多層多單體大跨度會展關(guān)鍵施工技術(shù)研究與應(yīng)用

張明啟 蔣 周 胡 毅 楚生生 鄭值宇

(中冶(上海)鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司,上海 200941)

1 工程概況

煙臺八角灣國際會展中心項目，總建筑面積20.06萬m2，其中地上15.08萬m2，地下4.98萬m2。整個項目由會展中心、綜合文化活動中心及地下車庫三部分組成。其中會展中心由A1/A3，A2/A4(地上2層，地下1層)，B1～B3(單層)五個展廳及主登錄廳(地上3層)和次登錄廳組成,展廳的柱間跨度均為66.7 m,長度96 m～120 m,整個展廳部分總長度約285 m,總寬度約340 m,高度30 m～49 m不等，整體呈“海浪·銀貝”造型(見圖1)。

展廳主體結(jié)構(gòu)為鋼框架結(jié)構(gòu)，包括鋼柱、樓層鋼梁及樓層鋼桁架；鋼柱主要為箱型柱，鋼梁主要為H型鋼梁，鋼柱共477根，其中352根鋼柱由基礎(chǔ)頂一直延伸到屋面桁架頂；樓層鋼桁架主要分布在A1，A2展廳，絕對標(biāo)高位置為27.500 m，為型鋼平面組合桁架，樓層桁架柱間最大跨度24.4 m，最大重量33.9 t。展廳屋面為大跨度型鋼平面桁架結(jié)構(gòu)，包括柱間桁架、主桁架、次桁架、系桿及斜撐；展廳主桁架跨度均為66.7 m，最大重量約40 t，屋面桁架相對高度在30 m～49 m不等。整個會展中心5個展廳部分共計約4.5萬t，材質(zhì)均為Q355B。鋼結(jié)構(gòu)三維視圖見圖2，鋼結(jié)構(gòu)主桁架見圖3。

2 項目重難點(diǎn)

本項目會展中心5個單體鋼結(jié)構(gòu)總量約4.5萬t，體量大，項目主要采用鋼框架+屋蓋桁架結(jié)構(gòu)，屋蓋整體凹凸不平，呈云浪形，屋蓋桿件節(jié)點(diǎn)標(biāo)高各不相同，桿件達(dá)數(shù)萬件，對鋼結(jié)構(gòu)的深化、加工及安裝難度成幾何倍數(shù)增加。因工期緊，所以本項目采用5個單體跨內(nèi)同步施工，又因5個單體緊密相連，大型履帶吊需進(jìn)入跨內(nèi)地下室頂板上部，在通過建模計算及施工模擬以保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，設(shè)計大型履帶吊上樓板行走棧橋方案，完美解決跨內(nèi)大型構(gòu)件吊裝的難點(diǎn)。同時，跨內(nèi)占地面積小，在跨內(nèi)要考慮樓層桁架、屋面桁架等構(gòu)件的拼裝以及其他鋼梁等構(gòu)件的堆放，減少跨內(nèi)施工措施，采用無臨時支撐整體安裝技術(shù)。

3 施工總體方案

會展中心范圍為A1～A4展廳、B1～B3展廳，其中A展廳設(shè)計有地下車庫。展廳整體結(jié)構(gòu)呈長方形分布，承重結(jié)構(gòu)由鋼柱、樓層鋼桁架、鋼梁、屋面鋼桁架等組成；結(jié)構(gòu)覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)安裝重量較重，安裝高度高，安裝難度大。根據(jù)上述情況分析，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗，為保證項目工期，擴(kuò)大安裝作業(yè)面，針對本工程展廳地上結(jié)構(gòu)安裝方案采取“多層桁架綜合安裝法”：采用大型履帶吊進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)，先安裝縱向布置的承重柱框架系統(tǒng)，再由內(nèi)至外節(jié)間綜合安裝樓層鋼桁架、屋面桁架等；整個屋蓋桁架均采用地面拼裝成整體后進(jìn)行單機(jī)吊裝并采用無臨時支撐胎架安裝技術(shù)；為保證安裝進(jìn)度要求，方便多層桁架施工，A展廳多層桁架跨內(nèi)布置兩臺260 t履帶吊；B展廳為單層結(jié)構(gòu)，跨內(nèi)布置單臺200 t履帶吊，其他由汽車吊配合施工。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 大跨度桁架無臨時支撐安裝技術(shù)

