大空間圓形建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)探討

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        摘要：大型鋼結(jié)構(gòu)公共建筑日益走入到現(xiàn)代人的生活中，本文針對于大空間建筑鋼結(jié)構(gòu)的安裝技術(shù)做了一些探討。 

　　關(guān)鍵詞：大空間圓形建筑 鋼結(jié)構(gòu)安裝 技術(shù)  　　  　　概述：  　　近年，某些大型公共建筑采用了圓形或橢圓形的建筑造型，并謀求大空間以滿足各種功能的需要，如中國國家大劇院、上海鐵路南站主站屋等。雖然上述工程采用的結(jié)構(gòu)形式各不相同，但無一例外的采用了鋼結(jié)構(gòu)。而在鋼結(jié)構(gòu)安裝階段，其內(nèi)部均無法提供施工作業(yè)的場地和空間，其外部施工的條件又有種種限制，故在實(shí)施鋼結(jié)構(gòu)安裝時采用了迥然不同的技術(shù)路線：中國國家大劇院采用在四周分設(shè)固定或行走式起重機(jī)進(jìn)行綜合安裝；上海鐵路南站采用可旋轉(zhuǎn)的大跨度龍門起重機(jī)進(jìn)行全區(qū)域覆蓋安裝。  　　一、中國國家大劇院  　　（一）工程概況  　　國家大劇院是回家重點(diǎn)文化設(shè)施，工程位于北京人民大會堂西側(cè)、長安街南面，占地面積約20萬平方米，總建筑面積15萬平方米。該工程中心建筑為一超級橢圓形半球殼體，殼體四周環(huán)繞巨大水池，使殼體猶如橢圓形珍珠半浮于水面。殼體長軸為212.20m，短軸為143 64m，半豎軸為46.285m，其內(nèi)部容納了歌劇院、戲劇院、音樂廳3個獨(dú)立的太型建筑，殼體是一個獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，與其內(nèi)的建筑沒有結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。主體建筑下部為三層地下建筑。  　　（二）結(jié)構(gòu)概況  　　殼體系全鋼結(jié)構(gòu)，由中心環(huán)梁、粱架、斜攆和環(huán)向連扦等結(jié)構(gòu)件組成，通過節(jié)點(diǎn)蓮接，并同殼體座落的鋼筋混凝t環(huán)粱連接固定，形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系。殼體鋼結(jié)構(gòu)總重約6750t，按殼體投影面積計(jì)用鋼量280Kg/m2：按殼體表面積計(jì)用鋼量193Kg/m2。  　　二、殼體安裝施工與技術(shù)  　?。ㄒ唬┦┕た傮w技術(shù)路線  　　采用構(gòu)件分段、多道支撐，4條作業(yè)線對稱綜合安裝。郎將構(gòu)件在工廠分段制作后運(yùn)輸至現(xiàn)場，組臺成吊裝單元，東、西、南、北各設(shè)一條作業(yè)線，接中心對稱的施工順序，先中心環(huán)粱，后粱架，再環(huán)向桿件進(jìn)行逐什節(jié)間安裝。安裝前，根據(jù)控制結(jié)構(gòu)變形，確保安裝精度的原則，設(shè)置可調(diào)節(jié)的臨時支撐系統(tǒng)，作為各構(gòu)件支承和施工階段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的依托。待結(jié)構(gòu)形成整體，完成全部節(jié)點(diǎn)連接后，再根據(jù)變形協(xié)調(diào)，卸載均衡的原則，按一定順序拆除臨時支撐，完成整個鋼殼體的安裝。  　?。ǘ┦┕げ渴?nbsp; 　　1.施工總平面布置。施工總平面布置是以殼體為中心，分三3區(qū)域進(jìn)行安排。南、北兩塊分別設(shè)構(gòu)件拼裝區(qū)，其中北塊設(shè)，東、西二塊拼裝地，南塊設(shè)東、西、中三塊拼裝地。中間為吊裝區(qū)，在吊裝區(qū)和拼裝區(qū)周邊地區(qū)?；?7.000m標(biāo)高處設(shè)置施工通道。  　　2.吊裝區(qū)域劃分。吊裝區(qū)域以中心環(huán)梁為中心、以殼體斜撐區(qū)為分界，劃分為中心環(huán)粱、四個粱裂節(jié)間等5個吊裝作業(yè)區(qū)。  　　3.主要吊裝機(jī)械選用。根據(jù)施工方案和吊裝區(qū)域劃分，選用4臺大型起重機(jī)跨外進(jìn)行殼悻結(jié)構(gòu)安裝。具體安排如下：  　?。?）一臺CC2800(600t)履帶起重機(jī)先選用超起工況，接60m主臂、84m副臂，定位北面進(jìn)行中心環(huán)粱吊裝。