主题馆施工组织实施方案及总结

◎刘威

主题馆施工组织实施方案及总结

◎刘威

建筑物体型宠大、结构复杂、设计与施工周期要求较短，给钢结构施工单位提出了更高的技术要求。钢结构安装方法有很多种，如高空散装法、分块或者整体吊装法、滑移方法、整体提升法等，但其实质都是指结构的安装单元按照一定的顺序逐步就位并连接的过程。选择较好的安装方案，可以缩短工期，节约成本，保证质量。

2010年世博会的举办给上海的城市发展带来难得的机遇；该建筑物体型宠大、结构复杂、设计与施工周期要求较短，给钢结构施工单位提出了更高的技术要求。

钢结构安装方法有很多种，如高空散装法、分块或者整体吊装法、滑移方法、整体提升法等，但其实质都是指结构的安装单元按照一定的顺序逐步就位并连接的过程。选择较好的安装方案，可以缩短工期，节约成本，保证质量。

本文通过对主题馆钢结构施工方案选择及实施方法介绍、分析来叙述施工方法选择直接影响施工成本。

工程简述

世博主题馆钢结构工程主要布置在东展厅、西展厅和休息服务区，屋面以下为箱型柱、H型钢梁框架结构，屋盖为管桁架结构（其中西区为126米的大跨度拉索结构），总用钢结构量约17000吨。（图一）

实施方案选择

综合考虑：以下九方面因素；

①施工场地小；②交叉作业面广；③地下室施工周期长；④施工模拟计算多；⑤地下室施工影响；⑥多跨连续管桁架如何施工；⑦如何保证20轴柱施工过程中稳定性；⑧126m双索张拉精准难控制；⑨工期短（实际工期2.5月）。

选用如下施工方法（东、西区同时施工）：

屋面以下为框架柱梁结构，因此东区±0.00以下按土建移交顺序，分块采用50履带吊进行吊装，±0.00以上采用25、30汽车吊上楼面进行吊装（楼面局部进行加固）。西区屋面以下框架柱、梁采用吊装50履带吊进行吊装。

屋面管桁架施工方法：

西区先行，东区跟进，中间合拢…整个屋面施工程序

地面拼装，整榀吊装，高空张拉…西区屋面施工方法

累积滑移，整体就位…东区施工方法

因为屋面施工方法对整个钢结构的成本影响最大，因此以下重点介绍屋面管桁架施工方法。

2.1东区屋面管桁架施工

本工程由于受场地、工期限制，屋面钢结构必须与地下室砼同步进行。为保工期，土建从南往北分区移交施工作业面，钢框架施工也分区域从南往北进行，屋面从南往北累计滑移，屋面加工厂从北往南加工。

为尽量减少现场工作量，屋面桁架制作综合考虑运输、吊机额定起重性能、工期等因素，采取“工厂分8段制作，并进行预拼装，现场高空拼装成型，累计滑移到位。”

因此综合考虑各方面因素，选用（1台K50/50高60.9m臂长50米、1台M480 M25高51.9m臂长55米）两台塔吊进行屋面桁架分段高空拼装。

2.1.1方案叙述

在A～C轴、10～26轴区域搭设屋面高空拼装区域，充分利用A、C轴上已有结构框架柱梁作为拼装胎架的一部分，降低施工措施费用；物流通道设置在20～25、10～14轴间；屋面高空拼装及胎架安装选用施工机械为1台K50/50和1台M480 M25型固定式塔吊；滑移梁及60kg轨道由25t或30t汽车吊进行安装；分别设置10轴、15轴、20轴和25轴共四条滑道； 轨道梁设计为箱形截面梁，截面刚度大，翼缘承担集中荷载能力强；屋盖钢结构滑移的方向为A轴向W轴，此次将W轴-Y轴的悬挑部分附带一起滑移，在悬挑部分增加临时滑移措施（主要是撑杆及加固），一个拼装单元为东西向的两跨桁架及檩条，每次滑移一跨，滑移距离18m，总共滑移10次，累积滑移距离约174m。

连杆的作用是直接抵抗滑移时的摩擦力，以减少该水平力传递到桁架上，形成偏心荷载。

充分考虑原结构传力途径，25～26轴屋面端桁架在东区屋面滑移到位并卸载完毕后安装；10轴、25轴布设单台TJG-1000型液压爬行器，15、20轴布设2台TJG-1000（理由为中间推力大，且便于20轴过柱头）。

2.1.3.2施工模拟计算

采用ansys、SAP2000结构计算软件对整个施工过程进行施工模拟计算，通过计算计算结果指导现场施工，二者结果基本相同。（图2）

2.1.3.3施工措施

2.1.3.3.1爬行器和托梁连接

爬行器与滑移结构钢柱上柱采用铰结连接，耳板中心线距轨道上表面410mm。（图3）

2.1.3.3.2滑移连杆连接形式

设计时取摩擦系数为0.2，根据累积滑移取最不利状态，即最后一个滑移单元滑移时的总摩擦力最大，为0.2×2300T= 460T，按照1：2：2：1的关系分到四个轨道的拉杆上，设计时取分项系数为1.4，即轴线10、15、20、25间的滑移拉杆分担的荷载分别为77T、153T、153T、77T。按照此值进行受拉构件设计。

