大型歌劇院下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)方案探討

萬海山

（廣東省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，廣東廣州510000）

1 工程概述及鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)介紹

嘉應(yīng)歌劇院屬于乙等特大型劇院，此文化綜合體鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工工程位于廣東省梅州市。歌劇院為一座單體建筑，其主要功能是表演歌劇、話劇，并用于地下停車、演出培訓(xùn)、文化展覽等。本歌劇院總建筑面積為41 256.79 m2，建筑高度為42 m；主舞臺(tái)為H型截面桁架結(jié)構(gòu)（圓管吊掛結(jié)構(gòu)），舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)重量約500 t。

1.1 數(shù)字化測(cè)量

全站儀自動(dòng)化測(cè)量精度高，基于該技術(shù)對(duì)嘉應(yīng)歌劇院鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件、預(yù)留安裝鋼結(jié)構(gòu)位置坐標(biāo)、角度、距離進(jìn)行精準(zhǔn)化測(cè)量，可通過計(jì)算機(jī)對(duì)歌劇院現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬處理或繪圖分析，省去了中間人工操作記錄，差錯(cuò)率較低。

1.2 三維建模及工廠模塊化加工現(xiàn)場(chǎng)拼裝技術(shù)

基于全站儀數(shù)字化測(cè)量數(shù)據(jù)及鋼結(jié)構(gòu)藍(lán)圖，使用Tekla Structures設(shè)計(jì)軟件可進(jìn)一步對(duì)歌劇院鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件及模型進(jìn)行詳圖深化（圖1）。TS軟件具有3D實(shí)體結(jié)構(gòu)模型分析、整合、細(xì)部設(shè)計(jì)等功能，其可用于鋼結(jié)構(gòu)加工、現(xiàn)場(chǎng)半成品構(gòu)件模塊化安裝等，有效提高了嘉應(yīng)歌劇院鋼結(jié)構(gòu)加工安裝效率，節(jié)省了安裝成本。

圖1 主舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)三維效果圖

1.3 履帶吊吊裝舞臺(tái)主桁架

嘉應(yīng)歌劇院室內(nèi)舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)吊裝共設(shè)兩個(gè)吊點(diǎn)，使用450 t履帶吊進(jìn)行吊裝施工；舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件約500 t，450 t履帶吊整體吊裝單榀桁架，吊裝垂直距離最大可達(dá)42 m，最大水平吊裝半徑達(dá)56 m，單榀主桁架最大跨度24 m，最大吊裝重量20.5 t。采用450 t履帶吊整體吊裝主桁架，然后再分批分順序履帶吊其他舞臺(tái)構(gòu)件。

1.4 整體式分段吊裝設(shè)備轉(zhuǎn)換層及馬道

舞臺(tái)室內(nèi)設(shè)備格柵層及四層馬道鋼結(jié)構(gòu)，采用東、西區(qū)分段吊裝整體卷揚(yáng)機(jī)滑輪組提升，采用4臺(tái)葫蘆吊裝對(duì)主舞臺(tái)頂部設(shè)備格柵層進(jìn)行分段式整體提升吊裝，各用2臺(tái)葫蘆吊裝整體吊裝4層舞臺(tái)馬道東、南、西、北四個(gè)區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)。整體提升拼裝配合云梯、軟梯、掛籃、吊籃等安全措施，確保安全施工。

2 舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 施工特點(diǎn)

（1）嘉應(yīng)歌劇院舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)主桁架單榀長(zhǎng)24 m，重20.5 t，吊裝垂直距離最大可達(dá)42 m，最大水平吊裝半徑達(dá)56 m，吊裝舞臺(tái)鋼桁架存在距離遠(yuǎn)、單榀吊裝重、吊裝高度高的特點(diǎn)，因此，現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)安裝施工風(fēng)險(xiǎn)大、難度高。

（2）本工程中的主、后舞臺(tái)室內(nèi)結(jié)構(gòu)總重約500 t，主舞臺(tái)臺(tái)倉標(biāo)高為-19.5 m，主桁架頂標(biāo)高為+31 m，垂直高度50.5 m，考慮施工成本未搭設(shè)滿堂紅腳手架，大部分凌空鋼結(jié)構(gòu)安裝項(xiàng)目均無法使用大型吊裝機(jī)械設(shè)備，故施工條件極為惡劣。

（3）本建筑工程現(xiàn)場(chǎng)塔吊起重量無法滿足下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝要求，再加上土建現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境制約，只能采用大型履帶吊車施工。

（4）在土建現(xiàn)場(chǎng)采用大型吊車進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)大型構(gòu)件吊裝作業(yè)時(shí)，吊車進(jìn)出場(chǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)路基、路面有較高要求。所以，在吊裝施工前需平整、加固及拓寬歌劇院吊機(jī)作業(yè)區(qū)域及行駛路徑，無形中增加了鋼結(jié)構(gòu)吊裝難度及施工成本。

2.2 施工難點(diǎn)

