海螺廣場大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

【摘 要】以中國升鐘湖海螺廣場大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋為例，闡明了該工程的施工難點。對常用的大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工方法的優(yōu)缺點進(jìn)行了分析和比較，并結(jié)合工程特點，選擇了與工程相適應(yīng)的合理施工工藝；詳細(xì)介紹了大跨度空間桁架結(jié)構(gòu)體系的分塊吊裝技術(shù)；施工中采用計算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)和試驗監(jiān)測技術(shù)，控制了施工安裝的精度，高質(zhì)量地實現(xiàn)了安全、經(jīng)濟(jì)、文明施工要求，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為同類項目的設(shè)計提供了可借鑒之處。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)； 空間桁架； 吊裝； 膜材； 施工

【中圖分類號】TU758.15【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

1 工程概況

海螺廣場項目由舞臺和看臺兩部分組成，均采用空間桁架結(jié)構(gòu)體系［1-2］，上覆構(gòu)造膜結(jié)構(gòu)屋面。舞臺部分較看臺部分空間桁架多，跨度大，舞臺部分共有橫向6榀桁架、縱向9榀桁架和外圍周邊環(huán)向桁架組成，整個舞臺屋蓋通過橫向的3榀主桁架支撐于6根鋼柱上，前端懸挑長度約為15.9 m，橫向桁架的最大跨度為50.6 m，單榀主桁架的質(zhì)量為3.7～10.5 t不等。主桁架上弦桿采用Φ299×10 mm，豎腹桿為Φ140×5 mm，斜腹桿為Φ180×6 mm等，鋼柱為Φ600×20 mm。膜材選用G類膜材，厚度0.9 mm±0.2 mm，徑向強(qiáng)度大于6 000 N/5 cm，重量1 000 g/m2±200 g/m2，緯向強(qiáng)度大于5 000 N/5 cm，可視光透光率20±1%，傳熱系數(shù)小于5.5 W/m2K［3］。張力膜結(jié)構(gòu)鋼索采用無油鍍鋅鋼絲繩或保護(hù)套索（平行鋼絲束加保護(hù)套），鍛鋼或接頭，鋅銅合金或環(huán)氧鐵砂澆鑄等方式連接。

舞臺部分鋼結(jié)構(gòu)詳見圖1。

該項目工程施工存在一些難點：

（1）桁架完成高空吊裝及拼裝后，必須調(diào)整軸線、標(biāo)高和垂直度使其滿足設(shè)計要求。主桁架質(zhì)量較重，最大的達(dá)到10 t左右，調(diào)整移動不方便。

（2）建筑施工場地窄、施工操作面高、材料及設(shè)備種類多、吊裝設(shè)備安裝就位難度大。

（3）資金投入大、勞動力投入量大，與其他專業(yè)的交叉作業(yè)施工配合時間長，施工工期要求緊，質(zhì)量要求高。

（4）危險性大，安全管理問題突出。根據(jù)《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》（建設(shè)部令第37號）和住建部辦公廳關(guān)于實施其有關(guān)問題的通知（建辦質(zhì)〔2018〕31號）文件規(guī)定，本次施工的南部升鐘湖海螺廣場項目舞臺膜結(jié)構(gòu)工程安裝跨度50.6 m，跨度60 m以下的膜結(jié)構(gòu)安裝工程，屬于危大工程。

2 鋼桁架施工技術(shù)

