建筑, 為了滿足建筑造型, 采用了各種各樣的節(jié)點(diǎn)形式, 如鑄鋼節(jié)點(diǎn)、鍛鋼節(jié)點(diǎn)、球鉸節(jié)點(diǎn)等。
·構(gòu)件數(shù)量和截面類(lèi)型多, 深化設(shè)計(jì)難度大
一般而言, 這類(lèi)大型工程都由幾萬(wàn)個(gè)構(gòu)件, 甚至十多萬(wàn)個(gè)構(gòu)件組成, 并且這些構(gòu)件的截面形式、尺寸和長(zhǎng)度均不相同。這樣給施工單位放樣帶來(lái)了極大的困難, 并且對(duì)于有些彎扭構(gòu)件, 需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)和研究才能完成。
·構(gòu)件加工難度大, 加工精度要求高
這類(lèi)工程都屬于國(guó)家重點(diǎn)工程, 工程質(zhì)量要求高。只有提高構(gòu)件加工精度, 才能滿足質(zhì)量要求。并且大量焊縫要求一級(jí)焊縫, 給施工帶來(lái)了極大的難度。
·現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量大, 施工技術(shù)難度高
為了保證施工精度, 這些工程都需要進(jìn)行預(yù)拼裝,并且現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量特別大。由于結(jié)構(gòu)新、 跨度大, 為了保證經(jīng)濟(jì)、 安全, 都必須采用先進(jìn)的施工技術(shù)才能順利完成。
大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題
大型空間鋼結(jié)構(gòu)建造過(guò)程中施工技術(shù)是至關(guān)重要的, 合理的施工方案和科學(xué)的施工過(guò)程分析才能保證結(jié)構(gòu)的安全、 經(jīng)濟(jì)。目前一些大型空間鋼結(jié)構(gòu)的施工,已突破傳統(tǒng)意義上的施工方法, 向多學(xué)科、綜合化、高科技領(lǐng)域邁進(jìn), 給傳統(tǒng)施工技術(shù)帶來(lái)了前所未有的難度和挑戰(zhàn)。因此需要廣大的科研、 設(shè)計(jì)、 施工單位共同研究、 開(kāi)發(fā)、 創(chuàng)造出新的更加科學(xué)的施工技術(shù), 來(lái)滿足不斷發(fā)展的需要。在研究、 開(kāi)發(fā)、 創(chuàng)造科學(xué)的施工技術(shù)時(shí), 應(yīng)著重考慮以下幾方面問(wèn)題:
·CAD 設(shè)計(jì)與 CAM 制造技術(shù)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)和先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用, 空間鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品需要信息技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、管理技術(shù)的綜合應(yīng)用, 提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)定制化目標(biāo), 從而提高空間鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和管理水平。鋼結(jié)構(gòu) C AD 設(shè)計(jì)與 CAM 制造技術(shù)屬于鋼結(jié)構(gòu)輔助制造技術(shù)范疇, 包括整體三維實(shí)體建模, 桿件和板材的優(yōu)化下料, 鋼管相貫節(jié)點(diǎn)和各類(lèi)異型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、分析、 制造等。
·安裝施工仿真技術(shù)
以往人們都比較重視結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)下的受力情況, 而忽視了結(jié)構(gòu)施工階段的受力情況。隨著工程的不斷大型化, 結(jié)構(gòu)施工階段的安全問(wèn)題日益突出。實(shí)際上, 有些工程在結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的受力狀況完全不同于使用階段, 甚至有些工程的結(jié)構(gòu)最不利的受力階段, 出現(xiàn)在施工階段。鋼結(jié)構(gòu)施工安裝仿真技術(shù)主要包括以下 5個(gè)方面: 大型構(gòu)件的吊裝過(guò)程仿真; 施工過(guò)程各階段各工況仿真模擬; 結(jié)構(gòu)安裝的預(yù)變形技術(shù), 包括構(gòu)件的起拱與預(yù)變位; 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)拼裝模擬; 卸載過(guò)程模擬。通過(guò)仿真計(jì)算分析能預(yù)先充分發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)和重點(diǎn)控制部位,
能直觀實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)整個(gè)施工過(guò)程的控制并最終保證正確的形狀尺寸。
·安裝方法的合理選用
