主題館施工組織實施方案及總結

◎劉威

主題館施工組織實施方案及總結

◎劉威

建筑物體型寵大、結構復雜、設計與施工周期要求較短，給鋼結構施工單位提出了更高的技術要求。鋼結構安裝方法有很多種，如高空散裝法、分塊或者整體吊裝法、滑移方法、整體提升法等，但其實質都是指結構的安裝單元按照一定的順序逐步就位并連接的過程。選擇較好的安裝方案，可以縮短工期，節約成本，保證質量。

2010年世博會的舉辦給上海的城市發展帶來難得的機遇；該建筑物體型寵大、結構復雜、設計與施工周期要求較短，給鋼結構施工單位提出了更高的技術要求。

鋼結構安裝方法有很多種，如高空散裝法、分塊或者整體吊裝法、滑移方法、整體提升法等，但其實質都是指結構的安裝單元按照一定的順序逐步就位并連接的過程。選擇較好的安裝方案，可以縮短工期，節約成本，保證質量。

本文通過對主題館鋼結構施工方案選擇及實施方法介紹、分析來敘述施工方法選擇直接影響施工成本。

工程簡述

世博主題館鋼結構工程主要布置在東展廳、西展廳和休息服務區，屋面以下為箱型柱、H型鋼梁框架結構，屋蓋為管桁架結構（其中西區為126米的大跨度拉索結構），總用鋼結構量約17000噸。（圖一）

實施方案選擇

綜合考慮：以下九方面因素；

①施工場地小；②交叉作業面廣；③地下室施工周期長；④施工模擬計算多；⑤地下室施工影響；⑥多跨連續管桁架如何施工；⑦如何保證20軸柱施工過程中穩定性；⑧126m雙索張拉精準難控制；⑨工期短（實際工期2.5月）。

選用如下施工方法（東、西區同時施工）：

屋面以下為框架柱梁結構，因此東區±0.00以下按土建移交順序，分塊采用50履帶吊進行吊裝，±0.00以上采用25、30汽車吊上樓面進行吊裝（樓面局部進行加固）。西區屋面以下框架柱、梁采用吊裝50履帶吊進行吊裝。

屋面管桁架施工方法：

西區先行，東區跟進，中間合攏…整個屋面施工程序

地面拼裝，整榀吊裝，高空張拉…西區屋面施工方法

累積滑移，整體就位…東區施工方法

因為屋面施工方法對整個鋼結構的成本影響最大，因此以下重點介紹屋面管桁架施工方法。

2.1東區屋面管桁架施工

本工程由于受場地、工期限制，屋面鋼結構必須與地下室砼同步進行。為保工期，土建從南往北分區移交施工作業面，鋼框架施工也分區域從南往北進行，屋面從南往北累計滑移，屋面加工廠從北往南加工。

為盡量減少現場工作量，屋面桁架制作綜合考慮運輸、吊機額定起重性能、工期等因素，采取“工廠分8段制作，并進行預拼裝，現場高空拼裝成型，累計滑移到位。”

因此綜合考慮各方面因素，選用（1臺K50/50高60.9m臂長50米、1臺M480 M25高51.9m臂長55米）兩臺塔吊進行屋面桁架分段高空拼裝。

2.1.1方案敘述

在A～C軸、10～26軸區域搭設屋面高空拼裝區域，充分利用A、C軸上已有結構框架柱梁作為拼裝胎架的一部分，降低施工措施費用；物流通道設置在20～25、10～14軸間；屋面高空拼裝及胎架安裝選用施工機械為1臺K50/50和1臺M480 M25型固定式塔吊；滑移梁及60kg軌道由25t或30t汽車吊進行安裝；分別設置10軸、15軸、20軸和25軸共四條滑道； 軌道梁設計為箱形截面梁，截面剛度大，翼緣承擔集中荷載能力強；屋蓋鋼結構滑移的方向為A軸向W軸，此次將W軸-Y軸的懸挑部分附帶一起滑移，在懸挑部分增加臨時滑移措施（主要是撐桿及加固），一個拼裝單元為東西向的兩跨桁架及檁條，每次滑移一跨，滑移距離18m，總共滑移10次，累積滑移距離約174m。

連桿的作用是直接抵抗滑移時的摩擦力，以減少該水平力傳遞到桁架上，形成偏心荷載。

充分考慮原結構傳力途徑，25～26軸屋面端桁架在東區屋面滑移到位并卸載完畢后安裝；10軸、25軸布設單臺TJG-1000型液壓爬行器，15、20軸布設2臺TJG-1000（理由為中間推力大，且便于20軸過柱頭）。

2.1.3.2施工模擬計算

采用ansys、SAP2000結構計算軟件對整個施工過程進行施工模擬計算，通過計算計算結果指導現場施工，二者結果基本相同。（圖2）

2.1.3.3施工措施

2.1.3.3.1爬行器和托梁連接

爬行器與滑移結構鋼柱上柱采用鉸結連接，耳板中心線距軌道上表面410mm。（圖3）

2.1.3.3.2滑移連桿連接形式

設計時取摩擦系數為0.2，根據累積滑移取最不利狀態，即最后一個滑移單元滑移時的總摩擦力最大，為0.2×2300T= 460T，按照1：2：2：1的關系分到四個軌道的拉桿上，設計時取分項系數為1.4，即軸線10、15、20、25間的滑移拉桿分擔的荷載分別為77T、153T、153T、77T。按照此值進行受拉構件設計。

