青島市某商業(yè)廣場(chǎng)中心區(qū)1#穹頂鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

潘京福 賀海勃 王景陽(yáng) 張恒國(guó)

中國(guó)新興建設(shè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 北京 100039

1 工程概況

青島市某商業(yè)廣場(chǎng)位于青島市城陽(yáng)區(qū)長(zhǎng)城路以西，崇陽(yáng)路和文陽(yáng)路之間，緊挨城陽(yáng)區(qū)政府，集購(gòu)物、旅游、娛樂(lè)、餐飲、酒店式公寓等功能為一體。其結(jié)構(gòu)中心區(qū)域包含兩個(gè)鋼結(jié)構(gòu)穹頂工程，圖中左側(cè)較大為1#穹頂，右側(cè)較小的2#穹頂。其中1#穹頂施工條件相對(duì)復(fù)雜，無(wú)可利用吊裝機(jī)械。

1#穹頂直徑為104.2米，矢高為21.5米，結(jié)構(gòu)底標(biāo)高約18米，穹頂根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)分為壓力環(huán)、外環(huán)梁、主次桁架和主次桁架間連系桿四部分，其中桁架為倒三角型圓管結(jié)構(gòu)。主要構(gòu)件材質(zhì)為Q345B，結(jié)構(gòu)總重約為1200噸。

2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）鋼結(jié)構(gòu)工程位于結(jié)構(gòu)中心部位，不具備汽車(chē)吊等大型其中設(shè)備進(jìn)入工作區(qū)域的條件，由于其跨度較大，如搭設(shè)塔吊或滿(mǎn)堂紅腳手架等傳統(tǒng)方案，經(jīng)測(cè)算，成本過(guò)高。

（2）由于穹頂下部結(jié)構(gòu)未完成，無(wú)法形成大面積的平整場(chǎng)地，只能在局部狹小空間內(nèi)搭設(shè)腳手架平臺(tái)作為桁架拼裝場(chǎng)地。

（3）整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程中弧形桿件較多，且弧形桿件截面剛度大，鋼管煨彎難度大，桁架制作精度不易保證。

3 工程各組成部分簡(jiǎn)介

3.1 壓力環(huán)

直徑9m，由140根構(gòu)件組成，上下兩片通過(guò)豎桿和斜桿連接，重約40噸。

3.2 外環(huán)梁

外環(huán)梁坐落在混凝土結(jié)構(gòu)上，共計(jì)108個(gè)支座與混凝土結(jié)構(gòu)連接。外環(huán)梁橫截面由四圈閉合管和之間的斜撐組成，外環(huán)梁總重為250噸左右。

3.3 主次桁架及連接桿件

以投影正北起始，每9°交替主次桁架，連接內(nèi)外環(huán)，相鄰主次桁架間由13根連系桿連接。主要結(jié)構(gòu)形式為倒三角圓鋼管桁架，單榀主桁架重為23噸，單榀次桁架重為16噸。

4 整體施工方案

由于種種條件限制，為實(shí)現(xiàn)施工的高效、經(jīng)濟(jì)、安全、高質(zhì)量，經(jīng)多方論證，最終采取了以拔桿為基本吊裝工具的創(chuàng)新安裝方案。拔桿主要有以下優(yōu)點(diǎn)：制作方便，布置靈活，占用空間小，拔桿群體系穩(wěn)定安全可靠。

4.1 總體安裝順序概述

外環(huán)梁?jiǎn)卧惭b-壓力環(huán)整體提升-安裝內(nèi)外環(huán)間以正北為基準(zhǔn)的正十字交叉主桁架（4榀）-安裝與4榀主桁架相鄰的次桁架（4榀）-安裝主次桁架間連系干-循環(huán)安裝至結(jié)構(gòu)完成

4.2 外環(huán)梁安裝

先在預(yù)留埋件上安裝108個(gè)鋼支座，利用屋面平臺(tái)設(shè)置自制小型提升拔桿，在支座上將單圈閉合環(huán)管安裝完成，分別安裝多管組成的小拼單元，形成桁架根部對(duì)接模塊；最后連接各模塊間的聯(lián)系桿。

4.3 壓力環(huán)的安裝

通過(guò)設(shè)計(jì)，設(shè)置四根格構(gòu)柱，并在其頂部設(shè)置拔桿，壓力環(huán)地面整體拼裝后，利用四根格構(gòu)柱頂部拔桿提升壓力環(huán)，提升至標(biāo)高位置后，將格構(gòu)柱逐根平移到壓力環(huán)下，將壓力環(huán)落至格構(gòu)柱頂端固定。

