上海世博會西班牙國家館鋼結構工程施工關鍵技術

方敏勇 曹玉林 袁自立 吳 博 林海軍

一、工程概況

2010年上海世博會西班牙國家展館方案是將一個空間分割成和以往的四方盒子形不同的籃子的形狀，建筑外立面酷似手工編織的籃子。展館俯瞰就像一個形狀獨特的籃子，鋼梁相交形成“籃子”狀外墻覆蓋柳條。

二、工程結構特點和難點

2010世博會西班牙館建筑立面呈現出柳條編織的籃子形狀，形態較復雜，存在多片水平和豎向的空間扭轉曲面 （圖3），結構形式采用與立面形態相適應的空間桁架結構。空間桁架結構豎向及水平向構件沿建筑立面在不同部位發生扭曲，以與空間扭轉曲面相適應。主體鋼結構結構豎向和水平構件的分段連接節點采用高強螺栓法蘭連接的方式，以在保證連接強度的同時便于將來的拆卸。

圖1 2010年上海世博會西班牙國家館效果圖

圖2 2010年上海世博會西班牙國家館主體鋼結構

1.為可拆卸結構，鋼管桿件分段連接處采用法蘭螺栓連接，造成穿孔率要求高。

2.為了滿足建筑造型，單根鋼管多曲率彎弧。

3.水平系桿與立柱為半相貫，形成彎管偏心半相貫節點，加工難度大。

4.扭曲的平面及立面造型形成特殊的內部結構，樓梯梁多為雙曲的箱形構件。

圖3 立面結構示意圖

圖4 彎弧構件示意圖

圖5 彎管偏心半相貫節點

三、主體結構加工制作

1.鋼管多曲率彎弧

弧形圓管主要為Φ152×6～Φ300×20，鋼管彎曲加工成型采取機械冷彎成型方法。由于同根鋼管多曲率，且曲率不一樣，我們通過對曲率轉換點的控制及木胎膜的復測技術有效的保證了多曲率鋼管的彎弧精度。

2.彎管偏心半相貫節點

圍護鋼結構的豎向桿件與水平連桿的節點。豎向桿件為主要受力構件，且尺寸大于水平桿件，因此豎向桿件連續貫通，水平桿件與之半相貫焊接，如圖7所示。

圖6 鋼管多曲率彎弧

圖7 彎管偏心半相貫節點

彎管的偏心相貫線是先割后彎，還是先彎后割？如采用先割后彎，則鋼管的相貫線在彎管時將產生較大變形；而如果采用先彎后割，彎管的問題解決了，但國內現有的設備又無法對彎管進行半相貫切割。經過公司技術人員的技術攻關及多次對比試驗后，以下方法取得了不錯的效果：彎管偏心半相貫節點采用六維相貫面數控切割機間歇式的先割除大部分，確定相貫面軌跡，然后煨彎，煨彎檢驗合格后切除剩余小部分連接部。為解決半相貫節點的數控切割，公司還為此升級開發了專用切割軟件。

3.法蘭盤節點

工程為世博會外國自建館，為便于上海世博會結束后業主單位將結構構件拆卸運回本國異地重建，圓鋼管在長度方向采用法蘭盤拼接。為保證法蘭盤現場安裝需要，我們將立面桁架的下柱上法蘭廠內焊接，上柱下法蘭現場焊接；水平系桿左端法蘭工廠內焊接，右端法蘭現場焊接。

4.雙曲箱型構件加工

弧形樓梯的樓梯梁采用箱型構件，雙曲箱形梁的加工也是本工程的難點之一，首先應根據箱

圖8 半相貫節點切割后的效果

圖9 法蘭盤節點

型梁的弧度及投影線線制作胎架，胎架模板上口水平度與理論尺寸的公差控制在1mm以內，然后根據構件鋼板與胎架的密貼程度及底腳線來控制鋼板的定位精度。最后進行構件的焊接，構件焊接完成后吊上原胎架進行復位，如有變形進行火工校正，使之與胎架面吻合。雙曲箱形梁加工好后散件運輸至現場進行安裝。

圖10 雙曲樓梯示意圖

圖11 雙曲樓梯梁

四、主體結構施工安裝

由于運輸尺寸的限制，本工程豎向桁架柱等為單片平面桁架運至現場進行安裝，由于花籃桁架基本上都為多曲率彎管，且為閉合的圓圈形狀，現場安裝質量的精度控制將直接影響到整個結構的合攏。根據現場的具體施工條件并結合本公司以往用于其它類似大型鋼結構的實際施工經驗，我們采用了以下方案來完成整個結構的安裝。

1.豎向桁架柱的吊裝

辦公區和展廳1區外圍立面由倒L型平面桁架組成，采取分兩段吊裝就位，首先進行下層單片桁架的吊裝，為定位方便，在桁架柱柱腳根部預先焊接定位固定件，將桁架柱插入固定件內確保構件吊裝準確無誤，再進行柱腳與預埋件的焊接。同時在外側桁架柱下部應架設千斤頂，控制桁架柱不出現側斜。單片桁架安裝時同步進行水平系桿的安裝。下層單片桁架及水平系桿安裝完成后進行上層桁架的安裝，上層桁架安裝時在懸挑桁架投影下搭設鋼管支撐，與下層鋼柱采用法蘭盤高強螺栓連接。

圖12 倒L型桁架示意圖

圖13 柱腳定位示意圖

展廳2、展廳3區及入口外圍立面由S型平面桁架組成，采取分三段吊裝就位，采取自下而上遞進、由外向內合攏的安裝方法，在下段桁架形成穩定的閉合圈后才進行上圈桁架的安裝。因S型單片桁架懸挑段較長，安裝就位時，懸挑側需搭設腳手架支撐，另外兩側拉設纜風進行固定。

圖14 S型桁架示意圖

2.樓面及屋面鋼梁安裝

樓面及屋面鋼梁與豎向桁架柱的連接大部分采用銷軸連接，而鋼梁基本為弧形不對稱結構，這給鋼梁的吊裝對位帶來較大的難度，鋼梁吊裝時保持鋼梁的上下方向及水平方向，就位時及時夾好連接板，然后再用普通螺栓臨時連接測量校正無誤后進行銷軸連接。

五、結 語

本工程出現了鋼管多曲率彎弧、彎管偏心半相貫節點及全法蘭連接等國內少有的加工及安裝難題，但通過工廠加工及現場安裝的共同努力，各部位構件加工及安裝無誤，達到了國外設計師所需的建筑及結構要求，并一次性通過了鋼結構主體結構驗收及上海市金鋼獎評選，得到業主、監理及相關單位的一致肯定，以事實證明上述關鍵技術的成功。

[1]陳紹蕃.鋼結構設計原理.中國建筑工業出版社.1998.第二版.

[2]侯兆欣，張海軍，季小蓮等.新加坡MEGA會展中心大跨度鋼結構施工技術.施工技術，2000，VOL.29，NO.9，PP15-17.

[3]吳欣之等.國家大劇院殼體鋼結構安裝施工技術.第四屆全國現代結構工程學術研討會論文集.