超大型异形钢结构安装施工技术.pdf

第 3 3卷第 4期 Vo 1 - 3 3 No ． 4 建筑施工 B UI L D I N G C 0 N S T R U C T 1 0 N 超大 型 异形 钢 结构 安装 施 工技 术 C0 ns t r u c t i o n Te c hno l o g y f o r I ns t a l l a t i o n o f S t e e l St r uc t ur e wi t h Su pe r La r g e a nd Abn o r m a l Sp a c e ． 口 金伟峰 曹 辉 上海市机械施工有限公 司 2 0 0 0 7 2 【 摘 要】 针对上海东方体育中 心工程中超大、超重及异形钢结构施工难等一系列的问题，通过对工程中钢结构特点和难点 的研 究与分析 ，采取 了相应的安装施 工技术及措施 ，最终顺利地解决 了工程难题 ，达到 了设计要 求 ，保证 了工期 。 【 关键词】超大型 异形空间 钢结构安装 吊装技术 【 中图分类号】 T U 7 5 8 ． 1 l ／ 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 1 0 4 0 3 1 6 0 3 1 工程概况 上海东方体育中心是为上海举办 2 0 1 1 年世界游泳锦标 赛 而新建 ， 工程位于黄 浦江以东、 J j J 杨河以南 、 济阳路 以西 ， 总用地面积 3 4 ． 7 5 万 m z ， 投资约 2 0 亿人民币。 整个工程包括 综合体育馆、 游泳馆、 室外跳水池、 服务中心、 大平台及室外 大平台等单体 工程 图 1 。 2 结构概况 图 1 东方体育 中心效果 本工程结构高 4 3 m， 长 1 6 6 Ill ， 宽 1 7 2 m 。地下 1 层， 地 上 3层。主要由 1 O 榀跨 度达 1 5 m的管拱架组合而成 的结 构体系。工程中主要采用的钢管规格有 西8 1 3 m mx8 0 m m 、 b 8 1 3 m m X4 0 m m 、 西7 6 2 m mx4 0 m m等规格 。 本工程中钢架按 吊车起重性能分成 5 N 7 段 ， 由钢架柱、 钢架梁分段组成。其中钢架柱最重 1 4 8 t ， 钢架柱空间上为 一 头重脚轻的棱 台型 ； 钢架 梁最 重 6 8 t ， 钢架梁 空间上为 1 个倒三角管的桁架 图 2 。 图 2 综合体育馆三维轴测模 型 【 作者简介】 金伟峰 1 9 7 5 一 ， 男， 大专， 工程师。联系地址 上 海市闸北区洛川中路 7 0 1号 2 0 0 0 7 2 【 收稿日期】 2 0 1 1 - 0 3 1 2 3 1 6 3 工程特点及难点 1 结构空间大 ， 单榀构件超大超重 本工程钢结构平面尺寸大 ，钢结构投影范 围长 约 1 6 6 m 、 宽达 1 7 2 il l ， 结构高 4 3 m， 钢结构总量约 6 0 0 0 t 。大 量的钢结构 需要在较短的时间内完成 ， 对施工方案的选择带 来了很大的难度， 对总承包商的管理协调能力也提出了很高 的要求。 大体量的钢结构伴随的是超大超重的钢构件。根据初 步设计图纸计算， 最大的拱架质量在 4 ． 5 t 。1 7 2 m大跨无柱 钢拱架体系更是达到了 5 5 0 t以上的质量。因此面对超大超 重构件的吊装，选择何种的吊装方案来解决此项技术难题， 并确保施工质量的前提下完成施工任务是工程中的一个难 点。 2吊装异性钢架柱索具要求高 本 工程 中 2 0榀钢架柱要确保高 3 1 m 、长 2 5 m 、 宽 1 6 m ， 重达 1 4 8 t的异 型钢桁架 的安全 ， 存在 吊点布置难度 高和吊装重心难以确定等因素， 这使得吊耳的设置以及吊装 索具难以设计 。 3 大跨度拱架测量、 安装精度控制难 本工程 1 0榀拱架均采用管形结构组合而成的拱架系 统 ， 主要管柱和弦杆均有单向或双向倾斜， 由此对现场拼装 时的定位以及高空对接过程的安装精度 ，提出了很大的难 度。 