嘉應(yīng)歌劇院鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程施工受現(xiàn)場(chǎng)施工條件制約，由于建筑物下部的地下室、高達(dá)6 m的消防疏散通道及正門處設(shè)置的人行臺(tái)階通道等，汽車吊無法直接駛?cè)雸?chǎng)館內(nèi)部展開作業(yè)；同時(shí)，舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)屬于反吊掛結(jié)構(gòu)，未搭設(shè)滿堂紅腳手架，凈空垂直距離超過50 m，需通過跨外吊裝形式進(jìn)行施工吊裝及拼裝。因此，室內(nèi)下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)安裝難度大大增加。

3 下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方案

3.1 作業(yè)場(chǎng)地

本歌劇院下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)件拼裝及堆放場(chǎng)地分別為“1#”“2#”“3#”，懸吊鋼結(jié)構(gòu)施工的100 t履帶吊與450 t履帶吊作業(yè)區(qū)域重疊，并環(huán)繞嘉應(yīng)歌劇院外圍整圈區(qū)域進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工[1]。

3.2 吊點(diǎn)分布

本歌劇院下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)按照“鋼桁架—鋼梁—吊柱—格柵層梁—交叉支撐、垂直支撐—鋼梁”的順序進(jìn)行施工[2]。作業(yè)時(shí)，采用450 t履帶吊吊運(yùn)500 t的鋼結(jié)構(gòu)，共設(shè)兩個(gè)吊點(diǎn)。

3.3 主要施工安裝工作

3.3.1 前期準(zhǔn)備

首先，在加工廠對(duì)鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行分段制作加工，運(yùn)送至吊裝現(xiàn)場(chǎng)后，需對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行分段組裝，使其連接為整體的吊裝結(jié)構(gòu)。其次，結(jié)合此歌劇院下沉式舞臺(tái)特點(diǎn)及鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案、現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地條件等，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)安全、文明施工要求，要通過平臺(tái)放樣拼裝主舞臺(tái)鋼梁；此外，還要嚴(yán)格按照規(guī)范要求，檢查核實(shí)H型鋼的焊接實(shí)際偏差，進(jìn)而對(duì)歌劇院下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)翼緣板、鋼梁扭曲度、彎曲度及外形尺寸等進(jìn)行處理。

3.3.2 吊裝場(chǎng)地布設(shè)

本工程施工場(chǎng)地吊裝作業(yè)條件差，450 t履帶吊車吊裝作業(yè)時(shí)對(duì)路基承載力要求較高。因此，為了確保履帶吊吊裝作業(yè)安全，吊裝作業(yè)前，在吊車行進(jìn)路徑及吊裝占位點(diǎn)鋪設(shè)路基箱板。

3.3.3 吊裝機(jī)械設(shè)備選擇

因現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)條件受限，歌劇院室內(nèi)下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)無法采用吊車作業(yè)。所以，只能于建筑外部采用大型履帶吊吊裝所有鋼構(gòu)件。考慮到現(xiàn)場(chǎng)舞臺(tái)頂部、主舞臺(tái)處H型鋼桁架梁吊裝難度較大，故通過分析鋼構(gòu)件重量、歌劇院下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)垂直高度、吊裝跨度等，確定了鋼構(gòu)件的最終吊裝重量及吊裝距離，經(jīng)過計(jì)算確定選用25 t汽車吊及100 t、450 t履帶吊作為主要吊裝機(jī)械。

3.3.4 吊裝過程中應(yīng)注意的問題

在吊裝過程中，首先必須檢查吊裝環(huán)境，充分考慮各種危險(xiǎn)源，做好安全保障工作。其次，要在桁架、梁、柱、底板面及相對(duì)應(yīng)的混凝土梁面中，清楚標(biāo)識(shí)軸線標(biāo)高，然后對(duì)預(yù)埋螺栓位置進(jìn)行校核。待一切準(zhǔn)備就緒后，使鋼構(gòu)件緩緩吊離地面10 cm進(jìn)行試吊檢驗(yàn)。完成后，使設(shè)備緩緩吊裝至承重鋼柱上，穩(wěn)定后即可將吊索具解除，并進(jìn)行安裝校核。在此環(huán)節(jié)，先調(diào)整標(biāo)高，再對(duì)位移進(jìn)行調(diào)整，直至垂直偏差調(diào)至最低。

吊裝時(shí)，要從靠近的第一榀鋼桁架梁開始，依次向遞進(jìn)距離方向吊裝。第一榀吊裝后需臨時(shí)固定單榀鋼桁架，然后方可吊裝第二榀，就位后使兩榀間的垂直支撐、聯(lián)系鋼梁與前一榀連接形成穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，依此方式循序漸進(jìn)進(jìn)行作業(yè)，直至吊裝完畢。

4 結(jié)語

綜上所述，大型歌劇院的下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大，作業(yè)難度高。此舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)需高空反吊掛安裝，作業(yè)環(huán)境惡劣，存在諸多不確定因子。為了減少鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)難度，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，本工程在實(shí)施時(shí)，分別進(jìn)行了動(dòng)負(fù)荷、靜負(fù)荷及空負(fù)荷試驗(yàn)，并對(duì)各項(xiàng)安全限位指示裝置進(jìn)行調(diào)整，通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)物體打擊風(fēng)險(xiǎn)、高空墜落風(fēng)險(xiǎn)、坍塌風(fēng)險(xiǎn)、觸電風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)降至最低，有效確保了歌劇院下沉式舞臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)安裝工作順利進(jìn)行。