复杂空间异形管桁架体系的施工

马志春

上海国际建设总承包有限公司 上海 200092

1 工程概况

背景工程位于上海黄浦江畔，占地3.94×105m2，包括综合体育馆、游泳馆、室外跳水池、新闻服务中心及相关配套设施。综合体育馆总建筑面积77 000 m2，游泳馆总建筑面积48 560 m2，综合馆采用类似两铰框架原理，体育馆的结构采用大跨度的拱结构（图1）。

图1 工程整体效果图

2 施工技术路线

本工程构件超大、超重，钢架柱为不规则的结构体系，为减少高空焊接、提高施工质量、加快施工进度、降低高空施工安全隐患，设计采用“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”的技术路线[1]。

3 钢架柱吊装施工关键技术

1）钢架柱防倾倒措施。单榀钢架柱吊装到位时，由于重心偏上，且单榀结构为不稳定结构体系，因此钢架柱必须安装侧向防倾倒支撑，并将相邻2榀钢架柱之间的水平桁架组合形成整体，使其结构由不稳定体系改变成稳定体系（图2）。

图2 钢架柱加固示意

2）倒锥巨柱的吊装。考虑单榀倒锥巨柱吊装质量约150 t，结构高度45 m。本工程按吊装先后顺序对吊装设备进行合理化布置，根据施工方案的流程，依次对组装平台上的倒锥巨柱进行脱胎，倒锥巨柱分别由2台大型履带吊采用配重工况负责吊装到位（图3）。

3）钢桁架吊装工艺。钢桁架均为变截面倒三角管桁架结构，最大构件质量约57 t，待钢架柱全部安装完成后，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于另一侧，先确保被吊构件对接处管口吻合，再考虑另一侧搁置点管口的位置标高（图4）。

图3 钢架柱吊装

图4 钢桁架吊装

图5 卸载前上支点处理示意

4）钢桁架提升工艺。本工程需要提升的钢结构钢桁架为跨中4榀，单榀钢桁架最大高度为6.6 m，最长为38 m，最大质量约为68 t。钢桁架以钢管为主要构件，分为上下主弦杆及连杆，其拼装位置设置在钢桁架平面投影位置，并采用在已安装好的钢桁架顶部设置1套提升反力架，靠近反力架支点处设置，单侧最大提升能力在1 000 kN以上，提升采用4台1 000 kN穿心式千斤顶，分别布置在钢桁架的两端，每端各设2 台。由于钢桁架提升到位后不设嵌补段，允许安装误差仅有1 cm，为了使桁架可以顺利对接，需要严格做到以下几点：

（1）需要建模计算桁架梁提升过程中的应力变化，特别是要计算桁架在提升过程中产生的挠度及两侧桁架柱的变形，并对计算结果进行分析，应用到施工中去；

（2）钢桁架要在厂里进行预拼装，不光是钢桁架之间要预拼装，钢桁架与钢架柱的对接也需要预拼装，以保证加工质量；

（3）由于被提升桁架的拼装位置位于桁架安装的投影位置，必须利用全站仪对钢桁架的相对尺寸、几何尺寸及进档间距等进行精确测量，可以为钢桁架顺利对接施工做好准备；

（4）桁架最大跨度38 m，两头各只有1 cm的焊接留量，为了保证桁架梁的顺利对接，必须保证两端的4台千斤顶在提升过程中的同步性，禁止倾斜进档卡死。

4 结构整体卸载选择及原则

为选择合理的卸载顺序，将支撑内力安全快速地传递给永久结构，并保证结构在卸载过程中的变形合理、强度安全，对支撑系统卸载拆除过程进行了全过程计算机仿真模拟，对支撑进行了反力和稳定性验算，并在卸载的同时对整体钢结构进行变形验算和内力验算[2]。

卸载前，在支撑顶部刀板处预先开设卸载门洞，作为之后卸载割除部位[3]。割除要求如图5所示。

卸载时，首先在施工阶段过程中按照施工方案拆除外圈立柱的临时支撑，拆除顺序为从中间往两侧逐根拆除。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[4]，如图6所示。

图6 支撑卸载顺序

5 结语

随着物质文化的不断提高，广大群众对审美要求也不断提高，设计师更是走在建筑领域最前端，为符合大众的审美要求，向着大、新、奇的设计理念发展，而钢结构能更好地展现出设计师所需要表达的效果；本钢结构工程采用复杂空间异形管桁架结构形式，面对工程施工工期紧、结构质量分布不均匀、安装精度要求高、钢屋架跨度较大等难点，针对性地采取了多种新工艺、新方法，很好地解决了工程中所遇到的困难，可供相关工程借鉴[5,6]。