超長S形鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)劉愛東

苑志龍 陳佳偉

摘要：國家速滑館“冰絲帶”造型四周由幕墻系統(tǒng)完成，結(jié)構(gòu)短軸方向176m，長軸方向240m，幕墻是由一塊塊被彎成不同曲度的玻璃拼裝而成。外圍由低到高盤旋而成自然流暢的橢圓形曲面。整個曲面幕墻“骨架”由160根S形鋼結(jié)構(gòu)組成，單根S形鋼結(jié)構(gòu)最長為32.7米，重約6噸，最短有16.1米。本文對超長S形鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)行介紹，解決了在工作面上大量散拼焊接和精準(zhǔn)定位問題。

關(guān)鍵詞：超長S形;鋼結(jié)構(gòu);施工技術(shù)

1 工程概況

國家速滑館“冰絲帶”整個曲面幕墻“骨架”由160根S形鋼結(jié)構(gòu)組成，單根S形鋼結(jié)構(gòu)最長為32.7米，重約6噸，最短有16.1米。幕墻結(jié)構(gòu)由環(huán)桁架及幕墻拉索直接受力，幕墻網(wǎng)殼骨架由豎向箱型S形鋼結(jié)構(gòu)、圓管水平梁、幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接牛腿及封邊梁等組成。主要材質(zhì)為Q420C、Q345B、Q345C，幕墻網(wǎng)殼構(gòu)件截面主要包括：

主梁：口340*150*12*16、口350*150*16*20;水平梁：P180*6;牛腿支座：矩形方通B180*150*8*8、B400*150*20*25、B250*150*12*16;橫梁：矩形方通B170*70*10*10;封邊梁：矩形方通B250*150*12*16、B350*150*12*16。

2 難點分析

2.1設(shè)計難度

本工程160根S型龍骨，由標(biāo)高15.8m到32.3m漸變，每根S龍骨由半徑不同的分段圓弧與少量的直線段組合而成，同時龍骨固定在張拉的索結(jié)構(gòu)上，因此，每根龍骨設(shè)計時需要充分考慮結(jié)構(gòu)變形以及每段圓弧與相鄰圓弧的匹配度、如何吸收現(xiàn)場結(jié)構(gòu)偏差等因素。

2.2加工及運輸難度

S龍骨每根弧度、半徑、整根長度均各異，每根龍骨截面350*150，材質(zhì)Q420C，采購訂貨、加工難度很大，單根龍骨又分別由不同的弧度組成，長度在16.1-32.7m之間變化，對運輸造成困難。

2.3定位難度

因造型以及S鋼結(jié)構(gòu)直接作為承接玻璃的外裝飾龍骨，對龍骨加工和安裝精度要求極高，須控制在5mm以內(nèi)。同時需要安裝在索結(jié)構(gòu)上，張拉完成的索結(jié)構(gòu)自身也在隨時發(fā)生形變，對精度定位有巨大難度。索區(qū)域S鋼龍骨底部，中部，頂部的固定連接方式各不相同。

2.4吊裝難度

S形龍骨超長，安裝區(qū)域周邊分布著下沉庭院、風(fēng)井洞口、車庫等，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。車庫頂板承載限制了吊車噸位，使得每根S龍骨的吊裝都需要精確的計算吊裝重量、吊點位置、吊車作業(yè)半徑、出桿角度。

2.5焊接要求高

S龍骨焊縫均要求1級焊縫、100%探傷。無論是出廠前的焊縫檢測、還是現(xiàn)場安裝的焊縫都必須確保焊接質(zhì)量。同時焊接量也是巨大的，單根S龍骨累計焊接長度近30m，對焊接質(zhì)量的控制、要求等都提出了嚴(yán)峻的考驗。

3 解決方案與實施

3.1 施工思路

根據(jù)工期要求及工程特點，將東立面幕墻網(wǎng)殼對半分為兩部分，分別為東1區(qū)和東2區(qū)，根據(jù)幕墻拉索施工順序確定S形鋼結(jié)構(gòu)施工順序，總體上從曲面南北低處向東西高處安裝，最終在東立面中部（R18軸）合攏，并處理好與西側(cè)幕墻單位作業(yè)面分界線處的合攏問題。

3.2 解決方案

3.2.1 設(shè)計保證措施

①根據(jù)造型，結(jié)合玻璃加工廠最大加工彎曲半徑尺寸以及能消耗誤差節(jié)點構(gòu)造，確定S龍骨弧度半徑控制在1500m以內(nèi)，進(jìn)而深化每根S龍骨的設(shè)計尺寸。

