大跨度斜柱反拱鋼結構體系吊裝關鍵技術

王進

（南京建工集團有限公司 江蘇省南京市 210012）

1 工程概況

為舉辦亞洲青年運動會和第二屆夏季青年奧運會，根據(jù)賽事總體部署及要求，兼顧南京體育賽事發(fā)展需要，決定在南京江北新區(qū)建設南京青奧體育公園項目。市級體育中心工程是其重要組成部分，它包括體育館、體育場和連接場館之間的連接體結構。

體育中心的整體造型如同一只江鷗傲然翱翔長江之上，連接體起到連接將體育場館兩個單體聯(lián)系在一起的功能，同時在其下部形成了巨大的共享空間，給功能和商業(yè)價值不可小覷。其結構體系由3道反向拱桁架結構及雙向連接桁架構成，周圈桁架為正四邊形桁架。最大標高35m，最大長度170m，最大寬度140m，拱架格構柱鋼管截面φ1500×35，桁架部分鋼管截面主要為 φ700×35、φ450×20、φ299×12、φ168×6 等，總用鋼量約2900t。

2 論證與準備

連接體三組六處組合斜向格構柱外形最大截面尺寸11m，高34m，最重一處格構柱180多噸。三組橫向管桁架由內往外跨度逐步加大，最外側桁架跨度138m，重292t，理論計算水平根部最大推力1700t，吊裝過程吊裝工況對受力和變形控制難度很大，連接體地面上部混凝土結構在屋蓋吊裝完成以后施工，但是下部地下室經(jīng)研究還是完成至出地面，成為制約方案實施的一大難點。

（1）根據(jù)對結構特點及重難點分析，制定有效針對性措施，明確應對策略。采用多種結構專業(yè)計算軟件，建立高精度計算模型，多軟件結構橫向比較保證計算準確度；進行有限元分析計算，模擬施工過程，確保每道工序每個節(jié)點受力可控，安全可靠；分析模擬工況先后順序，按照構件安裝逐步對已經(jīng)完成構件內力和變形的影響，在有限元法計算設置中將后裝構件逐次激活，對結構從開始安裝到卸載完成的整個過程進行計算模擬分析，分析在整個過程中變形和受力的變化過程。施工階段模擬計算的結果，屋蓋結構的最大應力為89.4N/mm2＜310N/mm2，最大豎向變形12mm，支撐最大應力73.48N/mm2＜215N/mm2，最大豎向變形4mm，支撐的最大反力56t。

（2）選擇加工工效高的油壓機械冷彎成型的先進工藝，制作專用壓模；利用計算機專業(yè)相貫線生成軟件，將生成的相貫線數(shù)據(jù)輸入到鋼管相貫線專業(yè)數(shù)控機床，利用其先進的自動化程度和切割精度，進行相貫接口的切割；形成滿足構件拼裝和吊車行進的安裝場地；綜合協(xié)調，齊頭并進，保證多吊機行走通暢；制定測量總控和分解方案，使構件定位準確、快速，保證吊裝質量和吊裝進度。

（3）體系為六根斜向格構柱，隨著結構安裝進度荷載逐步累加，結構擾度和變現(xiàn)隨之增加。多方案對比，分別對其每一步工藝工況進行分解分析，對每一工況的已形成結構荷載變現(xiàn)、支架荷載及變現(xiàn)、吊車吊裝姿態(tài)、最終卸載變現(xiàn)進行綜合分析，優(yōu)選最優(yōu)方案。根據(jù)選定方案的工況順序，制定變形測量計劃，跟蹤結構變形與理論計算的符合程度。

（4）總體施工大思路為構件工廠切割加工完成，打包發(fā)至現(xiàn)場，現(xiàn)場地面胎架拼裝，大型履帶吊分塊分段吊裝就位的總體方案。此方案能最大程度的減少高空焊接工作量，能最大程度的保證質量提高效率。格構柱重量在120～180t之間，將格構柱采用分段分塊吊裝的形式進行，每根斜柱分4～6次進行吊裝。吊裝位置外側設置分部拼裝場地，配置兩臺100噸履帶吊及4臺汽車吊進行桁架拼裝定位。分段分塊構件吊裝時兩側同時進行，每側1臺250t履帶吊車，在限定區(qū)域進行吊裝作業(yè)，限定區(qū)域需要加固的按方案進行加固，吊車在路基箱上移動和作業(yè)以均布傳遞的荷載。由于連接體下部的混凝土大平臺作為地面以上單層混凝土建筑，沒有施工難度，但是卻嚴重制約屋蓋吊裝，經(jīng)研究確定此位置地面以上混凝土結構在屋蓋吊裝完成后進行。

