江蘇大劇院鋼結(jié)構(gòu)外罩吊裝技術(shù)

楊紅林

【摘要】江蘇大劇院鋼結(jié)構(gòu)外罩采用大跨度空間穹頂組合結(jié)構(gòu)，是目前國內(nèi)首個(gè)采用該鋼結(jié)構(gòu)形式的大劇院，其施工難度大、技術(shù)要求高等特點(diǎn)，分析了吊裝機(jī)械選擇、布置及吊裝工況，提出了總體安裝思路和卸載控制要點(diǎn)及相關(guān)施工措施，有效保障了鋼結(jié)構(gòu)外罩安裝的質(zhì)量、進(jìn)度及安全。

【關(guān)鍵詞】大劇院；鋼結(jié)構(gòu)；吊裝；卸載

1、工程概況

江蘇大劇院項(xiàng)目是一個(gè)集演藝、會(huì)議、展示、娛樂等功能為一體的大型文化綜合體，地處長江之濱的南京河西新城核心區(qū)，并位于河西中心區(qū)東西向文體軸線西端。

本工程包括歌劇廳、音樂廳、戲劇廳、綜合廳和公共大廳五個(gè)單體（見圖1）。其中歌劇廳、音樂廳、戲劇廳和綜藝廳等四個(gè)單體的鋼結(jié)構(gòu)外罩由斜柱、搖擺柱、中環(huán)梁、頂環(huán)梁以及內(nèi)凹頂蓋的鋼拉梁與環(huán)梁等主要部分組成。

以音樂廳的鋼結(jié)構(gòu)外罩吊裝為例進(jìn)行闡述分析。音樂廳結(jié)構(gòu)整體為橢圓形布置，長軸長110m，短軸長85m，高度38m，分布有20根斜柱和中環(huán)梁、頂環(huán)梁、內(nèi)環(huán)梁和24根拉梁結(jié)構(gòu)，斜柱之間采用交叉斜撐連接，局部分布有搖擺柱結(jié)構(gòu)；屋面分布有屋面支撐、系桿、拉桿及連接環(huán)梁等結(jié)構(gòu)（見圖2），總用鋼量為3765.69噸。

圖1 大劇院總體結(jié)構(gòu)三維圖 圖2 音樂廳結(jié)構(gòu)三維示意圖

2、現(xiàn)場吊裝

2.1 吊裝思路

本工程音樂廳和戲劇廳兩大部分安裝時(shí)采用2臺(tái)1400 t·m 行走式塔吊及2臺(tái)350噸履帶吊作為主要吊裝機(jī)械。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了滿足吊裝要求，塔吊行走通道及履帶吊吊裝通道均需設(shè)置在地下室頂面，利用混凝土結(jié)構(gòu)柱設(shè)置吊裝通道，為確保混凝土結(jié)構(gòu)不受影響，對(duì)局部區(qū)域采用H型鋼及鋼管進(jìn)行加固。

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的特點(diǎn)，將整體鋼結(jié)構(gòu)屋蓋進(jìn)行合理分段劃分，所有分段在廠內(nèi)進(jìn)行制作，再由特殊車輛運(yùn)到施工現(xiàn)場，通過塔吊和履帶吊進(jìn)行分段吊裝，根據(jù)分段位置設(shè)置臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐通過轉(zhuǎn)換梁與混凝土柱或梁相接，在混凝土柱或梁上設(shè)置預(yù)埋件，將轉(zhuǎn)換梁與預(yù)埋件焊接固定。

安裝時(shí)考慮從兩側(cè)對(duì)稱安裝，先安裝內(nèi)環(huán)梁，再安裝斜鋼柱和頂環(huán)梁分段，再將頂環(huán)梁分段對(duì)應(yīng)的頂蓋接梁安裝完成使結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定體系，然后再依次沿著環(huán)向?qū)ΨQ安裝直至整體結(jié)構(gòu)安裝完成。

2.2 吊裝機(jī)械選擇、布置及吊裝工況分析

一、吊裝機(jī)械選擇

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件及吊裝分段劃分，本工程音樂廳現(xiàn)場吊裝時(shí)選用兩臺(tái)ZSC70160（1400t·m）塔吊，2臺(tái)LR1350（350t）履帶吊。其中350t履帶吊選用“42m主臂+60m副臂”的塔式工況，所選吊車如下圖3和圖4所示：