②以BIM三維模型為設(shè)計依據(jù)，將主體結(jié)構(gòu)與索結(jié)構(gòu)同步建模到S龍骨體系，進(jìn)行空間比對，考慮碰撞問題，確保后期加工和安裝滿足誤差消耗能力。

③在施工中分次測量主體結(jié)構(gòu)初步穩(wěn)定及拉索初次張拉第一階段實際位置、結(jié)構(gòu)鎖死及拉索張拉后第二階段實際位置、最終穩(wěn)定狀態(tài)的第三階段實際位置，將測量數(shù)據(jù)帶入理論的BIM模型中進(jìn)行比對，修正理論模型。

④在測量的過程中，基于實際測量的支撐，我們在第二階段測量模型比對后就做出了可以下發(fā)加工圖的判斷，為工程的進(jìn)度有效的贏得了寶貴的工期時間;

3.2.2加工制作保證措施

①按照設(shè)計BIM模型將每根S龍骨單獨拆解成可加工的加工圖，具體需要將每根S龍骨分成12段直線段、10段不同半徑的弧線段;每段再由四塊不同尺寸、弧度的鋼板拼成箱型體，下單前反復(fù)校核加工尺寸圖紙。

②加工首段首樣驗收：嚴(yán)格按照圖紙加工出一段S龍骨，包括尺寸、焊縫高度、倒角、噴涂觀感、防火涂料厚度等項目進(jìn)行驗收，確保工序無誤再進(jìn)行批量加工。

③過程中管控：加工過程中，派專人駐場監(jiān)造，項目部隨時過程中抽查，下沉到加工班組進(jìn)行針對交底

3.2.3定位精度保證措施

①加工精度控制：加工時針對每一根中的每一段，每切割出來一段及時校核尺寸，一段拼接完成后，再次校核尺寸，控制整體誤差精度。

②施工過程中的定位控制：

安裝前：

進(jìn)行多次測量安裝基礎(chǔ)，保證定位準(zhǔn)確。

根據(jù)根據(jù)拉索中心數(shù)據(jù)分析偏差情況表：

經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)索頭偏差在15mm以內(nèi)的均可以通過轉(zhuǎn)動牛腿和旋轉(zhuǎn)索頭來消耗左右偏差。

安裝過程中：

每安裝一根，及時用全站儀對安裝位置進(jìn)行定位、復(fù)測、校正;實測與理論模型對比，及時糾偏。

同時安裝順序按照對稱施工原則，即南北兩組同時往中間進(jìn)行安裝;對于安裝完成的S龍骨為防止側(cè)向傾斜變形影響精度，首根S型龍骨吊裝時需采用剛性支撐增強其側(cè)向穩(wěn)定性，采用圓管支撐作為臨時穩(wěn)定措施，支撐錨固在首層懸挑樓板及主體環(huán)桁架上。每安裝三根S龍骨，即進(jìn)行部分橫向龍骨的固定，以保證已安裝龍骨的豎向精度;

3.2.4 吊裝保證措施

①進(jìn)場前準(zhǔn)備：結(jié)合施工難點中的精度問題，如何保證起吊后能夠正常安裝成為項目的關(guān)鍵點，首先，我們將S型龍骨的安裝節(jié)點進(jìn)行分析，部分采用預(yù)制，部分現(xiàn)場焊接。

②現(xiàn)場拼裝準(zhǔn)備：S形鋼結(jié)構(gòu)整體重量較大，長度較長，最長為32.7米，無法整體運輸，因此將箱型弧梁構(gòu)件分為兩段、三段制作，運輸。到場后進(jìn)行拼接，一段吊裝。現(xiàn)場配合使用50噸汽車吊，80噸汽車吊進(jìn)行吊裝，高空作業(yè)車進(jìn)行輔助固定。

③吊裝準(zhǔn)備：本工程吊裝分下沉庭院處整段吊裝、超長段分段吊裝、常規(guī)段整段吊裝工況。

4 結(jié)束語

通過本項目超長S形鋼結(jié)構(gòu)吊裝的實施，吊裝方法科學(xué)合理，達(dá)到質(zhì)量目標(biāo)，施工高效。為類似異形超長鋼結(jié)構(gòu)施工提供實踐性依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017

《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661-2011

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50755-2012

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-200