大跨度斜柱反拱鋼結(jié)構(gòu)體系吊裝關(guān)鍵技術(shù)

王進(jìn)

（南京建工集團(tuán)有限公司 江蘇省南京市 210012）

1 工程概況

為舉辦亞洲青年運(yùn)動(dòng)會(huì)和第二屆夏季青年奧運(yùn)會(huì)，根據(jù)賽事總體部署及要求，兼顧南京體育賽事發(fā)展需要，決定在南京江北新區(qū)建設(shè)南京青奧體育公園項(xiàng)目。市級(jí)體育中心工程是其重要組成部分，它包括體育館、體育場(chǎng)和連接場(chǎng)館之間的連接體結(jié)構(gòu)。

體育中心的整體造型如同一只江鷗傲然翱翔長(zhǎng)江之上，連接體起到連接將體育場(chǎng)館兩個(gè)單體聯(lián)系在一起的功能，同時(shí)在其下部形成了巨大的共享空間，給功能和商業(yè)價(jià)值不可小覷。其結(jié)構(gòu)體系由3道反向拱桁架結(jié)構(gòu)及雙向連接桁架構(gòu)成，周圈桁架為正四邊形桁架。最大標(biāo)高35m，最大長(zhǎng)度170m，最大寬度140m，拱架格構(gòu)柱鋼管截面φ1500×35，桁架部分鋼管截面主要為 φ700×35、φ450×20、φ299×12、φ168×6 等，總用鋼量約2900t。

2 論證與準(zhǔn)備

連接體三組六處組合斜向格構(gòu)柱外形最大截面尺寸11m，高34m，最重一處格構(gòu)柱180多噸。三組橫向管桁架由內(nèi)往外跨度逐步加大，最外側(cè)桁架跨度138m，重292t，理論計(jì)算水平根部最大推力1700t，吊裝過(guò)程吊裝工況對(duì)受力和變形控制難度很大，連接體地面上部混凝土結(jié)構(gòu)在屋蓋吊裝完成以后施工，但是下部地下室經(jīng)研究還是完成至出地面，成為制約方案實(shí)施的一大難點(diǎn)。

（1）根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析，制定有效針對(duì)性措施，明確應(yīng)對(duì)策略。采用多種結(jié)構(gòu)專業(yè)計(jì)算軟件，建立高精度計(jì)算模型，多軟件結(jié)構(gòu)橫向比較保證計(jì)算準(zhǔn)確度；進(jìn)行有限元分析計(jì)算，模擬施工過(guò)程，確保每道工序每個(gè)節(jié)點(diǎn)受力可控，安全可靠；分析模擬工況先后順序，按照構(gòu)件安裝逐步對(duì)已經(jīng)完成構(gòu)件內(nèi)力和變形的影響，在有限元法計(jì)算設(shè)置中將后裝構(gòu)件逐次激活，對(duì)結(jié)構(gòu)從開始安裝到卸載完成的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算模擬分析，分析在整個(gè)過(guò)程中變形和受力的變化過(guò)程。施工階段模擬計(jì)算的結(jié)果，屋蓋結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為89.4N/mm2＜310N/mm2，最大豎向變形12mm，支撐最大應(yīng)力73.48N/mm2＜215N/mm2，最大豎向變形4mm，支撐的最大反力56t。

（2）選擇加工工效高的油壓機(jī)械冷彎成型的先進(jìn)工藝，制作專用壓模；利用計(jì)算機(jī)專業(yè)相貫線生成軟件，將生成的相貫線數(shù)據(jù)輸入到鋼管相貫線專業(yè)數(shù)控機(jī)床，利用其先進(jìn)的自動(dòng)化程度和切割精度，進(jìn)行相貫接口的切割；形成滿足構(gòu)件拼裝和吊車行進(jìn)的安裝場(chǎng)地；綜合協(xié)調(diào)，齊頭并進(jìn)，保證多吊機(jī)行走通暢；制定測(cè)量總控和分解方案，使構(gòu)件定位準(zhǔn)確、快速，保證吊裝質(zhì)量和吊裝進(jìn)度。

（3）體系為六根斜向格構(gòu)柱，隨著結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度荷載逐步累加，結(jié)構(gòu)擾度和變現(xiàn)隨之增加。多方案對(duì)比，分別對(duì)其每一步工藝工況進(jìn)行分解分析，對(duì)每一工況的已形成結(jié)構(gòu)荷載變現(xiàn)、支架荷載及變現(xiàn)、吊車吊裝姿態(tài)、最終卸載變現(xiàn)進(jìn)行綜合分析，優(yōu)選最優(yōu)方案。根據(jù)選定方案的工況順序，制定變形測(cè)量計(jì)劃，跟蹤結(jié)構(gòu)變形與理論計(jì)算的符合程度。

（4）總體施工大思路為構(gòu)件工廠切割加工完成，打包發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)地面胎架拼裝，大型履帶吊分塊分段吊裝就位的總體方案。此方案能最大程度的減少高空焊接工作量，能最大程度的保證質(zhì)量提高效率。格構(gòu)柱重量在120～180t之間，將格構(gòu)柱采用分段分塊吊裝的形式進(jìn)行，每根斜柱分4～6次進(jìn)行吊裝。吊裝位置外側(cè)設(shè)置分部拼裝場(chǎng)地，配置兩臺(tái)100噸履帶吊及4臺(tái)汽車吊進(jìn)行桁架拼裝定位。分段分塊構(gòu)件吊裝時(shí)兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，每側(cè)1臺(tái)250t履帶吊車，在限定區(qū)域進(jìn)行吊裝作業(yè)，限定區(qū)域需要加固的按方案進(jìn)行加固，吊車在路基箱上移動(dòng)和作業(yè)以均布傳遞的荷載。由于連接體下部的混凝土大平臺(tái)作為地面以上單層混凝土建筑，沒(méi)有施工難度，但是卻嚴(yán)重制約屋蓋吊裝，經(jīng)研究確定此位置地面以上混凝土結(jié)構(gòu)在屋蓋吊裝完成后進(jìn)行。