2.1.3.3.3卸載

由于整個屋面比原設計標高抬高26mm，因此屋面滑移到位后，需卸載26mm后才能達到設計標高，根據模擬仿真計算結果，最大支為反力為75t，實際采用2臺50t液壓千斤頂分2次卸載到位。卸載順序按軸線（C軸至W軸），即每4個點同步卸載，分10次卸載到位。

2.2西區施工方案選擇

2.2.2西區屋面方案確定

西區屋面安裝成型分兩大部分，第一部分主桁架高空成型；第二部分主桁架脫架，索張拉轉化為設計狀態。

2.2.2.1主桁架高空成型

主桁架地面分段組裝，高空拼裝張拉成型。西區9榀主桁架采用320噸履帶吊地面拼裝，并分3段高空吊裝（第1段、第2段、第3段）到位，50t履帶吊負責支撐胎架組安裝；（圖4）

2.2.2.2索張拉

2.2.2.2.1預應力施工前需要考慮因素。

（1）各榀同步張拉，還是單榀依次張拉

（2）檁條和支撐安裝時機以及相鄰張弦桁架索力的相互影響

（3）1軸支托對張弦桁架張拉的影響（本工程設計要求：施工時1/1軸支座滑動，而9軸支座固定），保證預應力張拉時，張弦桁架縱向能自由滑動，因此張拉前，應不安裝1軸支托。待預應力張拉結束后，再安裝張弦桁架1軸的支托。

（4）相連的普通鋼桁架對張弦桁架張拉的影響

（5）東西區合攏段的安裝

（6）索力均勻性

2.2.2.2.2桁架張拉順序

由于安裝檁條和支撐后再張拉，榀間拉索張拉存在相互影響，為盡量減小拉索張拉對檁條和支撐安裝的影響，當某榀張拉時，該榀及其后續兩榀之間的檁條和支撐須已安裝，即當張拉C軸張弦桁架時，C、E、G軸張弦桁架之間的檁條和支撐已安裝。

由于A和W軸普通桁架及其外的懸挑桁架，與張弦桁架的剛度差異較大，為避免其對張拉的影響，待張拉結束后再安裝A～C，U～W的檁條和支撐。為便于安裝A～C，U～W的檁條和支撐，可先將構件一端的插板與張弦桁架高強螺栓連接，然后將插板與構件焊接。

具體鋼構件安裝和拉索張拉的流水施工順序如（圖5）：

2.2.2.2.3拉索施工

拉索現場施工主要包括：拉索安裝和張拉。根據總體結構安裝方案，拉索施工穿插其中，流水施工。

1）拉索安裝

2）拉索張拉時機

在張弦桁架主體（上弦桁架、撐桿、拉索）和張弦桁架兩端橫向連系桁架以及檁條和支撐安裝完畢后進行張拉作業。

拉索張拉結束后，再最后擰緊和固定檁條和支撐兩端的高強螺栓，安裝1軸上的支托以及東西區的合攏段。

3）拉索張拉方法

①各榀張弦桁架依次張拉，一次張拉到位，局部調整。

②單榀張弦桁架下的兩根拉索同步、兩端張拉。

4）拉索張拉控制原則

拉索一次張拉時又細分為5級：0-＞25%-＞50%-＞75%-＞90%-＞100%，其中0-＞25%-＞50%-＞75%-＞90%以控制索力為主，而90%-＞100%則根據結構變形情況對索力進行調整，以控制變形為主。其中，邊榀張弦桁架張拉時全程以控制扭轉和側向變形為主。

2.2.2.6施工狀態和設計狀態的對比

綜上設計狀態和施工狀態分析的結果，對比見（圖6）。

根據施工全過程分析結果，相對設計狀態，結構成形后的施工狀態的索力略小，張弦桁架跨中位移略大，1軸端部支座水平位移略大，張弦桁架的上部桁架的下弦桿的最大等效應力略大。這主要是由于預應力張拉時東、西區桁架分開，相對設計狀態，施工狀態下張弦桁架的剛度有所減小的原因。總體來說，施工狀態與設計狀態基本是一致的，差別較小。

為保證合攏段的順利安裝，可在9～15軸普通桁架拼裝時，將其跨中起拱20mm。

3、施工方案對成本的影響

本工程在鋼結構施工技術上充分利用了地下室頂板樓面和核心筒結構，這樣既保證鋼砼結構的施工又為鋼結構安裝提供大量作業面，同時也大大減少施工過程支撐數量及結構體系的不穩定性因素，確保了工期及經濟效益。

節約費用主要有：吊機節約：特別是東區屋面施工通過合理分段將2臺1000t＊m塔吊變為2臺500t＊m塔吊，3個月節約費用約100萬；東區屋面滑移動充分利用原有結構做為滑移梁，節約滑移梁約150t；東區吊機上地下室樓面施工，通過施工模擬驗算，選用35t、25t汽車作為施工機械，跟選用50t履帶吊上樓面施工相比，基本不需要對地下室樓面加固措施，節約措施費用約20萬。

工期方面：由于選擇東西區同時，節約工期約3個月。

縱上所述，從技術可行性、經濟性、工期安排等各方面分析，本工程鋼結構施工方案充分利用了場地條件，發揮流水搭接施工的優勢，大大節約了鋼結構階段施工時間，為工程總進度的實現創造了最有利條件。

（作者單位：上海建工（江蘇）鋼結構有限公司）