上海世博会西班牙国家馆钢结构工程施工关键技术

方敏勇 曹玉林 袁自立 吴 博 林海军

一、工程概况

2010年上海世博会西班牙国家展馆方案是将一个空间分割成和以往的四方盒子形不同的篮子的形状，建筑外立面酷似手工编织的篮子。展馆俯瞰就像一个形状独特的篮子，钢梁相交形成“篮子”状外墙覆盖柳条。

二、工程结构特点和难点

2010世博会西班牙馆建筑立面呈现出柳条编织的篮子形状，形态较复杂，存在多片水平和竖向的空间扭转曲面 （图3），结构形式采用与立面形态相适应的空间桁架结构。空间桁架结构竖向及水平向构件沿建筑立面在不同部位发生扭曲，以与空间扭转曲面相适应。主体钢结构结构竖向和水平构件的分段连接节点采用高强螺栓法兰连接的方式，以在保证连接强度的同时便于将来的拆卸。

图1 2010年上海世博会西班牙国家馆效果图

图2 2010年上海世博会西班牙国家馆主体钢结构

1.为可拆卸结构，钢管杆件分段连接处采用法兰螺栓连接，造成穿孔率要求高。

2.为了满足建筑造型，单根钢管多曲率弯弧。

3.水平系杆与立柱为半相贯，形成弯管偏心半相贯节点，加工难度大。

4.扭曲的平面及立面造型形成特殊的内部结构，楼梯梁多为双曲的箱形构件。

图3 立面结构示意图

图4 弯弧构件示意图

图5 弯管偏心半相贯节点

三、主体结构加工制作

1.钢管多曲率弯弧

弧形圆管主要为Φ152×6～Φ300×20，钢管弯曲加工成型采取机械冷弯成型方法。由于同根钢管多曲率，且曲率不一样，我们通过对曲率转换点的控制及木胎膜的复测技术有效的保证了多曲率钢管的弯弧精度。

2.弯管偏心半相贯节点

围护钢结构的竖向杆件与水平连杆的节点。竖向杆件为主要受力构件，且尺寸大于水平杆件，因此竖向杆件连续贯通，水平杆件与之半相贯焊接，如图7所示。

图6 钢管多曲率弯弧

图7 弯管偏心半相贯节点

弯管的偏心相贯线是先割后弯，还是先弯后割？如采用先割后弯，则钢管的相贯线在弯管时将产生较大变形；而如果采用先弯后割，弯管的问题解决了，但国内现有的设备又无法对弯管进行半相贯切割。经过公司技术人员的技术攻关及多次对比试验后，以下方法取得了不错的效果：弯管偏心半相贯节点采用六维相贯面数控切割机间歇式的先割除大部分，确定相贯面轨迹，然后煨弯，煨弯检验合格后切除剩余小部分连接部。为解决半相贯节点的数控切割，公司还为此升级开发了专用切割软件。

3.法兰盘节点

工程为世博会外国自建馆，为便于上海世博会结束后业主单位将结构构件拆卸运回本国异地重建，圆钢管在长度方向采用法兰盘拼接。为保证法兰盘现场安装需要，我们将立面桁架的下柱上法兰厂内焊接，上柱下法兰现场焊接；水平系杆左端法兰工厂内焊接，右端法兰现场焊接。

4.双曲箱型构件加工

弧形楼梯的楼梯梁采用箱型构件，双曲箱形梁的加工也是本工程的难点之一，首先应根据箱

图8 半相贯节点切割后的效果

图9 法兰盘节点

型梁的弧度及投影线线制作胎架，胎架模板上口水平度与理论尺寸的公差控制在1mm以内，然后根据构件钢板与胎架的密贴程度及底脚线来控制钢板的定位精度。最后进行构件的焊接，构件焊接完成后吊上原胎架进行复位，如有变形进行火工校正，使之与胎架面吻合。双曲箱形梁加工好后散件运输至现场进行安装。

图10 双曲楼梯示意图

图11 双曲楼梯梁

四、主体结构施工安装

由于运输尺寸的限制，本工程竖向桁架柱等为单片平面桁架运至现场进行安装，由于花篮桁架基本上都为多曲率弯管，且为闭合的圆圈形状，现场安装质量的精度控制将直接影响到整个结构的合拢。根据现场的具体施工条件并结合本公司以往用于其它类似大型钢结构的实际施工经验，我们采用了以下方案来完成整个结构的安装。

1.竖向桁架柱的吊装

办公区和展厅1区外围立面由倒L型平面桁架组成，采取分两段吊装就位，首先进行下层单片桁架的吊装，为定位方便，在桁架柱柱脚根部预先焊接定位固定件，将桁架柱插入固定件内确保构件吊装准确无误，再进行柱脚与预埋件的焊接。同时在外侧桁架柱下部应架设千斤顶，控制桁架柱不出现侧斜。单片桁架安装时同步进行水平系杆的安装。下层单片桁架及水平系杆安装完成后进行上层桁架的安装，上层桁架安装时在悬挑桁架投影下搭设钢管支撑，与下层钢柱采用法兰盘高强螺栓连接。

图12 倒L型桁架示意图

图13 柱脚定位示意图

展厅2、展厅3区及入口外围立面由S型平面桁架组成，采取分三段吊装就位，采取自下而上递进、由外向内合拢的安装方法，在下段桁架形成稳定的闭合圈后才进行上圈桁架的安装。因S型单片桁架悬挑段较长，安装就位时，悬挑侧需搭设脚手架支撑，另外两侧拉设缆风进行固定。

图14 S型桁架示意图

2.楼面及屋面钢梁安装

楼面及屋面钢梁与竖向桁架柱的连接大部分采用销轴连接，而钢梁基本为弧形不对称结构，这给钢梁的吊装对位带来较大的难度，钢梁吊装时保持钢梁的上下方向及水平方向，就位时及时夹好连接板，然后再用普通螺栓临时连接测量校正无误后进行销轴连接。

五、结 语

本工程出现了钢管多曲率弯弧、弯管偏心半相贯节点及全法兰连接等国内少有的加工及安装难题，但通过工厂加工及现场安装的共同努力，各部位构件加工及安装无误，达到了国外设计师所需的建筑及结构要求，并一次性通过了钢结构主体结构验收及上海市金钢奖评选，得到业主、监理及相关单位的一致肯定，以事实证明上述关键技术的成功。

[1]陈绍蕃.钢结构设计原理.中国建筑工业出版社.1998.第二版.

[2]侯兆欣，张海军，季小莲等.新加坡MEGA会展中心大跨度钢结构施工技术.施工技术，2000，VOL.29，NO.9，PP15-17.

[3]吴欣之等.国家大剧院壳体钢结构安装施工技术.第四届全国现代结构工程学术研讨会论文集.