花瓣式构筑物钢结构工程施工技术实践

王树新

（作者单位：中国水利水电第十一工程局有限公司）

一、项目概况

月季园工程位于南阳市城乡一体化示范区东环路与月季大道（原李高路）交叉口，规划总面积约1456.95亩，分为3个区域，东区约657.04亩，西区约493.03亩，北区约273.08亩。

湖心构筑物位于东园区中央大湖五洲花岛上，为打造的一个能够统领东园的标志构筑物。构筑物由五个单元前后交错排列组成月季花瓣，象征世界五大洲月季文化汇聚南阳，标志南阳月季文化形象，里面纹理采用圆形渐变彩釉玻璃单元组合，形成朦胧的艺术效果；底层彩釉玻璃印有月季科普知识，游人可通过半圆形洞口进入其中饱览世界月季文化，建筑高度18m。

构筑物效果图

二、现场安装方案

1.安装总体思路

湖心构筑物月季大舞台钢构件均为弯扭构件，弯扭幅度较大，构件无法整件制作及运输，结合结构特点，采用现场搭设临时支撑，分段吊装的方式施工。支撑胎架为格构式标准支撑架，根据分段点位置提前搭设好支撑，首先将主构件分段安装就位，并通过胎架顶部工装精调，保证安装精度，然后依次安装次构件。构筑物共分为五个单体，首先安装5号构筑物，其次安装4号和3号构筑物，最后安装1号和2号构筑物。

构筑物结构轴测图

2.现场施工工艺流程

湖心构筑物现场施工工艺流程图

3.临时支撑胎架设计参数

根据本工程安装方案将使用临时支撑胎架作为构筑物弯扭构件现场安装的临时措施，保证现场安装质量。采用四肢格构式胎架，主肢采用φ140*6圆管，腹杆采用φ60*3圆管，胎架顶部转换横梁采用2根HN446*199*8*12热轧H型钢的组合梁，转换梁上竖向支撑采用HW200*200*8*12热轧H型钢。以2m高为一个标准节，现场根据实际搭设高度使用不同数量标准节，顶部采用H型钢作为工装，根据实际测量结果切割相应长度，顶紧安装构件。

4.预埋件施工方案

（1）首先根据原始轴线控制点及标高控制点对现场进行轴线和标高控制点的加密，然后根据控制线测放出的轴线再测放出每一个埋件的中心十字交叉线和至少两个标高控制点。

（2）地脚螺栓固定架的设计、制作。并在基础钢筋绑扎完，基础钢筋未绑扎前，对其定位及临时固定。箱型柱脚预埋锚栓支架采用12厚钢板作为主要材料，支架全部在工厂进行加工制作。支架根据锚栓布置预先钻孔。

（3）绑扎基础钢筋后，对预埋螺栓进行校正定位，合格后浇注混凝土，整个固定架在钢筋绑扎之前进行埋设，固定完成后，土建再进行绑扎，绑扎钢筋时不得随意移动固定架及地脚螺栓。

（4）浇灌基础混凝土时，用两台经纬仪监测，发现偏差，及时校正，混凝土进行浇灌前，螺纹上要涂黄油并包上油纸，外面再装上套管。对已安装就位弯曲变形的预埋锚栓，严禁碰撞和损坏，钢柱安装前要将螺纹清理干净，确保钢柱就位。

三、工程重难点分析及解决措施

1.钢结构深化设计难点及解决措施

为实现建筑设计效果，月季大舞台构筑物的钢构件全部为异形空间弯扭构件。常规的深化软件对于复杂工程结构，特别是空间异形结构的深化设计，均有一定的局限性。深化设计时如何在充分考虑结构设计意图和受力特点以及施工安装工艺的要求的基础上，把设计图转变为可供工厂加工制作的详图，是本工程深化设计的重难点。

通过类似工程项目，积累了丰富的弯扭构件设计制作及安装经验，总结了一套成熟的弯扭构件深化方法。采用3D3S软件以及针对性的CAD二次开发深化软件进行弯扭构件深化，其特点在于针对性强，具有高度的准确性，同时能大大提高深化设计效率。

