超大型異形鋼構(gòu)設(shè)計(jì)與施工重難點(diǎn)分析研究

饒孟樹

（廣東順鐵控股有限公司）

1 工程概況

廣東某國際會展中心地上整體項(xiàng)目，總面積近乎達(dá)到15 萬㎡，是由商務(wù)中心、會議中心、展覽中心等組合為一體的功能場館，包含了會展、會議等功能，以及與之對應(yīng)的配套設(shè)備。將被打造成順德的城市名片之一，提升順德形象。

圖1 國際會展中心效果圖

2 結(jié)構(gòu)概況

本工程2 個標(biāo)準(zhǔn)展廳單館跨度最大標(biāo)高21.43m，95.4m，其結(jié)構(gòu)類型是下部屋蓋空間倒三角管桁架結(jié)構(gòu)體系+鋼框架；結(jié)構(gòu)形式為下部鋼框架+雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系。本工程總用鋼量約1.6 萬噸，最大板厚50mm，最大矩形截面口800×1200×50×50，最大圓管截面P1000×40mm，最小圓管截面為P121×5mm，鋼材材質(zhì)均為Q345B。

3 鋼結(jié)構(gòu)難點(diǎn)分析及應(yīng)對措施

3.1 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)復(fù)雜

圖2 鋼結(jié)構(gòu)總體構(gòu)造

本標(biāo)段工程包含9#、10#展館和中庭區(qū)域，其中，展館屋蓋采用大跨度空間倒三角管桁架結(jié)構(gòu)，中庭采用雙層彎曲片狀管桁架結(jié)構(gòu)，桁架跨度范圍為72m～84m，高度范圍為2m～6m。桁架桿件、節(jié)點(diǎn)類型復(fù)雜多樣且數(shù)量大，存在大量圓管相貫線焊接、片狀桁架彎管加工，同時需考慮與屋面專業(yè)、幕墻專業(yè)深化設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工的結(jié)合，整個鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)工作繁雜、量大。

3.2 構(gòu)件加工難度大

⑴本工程鋼結(jié)構(gòu)主要為鋼柱、鋼梁、屋蓋桁架，鋼結(jié)構(gòu)用量約1.5 萬噸，加工周期僅為兩個月，材料采購及加工周期短，鋼構(gòu)件種類多，部分截面鋼管難以采購；此設(shè)計(jì)要求桿件形成起拱狀態(tài)，但是桁架桿件多為很薄的板，極其容易形變，對構(gòu)件的制作精度和運(yùn)輸要求較高。

⑵中庭彎曲管桁架節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，加工廠工藝要求高，焊接難度大，此外，其制作、安裝定位精度要求高。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝精度控制難

⑴整體精度控制難

本工程天窗、屋面金屬板等結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度是以鋼結(jié)構(gòu)整體精度控制為基礎(chǔ)，此鋼結(jié)構(gòu)拼安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，特別是在測量三維空間桁架空間結(jié)構(gòu)吊裝時，較難控制。如果吊裝時產(chǎn)生較大的偏差，其他連接節(jié)點(diǎn)的尺寸就無法滿足，而需要重新設(shè)置，連接節(jié)點(diǎn)很難保證質(zhì)量，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

⑵大跨桁架吊裝變形及整體穩(wěn)定性難控制

大跨度超長空間桁架采取地面拼裝高空分段吊裝，尤其中庭大面積片狀雙曲桁架剛性較差，吊裝過程極易變形，另外大面積拱曲結(jié)構(gòu)安裝過程極難保證整體穩(wěn)定性。

3.4 現(xiàn)場拼裝施工難度大

⑴管桁架跨度重大、自重，構(gòu)件制作和散件運(yùn)輸存在一定變形，此拼裝的重點(diǎn)是對其整體尺寸的把控。

⑵下料加工切割構(gòu)件的時候，往往會出現(xiàn)一定的偏差尺寸，再進(jìn)行其他工序后，會使構(gòu)件產(chǎn)生一些變形，產(chǎn)生誤差并不斷積累，會對我們后期拼裝產(chǎn)生不利的影響。