3 連接體鋼結構拼裝與吊裝實施

3.1 現(xiàn)場吊裝機具

連接體結構吊裝采用二臺250t履帶吊進場進行鋼結構的吊裝，吊裝時先吊組合鋼柱，再吊鋼柱間的縱向連接桁架；對于屋面橫向連接桁架吊裝時從北向南進行退步吊裝。

3.2 桁架拼裝

用25t吊車將已經(jīng)切割好的弦桿按其編號吊裝至胎架相應位置上，固定好定位塊，然后對桁架上的各個控制點按測量方案和順序進行測量，數(shù)據(jù)應閉合。在確定主要桿件定位位置時，適當預留焊接收縮余量，本工程按照每個接頭預留1.5mm。在胎架上根據(jù)已劃好的腹桿底線裝配腹桿，從拼裝胎架中間位置向兩端逐根定位，進行定位焊，每處腹桿接頭定位焊點不得少于4點。對于隱蔽焊縫的桿件，在定位以后先對隱蔽部分焊縫進行焊接。桿件全部定位好后，測量檢測外形尺寸合格后對主桁架進行焊接，從胎架中間位置向兩端對稱焊接。

3.3 臨時支撐塔架的設置

鋼結構施工中臨時塔架安裝施工至關重要，在吊裝過程中，結構荷載和施工荷載都將傳遞至臨時塔架，結構吊裝完成，還是通過臨時塔架對結構體系進行荷載卸載，大多數(shù)臨時塔架的受力變化復雜，所承受的荷載隨著吊裝的進行不斷變化，必須十分重視臨時塔架的設置安裝。

3.4 吊裝用承重支撐塔架的加固措施

根據(jù)擬定鋼結構吊裝方案，250t履帶吊需或行走通過或站位于地下室頂板進行連接體鋼結構安裝，在此區(qū)域范圍內需要進行地下室加固，地下室加固鋼管為φ245×8，材質均為Q235，支撐縱向間距1.5m，橫向1.1m，墊板尺寸采用15×400×400鋼板，樓面上鋪設路基箱。體育館吊車入口處的樓面作為450t履帶吊車行走通道，樓面下采用獨立管支撐加強，樓面上鋪設路基箱。

在吊裝過程中，吊車嚴格按照設定的行進路線和吊裝姿態(tài)進行吊裝，不得橫向移動和在非設定區(qū)域進行吊裝作業(yè)，并且根據(jù)每處加固位置的模擬計算結論，重點監(jiān)測其最大荷載和變現(xiàn)所對應得工況。

3.5 鋼結構卸載

連接體在桁架施工吊裝完成以后，經(jīng)過焊縫、撓度等各項檢測，并組織驗收達到驗收標準以后，即開始結構的卸載，分3～6級進行卸載并進行預卸載（15mm），每點設置兩個操作人員，同時卸載點不超過5個，每級卸載值最大不超過35mm。卸載時對支撐頂部的胎架鋼板逐步割除，監(jiān)測每處支撐位置的卸載位移大小，控制每次割除的高度，每次割除控制在5～10mm，直至結構撓度不再變化以后拆除支撐。

4 結語

本文介紹了南京江北新區(qū)南京青奧體育公園市級體育中心連接體工程鋼結構管桁架屋蓋完整的拼裝和吊裝技術，吊裝時先吊組合鋼格構柱，再吊鋼柱間的反拱縱向連接桁架；對于屋面橫向連接桁架吊裝時從內向外進行退步吊裝。此針對性強的施工方案有效保證了工程各工種各工序的有序進行，加快了安裝進度，提高了施工效率，施工質量也都得到了有效的保證。并且通過對典型構件吊裝狀態(tài)、結構吊裝各種工況下的受力性能以及支撐架在各種工況下的受力變形性能進行仿真分析計算，真實表現(xiàn)了各種典型工況下的受力變形性能。經(jīng)測量實際撓度為11.76mm，與理論計算撓度基本一致。實踐證明，本文的施工技術和施工方法合理有效，為在類似鋼結構吊裝工程施工提供了理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。