2.1 施工方案比較行選擇

我國大跨度屋蓋施工主要采用：高空散裝法、高空滑移法、分段吊裝法、整體吊裝法、整體頂升法和整體提升法等［4-7］。

高空散裝法是在設(shè)計位置直接將結(jié)構(gòu)散件單元（單個桿件和節(jié)點）按照設(shè)計圖進(jìn)行拼接和成型的一種建筑技術(shù)。優(yōu)點是施工安全，質(zhì)量可靠，操作簡便，網(wǎng)架變形小以及不需要使用大型機(jī)械設(shè)備等，但同時存在不經(jīng)濟(jì)，不易防護(hù)，施工周期長的缺點。高空滑移法是將結(jié)構(gòu)按照條狀單元進(jìn)行劃分，將其布置在預(yù)先鋪設(shè)好的滑軌上，然后將牽引力施加于條狀單元上，使其滑移至指定安裝位置，再焊接為一整體。該方法由于不需使用大型起重機(jī)械設(shè)備，故適用于平面體系較為規(guī)整的結(jié)構(gòu)、及采用點支撐與周邊支撐相結(jié)合或周邊簡支撐的支撐結(jié)構(gòu)和狹窄的施工工程。分段吊裝法是將根據(jù)起吊設(shè)備能力及桿件結(jié)構(gòu)特點劃分的主體結(jié)構(gòu)區(qū)段進(jìn)行地面拼裝后吊裝至設(shè)計高度，最后進(jìn)行總焊接拼裝成型的施工工藝。這種方法節(jié)省了施工成本，提高了經(jīng)濟(jì)性，使用起重設(shè)備大大提高了施工速度，同時由于結(jié)構(gòu)單元是在地面進(jìn)行組裝工作，使得高空作業(yè)量大大減少，同時保證了安裝質(zhì)量和精度。整體吊裝法是將各吊裝單元按吊裝工藝要求在地面胎架上錯位組裝成整體結(jié)構(gòu)，再利用大型起重設(shè)備，使其升高至設(shè)計高度，并進(jìn)行固定安裝的一種施工工藝。與高空散裝法、分段吊裝法相比，該方法具有高空作業(yè)量小、施工造價低、安裝精度高、焊接質(zhì)量可靠、施工安全有保障等優(yōu)點，是一種較好的焊接技術(shù)，同時缺點是需要較高的起重設(shè)備能力和較高的設(shè)備操作人員技術(shù)等級。整體頂升法是指利用起重設(shè)備（ 大噸位千斤頂） 將在地面拼裝胎架上完成拼裝的結(jié)構(gòu)整體頂升至規(guī)定高度的施工工藝。優(yōu)點和缺點類似于整體提升法，主要是在施工方法的選擇上，根據(jù)現(xiàn)場的情況和結(jié)構(gòu)的形式來選擇的。整體提升法是通過設(shè)置在地面投影部的拼裝胎架拼裝構(gòu)件，再將液壓提升器安裝在主體構(gòu)造柱或臨時支撐架的頂部位置，通過設(shè)置的鋼絞線對液壓提升系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步控制，使整體結(jié)構(gòu)逐步提升的一種施工方法。整體提升法具有與整體吊裝法類似的優(yōu)點：拼裝精度高、高空作業(yè)量少、施工安全有保障等，但對提升專業(yè)的操作要求更高，在施工工藝上也有一定的難度。

綜合該工程的現(xiàn)場條件，該工程場地寬敞，結(jié)構(gòu)安裝高度適中、吊車站位適宜、吊車行走路線適宜，又考慮到該工程對施工質(zhì)量和周期要求較高，經(jīng)過對各方案的施工技術(shù)性、安全性、適用性及經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行比較［8-9］，最終選定方案分條吊裝方案。

2.2 施工順序及質(zhì)量控制

2.2.1 施工順序

吊裝前，將能滿足運輸規(guī)范和超寬的桁架均以散件的方式運輸至現(xiàn)場，符合運輸規(guī)范要求的桁架在工廠進(jìn)行拼裝完成后，運輸至現(xiàn)場進(jìn)行吊裝。同時在拼裝場地安裝組裝桁架用的胎架，用于將構(gòu)件焊接成型。

吊裝中，先吊裝鋼柱，依次吊裝承重主桁架ZHJ5（重量：3.7 t）、ZHJ4（重量：5.9 t）、ZHJ3（重量：10.5 t），然后吊裝上述桁架間的次桁架，隨后依次吊裝尾部懸挑桁架、結(jié)構(gòu)尾部次桁架、結(jié)構(gòu)前面懸挑桁架、結(jié)構(gòu)前面次桁架、環(huán)形桁架，最后安裝膜結(jié)構(gòu)。桁架吊裝工藝如圖2所示。

2.2.2 質(zhì)量控制

主桁架ZHJ-3、ZHJ-4吊裝作業(yè)形變在桁架中部采用臨時支撐進(jìn)行輔助安裝，臨時支撐架，采用塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，截面為1 500 mm×1 500 mm×1 800 mm，頂部分配梁HW250×250×9×14 mm，材質(zhì)均為Q235B，見圖3。

