廣州某美術(shù)館穹頂鋼網(wǎng)殼安裝技術(shù)

周彥哲

（廣東省建筑工程集團(tuán)有限公司 廣州 510013）

1 工程概況

廣州某美術(shù)館位于廣州市珠江南岸，建筑設(shè)計(jì)以“水中盛放的英雄花”為題，突出建筑所反映的嶺南風(fēng)格和廣州地域特色［1?2］。獨(dú)特的建筑設(shè)計(jì)造就了獨(dú)特的建筑結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目主樓除中心核心筒區(qū)域采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，建筑外圍均采用鋼框架結(jié)構(gòu)。其中建筑物中庭頂部為跨度36 m 的單層穹頂鋼網(wǎng)殼［3］。穹頂鋼網(wǎng)殼位于整個建筑物核心筒內(nèi)部，大型機(jī)械出入場地受限，且不具備施吊空間。

2 方案選擇

項(xiàng)目穹頂鋼網(wǎng)殼安裝采用臨時支墩作為穹頂鋼網(wǎng)殼內(nèi)圈環(huán)梁支點(diǎn)，取代了傳統(tǒng)采用搭設(shè)滿堂式腳手架的施工方法，采用環(huán)向移動鋼操作平臺，操作平臺可以臨時支墩為圓心進(jìn)行環(huán)向移動，焊接工人以操作平臺為落腳點(diǎn)對每個鋼網(wǎng)殼扇形區(qū)域進(jìn)行焊接作業(yè)，穹頂鋼網(wǎng)殼的吊裝采用建筑周圍的四臺塔吊進(jìn)行分件吊裝（見圖1），在拼裝及焊接作業(yè)時采用兩臺環(huán)向移動鋼操作平臺并進(jìn)行分扇對角線布置，作業(yè)順序遵循對角線原則，在每施工一個區(qū)域后，在下個區(qū)域施工前，對節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)偏差可采用千斤頂?shù)裙ぞ哌M(jìn)行調(diào)整，檢查無誤后再進(jìn)行下個區(qū)域施工，通過不斷調(diào)整安裝偏差，實(shí)現(xiàn)穹頂鋼網(wǎng)殼的精確拼裝［4?6］。

圖1 廣州某美術(shù)館項(xiàng)目施工平面布置Fig.1 Construction Floor Plan of an Art Museum Project in Guangzhou （mm）

3 創(chuàng)新點(diǎn)分析

穹頂鋼網(wǎng)殼位于整個建筑物核心筒內(nèi)部，大型機(jī)械出入場地受限，且不具備施吊空間，該部分施工首先排除了采用地面拼裝后整體吊裝的施工方法。整個建筑物外圍共布置了4 臺塔吊，由于塔吊施吊重量有限，只能進(jìn)行鋼構(gòu)件分件吊裝，而鋼網(wǎng)殼需要進(jìn)行中心內(nèi)環(huán)定位及固定，才能進(jìn)行后續(xù)的吊裝焊接工作。傳統(tǒng)施工方法中通常可采用搭設(shè)滿堂腳手架作為整個鋼網(wǎng)殼的支座，鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)頂部標(biāo)高為45.3 m，起拱高度為3.0 m，滿堂腳手架須搭設(shè)高度約42.3 m，而地下室中庭為高19.5 m 的星空畫意展廳（見圖2），若地上部分采用滿堂腳手架則地下室中庭還需搭設(shè)滿堂回頂支架，由于支架搭設(shè)高度較高，該部分的回頂效果難以保證。從經(jīng)濟(jì)上看，采用搭設(shè)滿堂腳手架的方法在人工費(fèi)、材料費(fèi)上耗用較高，且占用下部流通空間，對整體工期也造成一定影響。

圖2 建筑物內(nèi)部層高剖面示意圖Fig.2 Section Diagram of Storey Height Inside Building

本項(xiàng)目最終采用以臨時支墩作為支點(diǎn)，以環(huán)向移動式鋼操作平臺作為工人焊接作業(yè)落腳點(diǎn)，以周圍的4 臺塔吊進(jìn)行鋼構(gòu)件吊裝的高空散裝法施工，其創(chuàng)新點(diǎn)包括：

