雙曲異形鋼結構網殼單元式拼裝技術

劉文杰 張維杰 王赫臨

摘要：青島東方影都秀場項目前廳區域外立面結構為雙曲異形鋼結構飄帶結構，且每根飄帶柱曲率均不相同，像這種復雜的鋼結構形式在國內鋼結構行業應用極少。該建筑外立面為鋁板加玻璃的形式，為保證外幕墻的藝術效果，鋁板、玻璃與鋼結構之間的間隙壓縮到了極致，這就對鋼結構的安裝精度要求非常高。以后秀場前廳鋼結構網殼安裝為例，通過樣板施工積累經驗，總結出了雙曲異形鋼結構網殼單元式拼裝施工技術。

關鍵詞：空間雙曲；網殼；單元式拼裝

1工程概況

青島東方影都秀場是繼“漢秀”、“傣秀”之后萬達集團投資建設的第三座大型室內舞臺秀，秀場和大劇院以其“碧海銀螺”的造型，雙星閃耀，建成后將成為整個東方影都最璀璨的標志性建筑。

青島東方影都秀場地下一層，地上四層，結構最高點標高39.700m。其前廳鋼結構為曲面網殼結構，主要由空間弧形鋼管柱、空間弧形箱梁、斜腹桿組成，見下圖所示：

2網殼施工難點分析及解決措施

秀場前廳鋼結構網殼總高度39.7米，中間沒有著力點，上部與屋面鋼結構桁架連接，其安裝難度主要總結為以下幾點：

（1）前廳為雙曲面異形結構，受安裝誤差積累、溫度變形、焊接變形等影響，安裝精度控制難度非常大。

（2）前廳網殼為空間雙曲異形結構，三維坐標定位困難，控制點選擇必須準確。

（3）安裝順序、焊接順序及卸載順序對安裝精度影響非常大。

（4）桁架結構需結合卸載工藝考慮預起拱。

（5）前廳有雙曲異形飄帶結構，吊裝時在自重荷載作用下，易發生扭轉變形。

（6）由于自身弧度影響，安裝后，飄帶結構在平面內及平面外均易發生失穩。安裝時飄帶結構的彎曲率及穩定性控制將直接影響安裝質量。

針對上述問題，經過多次模擬以及樣板段施工總結經驗，最終總結出以下解決措施：

（1）采用高精度全站儀對單根構件實行多點三維坐標進行測量，調整節點使得節點三維坐標值與設計值吻合，達到對節點高精度控制的目標。

（2）對整個安裝流程進行模擬計算分析，保證安裝流程合理可行。

（3）前廳飄帶出廠前整榀多片預拼裝，同時將預拼裝胎架坐標、胎架對應構件支撐點坐標、拼裝世界坐標系交予現場，現場直接使用此坐標系進行拼裝（即整體還原工廠預拼裝成果）。拼裝胎架控制點用樣沖眼沖標在弦桿上，包含現場對接接口門點（最低點，最高點，兩側點，共四個點），樣沖點用膠帶貼住，然后再噴涂中間漆。

（4）焊接整體順序隨安裝整體順序進行，并遵循以下原則。

A、吊裝單元成形，校正完成后進行焊接。

B、構件焊接按照先主后次的順序進行焊接。

C、采用對稱焊接。

（5）考慮焊接收縮變形的影響，提前預控（經驗值）。

（6）對于前廳飄帶結構，將飄帶結構和次結構形成拼裝單元，采用多吊點吊裝；

（7）在容易失穩的吊裝單元安裝時設置臨時支撐，保證結構穩定性。

3鋼結構拼裝

3.1拼裝總體部署

前廳網殼總計約450t，是由單根飄帶柱分段加工組裝完畢送至現場，由現場進行拼接組裝，拼裝時高空對口位置的次要桿件不裝焊，方便高空對接時調整。胎架形式與后場飄帶柱相同。同時組裝相鄰軸線箱形梁，網殼共聯結成13片單元吊裝。網殼分片、拼裝場地及胎架示意如下：

鋼結構加工廠按照網殼單元分片示意圖在加工廠進行吊裝單元預拼裝，預拼裝時采用對網殼每個關鍵部位（主副管兩端及彎點、爪鍵焊接點及端點），都進行全站儀打點放樣。預拼裝完畢無誤，將本批構件、預拼裝控制點坐標圖、拼裝胎架坐標、胎架對應構件支撐點坐標、拼裝世界坐標系交予現場，保證現場完美復原工廠預拼裝成果。胎架制作圖如圖3.2、圖3.3。

