主題館施工組織實(shí)施方案及總結(jié)

◎劉威

主題館施工組織實(shí)施方案及總結(jié)

◎劉威

建筑物體型寵大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)與施工周期要求較短，給鋼結(jié)構(gòu)施工單位提出了更高的技術(shù)要求。鋼結(jié)構(gòu)安裝方法有很多種，如高空散裝法、分塊或者整體吊裝法、滑移方法、整體提升法等，但其實(shí)質(zhì)都是指結(jié)構(gòu)的安裝單元按照一定的順序逐步就位并連接的過(guò)程。選擇較好的安裝方案，可以縮短工期，節(jié)約成本，保證質(zhì)量。

2010年世博會(huì)的舉辦給上海的城市發(fā)展帶來(lái)難得的機(jī)遇；該建筑物體型寵大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)與施工周期要求較短，給鋼結(jié)構(gòu)施工單位提出了更高的技術(shù)要求。

鋼結(jié)構(gòu)安裝方法有很多種，如高空散裝法、分塊或者整體吊裝法、滑移方法、整體提升法等，但其實(shí)質(zhì)都是指結(jié)構(gòu)的安裝單元按照一定的順序逐步就位并連接的過(guò)程。選擇較好的安裝方案，可以縮短工期，節(jié)約成本，保證質(zhì)量。

本文通過(guò)對(duì)主題館鋼結(jié)構(gòu)施工方案選擇及實(shí)施方法介紹、分析來(lái)敘述施工方法選擇直接影響施工成本。

工程簡(jiǎn)述

世博主題館鋼結(jié)構(gòu)工程主要布置在東展廳、西展廳和休息服務(wù)區(qū)，屋面以下為箱型柱、H型鋼梁框架結(jié)構(gòu)，屋蓋為管桁架結(jié)構(gòu)（其中西區(qū)為126米的大跨度拉索結(jié)構(gòu)），總用鋼結(jié)構(gòu)量約17000噸。（圖一）

實(shí)施方案選擇

綜合考慮：以下九方面因素；

①施工場(chǎng)地小；②交叉作業(yè)面廣；③地下室施工周期長(zhǎng)；④施工模擬計(jì)算多；⑤地下室施工影響；⑥多跨連續(xù)管桁架如何施工；⑦如何保證20軸柱施工過(guò)程中穩(wěn)定性；⑧126m雙索張拉精準(zhǔn)難控制；⑨工期短（實(shí)際工期2.5月）。

選用如下施工方法（東、西區(qū)同時(shí)施工）：

屋面以下為框架柱梁結(jié)構(gòu)，因此東區(qū)±0.00以下按土建移交順序，分塊采用50履帶吊進(jìn)行吊裝，±0.00以上采用25、30汽車吊上樓面進(jìn)行吊裝（樓面局部進(jìn)行加固）。西區(qū)屋面以下框架柱、梁采用吊裝50履帶吊進(jìn)行吊裝。

屋面管桁架施工方法：

西區(qū)先行，東區(qū)跟進(jìn)，中間合攏…整個(gè)屋面施工程序

地面拼裝，整榀吊裝，高空張拉…西區(qū)屋面施工方法

累積滑移，整體就位…東區(qū)施工方法

因?yàn)槲菝媸┕し椒▽?duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的成本影響最大，因此以下重點(diǎn)介紹屋面管桁架施工方法。

2.1東區(qū)屋面管桁架施工

本工程由于受場(chǎng)地、工期限制，屋面鋼結(jié)構(gòu)必須與地下室砼同步進(jìn)行。為保工期，土建從南往北分區(qū)移交施工作業(yè)面，鋼框架施工也分區(qū)域從南往北進(jìn)行，屋面從南往北累計(jì)滑移，屋面加工廠從北往南加工。

為盡量減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，屋面桁架制作綜合考慮運(yùn)輸、吊機(jī)額定起重性能、工期等因素，采取“工廠分8段制作，并進(jìn)行預(yù)拼裝，現(xiàn)場(chǎng)高空拼裝成型，累計(jì)滑移到位?！?/p>

因此綜合考慮各方面因素，選用（1臺(tái)K50/50高60.9m臂長(zhǎng)50米、1臺(tái)M480 M25高51.9m臂長(zhǎng)55米）兩臺(tái)塔吊進(jìn)行屋面桁架分段高空拼裝。