本項目共計5個單體，每個單體桁架共計14榀，均為平面桁架，桁架高度4 m，如果采用常規(guī)的分段+臨時支撐安裝方案，將用到大量臨時支撐胎架，因跨內(nèi)同時需要吊機(jī)站位、桁架拼裝及其臨時構(gòu)件堆場的場地，臨時支撐胎架的設(shè)置會將整個跨度分成兩塊，占用大量的有效使用空間，無法保障施工的順利進(jìn)行。經(jīng)過吊裝計算分析，主桁架采用的無臨時支撐胎架整榀吊裝滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

桁架為平面桁架，為方便拼裝，屋面平面桁架采用“臥拼”，大跨度吊裝的前提是整榀桁架的“翻身”過程的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足規(guī)范及設(shè)計要求，如“翻身”無法達(dá)到要求需要采用“立拼”或加強(qiáng)措施(見圖4)。

大跨度桁架無臨時支撐安裝就位后，即達(dá)到設(shè)計狀態(tài)，減少了對結(jié)構(gòu)反復(fù)轉(zhuǎn)換，不用像采用臨時支撐施工方法，通過臨時支撐卸載再達(dá)到最終設(shè)計狀態(tài)，但需要注意加強(qiáng)施工過程的測量控制，在拼裝時需要對結(jié)構(gòu)預(yù)起拱，吊裝前在桁架上下弦桿跨中及四等分點(diǎn)分別設(shè)置反光貼方便安裝過程校正，桁架安裝后要定期觀測桁架上下弦桿反光貼坐標(biāo)變化及鋼柱和柱間桁架變形。A展廳為多層桁架結(jié)構(gòu)，一臺履帶吊作為屋面桁架吊機(jī)，另外一臺履帶吊作為補(bǔ)檔桁架之間次結(jié)構(gòu)吊機(jī)，吊裝校正臨時固定后不能立即松鉤，弦桿兩端對接口安排焊工焊接并對其進(jìn)行UT檢測，因為雙層桁架無法采用下部直接補(bǔ)檔，需要采用另外一臺履帶吊作為補(bǔ)檔吊機(jī)，安裝桁架之間的次結(jié)構(gòu)，以保證安裝桁架的側(cè)面穩(wěn)定性，弦桿對接口焊接完成并探傷合格及補(bǔ)檔不少于計算要求桿件數(shù)量后方可松鉤；B展廳為單層桁架，屋面桁架采用大型履帶吊安裝校正臨時固定后在兩端口對接焊接，因屋面桁架下部無結(jié)構(gòu)，可以在桁架下部采用汽車吊及時補(bǔ)檔桁架之間的次結(jié)構(gòu)，以保證結(jié)構(gòu)側(cè)面穩(wěn)定，同樣達(dá)到上述要求狀態(tài)后方可松鉤。桁架吊裝及補(bǔ)檔見圖5，桁架測量控制點(diǎn)設(shè)置見圖6。

4.2 多層桁架綜合安裝施工技術(shù)