所謂選用合理的安裝方法, 就是在安全、經(jīng)濟(jì)、適用三方面找到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。傳統(tǒng)空間鋼結(jié)構(gòu)的施工方法一般有: 高空散裝法、 分條或分塊安裝法、 高空滑移法、 整體吊裝法、 整體提升法、 整體頂升法等。現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)跨度大、 體型復(fù)雜, 無(wú)固定的安裝模式,并且使用大量新材料、 新技術(shù), 若不對(duì)這些單一傳統(tǒng)安裝方法進(jìn)行革新或創(chuàng)造, 就不能順利完成任務(wù), 有時(shí)甚至很難完成任務(wù)。通過(guò)大量的工程實(shí)踐, 涌現(xiàn)出了許多具有創(chuàng)新性的施工技術(shù), 如高空曲線滑移技術(shù)、 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)折疊展開(kāi)式整體提升技術(shù)、滑架法施工技術(shù)等。
現(xiàn)代空間鋼結(jié)構(gòu)的安裝方法往往是幾種基本方法的巧妙組合或者再創(chuàng)造。同時(shí)由于機(jī)械設(shè)備、 計(jì)算理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展, 為鋼結(jié)構(gòu)安裝方法的創(chuàng)新提供了有力支持。
工程實(shí)踐
· 國(guó)家游泳中心鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)
國(guó)家游泳中心水立方工程, 是2008年國(guó)家?jiàn)W運(yùn)工程中的兩大標(biāo)志性建筑之一。該建筑長(zhǎng)寬均為 176538 m,高度為 30588 m, 屋蓋厚度為7211 m, 墻體厚度為 3472 m 及 5876 m 兩種, 總建筑面積 31166m,整個(gè)建筑外型成方形。
·工程特點(diǎn)和難點(diǎn)
1) 構(gòu)件數(shù)量多, 種類(lèi)多, 空間位置復(fù)雜, 外形要求高該結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間縱橫交錯(cuò), 呈現(xiàn)出一種隨機(jī)無(wú)序狀態(tài), 桿件空間定位相當(dāng)困難。該工程基本構(gòu)件總計(jì)達(dá) 29979 個(gè), 其中共有焊接方矩形鋼管 9199 根, 圓鋼管 11471 根; 焊接球節(jié)點(diǎn) 9309 個(gè), 其中整球 4281 個(gè),異型球 5028 個(gè); 相貫節(jié)點(diǎn) 1441 個(gè)。
2) 所有節(jié)點(diǎn)均為剛性連接, 焊縫質(zhì)量要求高為了確保工程質(zhì)量, 該工程所有焊縫全部為一級(jí)焊縫。經(jīng)計(jì)算, 該工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件約由 3 0 多萬(wàn)個(gè)板件通過(guò)近 10多萬(wàn)延米的一級(jí)焊縫組合而成。
3) 材料等級(jí)高, 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜 該工程中大量使用Q4 20 C 級(jí)鋼材, 該級(jí)別的鋼材對(duì)焊接工藝的要求較高。為了滿足抗震需要, 在應(yīng)力比大于 0 7 的桿端、 節(jié)點(diǎn)區(qū)及拼接焊縫處進(jìn)行加強(qiáng)處理, 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。
·安裝方案
國(guó)家游泳中心的結(jié)構(gòu)形式不同于任何一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式, 具有較強(qiáng)的空間性、 關(guān)聯(lián)性, 任何一個(gè)構(gòu)件安裝位置的不準(zhǔn)確, 將導(dǎo)致其它構(gòu)件難以安裝, 該結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)決定了其安裝方法也不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式,為此, 采用了 以組合為輔, 散裝為主的安裝方法; 安裝前, 根據(jù)構(gòu)件間的相互關(guān)系及起吊設(shè)備的最大起吊能力, 在地面最大限度地進(jìn)行組合, 以減少高空焊接量。實(shí)際應(yīng)用中, 組合形式最多的是一根矩形鋼管與一個(gè)相連空心球組合, 組合后的形狀如同一根棒棒糖; 另外, 還有大量種類(lèi)繁多的異型組合，
高空安裝時(shí), 以一個(gè)焊接空心球節(jié)點(diǎn)為中心, 將與該球相連的下部桿件全部吊裝到位,形成 多桿頂球的狀態(tài),此時(shí)各構(gòu)件的位置基本接近設(shè)計(jì)位置。然后用全站儀進(jìn)行空間精確定位, 定位時(shí)仍然以焊接空心球球心作為定位目標(biāo), 球體位置準(zhǔn)確后, 只要相連桿件四周與球體吻合相貫, 那么桿件的軸線必將穿過(guò)球體中心。但球體的球心是一個(gè)虛擬的空間點(diǎn)且在球的內(nèi)部, 直接測(cè)量球心位置非常困難, 在實(shí)際應(yīng)用中, 采用了如下方法: 在工廠加工空心球時(shí), 在球體的一個(gè)對(duì)稱(chēng)軸與球面交點(diǎn)處各鉆一個(gè)小孔( 孔的直徑及深度均為 3 mm)
,測(cè)量時(shí), 只需測(cè)量球的兩個(gè)小孔位置, 若這兩個(gè)小孔的空間位置準(zhǔn)確, 則球心位置也近似準(zhǔn)確。
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