2.1.1方案敘述

在A～C軸、10～26軸區(qū)域搭設(shè)屋面高空拼裝區(qū)域，充分利用A、C軸上已有結(jié)構(gòu)框架柱梁作為拼裝胎架的一部分，降低施工措施費(fèi)用；物流通道設(shè)置在20～25、10～14軸間；屋面高空拼裝及胎架安裝選用施工機(jī)械為1臺(tái)K50/50和1臺(tái)M480 M25型固定式塔吊；滑移梁及60kg軌道由25t或30t汽車吊進(jìn)行安裝；分別設(shè)置10軸、15軸、20軸和25軸共四條滑道； 軌道梁設(shè)計(jì)為箱形截面梁，截面剛度大，翼緣承擔(dān)集中荷載能力強(qiáng)；屋蓋鋼結(jié)構(gòu)滑移的方向?yàn)锳軸向W軸，此次將W軸-Y軸的懸挑部分附帶一起滑移，在懸挑部分增加臨時(shí)滑移措施（主要是撐桿及加固），一個(gè)拼裝單元為東西向的兩跨桁架及檁條，每次滑移一跨，滑移距離18m，總共滑移10次，累積滑移距離約174m。

連桿的作用是直接抵抗滑移時(shí)的摩擦力，以減少該水平力傳遞到桁架上，形成偏心荷載。

充分考慮原結(jié)構(gòu)傳力途徑，25～26軸屋面端桁架在東區(qū)屋面滑移到位并卸載完畢后安裝；10軸、25軸布設(shè)單臺(tái)TJG-1000型液壓爬行器，15、20軸布設(shè)2臺(tái)TJG-1000（理由為中間推力大，且便于20軸過(guò)柱頭）。

2.1.3.2施工模擬計(jì)算

采用ansys、SAP2000結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行施工模擬計(jì)算，通過(guò)計(jì)算計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，二者結(jié)果基本相同。（圖2）

2.1.3.3施工措施

2.1.3.3.1爬行器和托梁連接

爬行器與滑移結(jié)構(gòu)鋼柱上柱采用鉸結(jié)連接，耳板中心線距軌道上表面410mm。（圖3）

2.1.3.3.2滑移連桿連接形式

設(shè)計(jì)時(shí)取摩擦系數(shù)為0.2，根據(jù)累積滑移取最不利狀態(tài)，即最后一個(gè)滑移單元滑移時(shí)的總摩擦力最大，為0.2×2300T= 460T，按照1：2：2：1的關(guān)系分到四個(gè)軌道的拉桿上，設(shè)計(jì)時(shí)取分項(xiàng)系數(shù)為1.4，即軸線10、15、20、25間的滑移拉桿分擔(dān)的荷載分別為77T、153T、153T、77T。按照此值進(jìn)行受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2.1.3.3.3卸載

由于整個(gè)屋面比原設(shè)計(jì)標(biāo)高抬高26mm，因此屋面滑移到位后，需卸載26mm后才能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，根據(jù)模擬仿真計(jì)算結(jié)果，最大支為反力為75t，實(shí)際采用2臺(tái)50t液壓千斤頂分2次卸載到位。卸載順序按軸線（C軸至W軸），即每4個(gè)點(diǎn)同步卸載，分10次卸載到位。

2.2西區(qū)施工方案選擇

2.2.2西區(qū)屋面方案確定

西區(qū)屋面安裝成型分兩大部分，第一部分主桁架高空成型；第二部分主桁架脫架，索張拉轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)狀態(tài)。

2.2.2.1主桁架高空成型

主桁架地面分段組裝，高空拼裝張拉成型。西區(qū)9榀主桁架采用320噸履帶吊地面拼裝，并分3段高空吊裝（第1段、第2段、第3段）到位，50t履帶吊負(fù)責(zé)支撐胎架組安裝；（圖4）

2.2.2.2索張拉

2.2.2.2.1預(yù)應(yīng)力施工前需要考慮因素。

（1）各榀同步張拉，還是單榀依次張拉

（2）檁條和支撐安裝時(shí)機(jī)以及相鄰張弦桁架索力的相互影響

（3）1軸支托對(duì)張弦桁架張拉的影響（本工程設(shè)計(jì)要求：施工時(shí)1/1軸支座滑動(dòng)，而9軸支座固定），保證預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，張弦桁架縱向能自由滑動(dòng)，因此張拉前，應(yīng)不安裝1軸支托。待預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后，再安裝張弦桁架1軸的支托。

（4）相連的普通鋼桁架對(duì)張弦桁架張拉的影響

（5）東西區(qū)合攏段的安裝

（6）索力均勻性

2.2.2.2.2桁架張拉順序

由于安裝檁條和支撐后再?gòu)埨?，榀間拉索張拉存在相互影響，為盡量減小拉索張拉對(duì)檁條和支撐安裝的影響，當(dāng)某榀張拉時(shí)，該榀及其后續(xù)兩榀之間的檁條和支撐須已安裝，即當(dāng)張拉C軸張弦桁架時(shí)，C、E、G軸張弦桁架之間的檁條和支撐已安裝。