4 钢结构施工平面部署要 求高 拱架系统的吊装基本采用整体吊装或者分段吊装， 由此 对拱架的拼装位置的布置难度非常大， 即要满足大型吊装设 备的允许吊装半径内拼装胎架的布置， 又要和土建、 幕墙、 机 电等相关单位进行协调， 以确保钢结构施工过程中对相关专 业的施工影响降低到最低。 4 钢结构安装方案 4 ／ 2 0 1 1 金伟峰、 曹 辉 超大型异形钢结构安装施工技术 第 4期 该工程是 我国 目前科学含量较高的工程 ， 其主结构采 用 了大跨度异型桁架 两侧环形桁架 B R B 耗能支撑组成 的 结构体系。包括主体钢桁架、 环形桁架、 劲性柱在内， 钢结构 净重总计约 6 0 0 0 t o 其异形钢桁架构件复杂多变， 桁架曲率 均以相切 圆为设计理念 。为使本 工程钢结构 吊装施工顺利 ， 以确保整个工程的按期竣工 ， 我们依照 “ 减 少高空焊接 ， 提 高 施工质量” 、 “ 加快施工进度 ， 降低高空施工安全隐患” 的施工 原则， 采用了“ 两侧布置大型履带吊先中间后两边逐次施工， 加支撑分段安装， 中间段跨内拼装 ， 整体提升， 塔吊补缺， 整 体卸载” 的施工方法。 5 临时支撑解决施工阶段结构稳定 1 钢架柱支撑稳定 单榀桁架 吊装施工后， 由于头重脚轻 ， 单独安装的钢架 柱必须安装侧向支撑。 待相邻两榀钢架间水平桁架安装完成 并形成空间稳定体系后，其余各榀钢架可不设置侧向支撑。 但安装过程中， 必须有辅机配合安装联系水平桁架形成侧向 稳 定。 图 3 钢架柱 临时支撑模 型 侧向稳定可取消的前提如图4所示。 联系 杆件安蓑完 成 一 一 一 豢 黩 蓑挂 图 4 钢架柱之 间联 系桁 架安装完毕 2 钢架梁支撑稳定 具体做法为 先在混凝土看台柱顶预先埋设钢埋件， 待 混凝土达到 1 0 0 ％ 度后 ， 再利用 6 0 9 m m支撑把混凝土看 台高差进行调平， 并利用 9 8 0 m mX 8 0 0 m mX 2 0 m mX4 0 m m 的箱梁组成一个底框 ， 次杆为[ 2 0双拼 ， 形成搁置 西6 0 9 m m 支撑转换承载钢平台， 最后在转换承重钢平台面上方便设置 格构支撑 ， 以解决桁架分段安装时支撑支点搁置的难题。 6 钢架柱 吊装 技术 1 吊装 索具 的设计 瓣 本工程吊装构件在最重、最大和最异性复杂的情况下 ， 要按照“ 3点确定一个面” 的原则来确定“ 3点吊” ， 但确保钢 架柱回直后如何满足安装精度是施工中关键技术。为此， 我 们设计了一侧选择固定钢丝绳， 剩余同侧采用一套走通滑轮 组的方法。这是利用滑轮组 内钢丝绳 可调 整长度的优 点 ， 以 解决钢架柱起拌时 3点受 力不 同步 ， 以及回直后利用滑轮组 自动寻找重心的问题， 从而提高安装精度并降低施工成本。 2 钢架柱的吊装 单榀钢架柱吊质量为 1 4 8 t ，结构最大安装标高 4 5 m 。 所以本工程采用了 6 0 0 t 履带吊和 4 0 0 t 履带吊各 1 台， 并 采用主臂超起工况 沿施 工的流水方向南北布置施工。同时 ， 因钢架柱为现场胎架拼装， 所以挤装完成后要由 l 台 1 5 0 t 履带 吊作 辅机拎 与拱架柱跟 部进行 起扳 ，直至 构件 回值后 1 5 0 t履带吊松钩， 最后由主机负责吊装到位。 7 拱架梁吊装技术 因本工程钢架梁均为变截面倒三角管桁架结构 ，其最 大构件质量约为 5 7 t 。所以， 吊装施工时要待钢架柱全部安 装完成后， 将履带吊改换成主副臂超起工况， 直接从胎架上 进行逐段吊装。 为了施工操作的方便被吊构件对接处应略低 另一侧 ， 要 先确保被 吊构件 对接处管 口吻合 ， 再考虑 另搁置 点管 口的位置标高 。 8拱架提 升技术 1 拼装胎架 本 工程 4榀钢 架梁利 用了在原结构底板 上设 置的拼装 胎架 ， 具体做法为 拼装胎架应按每榀钢架梁的安装位置的 投影面进行布置 ，胎架采用 B H 4 0 0 n l rl l x 3 0 0 m mX 1 2 m mX 1 4 m m工字钢， 约 1 0 m设置 l 组搁置支撑， 每 1 根支撑顶部 设置调节刀板 ， 以确保拼装钢架梁的几何尺寸 本工程设计 未要求预起拱 。 