然后選用常規(guī)工況，接60m主臂、84rn副臂，在北面進(jìn)行第二、三、四區(qū)的上段梁架節(jié)間吊裝。  　?。?）兩臺M440D(600Im)塔式起重機(jī)接55m起重臂，位于殼體東西兩側(cè)行走，進(jìn)入到第二、三、四作業(yè)區(qū)中、下段梁架節(jié)間及柱靴吊裝。  　　（3）一臺SK560(609tm)塔機(jī)定位于殼體南面，接50.8m起重臂，進(jìn)行第五作業(yè)區(qū)的吊裝。  　?。ㄈ┦┕ぜ夹g(shù)  　　1. 殼體預(yù)變形。由于結(jié)構(gòu)分布相對于短軸對稱、長軸不對稱，結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與幾何中心不重合，因而殼體在結(jié)構(gòu)自重作用下Z向(豎向)143mm、X向83mm Y向20mm，與殼體結(jié)構(gòu)分布狀況對應(yīng)，殼體頂部向南變形83 mm。殼體在所有恒載作用下Z向191mm、X向98mm、Y向32mm，與殼體結(jié)構(gòu)分布狀況對應(yīng)，殼體頂部向南變形98mm。為減少殼體自重產(chǎn)生的變形影響須采取如下預(yù)變形方案在保持環(huán)粱及粱架平面狀態(tài)不變的前提下，僅對上段梁架在豎向平面內(nèi)做豎向預(yù)變形，變形平均為170mm。另外通過對粱架t段屋面支座作適當(dāng)調(diào)整，解決徑向變形和局部豎向的微調(diào)。  　　2.殼體姑構(gòu)件吊裝工藝。頂環(huán)粱架系結(jié)構(gòu)包括梁架、水平連桿、斜撐，采用分段綜合吊裝，由于梁架細(xì)長、側(cè)向剛度差，采用如下工藝吊裝：1)臺理分段，減小構(gòu)件長度；2)利用懸掛腳手側(cè)向加固，增加構(gòu)件剛度；3)合理選擇吊點(diǎn)吊具，減少構(gòu)件吊裝附加荷載。  　　二、上海鐵路南站主站屋  　　上海鐵路南站是地處上海中心城區(qū)南隅的重要交通樞紐。其主站屋屋蓋鋼結(jié)構(gòu)系直徑達(dá)275m的圓形建筑，中部微隆，四周上翹，狀若覆碟。屋頂標(biāo)高約42m，總投影面積近6萬平方米。南北均設(shè)有下沉式廣場，并有設(shè)備和東西旅客通道等4條地下通道與主站層相連。主站屋中間7.500m標(biāo)高平臺為候車區(qū)及檢票通道，四周9.900m標(biāo)高平臺用作售票和商場等，并和周邊的環(huán)形車道相連。  　　主站屋屋蓋鋼結(jié)構(gòu)是由中部內(nèi)壓環(huán)、徑向布置的18根異形變截面分叉大梁、環(huán)向檁條和斜交預(yù)應(yīng)力抗扭鋼棒等組成的圓碟形空間結(jié)構(gòu)，由18根內(nèi)鋼柱和36根外鋼柱支承于9.900m標(biāo)高的混凝土平臺上。主體鋼結(jié)構(gòu)總重逾6 000t。  　　主站屋屋蓋鋼結(jié)構(gòu)安裝時，南北廣場已經(jīng)或正在施工，而東側(cè)輕軌明珠線站廳的建造也在抓緊進(jìn)行，除西側(cè)外無場地可利用。鋼屋蓋覆蓋范圍以下的縱橫地下通道絕大部分已完成，7.500m標(biāo)高和9.900m標(biāo)高混凝土平臺基本建成，特別是在鋼結(jié)構(gòu)安裝期間穿越主站屋的滬杭線列車仍須正常運(yùn)行。  　　由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，不具備起重機(jī)械沿周邊開行安裝的條件，而起重機(jī)械又無法進(jìn)入結(jié)構(gòu)跨內(nèi)進(jìn)行安裝施工，因此常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)安裝方法難以實(shí)施。同時18根分叉主梁單根重達(dá)200余t，起重作業(yè)半徑大，現(xiàn)成的大型起重機(jī)械亦難以勝任本工程的鋼結(jié)構(gòu)安裝。根據(jù)本工程鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和對周邊施工環(huán)境的分析，在多方案比較的基礎(chǔ)上，提出了“600t履帶起重機(jī)定點(diǎn)就位，123m跨度旋轉(zhuǎn)龍門起重機(jī)綜合安裝，600t•m中心塔吊輔助吊裝”的施工技術(shù)路線。  　　  　　參考文獻(xiàn)：  　　[1]吳欣之，陳曉明，楊� 上海鐵路南站超大直徑鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝技術(shù)-建筑施工2005,27(6)  　　[2]王文軍 超長大體積圓形環(huán)梁施工裂縫控制技術(shù)-科技風(fēng)2009,(15)