多層多單體大跨度會(huì)展關(guān)鍵施工技術(shù)研究與應(yīng)用

張明啟 蔣 周 胡 毅 楚生生 鄭值宇

(中冶(上海)鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司,上海 200941)

1 工程概況

煙臺(tái)八角灣國際會(huì)展中心項(xiàng)目，總建筑面積20.06萬m2，其中地上15.08萬m2，地下4.98萬m2。整個(gè)項(xiàng)目由會(huì)展中心、綜合文化活動(dòng)中心及地下車庫三部分組成。其中會(huì)展中心由A1/A3，A2/A4(地上2層，地下1層)，B1～B3(單層)五個(gè)展廳及主登錄廳(地上3層)和次登錄廳組成,展廳的柱間跨度均為66.7 m,長度96 m～120 m,整個(gè)展廳部分總長度約285 m,總寬度約340 m,高度30 m～49 m不等，整體呈“海浪·銀貝”造型(見圖1)。

展廳主體結(jié)構(gòu)為鋼框架結(jié)構(gòu)，包括鋼柱、樓層鋼梁及樓層鋼桁架；鋼柱主要為箱型柱，鋼梁主要為H型鋼梁，鋼柱共477根，其中352根鋼柱由基礎(chǔ)頂一直延伸到屋面桁架頂；樓層鋼桁架主要分布在A1，A2展廳，絕對(duì)標(biāo)高位置為27.500 m，為型鋼平面組合桁架，樓層桁架柱間最大跨度24.4 m，最大重量33.9 t。展廳屋面為大跨度型鋼平面桁架結(jié)構(gòu)，包括柱間桁架、主桁架、次桁架、系桿及斜撐；展廳主桁架跨度均為66.7 m，最大重量約40 t，屋面桁架相對(duì)高度在30 m～49 m不等。整個(gè)會(huì)展中心5個(gè)展廳部分共計(jì)約4.5萬t，材質(zhì)均為Q355B。鋼結(jié)構(gòu)三維視圖見圖2，鋼結(jié)構(gòu)主桁架見圖3。

2 項(xiàng)目重難點(diǎn)

本項(xiàng)目會(huì)展中心5個(gè)單體鋼結(jié)構(gòu)總量約4.5萬t，體量大，項(xiàng)目主要采用鋼框架+屋蓋桁架結(jié)構(gòu)，屋蓋整體凹凸不平，呈云浪形，屋蓋桿件節(jié)點(diǎn)標(biāo)高各不相同，桿件達(dá)數(shù)萬件，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的深化、加工及安裝難度成幾何倍數(shù)增加。因工期緊，所以本項(xiàng)目采用5個(gè)單體跨內(nèi)同步施工，又因5個(gè)單體緊密相連，大型履帶吊需進(jìn)入跨內(nèi)地下室頂板上部，在通過建模計(jì)算及施工模擬以保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，設(shè)計(jì)大型履帶吊上樓板行走棧橋方案，完美解決跨內(nèi)大型構(gòu)件吊裝的難點(diǎn)。同時(shí)，跨內(nèi)占地面積小，在跨內(nèi)要考慮樓層桁架、屋面桁架等構(gòu)件的拼裝以及其他鋼梁等構(gòu)件的堆放，減少跨內(nèi)施工措施，采用無臨時(shí)支撐整體安裝技術(shù)。

3 施工總體方案

會(huì)展中心范圍為A1～A4展廳、B1～B3展廳，其中A展廳設(shè)計(jì)有地下車庫。展廳整體結(jié)構(gòu)呈長方形分布，承重結(jié)構(gòu)由鋼柱、樓層鋼桁架、鋼梁、屋面鋼桁架等組成；結(jié)構(gòu)覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)安裝重量較重，安裝高度高，安裝難度大。根據(jù)上述情況分析，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，為保證項(xiàng)目工期，擴(kuò)大安裝作業(yè)面，針對(duì)本工程展廳地上結(jié)構(gòu)安裝方案采取“多層桁架綜合安裝法”：采用大型履帶吊進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)，先安裝縱向布置的承重柱框架系統(tǒng)，再由內(nèi)至外節(jié)間綜合安裝樓層鋼桁架、屋面桁架等；整個(gè)屋蓋桁架均采用地面拼裝成整體后進(jìn)行單機(jī)吊裝并采用無臨時(shí)支撐胎架安裝技術(shù)；為保證安裝進(jìn)度要求，方便多層桁架施工，A展廳多層桁架跨內(nèi)布置兩臺(tái)260 t履帶吊；B展廳為單層結(jié)構(gòu)，跨內(nèi)布置單臺(tái)200 t履帶吊，其他由汽車吊配合施工。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 大跨度桁架無臨時(shí)支撐安裝技術(shù)