2.1.3.3.3卸载

由于整个屋面比原设计标高抬高26mm，因此屋面滑移到位后，需卸载26mm后才能达到设计标高，根据模拟仿真计算结果，最大支为反力为75t，实际采用2台50t液压千斤顶分2次卸载到位。卸载顺序按轴线（C轴至W轴），即每4个点同步卸载，分10次卸载到位。

2.2西区施工方案选择

2.2.2西区屋面方案确定

西区屋面安装成型分两大部分，第一部分主桁架高空成型；第二部分主桁架脱架，索张拉转化为设计状态。

2.2.2.1主桁架高空成型

主桁架地面分段组装，高空拼装张拉成型。西区9榀主桁架采用320吨履带吊地面拼装，并分3段高空吊装（第1段、第2段、第3段）到位，50t履带吊负责支撑胎架组安装；（图4）

2.2.2.2索张拉

2.2.2.2.1预应力施工前需要考虑因素。

（1）各榀同步张拉，还是单榀依次张拉

（2）檩条和支撑安装时机以及相邻张弦桁架索力的相互影响

（3）1轴支托对张弦桁架张拉的影响（本工程设计要求：施工时1/1轴支座滑动，而9轴支座固定），保证预应力张拉时，张弦桁架纵向能自由滑动，因此张拉前，应不安装1轴支托。待预应力张拉结束后，再安装张弦桁架1轴的支托。

（4）相连的普通钢桁架对张弦桁架张拉的影响

（5）东西区合拢段的安装

（6）索力均匀性

2.2.2.2.2桁架张拉顺序

由于安装檩条和支撑后再张拉，榀间拉索张拉存在相互影响，为尽量减小拉索张拉对檩条和支撑安装的影响，当某榀张拉时，该榀及其后续两榀之间的檩条和支撑须已安装，即当张拉C轴张弦桁架时，C、E、G轴张弦桁架之间的檩条和支撑已安装。

由于A和W轴普通桁架及其外的悬挑桁架，与张弦桁架的刚度差异较大，为避免其对张拉的影响，待张拉结束后再安装A～C，U～W的檩条和支撑。为便于安装A～C，U～W的檩条和支撑，可先将构件一端的插板与张弦桁架高强螺栓连接，然后将插板与构件焊接。

具体钢构件安装和拉索张拉的流水施工顺序如（图5）：

2.2.2.2.3拉索施工

拉索现场施工主要包括：拉索安装和张拉。根据总体结构安装方案，拉索施工穿插其中，流水施工。

1）拉索安装

2）拉索张拉时机

在张弦桁架主体（上弦桁架、撑杆、拉索）和张弦桁架两端横向连系桁架以及檩条和支撑安装完毕后进行张拉作业。

拉索张拉结束后，再最后拧紧和固定檩条和支撑两端的高强螺栓，安装1轴上的支托以及东西区的合拢段。

3）拉索张拉方法

①各榀张弦桁架依次张拉，一次张拉到位，局部调整。

②单榀张弦桁架下的两根拉索同步、两端张拉。

4）拉索张拉控制原则

拉索一次张拉时又细分为5级：0-＞25%-＞50%-＞75%-＞90%-＞100%，其中0-＞25%-＞50%-＞75%-＞90%以控制索力为主，而90%-＞100%则根据结构变形情况对索力进行调整，以控制变形为主。其中，边榀张弦桁架张拉时全程以控制扭转和侧向变形为主。

2.2.2.6施工状态和设计状态的对比

综上设计状态和施工状态分析的结果，对比见（图6）。

根据施工全过程分析结果，相对设计状态，结构成形后的施工状态的索力略小，张弦桁架跨中位移略大，1轴端部支座水平位移略大，张弦桁架的上部桁架的下弦杆的最大等效应力略大。这主要是由于预应力张拉时东、西区桁架分开，相对设计状态，施工状态下张弦桁架的刚度有所减小的原因。总体来说，施工状态与设计状态基本是一致的，差别较小。

为保证合拢段的顺利安装，可在9～15轴普通桁架拼装时，将其跨中起拱20mm。

3、施工方案对成本的影响

本工程在钢结构施工技术上充分利用了地下室顶板楼面和核心筒结构，这样既保证钢砼结构的施工又为钢结构安装提供大量作业面，同时也大大减少施工过程支撑数量及结构体系的不稳定性因素，确保了工期及经济效益。

节约费用主要有：吊机节约：特别是东区屋面施工通过合理分段将2台1000t＊m塔吊变为2台500t＊m塔吊，3个月节约费用约100万；东区屋面滑移动充分利用原有结构做为滑移梁，节约滑移梁约150t；东区吊机上地下室楼面施工，通过施工模拟验算，选用35t、25t汽车作为施工机械，跟选用50t履带吊上楼面施工相比，基本不需要对地下室楼面加固措施，节约措施费用约20万。

工期方面：由于选择东西区同时，节约工期约3个月。

纵上所述，从技术可行性、经济性、工期安排等各方面分析，本工程钢结构施工方案充分利用了场地条件，发挥流水搭接施工的优势，大大节约了钢结构阶段施工时间，为工程总进度的实现创造了最有利条件。

（作者单位：上海建工（江苏）钢结构有限公司）