2 钢架 梁提升前加 固 这是在每 个上部提升桁 架上设置提升 支架 ，并 在其上 布置两个上部提升 吊点，在每个上部提升吊点布置 1台 1 0 0 t 油缸， 总共布置 4台 1 0 0 t油缸。如图 5所示 ， 对应的 两个下吊点设置在被提升桁架的两个上弦杆上，并要进行 西3 2 5 m mX 1 2 m m局部加 固处理 ， 如 图 6 、 图 7 所 示。 图 5钢 架梁拼 装 3 钢架梁提升 提升钢架自身须在结构的顶部安装提升设备， 运用钢绞 下转第 3 2 0页 3 1 7 第 4期 张耀明、 王 鹏 、 殷皓、 施燮森 异域佛塔弧形钢结构吊装及其裙房特色门窗装饰施工技术 图 3 钢构架施 工场景 型梁吊装时弯曲变形， 采用木方捆绑弧线型梁， 以增加梁的 刚度。 ⑤ 佛塔顶装饰钢架安装 全部 下 部 结构 安 装 完 成后 再 安 装 从标 高 1 3 ． 5 8 4 m N 2 1 ． 9 8 5 m处的佛塔顶装饰钢架。此钢架结构比较复杂， 采用 工厂拼装后运至工地， 整体吊装。 4 ． 4 具尼泊尔国家 民族特色装饰施工技术 尼泊尔馆裙房外墙的外立面为木雕装饰门窗， 在尼泊尔 国内制作运至现场拼装， 门窗全部由榫卯结构， 通过角铁或 者方管的副框和我方的钢结构主体连接， 门窗安装主要由尼 泊尔方人员完成 ， 我公司作配合工作。由于装饰木雕门窗的 材质十分坚硬 ， 对门窗洞口尺寸和预埋件位置精确度要求较 高。采取 了以下措施 1 j 为确保装饰木门窗顺利安装成功， 施工前我公司与 尼泊尔方设计人员反复协调、 商定了尼泊尔方硬木门窗的制 作误差和中方土建结构施工误差的具体要求。 2吊装装饰木雕门窗洞口钢构件时重点要求门窗洞 口结构尺寸小于双方制定的施工误差， 并保证横平竖直和兜 方。 3 尼泊尔的木 门窗运抵工地 时技术人 员主动复核 门 窗的尺寸， 如发现与洞口尺寸之间的误差偏大， 及时修改洞 口结构 。 5 实施效果 1 社会效益 尼泊尔馆是上海世博会的一个重要工程 项目， 展馆虽小 ， 但建筑造型优美， 结构复杂， 把它建造好不 仅是～项政治任 务 ， 同时也充分体现 了中国建筑的先进技术 和展示了我国工 程技术人员的聪明才智。 2 经济效益 通过技术创新， 采用工厂制作， 现场吊装 施工工艺来缩短结构施工工期。满足了业主和设计的要求， 且工艺简化， 节约 了尼泊尔馆的投资。 尼泊尔馆从 2 0 0 9年 1 O月开始挖土到 2 0 1 0 年 3 月底即 已全部完成钢结构的吊装和外装饰施工， 留给尼泊尔方足够 的布展 时间， 5 月 1日世博会尼泊尔馆按 期开馆 ，达到 了预 期的社会和经济效益。 上接第 3 1 “7 页 图 6 上部提 升支架加 固立 面 图 7 下部被提升 结构加 固立面 线与液压提升装置 ， 并采 用计算机控制将钢架粱一次性 提升 到位 图 8 。 图 8 钢架梁提升 4 钢架梁的提升变形控制 根据建模计算分析， 钢架梁与两侧的桁架结构在提升过 程中产生的变形比较大，我们运用计算软件进行分析验算， 结论是 两侧悬挑桁架结构变形值 2 8 ． 1 m m， 钢架梁的自重 挠度 7 ． 3 m m 。因而须预先加以控制，我们采取的相应措施 是 运用全站仪对每榀钢架梁的实际拼装尺寸与两侧的间距 尺寸进行测量， 由此精确地控制钢架梁提升间隙， 以确保钢 架梁正常提升到位。 9 结构整体卸载技术 卸载的方法 首先在施工阶段过程中按照施工方制定的 方案拆除外圈钢拱柱临时支撑， 拆除顺序“ 从中间往两侧逐 根拆除” ； 其次考虑到中圈支撑下部为混凝土立柱， 在卸载过 程中所承受荷载不宜过大， 所以在卸载时逐步“ 从外往里， 从 中间往两侧” 进行循环拆除 ， 使其荷载由支撑承受转换成结 构 自行承受。 1 0 结 语 本钢结构工程以超大型异形空间结构为研究对象， 针对 工程的施工工期紧， 结构重量分布不均匀， 精度要求高， 钢屋 架跨度很大的难题， 我们研究出了顺利解决上述难题的施工 技术及相关措施， 以期为类似结构的施工积累经验。