3 連接體鋼結(jié)構(gòu)拼裝與吊裝實(shí)施

3.1 現(xiàn)場(chǎng)吊裝機(jī)具

連接體結(jié)構(gòu)吊裝采用二臺(tái)250t履帶吊進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的吊裝，吊裝時(shí)先吊組合鋼柱，再吊鋼柱間的縱向連接桁架；對(duì)于屋面橫向連接桁架吊裝時(shí)從北向南進(jìn)行退步吊裝。

3.2 桁架拼裝

用25t吊車將已經(jīng)切割好的弦桿按其編號(hào)吊裝至胎架相應(yīng)位置上，固定好定位塊，然后對(duì)桁架上的各個(gè)控制點(diǎn)按測(cè)量方案和順序進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)應(yīng)閉合。在確定主要桿件定位位置時(shí)，適當(dāng)預(yù)留焊接收縮余量，本工程按照每個(gè)接頭預(yù)留1.5mm。在胎架上根據(jù)已劃好的腹桿底線裝配腹桿，從拼裝胎架中間位置向兩端逐根定位，進(jìn)行定位焊，每處腹桿接頭定位焊點(diǎn)不得少于4點(diǎn)。對(duì)于隱蔽焊縫的桿件，在定位以后先對(duì)隱蔽部分焊縫進(jìn)行焊接。桿件全部定位好后，測(cè)量檢測(cè)外形尺寸合格后對(duì)主桁架進(jìn)行焊接，從胎架中間位置向兩端對(duì)稱焊接。

3.3 臨時(shí)支撐塔架的設(shè)置

鋼結(jié)構(gòu)施工中臨時(shí)塔架安裝施工至關(guān)重要，在吊裝過(guò)程中，結(jié)構(gòu)荷載和施工荷載都將傳遞至臨時(shí)塔架，結(jié)構(gòu)吊裝完成，還是通過(guò)臨時(shí)塔架對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行荷載卸載，大多數(shù)臨時(shí)塔架的受力變化復(fù)雜，所承受的荷載隨著吊裝的進(jìn)行不斷變化，必須十分重視臨時(shí)塔架的設(shè)置安裝。

3.4 吊裝用承重支撐塔架的加固措施

根據(jù)擬定鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案，250t履帶吊需或行走通過(guò)或站位于地下室頂板進(jìn)行連接體鋼結(jié)構(gòu)安裝，在此區(qū)域范圍內(nèi)需要進(jìn)行地下室加固，地下室加固鋼管為φ245×8，材質(zhì)均為Q235，支撐縱向間距1.5m，橫向1.1m，墊板尺寸采用15×400×400鋼板，樓面上鋪設(shè)路基箱。體育館吊車入口處的樓面作為450t履帶吊車行走通道，樓面下采用獨(dú)立管支撐加強(qiáng)，樓面上鋪設(shè)路基箱。

在吊裝過(guò)程中，吊車嚴(yán)格按照設(shè)定的行進(jìn)路線和吊裝姿態(tài)進(jìn)行吊裝，不得橫向移動(dòng)和在非設(shè)定區(qū)域進(jìn)行吊裝作業(yè)，并且根據(jù)每處加固位置的模擬計(jì)算結(jié)論，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)其最大荷載和變現(xiàn)所對(duì)應(yīng)得工況。

3.5 鋼結(jié)構(gòu)卸載

連接體在桁架施工吊裝完成以后，經(jīng)過(guò)焊縫、撓度等各項(xiàng)檢測(cè)，并組織驗(yàn)收達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)以后，即開始結(jié)構(gòu)的卸載，分3～6級(jí)進(jìn)行卸載并進(jìn)行預(yù)卸載（15mm），每點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)操作人員，同時(shí)卸載點(diǎn)不超過(guò)5個(gè)，每級(jí)卸載值最大不超過(guò)35mm。卸載時(shí)對(duì)支撐頂部的胎架鋼板逐步割除，監(jiān)測(cè)每處支撐位置的卸載位移大小，控制每次割除的高度，每次割除控制在5～10mm，直至結(jié)構(gòu)撓度不再變化以后拆除支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了南京江北新區(qū)南京青奧體育公園市級(jí)體育中心連接體工程鋼結(jié)構(gòu)管桁架屋蓋完整的拼裝和吊裝技術(shù)，吊裝時(shí)先吊組合鋼格構(gòu)柱，再吊鋼柱間的反拱縱向連接桁架；對(duì)于屋面橫向連接桁架吊裝時(shí)從內(nèi)向外進(jìn)行退步吊裝。此針對(duì)性強(qiáng)的施工方案有效保證了工程各工種各工序的有序進(jìn)行，加快了安裝進(jìn)度，提高了施工效率，施工質(zhì)量也都得到了有效的保證。并且通過(guò)對(duì)典型構(gòu)件吊裝狀態(tài)、結(jié)構(gòu)吊裝各種工況下的受力性能以及支撐架在各種工況下的受力變形性能進(jìn)行仿真分析計(jì)算，真實(shí)表現(xiàn)了各種典型工況下的受力變形性能。經(jīng)測(cè)量實(shí)際撓度為11.76mm，與理論計(jì)算撓度基本一致。實(shí)踐證明，本文的施工技術(shù)和施工方法合理有效，為在類似鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程施工提供了理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。