單雙層組合展廳的大跨度鋼桁架屋蓋施工技術*

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

中國博覽會會展綜合體展廳A1為單層展廳和雙層展廳的組合，屋蓋長約334.2 m，寬約308 m，采用大跨度倒三角空間鋼管桁架。單層展廳桁架跨度為108 m，間距18 m。雙層展廳桁架跨度為54 m，間距18 m，通過跨度36 m的轉換桁架承托。鋼屋蓋與混凝土柱頂采用鉸接與滑動結合的連接方式。桁架主要受力構件材質為Q345B，最大桿型為φ650 mm×30 mm。鋼結構總質量約8 860 t。

2 特點、難點分析

1）桁架截面超高、超寬，桁架分段超長、超重，構件制作、運輸難度大。主展廳屋蓋桁架為空間倒三角桁架，最大跨度達108 m，質量達180 t；桁架截面高4.00～6.50 m，寬4.50 m；吊裝分段超長，吊裝單元難以實現(xiàn)工廠加工制作完成后，直接運輸至現(xiàn)場高空安裝。

2）主展廳為單雙層組合結構，施工機械布置、臨時支撐設置難度大。

3）主展廳屋蓋無留縫構造，施工過程中的溫度應力控制難度高。

3 加工制作工藝

根據(jù)結構特點，空間管桁架超高、超寬、超長，無法實現(xiàn)工廠加工并運輸至現(xiàn)場吊裝的傳統(tǒng)工藝?，F(xiàn)場制訂了“桁架桿件工廠預制、現(xiàn)場場外小拼、場內擴大組拼”的制作拼裝工藝。桁架吊裝單元立面分段如圖1所示。

圖1 標準段屋蓋桁架分段（立面）示意

桁架桿件、節(jié)點板均在加工廠放樣、下料、切割，散件發(fā)運至場外小拼場地進行拼裝。吊裝單元分成3～5段小拼單元，小拼單元長度控制在15 m，便于場內運輸。小拼單元采用場外臥拼，吊裝單元采用場內立拼。桁架小拼單元在場外拼裝場地進行拼裝，驗收合格后，采用平板車拖運至場內進行擴大組拼。如圖2所示[1,2]。

4 總體施工技術路線

大跨度空間倒三角桁架屋蓋總體施工技術路線為：單層展廳采用2臺6 000 kN履帶吊跨內分區(qū)域節(jié)間綜合安裝，雙層展廳采用2臺行走式12 000 kN·m塔吊跨內分區(qū)域節(jié)間綜合安裝；桁架分段用格構柱支撐體系擱置；大型起重機械邊吊邊退，至結構邊跨退出（圖3）。桁架腹內有風管、空調管線等，吊裝分段在場內大拼時，將相關管線在地面安裝固定至桁架腹內，隨桁架分段一起吊運至設計位置。

5 臨時支撐設置及卸載

大跨度鋼屋蓋施工采用分段節(jié)間綜合安裝法，非完整結構體系采用剛性支承架擱置，在結構形成區(qū)間穩(wěn)定體系后，再分區(qū)域卸載，最終形成完整結構體系。

圖2 桁架現(xiàn)場拼裝場地平面布置示意

圖3 屋蓋安裝立面布置示意

單層展廳跨中剛性支撐采用格構式四方架，支架設計高度32 m；雙層展廳跨中剛性支撐采用格構式三角架，設計高度20 m；輔樓頂層采用H形短鋼柱。臨時支撐布置如圖4所示。

圖4 臨時支撐立面示意

屋蓋分4個區(qū)卸載，受綜合溫度變形和結構變形的影響，分區(qū)之間設置施工縫，分區(qū)間連系桿件與連系次桁架一端鉸接固定，待相鄰分區(qū)均卸載完成后，再予以終固。

6 結構溫度應力控制

鋼屋蓋施工工期跨度達1 a，溫度應力對結構的影響非常明顯，必須在施工過程中控制溫度應力對結構的不利影響。

除前述屋蓋分區(qū)施工、分區(qū)卸載、預留施工縫，以期達到溫度應力釋放的效果外，在結構支座的臨時約束和釋放上同樣予以控制，避免支座提前進入工作狀態(tài)[3-6]。

A1鋼屋蓋多跨連續(xù)桁架通過鉛芯橡膠支座以及雙向滑動支座與輔樓柱頂連接。為減小整個結構的溫度應力，在鉛芯橡膠支座錨定板表面鋪設四氟板，桁架下弦連接座底板鋪設不銹鋼板，并將鉛芯橡膠支座自鎖。安裝展廳鋼屋蓋時，桁架在支座表面可以自由滑移，從而釋放了部分溫度應力，且鉛芯橡膠支座處于自鎖狀態(tài)。在安裝過程中，鉛芯橡膠支座不參與工作。在支座錨定板兩側焊接固定限位鋼板，防止桁架在自由滑移中偏移過大，控制桁架沿其軸線方向自由滑移±40 mm，垂直于軸線方向自由滑移±10 mm。屋蓋分區(qū)卸載前，選擇合適的溫度，將連接板底座與錨定板圍焊固定，并拆除支座自鎖角鋼件，使鉛芯橡膠支座參與工作（圖5）。

圖5 橡膠支座安裝示意

7 結語

針對國展中心單雙層大跨度展廳工程的結構特點，采用了合理的施工工藝，在實際施工中得以成功應用，為類似大跨度空間鋼結構的施工提供了借鑒[7,8]。

1）針對截面超高、超寬，吊裝單元超長、超重構件的制作與運輸，提出了場外小拼、場內大拼的總體技術路線，解決了構件制作及運輸?shù)碾y題；

2）針對單雙層展廳的結構特點，提出了單層展廳采用大型履帶吊在地坪跨內節(jié)間綜合安裝、雙層展廳采用行走式塔吊上16 m平臺跨內節(jié)間綜合安裝的技術方案。該技術方案成功實現(xiàn)了鋼屋蓋的整體安裝；

3）針對單雙層展廳結構特點，設置了合理的支撐形式，并結合施工縫的預留，科學地進行分區(qū)卸載；

4）針對大跨度鋼結構在施工過程中溫度應力大的問題，采用了施工過程中支座不參與工作，由桁架底座在支座錨定板上滑移來實現(xiàn)溫度應力釋放的方法，這種方法有效實現(xiàn)了結構在施工過程中溫度應力的釋放，效果良好。