臨時支撐采用恒載和活載組合，通過Abaqus結(jié)構(gòu)分析軟件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力的驗算及臨時地基的承載力驗算，明確了臨時支撐在施工階段桿件的最大應(yīng)力和結(jié)構(gòu)位移， 結(jié)構(gòu)應(yīng)力和位移均在允許范圍內(nèi)，保證臨時支撐的承載力和變形均滿足要求［7］。

施工技術(shù)與測量技術(shù)張建剛， 魏臣兵： 海螺廣場大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

吊裝前應(yīng)嚴(yán)格檢查膜結(jié)構(gòu)構(gòu)件各連接部位的尺寸是否符合設(shè)計要求，如有誤差，應(yīng)在地面上進(jìn)行校正后，方可進(jìn)行吊裝。吊裝過程中的各個環(huán)節(jié)落實到人或班組，統(tǒng)一調(diào)配，統(tǒng)一指揮，隨時監(jiān)測各安裝控制的標(biāo)高精度和結(jié)構(gòu)的變形。

采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊來連接鋼柱與鋼桁架、鋼桁架與鋼桁架，嚴(yán)格按焊接工藝規(guī)定的參數(shù)以及順序進(jìn)行焊接，并嚴(yán)格控制焊后構(gòu)件的變形，主要措施：

（1）利用反變形來控制焊接變形。

（2）在約束焊道上連續(xù)施焊：若因種種原因?qū)е乱押傅暮缚p中斷，重新焊接前應(yīng)進(jìn)行局部預(yù)熱。

（3）采用多層焊接時，應(yīng)在表面清潔的焊縫上繼續(xù)焊接。

3 膜結(jié)構(gòu)施工技術(shù)及質(zhì)量控制

全部膜結(jié)構(gòu)桁架完成后，進(jìn)行膜片施工安裝，膜材安裝前應(yīng)設(shè)置安全穩(wěn)固的高空作業(yè)工作平臺。首先在地面保護(hù)膜上按安裝方向展開成品薄膜，然后由作業(yè)員負(fù)責(zé)薄膜吊裝作業(yè)并展開就位，開展薄膜時要先在薄膜上放置臨時的夾板固定，并嚴(yán)格檢測薄膜受力部有沒有裂口，對出現(xiàn)裂縫處要進(jìn)行修補(bǔ)，然后用緊線器將薄膜、索拉到位，以最高速率進(jìn)行高空連接。最后進(jìn)行分級逐步張拉，見圖4。

張拉過程中，采用了膜面應(yīng)力的技術(shù)管理與健康檢測。膜面應(yīng)力分析的基本原理是利用真空泵施加法向分布吸力于膜面，再通過激光位移儀測得膜面法向位置，最后根據(jù)膜面位置、膜面法向分布壓力、膜面位移之間的非線性關(guān)系，分析獲得膜面應(yīng)力情況。目前薄膜表面應(yīng)力測定的準(zhǔn)確率為90%以上。

膜片安裝過程中如遇膜片較大，當(dāng)日不能完成連接，收工前必須采取安全牢固的臨時連接措施；進(jìn)行膜片吊裝時風(fēng)力不宜超過四級。

4 結(jié)束語

結(jié)合海螺廣場項目，闡述了工程施工過程中存在難點，對比分析了不同施工技術(shù)在本工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，以合理、經(jīng)濟(jì)、安全可靠為前提，選用了適合本工程的施工技術(shù)。該工程順利實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，成功安裝，符合工期要求，大大降低了建設(shè)成本，積累了類似于大跨度屋頂建設(shè)的經(jīng)驗。施工過程中采用數(shù)值分析技術(shù)和試驗監(jiān)測技術(shù)，為工程達(dá)到預(yù)期的安裝精度提供支撐。

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［作者簡介］張建剛（1993—），男，本科，工程師，主要從事公路、建筑施工技術(shù)研究工作；魏臣兵 （1990—），男，本科，工程師，主要從事市政、鐵路施工技術(shù)研究工作。