大体的深化步骤分为以下几步：

（1）空间曲线的拟合：根据设计给出曲面控制点的三维坐标自动拟合成样条曲线、在节点处分段、标记节点外法线向量。

（2）实体模型的建立：可以有选择性地自动生成“弯扭构件”和“非弯扭构件”，根据预先定义的线模型图层（以截面规格表示）或输入截面参数，选择构件类型后自动对所选择的线模型生成实体模型。

（3）构件、节点参数化装配：按设计要求、制作工艺自动生成节点、装配节点。考虑运输条件的限制、现场安装分段的要求，根据输入参数自动分段，确定节点域牛腿长度。

（4）定义构件单元或预拼装（吊装）单元：依据现场施工顺序、吊装分块及设计编号规则对构件或节点进行编号，并可定义预拼装或吊装单元，给出指导现场拼装或吊装的三维坐标系，并反映在深化设计图纸中。

（5）构件、节点的编号与加工详图的绘制：实现构件、节点自动编号，弯扭构件板件展开图，构件各板件下料放样图，材料表统计，关键点定位坐标等。

（6）出具深化设计详图弯扭构件详图主要分为两部部分：弯扭构件详图（含相对坐标、世界坐标）、弯扭板件展开放样图。

①弯扭构件详图

针对本工程弯扭构件详图表达，可采用工厂加工制作坐标系（相对坐标）和现场安装坐标系（世界坐标）来表达构件的空间定位，弯扭构件详图主要表达出：构件材料表、构件工厂拼装定位坐标、构件现场高空定位坐标以及焊缝等技术要求。

②弯扭板件展开放样图

3D3S空间钢结构设计软件可实现自动化绘制深化设计详图，对箱型弯扭本体板件进行展开放样，并且自动生成板件展开放样前、板件展开放样后坐标，解决弯扭板件空间与平面位置的转换，弯扭板件展开放样图主要表达出：板件下料图、板件弯扭成形加工定位坐标以及加劲板定位。

2.空间弯扭构件加工制作难点及解决措施

工程采用空间造型，构件截面为箱型，为了形成空间曲面，构件需要弯扭，弯扭构件制作时的钢材浪费率相对常规构件较高，原材投入成本较常规构件高。弯扭构件在工厂进行组装时需采用拼装胎架措施，利用型钢及钢板等搭设，构件相似却均不同，需根据每根构件特征搭设不同的拼装胎架，措施投入量大。弯扭构件的制作分段确定、工艺路线的选择、弯扭板的加工方法、焊接顺序及测量方案的选定是本工程钢结构加工的最大难题。

吊装单元内主方向板件通长下料，减少焊缝数量，减小焊接变形影响。主构件制作时带一段次构件牛腿段，现场拼装全部为平对接口。组成箱型截面的四块钢板分别在胎架上精确弯折和校正成设计位形。拼装采用L形胎架定位，翼板腹板都通过胎架找形。

3.现场安装难点及解决措施

月季大舞台构筑物钢构件均为弯扭构件，弯扭幅度较大，构件无法整件制作及运输，需做分段处理。构件在现场需分段吊装就位，弯扭构件的安装难度大，分段点处的对接精度控制要求高，汽车吊需长时间保持吊装状态直至构件对接精度满足要求且固定好后方能松钩，因此弯扭构件的现场安装效率低下，机械台班数高。现场构件安装均为高空作业，安全风险大。构筑物共有5个花瓣组成，花瓣分层布置，每个花瓣的构件组成均不同且空间交错，安装顺序决定安装效率。因此制定合理可行的安装方法、安装顺序、临时措施及安全防护措施是构筑物安装的重难点。

结合结构特点，采用现场搭设临时支撑，汽车吊分段吊装的方式施工。支撑胎架为格构式标准支撑架，根据分段点位置提前搭设好支撑，首先将主构件分段安装就位，并通过胎架顶部工装精调，保证安装精度，然后依次安装次构件。构筑物共分为五个单体，首先安装5号构筑物，其次安装4号和3号构筑物，最后安装1号和2号构筑物。

临时支撑架采用四肢格构式胎架，主肢、腹杆采用圆管，胎架顶部转换横梁采用2根热轧H型钢的组合梁，转换梁上竖向支撑采用热轧H型钢。以2m高为一个标准节，现场根据实际搭设高度使用不同数量标准节，顶部采用H型钢作为工装，根据实际测量结果切割相应长度，顶紧安装构件。