圖3 1400t·m行走式塔吊 圖4 350t履帶式塔吊

二、吊裝工況分析

本工程音樂廳和戲劇廳采用2臺(tái)1400 t·m 的行走式塔吊和2臺(tái)350t履帶吊進(jìn)行吊裝。具體吊裝工況分析如下：

1400 t·m行走式塔吊對(duì)應(yīng)的吊裝區(qū)域內(nèi)最重分段重量為43.6t，對(duì)應(yīng)吊裝半徑為23m，塔吊在此吊裝半徑下對(duì)應(yīng)的額定起重量為60t；最大吊裝半徑為62m，該吊裝半徑下對(duì)應(yīng)構(gòu)件最重為15t，塔吊裝對(duì)應(yīng)的額定起重量為19t。

350t履帶吊對(duì)應(yīng)的吊裝區(qū)域內(nèi)最重分段重量為41t，對(duì)應(yīng)吊裝半徑為26m，350t 履帶吊在此吊裝半徑下對(duì)應(yīng)的額定起重量為46t；最大吊裝半徑為56m，該吊裝半徑下對(duì)應(yīng)構(gòu)件最重分段的重量為11.1t，履帶吊裝對(duì)應(yīng)的額定起重量為14.2t。

綜上分析，本工程音樂廳安裝時(shí)所先的吊裝機(jī)械完全能滿足施工要求。

三、吊車行走通道布置

根據(jù)施工需要，本工程安裝時(shí)采用行走式塔吊與履帶吊相結(jié)合進(jìn)行構(gòu)件吊裝，結(jié)合土建結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場實(shí)際情況將行走式塔吊行走軌道及履帶吊行走通道總體布置如下圖5：

圖5 行走式塔吊軌道及履帶吊通道示意圖

四、臨時(shí)支撐設(shè)置

由于本工程結(jié)構(gòu)跨度較大，結(jié)構(gòu)安裝采用分段吊裝，因此在分段吊裝時(shí)須借助臨時(shí)支撐進(jìn)行安裝。根據(jù)結(jié)構(gòu)高度，分段重量及設(shè)置臨時(shí)支撐的位置不同，本工程安裝時(shí)采用格構(gòu)式臨時(shí)支撐、單片式臨時(shí)支撐及單管式臨時(shí)支撐相結(jié)合的支撐體系。

臨時(shí)支撐布置是否得當(dāng)關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，施工的復(fù)雜性，因此需進(jìn)行合理布置臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐布置原則如下：

1、臨時(shí)支撐需簡單、實(shí)用，降低施工難度；

2、臨時(shí)支撐需經(jīng)過受力計(jì)算，確保承載能力達(dá)到施工要求；

3、臨時(shí)支撐自身需通過穩(wěn)定性驗(yàn)算，確保施工過程臨時(shí)支撐不會(huì)失穩(wěn)而影響工程質(zhì)量；

4、臨時(shí)支撐下部與混凝土結(jié)構(gòu)接觸面需要進(jìn)行合理轉(zhuǎn)換，將荷載傳遞到混凝土主梁或柱上，確保臨時(shí)支撐不會(huì)對(duì)既有混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞。

根據(jù)上述原則，臨時(shí)支撐布置如下圖6所示：

圖6 音樂廳臨時(shí)支撐示意圖

2.3 典型構(gòu)件安裝

一、斜鋼柱分段安裝

根據(jù)斜鋼柱的分布位置，部分斜鋼柱劃分成三個(gè)吊裝分段，部分鋼柱劃分成兩個(gè)吊裝分段，斜鋼柱分段通過塔吊或履帶吊進(jìn)行吊裝，鋼柱落地端的鑄鋼支座與鋼柱下部分段焊接固定后作為一個(gè)整體吊裝分段。鋼柱分段起吊離開地面300mm 左右停止起鉤，然后通過吊具上設(shè)置的手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)節(jié)使其吊裝角度接近就位的角度。

下部鋼柱分段吊裝前先對(duì)柱腳埋件位置進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測結(jié)果滿足規(guī)范要求后，在柱腳預(yù)埋件上劃好定位界線，構(gòu)件吊裝就位時(shí)下部通過預(yù)埋件上的定位界線輔助定位，再利用全站儀對(duì)吊裝分段上的定位點(diǎn)進(jìn)行精確測量定位，通過手拉葫蘆和千斤頂進(jìn)行微調(diào)，定位完成后將鋼柱分段與臨時(shí)支撐點(diǎn)焊固定。

安裝斜鋼柱上部分段時(shí)通過上下兩個(gè)分段間的對(duì)合線進(jìn)行初步定位，再利用全站儀測量進(jìn)行精確定位，定位完成后將柱分段與臨時(shí)支撐點(diǎn)焊固定。