本項(xiàng)目共計(jì)5個(gè)單體，每個(gè)單體桁架共計(jì)14榀，均為平面桁架，桁架高度4 m，如果采用常規(guī)的分段+臨時(shí)支撐安裝方案，將用到大量臨時(shí)支撐胎架，因跨內(nèi)同時(shí)需要吊機(jī)站位、桁架拼裝及其臨時(shí)構(gòu)件堆場的場地，臨時(shí)支撐胎架的設(shè)置會(huì)將整個(gè)跨度分成兩塊，占用大量的有效使用空間，無法保障施工的順利進(jìn)行。經(jīng)過吊裝計(jì)算分析，主桁架采用的無臨時(shí)支撐胎架整榀吊裝滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

桁架為平面桁架，為方便拼裝，屋面平面桁架采用“臥拼”，大跨度吊裝的前提是整榀桁架的“翻身”過程的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，如“翻身”無法達(dá)到要求需要采用“立拼”或加強(qiáng)措施(見圖4)。

大跨度桁架無臨時(shí)支撐安裝就位后，即達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)，減少了對(duì)結(jié)構(gòu)反復(fù)轉(zhuǎn)換，不用像采用臨時(shí)支撐施工方法，通過臨時(shí)支撐卸載再達(dá)到最終設(shè)計(jì)狀態(tài)，但需要注意加強(qiáng)施工過程的測量控制，在拼裝時(shí)需要對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)起拱，吊裝前在桁架上下弦桿跨中及四等分點(diǎn)分別設(shè)置反光貼方便安裝過程校正，桁架安裝后要定期觀測桁架上下弦桿反光貼坐標(biāo)變化及鋼柱和柱間桁架變形。A展廳為多層桁架結(jié)構(gòu)，一臺(tái)履帶吊作為屋面桁架吊機(jī)，另外一臺(tái)履帶吊作為補(bǔ)檔桁架之間次結(jié)構(gòu)吊機(jī)，吊裝校正臨時(shí)固定后不能立即松鉤，弦桿兩端對(duì)接口安排焊工焊接并對(duì)其進(jìn)行UT檢測，因?yàn)殡p層桁架無法采用下部直接補(bǔ)檔，需要采用另外一臺(tái)履帶吊作為補(bǔ)檔吊機(jī)，安裝桁架之間的次結(jié)構(gòu)，以保證安裝桁架的側(cè)面穩(wěn)定性，弦桿對(duì)接口焊接完成并探傷合格及補(bǔ)檔不少于計(jì)算要求桿件數(shù)量后方可松鉤；B展廳為單層桁架，屋面桁架采用大型履帶吊安裝校正臨時(shí)固定后在兩端口對(duì)接焊接，因屋面桁架下部無結(jié)構(gòu)，可以在桁架下部采用汽車吊及時(shí)補(bǔ)檔桁架之間的次結(jié)構(gòu)，以保證結(jié)構(gòu)側(cè)面穩(wěn)定，同樣達(dá)到上述要求狀態(tài)后方可松鉤。桁架吊裝及補(bǔ)檔見圖5，桁架測量控制點(diǎn)設(shè)置見圖6。

4.2 多層桁架綜合安裝施工技術(shù)

