太重企展廳穹頂鋼結構的施工及管理

陳安龍

中化二建集團基礎設施工程公司 山西太原 030000

2015—2016 年，中化二建集團基礎設施工程公司承建了太重軌道交通實驗室項目，該項目位于太原市太重軌道園區(qū)，施工區(qū)域為廠區(qū)的東南角預留場地。圖1 為采用Tekla Structure 軟件創(chuàng)建的項目結構整體圖。

圖1 項目結構整體圖

項目整體分為三部分：實驗區(qū)、企展廳、廣場。企展廳位于該項目的核心部位?；A為混凝土環(huán)梁基礎，上部主體結構采用半球肋形穹頂鋼架結構[1]，主鋼架為熱軋H 型鋼，12 個軸（30°均分），跨度36m，屬于超過一定規(guī)模的危險性較大工程。材質為Q235B,單榀主鋼架約為6t，建筑高度+18.31m，工程量約180t。整體結構以高強度螺栓緊固連接為主。建筑面積約1050m2，外圍結構采用方管網格結構形式，矩形方管檁條依附于球面結構上焊接固定。檁條按地球儀經緯線方式布置，橫向檁條共計23 層，縱向檁條72 道。23 層橫向檁條為同心圓環(huán)（不同半徑），72 道縱向檁條按5°均布（相同圓半徑），外附鈦鋅板及玻璃幕墻圍護。

本工程存在以下難點：工期緊；無施工案例可參照；施工場地狹小，可利用空地少，存在與土建爭場地的問題，且僅有一個大門允許出入；土建砼結構與鋼結構出現交叉施工情況；周邊有綠化樹木及草坪需要保護。

1 技術管理部分

1.1 采用tekla Structures 創(chuàng)建項目模型

1.1.1 創(chuàng)建鋼結構的tekla 模型

要求施工方提供企展廳鋼結構的tekla 模型。

（1）施工方依據企展廳鋼結構圖紙創(chuàng)建，采用tekla Structures14.0 創(chuàng)建模型，并制作詳圖主結構(GJ- x) 10 張，零件圖11 張；

（2）創(chuàng)建矩形軸線，后旋轉復制得到12 根同心軸線；

（3）導入鋼構CAD 圖，描圖；

（4）繪制一榀主鋼架，旋轉復制得到6 榀。

1.1.2 創(chuàng)建2 套軸網體系（tekla Structures 下進行）

整體項目的土建結構創(chuàng)建為一個大軸網，企展廳設置為一個小軸網。

1.1.3 創(chuàng)建工程整體結構模型

項目部技術人員采用tekla Structures18.0 軟件對工程整體結構進行模型創(chuàng)建，之后將企展廳鋼結構模型導入，整合為一個整體模型。企展廳模型整體編制為一個狀態(tài)（tekla 下），導入到整體土建結構大模型中，并移動至企展廳軸網控制點。詳見圖2。

圖2 企展廳鋼結構

1.2 專項方案設計及論證

根據建設部建質[2009]第87 號文[3]，本工程鋼結構跨度36m，屬于超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程，必須進行專家論證。

先將1- 5 軸線和1- 11 軸線位置的鋼架在地面拼裝完畢，采用兩臺25t 吊車配合兩臺16t 吊車溜尾完成第一、二榀組合鋼架的吊裝任務，以形成十字支撐。剩余的單榀鋼架安裝采用單臺25t 吊車進行吊裝，直至完成主體結構施工任務。詳見圖3 和圖4。

圖3 第一、二榀組合鋼架的吊裝示意圖

圖4 剩余的單榀鋼架吊裝示意圖

（1）利用tekla 模型導出材料表得出重量，計算單件鋼結構吊重。

（2）利用Tekla 模型提取一部分結構表面積，計算吊裝風載荷。并由風載荷計算并選用纜風繩。

（3）tekla 三維模型參與專家進行方案論證。

1.3 出現的問題

柱間支撐在創(chuàng)建模型時，未發(fā)現任何問題。但施工過程中發(fā)現，南北朝向小門頂部的剪刀撐太低，影響美觀也影響行人通行。因此，現場變更為與其余大門等高。

1.4 結算

利用tekla 軟件提取鋼結構凈重，方便結算。在tekla 軟件中選用提凈重材料模板，提取鋼結構凈重。

1.5 提取表面積

提取表面積，為防火涂料及其外部涂云石膠用量提供依據。

1.6 輸出

可以輸出初步、簡易的模型渲染圖。渲染效果會因電腦性能配置、渲染設置、電腦系統的不同而有較大差異。

2 施工管理部分

2.1 施工工藝流程

鋼結構制作流程：Tekla Structures 深化設計→材料準備、定貨→原材料（鋼材、焊材、連接用緊固件等）檢驗→主要鋼材煨彎→排料、拼接→放樣與號料→切割、下料→制孔→構件裝配→焊接→除銹、刷油→構件預拼裝→構件編號、驗收→出廠。

鋼結構安裝流程：構件檢查→基礎復查、中間交接及底面處理→1- 5、1- 11 軸整榀鋼架組裝→其余單榀鋼架組裝→1- 5、1- 11 軸整榀鋼架吊裝→1- 8、1- 2 軸單榀吊裝→其余單榀吊裝→支撐安裝→方管檁條安裝→隅撐安裝→補漆→防火涂料涂刷。