由于A和W軸普通桁架及其外的懸挑桁架，與張弦桁架的剛度差異較大，為避免其對(duì)張拉的影響，待張拉結(jié)束后再安裝A～C，U～W的檁條和支撐。為便于安裝A～C，U～W的檁條和支撐，可先將構(gòu)件一端的插板與張弦桁架高強(qiáng)螺栓連接，然后將插板與構(gòu)件焊接。

具體鋼構(gòu)件安裝和拉索張拉的流水施工順序如（圖5）：

2.2.2.2.3拉索施工

拉索現(xiàn)場(chǎng)施工主要包括：拉索安裝和張拉。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)安裝方案，拉索施工穿插其中，流水施工。

1）拉索安裝

2）拉索張拉時(shí)機(jī)

在張弦桁架主體（上弦桁架、撐桿、拉索）和張弦桁架兩端橫向連系桁架以及檁條和支撐安裝完畢后進(jìn)行張拉作業(yè)。

拉索張拉結(jié)束后，再最后擰緊和固定檁條和支撐兩端的高強(qiáng)螺栓，安裝1軸上的支托以及東西區(qū)的合攏段。

3）拉索張拉方法

①各榀張弦桁架依次張拉，一次張拉到位，局部調(diào)整。

②單榀張弦桁架下的兩根拉索同步、兩端張拉。

4）拉索張拉控制原則

拉索一次張拉時(shí)又細(xì)分為5級(jí)：0-＞25%-＞50%-＞75%-＞90%-＞100%，其中0-＞25%-＞50%-＞75%-＞90%以控制索力為主，而90%-＞100%則根據(jù)結(jié)構(gòu)變形情況對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，以控制變形為主。其中，邊榀張弦桁架張拉時(shí)全程以控制扭轉(zhuǎn)和側(cè)向變形為主。

2.2.2.6施工狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀態(tài)的對(duì)比

綜上設(shè)計(jì)狀態(tài)和施工狀態(tài)分析的結(jié)果，對(duì)比見（圖6）。

根據(jù)施工全過(guò)程分析結(jié)果，相對(duì)設(shè)計(jì)狀態(tài)，結(jié)構(gòu)成形后的施工狀態(tài)的索力略小，張弦桁架跨中位移略大，1軸端部支座水平位移略大，張弦桁架的上部桁架的下弦桿的最大等效應(yīng)力略大。這主要是由于預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)東、西區(qū)桁架分開，相對(duì)設(shè)計(jì)狀態(tài)，施工狀態(tài)下張弦桁架的剛度有所減小的原因?？傮w來(lái)說(shuō)，施工狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)基本是一致的，差別較小。

為保證合攏段的順利安裝，可在9～15軸普通桁架拼裝時(shí)，將其跨中起拱20mm。

3、施工方案對(duì)成本的影響

本工程在鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)上充分利用了地下室頂板樓面和核心筒結(jié)構(gòu)，這樣既保證鋼砼結(jié)構(gòu)的施工又為鋼結(jié)構(gòu)安裝提供大量作業(yè)面，同時(shí)也大大減少施工過(guò)程支撐數(shù)量及結(jié)構(gòu)體系的不穩(wěn)定性因素，確保了工期及經(jīng)濟(jì)效益。

節(jié)約費(fèi)用主要有：吊機(jī)節(jié)約：特別是東區(qū)屋面施工通過(guò)合理分段將2臺(tái)1000t＊m塔吊變?yōu)?臺(tái)500t＊m塔吊，3個(gè)月節(jié)約費(fèi)用約100萬(wàn)；東區(qū)屋面滑移動(dòng)充分利用原有結(jié)構(gòu)做為滑移梁，節(jié)約滑移梁約150t；東區(qū)吊機(jī)上地下室樓面施工，通過(guò)施工模擬驗(yàn)算，選用35t、25t汽車作為施工機(jī)械，跟選用50t履帶吊上樓面施工相比，基本不需要對(duì)地下室樓面加固措施，節(jié)約措施費(fèi)用約20萬(wàn)。

工期方面：由于選擇東西區(qū)同時(shí)，節(jié)約工期約3個(gè)月。

縱上所述，從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性、工期安排等各方面分析，本工程鋼結(jié)構(gòu)施工方案充分利用了場(chǎng)地條件，發(fā)揮流水搭接施工的優(yōu)勢(shì)，大大節(jié)約了鋼結(jié)構(gòu)階段施工時(shí)間，為工程總進(jìn)度的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了最有利條件。

（作者單位：上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司）