4.4 桁架安裝

通過(guò)設(shè)置在壓力環(huán)上部的吊具和外環(huán)梁上的吊具進(jìn)行桁架提升。安裝過(guò)程中，考慮壓力環(huán)受力均勻受力，安裝時(shí)桁架要形成對(duì)稱(chēng)體系。

4.5 連桿安裝

通過(guò)設(shè)置在相鄰主次桁架弦桿上的小型工具式拔桿進(jìn)行提升。

5 各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)

5.1 吊裝單元制作的關(guān)鍵技術(shù)

5.1.1 相貫線(xiàn)切割

（1）搭建三維相關(guān)模型，利用相貫線(xiàn)切割軟件形成相貫線(xiàn)切割程序，采用6軸相貫線(xiàn)切割機(jī)進(jìn)行圓管端部一次切割成型。

（2）直管切割，則選用磁吸式半自動(dòng)圓管切割機(jī)加工。

5.1.2 鋼管煨彎

（1）制作煨彎工具，采用多組千斤頂提供頂部壓力，并輔助火焰加熱，將鋼管壓制成

（2）煨制過(guò)程中，控制火焰溫度不易過(guò)高，千斤頂下壓時(shí)擴(kuò)大接觸面積，避免鋼管褶皺。

5.1 .3各吊裝單元制作

（1）根據(jù)不同的拼裝單元，搭設(shè)不同的胎具拼裝，并輔以工具式拔桿進(jìn)行提升裝配。

（2）控制地樣精度、胎具的牢固并兼顧吊裝單元出胎方便。

（3）部分弧形圓管經(jīng)設(shè)計(jì)院同意，選擇直線(xiàn)對(duì)接漸進(jìn)的方式加工，對(duì)接焊縫為單面焊雙面成型的工藝，應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，并進(jìn)行焊工考試篩選，固定相對(duì)穩(wěn)定焊工人員焊接，焊后需要嚴(yán)格落實(shí)對(duì)接探傷管理，對(duì)不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的焊接缺陷必須修復(fù)。

5.2 壓力環(huán)安裝關(guān)鍵技術(shù)

5.2.1 壓力環(huán)提升格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

（1）由于壓力環(huán)需要整體提升，考慮3倍的安全儲(chǔ)備系數(shù)。

（2）考慮格構(gòu)柱的整體穩(wěn)定性，需每隔5米左右設(shè)置格構(gòu)柱間的聯(lián)系支撐。

（3）考慮桁架整體安裝后的撓度，格構(gòu)柱頂部最終標(biāo)高大于壓力環(huán)設(shè)計(jì)底標(biāo)高35mm。

（4）提升后需要將格構(gòu)柱逐根移位至壓力環(huán)下部，為保證移位后的格構(gòu)柱能夠有效承壓，因此格構(gòu)柱頂部設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)形式。

（5）為保障壓力環(huán)能夠正常提升，在格構(gòu)柱頂部設(shè)置5m高的提升拔桿。

5.2.2 格構(gòu)柱安裝及移位關(guān)鍵技術(shù)

利用屋頂混凝土結(jié)構(gòu)作為受力點(diǎn)，通過(guò)絞磨和鋼絲繩拉起格構(gòu)柱端頭，同時(shí)用鋼絲繩約束格構(gòu)柱底部移動(dòng)，逐根豎立格構(gòu)柱。

（2）每根格構(gòu)柱豎立完成后每個(gè)方向都用攬風(fēng)繩與混凝土結(jié)構(gòu)拉結(jié)。四根格構(gòu)柱都豎立完成后，在提升壓力環(huán)前，將格構(gòu)柱頂?shù)陌螚U四個(gè)方向都用攬風(fēng)繩連接，相鄰拔桿頂部也用鋼絲繩連接，將格構(gòu)柱的拔桿頂部連接成一個(gè)整體。

（3）初始利用格構(gòu)柱上的調(diào)節(jié)裝置，將格構(gòu)柱頂標(biāo)高調(diào)至壓力環(huán)設(shè)計(jì)標(biāo)高以上200mm，提升時(shí)用格構(gòu)柱上的桅桿把壓力環(huán)提至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上200mm位置。