⑶此安裝結(jié)構(gòu)的精度取決于地面是否平整，臨時胎架是否穩(wěn)定。

⑷焊接施工難度大，現(xiàn)場拼裝焊接難度大，相貫線多、桿件夾角小，焊接量大。

3.5 卸載屋蓋結(jié)構(gòu)難

卸載鋼結(jié)構(gòu)即需要改變結(jié)構(gòu)體系的受力，也要拆除臨時支撐。整個過程中，臨時的支撐力和鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的桿件力都會發(fā)生變化，所以我們必須合理有序的卸載，才能保障結(jié)構(gòu)的安全。本工程屋蓋管桁架面積較大，施工要求分區(qū)卸載，卸載點(diǎn)較多、面廣，分區(qū)整體同步卸載難控制。

4 應(yīng)對措施

⑴鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)采用AutoCAD、XSteel 作為主要深化設(shè)計(jì)軟件，確保圖紙深化的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

⑵特派深化小組進(jìn)駐設(shè)計(jì)院進(jìn)行深化設(shè)計(jì)工作，加強(qiáng)深化設(shè)計(jì)過程中溝通，及時應(yīng)對設(shè)計(jì)調(diào)整對深化設(shè)計(jì)的影響，減少溝通的時間，與設(shè)計(jì)調(diào)整同步。

⑶針對工期比較緊的特點(diǎn)，由深化設(shè)計(jì)管理組根據(jù)工期要求和施工部署，制定詳細(xì)的深化設(shè)計(jì)計(jì)劃，并定期召開各專業(yè)深化設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)會。對于無法確定的節(jié)點(diǎn)部位，在深化工程中通過桿件分段、節(jié)點(diǎn)預(yù)留等方式處理，確保深化設(shè)計(jì)分階段部位及時出圖，確保鋼構(gòu)件加工制作進(jìn)度滿足安裝需要。

⑷對管桁架的加工流程：用CAD 軟件對其進(jìn)行建模形成三維模型，將其轉(zhuǎn)換成DXF 文件，然后在導(dǎo)入到軟件WIN3D 中進(jìn)行計(jì)算，得到了各種參數(shù)導(dǎo)入到PIPE-COAST 軟件中，采用切割鋼管相貫線最大直徑為800mm 的數(shù)控切割機(jī)切割并對其坡口進(jìn)行加工。

⑸因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的定位控制非常復(fù)雜，采取預(yù)制構(gòu)件的制作方法，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，拼裝時必須按照實(shí)際的位置定位，保證其焊接的精準(zhǔn)度。

⑹采用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行屋蓋桁架吊裝變形以及屋蓋管桁架支撐、卸載穩(wěn)定性分析，確保安裝過程中鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定可控。

⑺管桁架的整體拼裝分為兩步：①先進(jìn)行預(yù)拼裝，此操作在工廠完成，這個過程的重點(diǎn)在于需要仔細(xì)地檢查桿件的節(jié)點(diǎn)間焊接的間隙還有桁架的整體尺寸。②做好尺寸標(biāo)記，使得現(xiàn)場安裝更便利。

⑻拼裝場地平整非常重要，必須先硬化整片，然后對支撐體系進(jìn)行分析計(jì)算，使其穩(wěn)定性和剛度得到保證，滿足要求。

5 結(jié)束語

本文以超大型鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目工程以異形空間結(jié)構(gòu)為分析對象，運(yùn)用AutoCAD、XSteel 軟件深化設(shè)計(jì)，建立三維線框模型；三維坐標(biāo)測量定位，確保鋼構(gòu)節(jié)點(diǎn)定位精度；采用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件拼裝穩(wěn)定性模擬分析；解決深化設(shè)計(jì)量大、構(gòu)件加工問題、鋼結(jié)構(gòu)安裝精度控制難、大跨度構(gòu)件拼裝效果等工程施工難題，為以后類似工程積累了施工經(jīng)驗(yàn)。