⑴ 利用超高臨時支墩固定穹頂鋼網(wǎng)殼內(nèi)圈環(huán)梁，避免了傳統(tǒng)采用搭設(shè)滿堂式腳手架的施工方法，節(jié)約了人工費(fèi)和材料費(fèi)，同時節(jié)省了架體搭設(shè)時間，縮短了工期［7］；

⑵采用了一種環(huán)向移動鋼操作平臺進(jìn)行鋼網(wǎng)殼的焊接安裝，平臺一端固定在臨時支墩上，另一端安裝移動滾輪，放置在樓面上，焊接工人可以每個扇形區(qū)域分別進(jìn)行焊接作業(yè)，同時操作平臺可兼做接火斗使用，使用過程安全高效，且符合綠色施工的環(huán)保要求；

⑶采用的分扇對角線對稱拼裝的高空散裝法施工，可減少隨著桿件的拼裝和荷載的不斷增加而產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與預(yù)變形空間坐標(biāo)偏差。

4 具體施工工藝流程

施工工藝流程為：臨時支墩搭設(shè)?環(huán)向移動鋼操作平臺搭設(shè)?穹頂鋼網(wǎng)殼吊裝施工（內(nèi)圈環(huán)形梁安裝?徑向貫通主梁安裝?環(huán)向連梁、徑向非貫通次梁安裝）?卸載?臨時支墩拆除

4.1 臨時支墩搭設(shè)

4.1.1 臨時支墩柱腳預(yù)埋

臨時支墩4 個柱腳直接在地下室底板生根，每根圓管柱下部焊接直徑φ=600 mm、厚度t=12 mm 的柱腳墊板，墊板通過4顆M16化學(xué)錨栓固定（見圖3）。

圖3 臨時支墩柱腳大樣Fig.3 Detail of Temporary Piers Column Base （mm）

4.1.2 臨時支墩吊裝搭設(shè)

臨時支墩采用4 根φ400×8 mm 的無縫鋼管作為豎向受力構(gòu)件，鋼管柱間距4 300 mm，豎向每間隔4 m沿支墩四周設(shè)置一道水平支撐，水平支撐由HN150型鋼及12#槽鋼兩種材料間隔交替使用，水平支撐間布置連續(xù)12#槽鋼豎向斜撐，焊接節(jié)點(diǎn)均為角焊縫焊接，無須進(jìn)行探傷檢查。臨時支墩搭設(shè)總高度62.15 m，標(biāo)高范圍?19.150～43.000 m（見圖4）。

圖4 臨時支墩搭設(shè)剖面示意圖Fig.4 Section Diagram of Temporary Pier Construction

4.1.3 臨時支墩構(gòu)造措施

⑴首層混凝土板在臨時支墩鋼柱穿過樓板處預(yù)留4 個φ600 mm 預(yù)留洞，方便臨時支墩鋼柱通過及地下室臨時支墩材料進(jìn)出，當(dāng)臨時支墩拆除完畢后再進(jìn)行樓板洞口封堵。

⑵臨時支墩鋼管柱穿過首層樓板時，通過H 型鋼將鋼管柱與首層混凝土梁固定焊接，并在該截面4根鋼管柱間架設(shè)12#槽鋼內(nèi)部剪刀撐，以提高該截面的抗剪能力及剛度。

⑶在平面外每間隔8 m（即每個樓層處）分4 個方向分布4 根φ12 鍍鋅纜風(fēng)繩（6×19 公稱抗拉強(qiáng)度1 400 MPa）水平固定在每個樓層的預(yù)埋件上，纜風(fēng)繩與相鄰鋼柱形成的平面夾角為30°～60°夾角區(qū)間。

⑷臨時支墩頂部架設(shè)一層HN700的H 型鋼作為平臺墊鋼，并根據(jù)內(nèi)圈環(huán)梁位置定位布設(shè)相應(yīng)的支撐點(diǎn)及操作平臺（見圖5、圖6）。

圖5 臨時支墩頂部平臺立面示意圖Fig.5 Elevation of Temporary Piers Top Platform

圖6 臨時支墩頂部平臺支撐點(diǎn)平面示意圖Fig.6 Floor Plan of Temporary Piers Top Platform Supporting Point （mm）

4.1.4 臨時支墩焊縫探傷檢測

臨時支墩底部及頂部鋼梁對接時采用對接燒焊，其余桿件采用普通角焊縫，其中對接燒焊部分在焊接完成后須經(jīng)焊縫探傷檢測合格后方可進(jìn)行穹頂鋼網(wǎng)架吊裝安裝［8］。