（4）把其中一根格構(gòu)柱上的桅桿上的吊索卸力并調(diào)節(jié)格構(gòu)柱頂部至設(shè)計(jì)標(biāo)高上170mm，此時(shí)，通過(guò)其他三根格構(gòu)柱承載壓力環(huán)。

（5）先通過(guò)格構(gòu)柱根部鋼絲繩將該格構(gòu)柱平移至預(yù)定位置，再利用頂部鋼絲繩平移格構(gòu)柱至預(yù)定位置，使其垂直于壓力環(huán)下方，將其他三根格構(gòu)柱吊索下落至30mm，使壓力環(huán)落在該格構(gòu)柱上。

（6）把第二根格構(gòu)柱上的桅桿上的吊索卸力并調(diào)節(jié)格構(gòu)柱頂部至設(shè)計(jì)標(biāo)高上140mm，此時(shí)，通過(guò)其他三根格構(gòu)柱承載壓力環(huán)。通過(guò)同樣的方式逐步將格構(gòu)柱全部移至壓力環(huán)下方。最后通過(guò)可調(diào)節(jié)裝置，將壓力環(huán)調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5.2.3 桁架安裝關(guān)鍵技術(shù)

（1）在壓力環(huán)上面設(shè)計(jì)一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的V形吊具作為吊裝桁架的吊點(diǎn)，外環(huán)梁上設(shè)置拔桿作為吊點(diǎn)，桁架在地面胎具上拼裝后，利用上述吊點(diǎn)提升桁架。

（2）利用上述吊點(diǎn)及纜風(fēng)繩將桁架自胎具中吊出，并平移至吊點(diǎn)下方，調(diào)整桁架上的吊點(diǎn)，將桁架自側(cè)方姿態(tài)翻轉(zhuǎn)至豎立姿態(tài)，然后進(jìn)行提升。

（3）在吊裝桁架過(guò)程中要在桁架的中部加兩根腰纜風(fēng)繩，來(lái)調(diào)節(jié)桁架的側(cè)翻。讓纜風(fēng)繩一端和桁架連接，一端和絞磨相連接。桁架在緩慢吊裝過(guò)程中兩邊的絞磨也要同步放繩。

5.2.4 模擬驗(yàn)算技術(shù)

（1）通過(guò)MIDAS、3D3S等驗(yàn)算軟件應(yīng)對(duì)格構(gòu)柱提升過(guò)程的受力狀態(tài)、移位時(shí)的受力狀態(tài)進(jìn)行模擬驗(yàn)算。

（2）對(duì)桁架提升的兩端吊裝工具、桁架提升過(guò)程的受力狀態(tài)進(jìn)行模擬驗(yàn)算。

（3）驗(yàn)算的受力狀態(tài)取值應(yīng)采取多維度分析，模擬驗(yàn)算結(jié)果應(yīng)能滿(mǎn)足吊裝安全要求。

5.2.5 拔桿施工技術(shù)

（1）每次提升前，均應(yīng)進(jìn)行試吊，一是檢驗(yàn)起重設(shè)備的安全可靠性，二是檢查吊點(diǎn)對(duì)桁架剛度的影響，三是協(xié)調(diào)從指揮到起吊、纜風(fēng)、溜繩和鉸磨操作的總演習(xí)。

（2）提升點(diǎn)的設(shè)置要合力，提升單元上還應(yīng)根據(jù)模擬驗(yàn)算進(jìn)行必要的加固。

（3）拔桿應(yīng)用時(shí)，要設(shè)計(jì)足夠的纜風(fēng)繩及拉結(jié)點(diǎn)，拔桿過(guò)高時(shí)，還應(yīng)設(shè)置必要的腰部纜風(fēng)繩。纜風(fēng)繩系統(tǒng)要求每日檢查，及時(shí)排除安全隱患。

（4）通過(guò)角磨提升時(shí)，要求統(tǒng)一指揮，做好同步提升監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋給指揮人員。

6 結(jié)語(yǔ)

該城市廣場(chǎng)1#鋼結(jié)構(gòu)穹頂在施工空間不足，大型吊裝設(shè)備無(wú)法進(jìn)入的情況下，創(chuàng)新的利用自有條件，設(shè)立格構(gòu)柱提升并支撐中心壓力環(huán)，然后在通過(guò)拔桿提升技術(shù)，安裝主次桁架的方式，極大的降低了施工成本。同時(shí)，通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的把控，保障了施工的安全，高效。