A展廳整體結(jié)構(gòu)呈長方形分布，承重結(jié)構(gòu)由鋼柱、樓層鋼桁架、鋼梁、屋面鋼桁架等組成；結(jié)構(gòu)覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)安裝重量較重，安裝高度高，安裝難度大。根據(jù)上述情況分析，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗，為保證項目工期，擴(kuò)大安裝作業(yè)面，針對本工程展廳地上結(jié)構(gòu)安裝方案采取“多層桁架綜合安裝施工技術(shù)”：大型履帶吊進(jìn)入至結(jié)構(gòu)內(nèi)，先安裝縱向布置的承重柱框架系統(tǒng)，再由內(nèi)至外節(jié)間綜合安裝樓層鋼桁架、屋面桁架，即二層樓層桁架與屋面桁架需要錯位同步施工，二層樓層桁架比屋面桁架優(yōu)先施工一個軸線結(jié)構(gòu)，避免上下交叉作業(yè)。整個屋蓋桁架均采用地面拼裝成整體后采用無臨時支撐胎架安裝技術(shù)吊裝；為保證安裝進(jìn)度要求，方便多層桁架施工，A展廳多層桁架跨內(nèi)布置1臺260 t履帶吊和1臺200 t履帶吊，260 t履帶吊作為桁架吊機(jī)，首先大型履帶吊吊裝樓層桁架，樓層桁架提前屋面桁架一個柱距，安裝完樓層桁架的同時采用汽車吊及時補(bǔ)檔樓層桁架之間的鋼梁；履帶吊安裝完樓層桁架后即可安裝對應(yīng)屋面桁架，同樣采用前條講述的A展廳大跨度無臨時支撐胎架安裝技術(shù)進(jìn)行安裝外面桁架結(jié)構(gòu)(見圖7，圖8)。

4.3 大型履帶上地下室頂板上部施工技術(shù)

根據(jù)安裝方案，A1，A2需要履帶吊上樓面上部作業(yè)，而設(shè)計樓面結(jié)構(gòu)不足以承載履帶吊上樓面荷載，需要合理布置棧橋，將荷載分散傳遞，確保原設(shè)計結(jié)構(gòu)安全。A區(qū)鋼柱柱距為9.0 m，而履帶吊輪距為7.2 m，需要設(shè)置轉(zhuǎn)換鋼梁，將上部荷載傳遞至下部混凝土柱上。A1展廳A1-3軸線～A1-4軸線和A1-8軸線～A1-9軸線各設(shè)置一組棧橋；A2展廳A2-3軸線～A2-4軸線和A2-8軸線～A2-9軸線各設(shè)置一組棧橋。棧橋長度方向做成9 m段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，可循環(huán)使用，但使用跨數(shù)至少保證拼裝位置與吊裝位置走動的長度。行走棧橋縱向鋼梁采用3根三拼HW 500×485×15×25組拼在一起，使其寬度略大于履帶吊履帶寬度，以便行走；棧橋橫梁與埋件之間需要根據(jù)橫梁計算撓度設(shè)置墊高鋼板，防止橫梁與混凝土樓板直接接觸，對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。行走棧橋使用的鋼材規(guī)格需要根據(jù)最不利狀態(tài)下使用工況計算確定，為防止對混凝土結(jié)構(gòu)破壞，需要對混凝土結(jié)構(gòu)驗算，所有計算結(jié)果需要報設(shè)計院審核確認(rèn)。該大型履帶吊使用前，需要對司機(jī)和起重指揮做專項技術(shù)交底，使其充分了解施工過程的各項注意事項(見圖9～圖11)，本項目行走棧橋材料清單及說明見表1。

表1 本項目行走棧橋材料清單及說明

5 結(jié)語

該項目大跨度桁架無臨時支撐安裝技術(shù)、多層桁架綜合安裝技術(shù)、大型履帶吊進(jìn)入地下室頂板上部施工關(guān)鍵技術(shù)成功解決了多層多單體大跨度會展鋼結(jié)構(gòu)施工過程中面臨的各項主要問題，利用該類施工技術(shù)順利完成了項目施工進(jìn)度要求，保證了現(xiàn)場施工質(zhì)量、安全，取得了預(yù)期的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，通過本項目的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用總結(jié)，有助于為今后類似項目施工提供經(jīng)驗和借鑒。