4.2 環(huán)向移動鋼操作平臺搭設(shè)

環(huán)向移動鋼操作平臺搭設(shè)跨度13.8 m，穹頂跨中端比外圈梁段高3.255 m，靠近中間臨時支墩一側(cè)焊接固定于臨時支墩頂部的HN700的熱軋H型鋼頂部?？缍确较蛏现髁翰捎媒孛娓叨葹?00 mm 桁架，桁架上下弦采用□80×40×3 的矩形管，腹桿采用□40×3 的矩形管。腹桿間距512 mm，桁架下弦采用［160×20×2.0 鍍鋅檁條，檁條間距0.512 m，檁條上鋪0.426 mm厚830 型壓型彩鋼板（見圖7）。桁架間每4.6 m 跨用直徑20 mm的螺紋鋼作為剪刀斜撐。

圖7 環(huán)向移動鋼操作平臺平面及側(cè)面示意圖Fig.7 Floor Plan and Profile of Circular Moving Steel Operating Platform （mm）

鋼操作平臺一共搭設(shè)2 臺，分別置于與鋼網(wǎng)殼圓心對稱的位置作為相應(yīng)扇形區(qū)域的施工操作平臺。

4.3 穹頂鋼網(wǎng)殼吊裝施工

4.3.1 穹頂鋼網(wǎng)殼構(gòu)件分段

穹頂鋼網(wǎng)殼采用QTZ125（6513）塔吊進(jìn)行分件吊裝，塔吊安裝臂長60 m，各構(gòu)件分段重量如下：

最內(nèi)圈環(huán)形圈梁按對稱軸平均分為2段半圓弧形箱梁，單個分段重量1.235 t（距離塔吊57 m，塔吊57 m作業(yè)半徑時起重量約1.79 t），徑向貫通梁整段為1.60 t（距離塔吊51 m，塔吊51 m作業(yè)半徑時起重量約2.09 t），環(huán)向連梁重量0.4 t/件（距離塔吊45～53 m 區(qū)間，塔吊起重量1.98～2.48 t），徑向非貫通梁重量0.4 t/件（距離塔吊45 m 及51 m，塔吊起重量2.48 t及2.09 t）。塔吊作業(yè)半徑施吊重量如表1所示。

表1 塔吊作業(yè)半徑施吊重量Tab.1 Hoisting Weight Scale for Tower Crane Operating Radius （t）

4.3.2 穹頂鋼網(wǎng)殼吊裝施工流程［9］

鋼網(wǎng)殼拼裝及焊接采用分扇對角線對稱拼裝的高空散裝法，首先將內(nèi)圈環(huán)形梁固定于臨時支墩頂部平臺上，而后進(jìn)行分扇對角線對稱拼裝，每個扇形區(qū)域施工順序分別為徑向貫通主梁、環(huán)向連梁、徑向非貫通次梁（見圖8）；

圖8 穹頂鋼網(wǎng)殼吊裝施工流程示意圖Fig.8 Construction Process Diagram of Dome Steel Mesh Shell Hoisting

⑴內(nèi)圈環(huán)形梁安裝。內(nèi)圈環(huán)形梁安裝前，須先復(fù)核臨時支墩頂部平臺支撐點(diǎn)位標(biāo)高，若有偏差應(yīng)及時調(diào)整糾正。內(nèi)圈環(huán)形梁吊裝完成后，再復(fù)核環(huán)形梁頂部標(biāo)高。

⑵ 徑向貫通主梁安裝。內(nèi)圈環(huán)形梁固定完成后，進(jìn)行徑向貫通主梁安裝。焊接工人將徑向貫通主梁分別焊接在內(nèi)圈環(huán)形梁及外圈環(huán)形梁上，內(nèi)外圈環(huán)形梁焊接工人分別利用臨時支墩頂部平臺和電動剪叉式高空作業(yè)車進(jìn)行焊接作業(yè)，徑向貫通主梁應(yīng)以每兩根與圓心對稱的貫通主梁作為一組同時安裝，并確保兩根貫通主梁在同一直線上。

