安徽廣電新中心空間交叉桁架體系施工技術研究

郁政華

1. 同濟大學土木工程學院 上海 200092；2. 上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

安徽省廣播電影電視局新中心（下稱新中心）項目位于合肥市政務文化新區(qū)天鵝湖南側，北至祁門路、西至筆架山路、南臨龍圖路、東至星光西路。項目占地面積約163 005 m2，總建面積約349 422.58 m2。新中心屋蓋鋼結構分3 個獨立屋蓋，118～123軸的舞臺區(qū)屋蓋（屋蓋1），采用空間交叉桁架結構，下弦標高35.7 m，上弦最高處位于1F軸，標高43.5 m，桁架最大高度6 m。上弦沿南北向單向找坡5%。支承在118軸柱列、1/1B柱列、2/1J軸柱列和123軸臺口桁架上，為四邊支承結構，跨度46.8 m×60 m。123～131軸的觀眾廳及入口大廳屋蓋（屋蓋2）采用空間交叉桁架結構，四邊支承，跨度46.8 m×45 m。2 000 m2演播廳屋蓋（屋蓋3），采用平面桁架結構，跨度37 m×54 m。鋼結構總噸位數達4 000 t左右。本文以屋蓋1為例，重點介紹空間交叉桁架體系施工技術。

圖1 屋蓋1三維模型

屋蓋1（圖1）為平面桁架正交。46.8 m跨度向桁架弦桿截面最大達HW450 mm×417 mm×30 mm×50 mm，質量為35 t；60 m跨度向桁架弦桿截面最大為HW350 mm×350 mm×16 mm×19 mm，質量為30 t。

其施工難點在于正交桁架弦桿截面柔弱，整跨吊裝會導致平面外失穩(wěn)?？臻g交叉桁架體系在沒完全形成體系前，單跨受力的桁架難以滿足設計應力應變的要求。必須采取臨時加固措施。

2 施工技術路線

針對以上屋蓋的結構特點，對邊桁架采用“大跨度平面桁架臨時加固、分段安裝”的施工技術路線；對屋蓋正上方空間交叉桁架采用“鋼屋蓋分條節(jié)間綜合施工，采用跨中設置臨時支撐控制結構應力應變”的施工技術路線。

由于結構邊桁架截面柔弱，單跨吊裝，無論是46.8 m跨度向還是60 m跨度向均存在平面外失穩(wěn)的問題，因此針對以上技術難點，采取了平面桁架分段吊裝，并對桁架上弦面進行臨時加固。桁架安裝到位后，通過增設側向臨時加固措施，確保構件的臨時穩(wěn)定。

屋蓋正上方空間交叉桁架，通過將相鄰60 m跨向桁架兩兩組合，分條整體吊裝，大大增加了整體剛度，不但解決了桁架單片吊裝側向失穩(wěn)的難題，也大大減少了桁架的高空焊接工作量，質量和進度均能有效控制。

屋蓋1分段如圖2所示：

屋蓋一桁架中邊桁架分段質量約20 t，桁架分條外包尺寸為6 m×6 m×60 m，質量約75 t。結構安裝采用1 臺6 000 kN履帶吊、1 臺行走式C7052塔吊分別布置于結構南北兩側跨外節(jié)間綜合安裝。桁架分條在跨外拼裝，采用6 000 kN履帶吊主副臂超起工況整體吊裝到位。施工平面布置如圖3所示。

圖2 屋蓋1分段平面意

圖3 施工平面布置

3 整體施工流程及工況分析

屋蓋一鋼結構自118軸～123軸順次進行安裝。安裝總體流程如下：

邊桁架分段安裝→桁架分條1整榀安裝→安裝桁架間聯(lián)系次桿→邊桁架分段安裝→桁架分條2整榀安裝→安裝桁架間聯(lián)系次桿→…→123軸邊桁架分段安裝→安裝桁架間聯(lián)系次桿→臨時支撐卸載。

