多层多单体大跨度会展关键施工技术研究与应用

张明启 蒋 周 胡 毅 楚生生 郑值宇

(中冶(上海)钢结构科技有限公司,上海 200941)

1 工程概况

烟台八角湾国际会展中心项目，总建筑面积20.06万m2，其中地上15.08万m2，地下4.98万m2。整个项目由会展中心、综合文化活动中心及地下车库三部分组成。其中会展中心由A1/A3，A2/A4(地上2层，地下1层)，B1～B3(单层)五个展厅及主登录厅(地上3层)和次登录厅组成,展厅的柱间跨度均为66.7 m,长度96 m～120 m,整个展厅部分总长度约285 m,总宽度约340 m,高度30 m～49 m不等，整体呈“海浪·银贝”造型(见图1)。

展厅主体结构为钢框架结构，包括钢柱、楼层钢梁及楼层钢桁架；钢柱主要为箱型柱，钢梁主要为H型钢梁，钢柱共477根，其中352根钢柱由基础顶一直延伸到屋面桁架顶；楼层钢桁架主要分布在A1，A2展厅，绝对标高位置为27.500 m，为型钢平面组合桁架，楼层桁架柱间最大跨度24.4 m，最大重量33.9 t。展厅屋面为大跨度型钢平面桁架结构，包括柱间桁架、主桁架、次桁架、系杆及斜撑；展厅主桁架跨度均为66.7 m，最大重量约40 t，屋面桁架相对高度在30 m～49 m不等。整个会展中心5个展厅部分共计约4.5万t，材质均为Q355B。钢结构三维视图见图2，钢结构主桁架见图3。

2 项目重难点

本项目会展中心5个单体钢结构总量约4.5万t，体量大，项目主要采用钢框架+屋盖桁架结构，屋盖整体凹凸不平，呈云浪形，屋盖杆件节点标高各不相同，杆件达数万件，对钢结构的深化、加工及安装难度成几何倍数增加。因工期紧，所以本项目采用5个单体跨内同步施工，又因5个单体紧密相连，大型履带吊需进入跨内地下室顶板上部，在通过建模计算及施工模拟以保证结构安全的前提下，设计大型履带吊上楼板行走栈桥方案，完美解决跨内大型构件吊装的难点。同时，跨内占地面积小，在跨内要考虑楼层桁架、屋面桁架等构件的拼装以及其他钢梁等构件的堆放，减少跨内施工措施，采用无临时支撑整体安装技术。

3 施工总体方案

会展中心范围为A1～A4展厅、B1～B3展厅，其中A展厅设计有地下车库。展厅整体结构呈长方形分布，承重结构由钢柱、楼层钢桁架、钢梁、屋面钢桁架等组成；结构覆盖面积大，结构体系较为复杂，结构安装重量较重，安装高度高，安装难度大。根据上述情况分析，结合类似工程的施工经验，为保证项目工期，扩大安装作业面，针对本工程展厅地上结构安装方案采取“多层桁架综合安装法”：采用大型履带吊进入结构内，先安装纵向布置的承重柱框架系统，再由内至外节间综合安装楼层钢桁架、屋面桁架等；整个屋盖桁架均采用地面拼装成整体后进行单机吊装并采用无临时支撑胎架安装技术；为保证安装进度要求，方便多层桁架施工，A展厅多层桁架跨内布置两台260 t履带吊；B展厅为单层结构，跨内布置单台200 t履带吊，其他由汽车吊配合施工。

4 关键施工技术

4.1 大跨度桁架无临时支撑安装技术

本项目共计5个单体，每个单体桁架共计14榀，均为平面桁架，桁架高度4 m，如果采用常规的分段+临时支撑安装方案，将用到大量临时支撑胎架，因跨内同时需要吊机站位、桁架拼装及其临时构件堆场的场地，临时支撑胎架的设置会将整个跨度分成两块，占用大量的有效使用空间，无法保障施工的顺利进行。经过吊装计算分析，主桁架采用的无临时支撑胎架整榀吊装满足规范及设计要求。

桁架为平面桁架，为方便拼装，屋面平面桁架采用“卧拼”，大跨度吊装的前提是整榀桁架的“翻身”过程的刚度、强度及稳定性满足规范及设计要求，如“翻身”无法达到要求需要采用“立拼”或加强措施(见图4)。