4鋼結構安裝

網殼安裝過程中需要設置臨時支撐點，支撐點使用型鋼制作，在鋼結構三維模型當中設計出胎架形式并經過計算，最終形成施工圖紙指導現場施工。

4.1胎架布置

前廳網殼及雨棚吊裝，共設置12組臨時支撐門式胎架。每個門式支撐胎架由兩個格構式胎架組成，上部轉換梁上應設置臨時管托支撐弧形桁架管，將網殼的水平推力轉換為豎向力，下部設置型鋼底座，通過膨脹螺絲與地面固定。若胎架基礎為回填土或級配石，則采用路基箱。格構式支撐胎架按高度分為三類，每類的高度依次是14.8m，18.3m，21.8m，每個胎架上設置1～3個支撐點。胎架編號與支撐點編號的對應關系如下：

胎架一：支撐點1，2；胎架二：支撐點3，4，5；胎架三：支撐點6；胎架四：支撐點7；胎架五：支撐點8；胎架六：支撐點9；胎架七：支撐點10；胎架八：支撐點11；胎架九：支撐點12；胎架十：支撐點13；胎架十一：支撐點14；胎架十二：支撐點15。支撐點位置及編號如下圖所示：

4.2安裝順序

整個前廳共分為13個吊裝單元，按照編號順序依次吊裝1～13#吊裝單元。為保證施工精度控制，采用先門洞后兩邊、先下部再上部、先右再左的吊裝方案。

4.3吊裝注意事項

（1）網殼安裝前，使用全站儀校核各控制點坐標，CAD實體模型中比對，如有誤差調整完畢后再吊裝。

（2）網殼安裝前，復核胎架標高及位置，如有變動或沉降，調整完畢后吊裝。

（3）成片網殼原則上采取4點吊裝，用鋼絲繩捆綁于主管與環梁交匯處，上部使用2根主鋼絲繩，每側采用兩根輔助鋼絲繩，采用葫蘆調節網殼就位姿態，鋼絲繩長度通過模型重心放樣得到。

（4）鋼絲繩、綁扎帶、葫蘆規格通過重量計算選用。

（5）每安裝一片網殼，及時進行鋼環梁的安裝，保證鋼結構網殼的整體性。安裝前提前打點或放線核對箱梁長度及安裝錯口。

（6）網殼安裝完畢，應力充分釋放后進行胎架卸載。

4.4胎架卸載

（1）網殼全部安裝及釋荷完畢，進行胎架卸載。胎架卸載采取分級分段卸載。

（2）胎架頂部采取H型鋼立柱支撐主結構，分5次切割卸載，每次切除10mm，使結構均勻緩慢沉降，保證結構不出現沉降突變和異向變形。

（3）每次切割留結構充分變形及觀測時間。

（4）卸載完成后繼續觀測，確保結構安全無多余變形。

5安裝質量可控制措施

5.1拼裝精度控制措施

為保證現場拼裝精度，具體措施如下：

（1）胎架下部地面必須平整壓實并鋪設路基箱，胎架底部用焊接與路基箱牢固連接，制作后進行檢驗，胎架必須滿足強度和安全要求；

（2）做好胎架安裝前、安裝中和安裝后的測量放線以及復測工作；

（3）在胎架上作構件的基準線和中心線，裝配必要的定位支撐。然后將需組裝的構件吊裝在胎架上，滿足設計要求后點焊固定；

（4）構件調整后，須記錄各項數據并備案。如沒及時進行焊接，須對該現場做好保護工作。即不允許大型機械設備、車輛在平臺附近行走，不允許任何對構件下的墊板、千斤頂的撞擊；

（5）焊接時盡可能采取對稱焊接，同時，焊接量大的部位應先焊接，以減少焊接收縮對拼裝精度的影響；

（6）焊工按《鋼結構焊接從業人員資格認證標準》CECS 331-2013規定，經過考試并取得合格證后，方可持證上崗從事焊接工作；

（7）雨雪天氣時，不在露天焊接，焊接區域表面潮濕時，必須用氧-乙炔焰烘干或用壓縮空氣吹干。風力超過8m/s時，采取防風措施。

（8）根據施工加載分析計算確定每榀桁架的起拱值。然后在加工場加工時考慮起拱，拼裝時在對接節點處對起拱值進行控制。起拱值報由設計院確認后方可實施。

結束語

隨著城市建筑多元化發展，空間異形鋼結構的大量涌現，但施工過程中缺乏相應的施工經驗與成熟的施工工藝，青島東方影都秀場工程經過非實體樣板段的施工經驗積累、實體結構的總結、投入了大量的人力物力后，最終形成了大型鋼結構網殼拼裝、安裝關鍵技術。

參考文獻

[1]侯兆欣等：《鋼結構工程施工質量驗收規范》，中國計劃出版社，2001年

[2]毛志兵等： 《鋼結構工程施工規范》，中國建筑工業出版社，2012年