針對以上施工流程，采用有限元軟件Madis/Gen對屋蓋1進行全過程施工仿真分析。施工工況如圖4所示。

空間交叉桁架體系在沒完全形成結構體系前，結構應力應變無法滿足設計要求。因此，在施工過程中，針對分條桁架1～分條桁架4，在跨中設置臨時支撐增強結構整體剛度。以上工況1至工況4均在跨中豎向約束狀態(tài)下模擬。工況5表述為屋蓋1施工完成，結構卸載完成。

圖4 屋蓋1施工工況示意

各工況應力及應變通過有限元施工模擬分析[1]，結果顯示，隨施工的進展，結構最大應力從18 MPa增大到37 MPa，最大變形從5.64 mm增大到14.3 mm。

采用以上工況施工，結構在施工過程及卸載完成后，應力及應變均能滿足設計要求。

4 空間交叉桁架體系施工工藝研究[2-8]

4.1 邊桁架施工工藝

邊桁架采用大型施工機械跨外分段安裝。由于邊桁架弦桿截面小，構件比較柔弱，在結構施工過程中，需重點解決構件平面外失穩(wěn)及側向穩(wěn)定問題。

4.1.1 構件吊裝過程中的平面外失穩(wěn)解決措施

為解決邊桁架吊裝過程中的平面外失穩(wěn)問題，通過臨時加固上弦桿，增加組合截面弱軸的回轉半徑予以解決。

如圖5所示，在桁架上弦牛腿上增設20#槽鋼來加強上弦桿。

4.1.2 構件安裝到位后的側向穩(wěn)定解決措施

邊桁架分段安裝到位后，靠近支座單側上弦增設斜撐與平臺梁連接固定。斜撐采用雙拼20#槽鋼，如圖6所示。

4.2 桁架分條施工工藝

屋蓋正上方桁架采用大型履帶吊跨外分條整體安裝。桁架分條整體剛度較好，滿足構件在起吊過程中的應力應變要求。

但是，由于空間交叉結構體系在沒有完全形成前，結構在施工工程中，應力應變無法滿足設計要求，因此，需在60 m跨桁架分條跨中設置臨時支撐，控制結構施工工程中的應力及變形。

圖5 邊桁架平面外失穩(wěn)的加固措施

圖6 邊桁架的側向穩(wěn)定措施

屋蓋1正下方為舞臺設備基坑、車轉臺倉庫。臨時支撐采用3 m×3 m三角格構架，立桿采用Φ609 mm×14 mm鋼管，斜腹桿采用雙拼20a#槽鋼。臨時支撐最大豎向高度達53.5 m，臨時支撐立面布置如圖7、圖8所示。

格構柱組合截面參數為：

A=67 519 mm2，ix=iy=1 242；A1=45 012 mm2；N=140 t×2=280 t。

Ψ=N/A1=62.2 MPa，滿足設計要求。

λ=l0/ix=53 500/1 242=43＜150。

l0取最大高度53 500 mm，支撐長細比滿足要求。查表得ψ=0.877，N/（ψA1）=71 MPa，滿足設計穩(wěn)定要求。

屋蓋1施工完成后，根據施工模擬分析，結構從兩邊往中間卸載時，應力應變最小。臨時支撐對稱卸載，卸載方法采用氧乙炔微量分步割除上節(jié)點連接板。卸載過程中，進行桁架跨中下?lián)现档挠^測。

圖7 60 m跨度方向臨時支撐布置

圖8 46.8 m跨度方向臨時支撐布置

5 結語

通過對安徽廣電新中心空間交叉桁架體系施工技術的研究，對空間交叉桁架體系結構的特點有了更深入的了解。針對以上結構形式，總結和應用的施工工藝有很多，比如“高空散裝法”“整體提升法”“分片分條施工法”等。本文重點介紹了“分條法”施工以及施工工程中需解決的構件平面外剛度問題、側向穩(wěn)定問題以及空間交叉結構體系未形成前的支撐設置方法，對類似的結構施工具有很好的借鑒價值。