大跨度桁架无临时支撑安装就位后，即达到设计状态，减少了对结构反复转换，不用像采用临时支撑施工方法，通过临时支撑卸载再达到最终设计状态，但需要注意加强施工过程的测量控制，在拼装时需要对结构预起拱，吊装前在桁架上下弦杆跨中及四等分点分别设置反光贴方便安装过程校正，桁架安装后要定期观测桁架上下弦杆反光贴坐标变化及钢柱和柱间桁架变形。A展厅为多层桁架结构，一台履带吊作为屋面桁架吊机，另外一台履带吊作为补档桁架之间次结构吊机，吊装校正临时固定后不能立即松钩，弦杆两端对接口安排焊工焊接并对其进行UT检测，因为双层桁架无法采用下部直接补档，需要采用另外一台履带吊作为补档吊机，安装桁架之间的次结构，以保证安装桁架的侧面稳定性，弦杆对接口焊接完成并探伤合格及补档不少于计算要求杆件数量后方可松钩；B展厅为单层桁架，屋面桁架采用大型履带吊安装校正临时固定后在两端口对接焊接，因屋面桁架下部无结构，可以在桁架下部采用汽车吊及时补档桁架之间的次结构，以保证结构侧面稳定，同样达到上述要求状态后方可松钩。桁架吊装及补档见图5，桁架测量控制点设置见图6。

4.2 多层桁架综合安装施工技术

A展厅整体结构呈长方形分布，承重结构由钢柱、楼层钢桁架、钢梁、屋面钢桁架等组成；结构覆盖面积大，结构体系较为复杂，结构安装重量较重，安装高度高，安装难度大。根据上述情况分析，结合类似工程的施工经验，为保证项目工期，扩大安装作业面，针对本工程展厅地上结构安装方案采取“多层桁架综合安装施工技术”：大型履带吊进入至结构内，先安装纵向布置的承重柱框架系统，再由内至外节间综合安装楼层钢桁架、屋面桁架，即二层楼层桁架与屋面桁架需要错位同步施工，二层楼层桁架比屋面桁架优先施工一个轴线结构，避免上下交叉作业。整个屋盖桁架均采用地面拼装成整体后采用无临时支撑胎架安装技术吊装；为保证安装进度要求，方便多层桁架施工，A展厅多层桁架跨内布置1台260 t履带吊和1台200 t履带吊，260 t履带吊作为桁架吊机，首先大型履带吊吊装楼层桁架，楼层桁架提前屋面桁架一个柱距，安装完楼层桁架的同时采用汽车吊及时补档楼层桁架之间的钢梁；履带吊安装完楼层桁架后即可安装对应屋面桁架，同样采用前条讲述的A展厅大跨度无临时支撑胎架安装技术进行安装外面桁架结构(见图7，图8)。

4.3 大型履带上地下室顶板上部施工技术

根据安装方案，A1，A2需要履带吊上楼面上部作业，而设计楼面结构不足以承载履带吊上楼面荷载，需要合理布置栈桥，将荷载分散传递，确保原设计结构安全。A区钢柱柱距为9.0 m，而履带吊轮距为7.2 m，需要设置转换钢梁，将上部荷载传递至下部混凝土柱上。A1展厅A1-3轴线～A1-4轴线和A1-8轴线～A1-9轴线各设置一组栈桥；A2展厅A2-3轴线～A2-4轴线和A2-8轴线～A2-9轴线各设置一组栈桥。栈桥长度方向做成9 m段标准节，可循环使用，但使用跨数至少保证拼装位置与吊装位置走动的长度。行走栈桥纵向钢梁采用3根三拼HW 500×485×15×25组拼在一起，使其宽度略大于履带吊履带宽度，以便行走；栈桥横梁与埋件之间需要根据横梁计算挠度设置垫高钢板，防止横梁与混凝土楼板直接接触，对混凝土结构产生破坏。行走栈桥使用的钢材规格需要根据最不利状态下使用工况计算确定，为防止对混凝土结构破坏，需要对混凝土结构验算，所有计算结果需要报设计院审核确认。该大型履带吊使用前，需要对司机和起重指挥做专项技术交底，使其充分了解施工过程的各项注意事项(见图9～图11)，本项目行走栈桥材料清单及说明见表1。

表1 本项目行走栈桥材料清单及说明

5 结语

该项目大跨度桁架无临时支撑安装技术、多层桁架综合安装技术、大型履带吊进入地下室顶板上部施工关键技术成功解决了多层多单体大跨度会展钢结构施工过程中面临的各项主要问题，利用该类施工技术顺利完成了项目施工进度要求，保证了现场施工质量、安全，取得了预期的社会效益和经济效益，通过本项目的关键技术研究与应用总结，有助于为今后类似项目施工提供经验和借鉴。