⑶環(huán)向連梁、徑向非貫通次梁安裝。當(dāng)完成3～4組徑向貫通主梁焊接后，放置環(huán)向鋼操作平臺，兩臺鋼操作平臺應(yīng)保持好對角線位置，可相互錯開一個扇形區(qū)域。焊接工人在環(huán)向鋼操作平臺上分扇由內(nèi)而外依次安裝環(huán)向連梁及徑向非貫通次梁，安裝環(huán)向連梁時，應(yīng)注意每圈環(huán)向連梁之間的相互位置關(guān)系，確保每圈環(huán)梁形成最終形成圓形閉環(huán)，每個扇形區(qū)域施工完成后，焊接工人應(yīng)先撤出操作平臺，用塔吊吊起鋼操作平臺一端，鋼操作平臺另一端的工人推動滾輪，將平臺移動至下一個扇形區(qū)域進(jìn)行施工。

4.4 臨時支墩拆除

4.4.1 臨時支墩拆除準(zhǔn)備工作

⑴臨時支墩拆除前，必須確保穹頂鋼網(wǎng)殼已經(jīng)卸載，鋼網(wǎng)殼與臨時支墩已完全脫離；

⑵臨時支墩拆除前，必須確保穹頂鋼網(wǎng)殼所有焊接工作已全部完成。

4.4.2 臨時支墩拆除順序

臨時支墩拆除順序原則上按照先裝后拆、后裝先拆的順序進(jìn)行，先拆除支墩上方的操作平臺，纜風(fēng)繩等構(gòu)造措施應(yīng)隨鋼柱拆除進(jìn)度依次拆除（嚴(yán)禁先將纜風(fēng)繩全部拆除后再拆除鋼柱），最后拆除支墩柱腳。

臨時支墩拆除采用塔吊將單元片逐個緩慢放至首層樓面，將單元片拆解成零星桿件后運(yùn)出施工場地。

4.4.3 拆除方法及注意事項(xiàng)［10］

⑴先檢查臨時支墩與主體結(jié)構(gòu)是否完全脫離，不能有未脫離或焊點(diǎn)粘連現(xiàn)象；

⑵按照先圍欄，再平臺次梁，再平臺主梁，再片體件約束，后纜風(fēng)繩的順序自上而下逐層拆除。

⑶每拆除一根桿件前，先檢查防墜器及安全帶是否牢靠，切忌將安全繩固定在即將拆除的桿件上或相關(guān)聯(lián)的桿件上；

⑷桿件解除約束前先用塔吊將需要拆除的桿件（單元片）綁扎牢固，再進(jìn)行切割或螺栓拆除；

⑸桿件約束解除后，拆除人員需離開到安全區(qū)域方能指揮塔吊將已經(jīng)割除的桿件吊開；

⑹每拆除一根桿件需要一令一動，嚴(yán)禁擅自拆除。

5 施工技術(shù)使用效果

廣州某美術(shù)館項(xiàng)目采用的穹頂鋼網(wǎng)殼安裝技術(shù)科學(xué)可行、先進(jìn)合理，成功克服了該項(xiàng)目場地局限性，周邊環(huán)境復(fù)雜等一系列問題，節(jié)省了施工成本，同時能有效保證施工安全。施工過程中對各施工節(jié)點(diǎn)采用的定位監(jiān)測均滿足相關(guān)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6 結(jié)論

廣州某美術(shù)館穹頂鋼網(wǎng)殼安裝技術(shù)中，利用超高臨時支墩固定穹頂鋼網(wǎng)殼內(nèi)圈環(huán)梁，避免了傳統(tǒng)采用搭設(shè)滿堂式腳手架的施工方法，節(jié)約了人工費(fèi)和材料費(fèi)，同時縮短了工期；采用了一種環(huán)向移動鋼操作平臺進(jìn)行鋼網(wǎng)殼的焊接安裝，平臺一端固定于臨時支墩上，另一端安裝移動滾輪，放置于樓面，焊接工人可以每個扇形區(qū)域分別進(jìn)行焊接作業(yè)，同時操作平臺可兼做接火斗使用，使用過程安全高效，且符合綠色施工的環(huán)保要求；采用的分扇對角線對稱拼裝的高空散裝法施工，可減少隨著桿件的拼裝和荷載的不斷增加而產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與預(yù)變形空間坐標(biāo)偏差，為同類工程提供了可靠的經(jīng)驗(yàn)參考。