2.2 制作

（1）委托專業(yè)廠對主H 型鋼進行中頻煨彎，彎曲半徑為18m。圖紙設計要求H 型鋼強軸方向彎曲。

（2）嚴格按照tekla Structures 制作的詳圖下料制作。

（3）創(chuàng)建數控文件NIC。頂部上下兩個梅花頭采用數控切割，保證了精度。而且采用的是整塊鋼板切割。

（4）零部件加工完成后，在加工廠內做預拼裝，并留有視頻存底備查。首先要將結構上部的梅花頭先支撐好。各部分零件均為高強螺栓緊固。

2.3 對主結構外維護的方管檁條結構制作

設計圖紙中對方管檁條（外維護）說明不夠詳細，通過與設計院溝通，確認每層按同心圓、角度布置。方管結構為雙曲，整體為同心圓。

2.3.1 關鍵技術的科學性、先進性和創(chuàng)新性

（1）對方管檁條進行兩個方向的煨彎控制，即可實現檁條的雙曲結構。

（2）胎具一次加工成型后，通過調整半徑和角度，可以加工出不同半徑和角度的雙方向弧面，從而減少了胎具的制作次數，減輕勞動強度，提高工作效率。并且該方法比冷彎成型效果好，截面無變形，不易回彈。另一方面，利用胎具可準確地制作雙曲檁條，大大減小了尺寸偏差，避免二次制作，縮短了工期?？勺詣踊B續(xù)生產一層的檁條（不同半徑），節(jié)約了工期成本。

2.3.2 實施步驟

（1）在Tekla Structures、Auto CAD 圖中對每層方管檁條放樣，確定半徑和傾斜角度。

（2）胎具制作：定制可旋轉軸心，在軸心處（即圓心處）銷軸固定一根鋼管作為軸，并可調半徑；在鋼管端部制作方管截面專用卡具（可調角度），內部安放并固定液壓千斤頂；采用中頻加熱技術對方管檁條加熱，之后還要對檁條進行水冷卻；由液壓推進器控制推進檁條，推進速度由微電腦控制。

2.3.3 煨彎注意事項

（1）煨彎過程應每隔2m 測量傾斜角度。如果誤差超過±1°，應停機檢查胎具及中頻加熱裝置。

（2）方管端頭變形處應及時矯正。如無法矯正，應裁剪掉，不得使用。

（3）過程中應確保中頻加熱裝置電源電壓穩(wěn)定，宜配備專用穩(wěn)壓器。

（4）過程中應確保中頻加熱裝置水量及水壓穩(wěn)定。

2.4 標記移植

在柱底板、梁上噴涂構件編號，方便辨識及管理。然后利用tekla 模型、CAD 圖紙進行模擬施工。

3 運輸

（1）運輸前，先汽車空載進行試運，然后確定行車路線，并按車中心位置撒上白灰線以便鋼構件進場時汽車調整好倒車角度和位置。對轉彎半徑不足的地方，要進行修改。見圖6。

（2）鋼梁運輸采用12m 拖板車，以便裝載鋼構件運輸到現場。因市區(qū)道路管制，所以白天裝車，分批次在夜間運輸，早上進入工地現場，再由一臺25t 吊車按編號順序進行卸車。

4 施工協調

對混凝土砼結構與鋼結構之間施工進度銜接進行協調，部分混凝土結構緩建。預留道路在實驗區(qū)9- 12軸/ G- N 軸之間區(qū)域預留8m 的通道，所以該區(qū)域砼柱暫停施工，鋼梁運輸完成后砼柱再繼續(xù)施工。具體實施辦法如下：

（1）確定入口位置，實驗區(qū)9- 12 軸/ G- N 軸之間區(qū)域預留出運輸通道，砼柱的鋼筋截斷（預留出將來搭接倍數即可），刷素灰漿保護，用土方墊起，分層碾壓。

（2）用土將出入口墊起，分層碾壓，并做坡道，坡道兩側做好放坡。

（3）用白灰漿對通道處掩埋的鋼筋作好保護。

（4）按照事先確定好的鋼構件擺放位置圖，預制存放平臺，防止鋼梁變形。

（5）待鋼構件全部進場卸車后，將墊的土方挖出，砼柱、梁恢復施工。

5 安裝過程

嚴格按照專家論證通過的方案進行施工。

（1）先安裝兩個軸，形成十字的支撐；安裝穩(wěn)固后，再安裝其余柱。主體結構安裝僅用2d 時間。

（2）安裝柱間支撐。

（3）安裝外部方管檁條（豎向布置方式為5°等分緯度；橫向整體布置方式為經度同心圓）：先安裝每層橫檁條（同心圓布置），由下往上安裝；縱向按角度等分安裝；隅撐安裝，并焊接好節(jié)點板。

（4）盡量避免高空作業(yè)，鋼構在地面組裝，并噴涂防火涂料。期間采用漆膜測厚儀測量跟蹤，保證干漆膜厚度。

6 施工經驗總結

（1）若鋼結構吊裝方案有瑕疵，容易導致結構側向彎曲變形。更好的方案為：球心處做一個支架；先整體組裝梅花頭部分，并放至支架上；單片結構吊起后，與梅花頭連接；形成整體后，卸掉荷載，撤掉支架。

（2）tekla 自帶的碰撞檢查出來的問題，應區(qū)別對待。因tekla 屬于國外進口軟件，軟件本地化仍有差距，本身的缺陷不可避免。

（3）施工中發(fā)現，高強螺栓與圓?。ㄒ砭壈迮c腹板接觸處）距離過近，無法擰緊。tekla 模型中未即時體現出該處圓弧過渡。

（4）隨著版本的迭代，軟件會越來越智能化。目前，最新的2020 版軟件已經支持構件模擬碼放及運輸。