A展廳整體結(jié)構(gòu)呈長方形分布，承重結(jié)構(gòu)由鋼柱、樓層鋼桁架、鋼梁、屋面鋼桁架等組成；結(jié)構(gòu)覆蓋面積大，結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)安裝重量較重，安裝高度高，安裝難度大。根據(jù)上述情況分析，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，為保證項(xiàng)目工期，擴(kuò)大安裝作業(yè)面，針對(duì)本工程展廳地上結(jié)構(gòu)安裝方案采取“多層桁架綜合安裝施工技術(shù)”：大型履帶吊進(jìn)入至結(jié)構(gòu)內(nèi)，先安裝縱向布置的承重柱框架系統(tǒng)，再由內(nèi)至外節(jié)間綜合安裝樓層鋼桁架、屋面桁架，即二層樓層桁架與屋面桁架需要錯(cuò)位同步施工，二層樓層桁架比屋面桁架優(yōu)先施工一個(gè)軸線結(jié)構(gòu)，避免上下交叉作業(yè)。整個(gè)屋蓋桁架均采用地面拼裝成整體后采用無臨時(shí)支撐胎架安裝技術(shù)吊裝；為保證安裝進(jìn)度要求，方便多層桁架施工，A展廳多層桁架跨內(nèi)布置1臺(tái)260 t履帶吊和1臺(tái)200 t履帶吊，260 t履帶吊作為桁架吊機(jī)，首先大型履帶吊吊裝樓層桁架，樓層桁架提前屋面桁架一個(gè)柱距，安裝完樓層桁架的同時(shí)采用汽車吊及時(shí)補(bǔ)檔樓層桁架之間的鋼梁；履帶吊安裝完樓層桁架后即可安裝對(duì)應(yīng)屋面桁架，同樣采用前條講述的A展廳大跨度無臨時(shí)支撐胎架安裝技術(shù)進(jìn)行安裝外面桁架結(jié)構(gòu)(見圖7，圖8)。

4.3 大型履帶上地下室頂板上部施工技術(shù)

根據(jù)安裝方案，A1，A2需要履帶吊上樓面上部作業(yè)，而設(shè)計(jì)樓面結(jié)構(gòu)不足以承載履帶吊上樓面荷載，需要合理布置棧橋，將荷載分散傳遞，確保原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安全。A區(qū)鋼柱柱距為9.0 m，而履帶吊輪距為7.2 m，需要設(shè)置轉(zhuǎn)換鋼梁，將上部荷載傳遞至下部混凝土柱上。A1展廳A1-3軸線～A1-4軸線和A1-8軸線～A1-9軸線各設(shè)置一組棧橋；A2展廳A2-3軸線～A2-4軸線和A2-8軸線～A2-9軸線各設(shè)置一組棧橋。棧橋長度方向做成9 m段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，可循環(huán)使用，但使用跨數(shù)至少保證拼裝位置與吊裝位置走動(dòng)的長度。行走棧橋縱向鋼梁采用3根三拼HW 500×485×15×25組拼在一起，使其寬度略大于履帶吊履帶寬度，以便行走；棧橋橫梁與埋件之間需要根據(jù)橫梁計(jì)算撓度設(shè)置墊高鋼板，防止橫梁與混凝土樓板直接接觸，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。行走棧橋使用的鋼材規(guī)格需要根據(jù)最不利狀態(tài)下使用工況計(jì)算確定，為防止對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)破壞，需要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，所有計(jì)算結(jié)果需要報(bào)設(shè)計(jì)院審核確認(rèn)。該大型履帶吊使用前，需要對(duì)司機(jī)和起重指揮做專項(xiàng)技術(shù)交底，使其充分了解施工過程的各項(xiàng)注意事項(xiàng)(見圖9～圖11)，本項(xiàng)目行走棧橋材料清單及說明見表1。

表1 本項(xiàng)目行走棧橋材料清單及說明

5 結(jié)語

該項(xiàng)目大跨度桁架無臨時(shí)支撐安裝技術(shù)、多層桁架綜合安裝技術(shù)、大型履帶吊進(jìn)入地下室頂板上部施工關(guān)鍵技術(shù)成功解決了多層多單體大跨度會(huì)展鋼結(jié)構(gòu)施工過程中面臨的各項(xiàng)主要問題，利用該類施工技術(shù)順利完成了項(xiàng)目施工進(jìn)度要求，保證了現(xiàn)場施工質(zhì)量、安全，取得了預(yù)期的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，通過本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用總結(jié)，有助于為今后類似項(xiàng)目施工提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。