太重企展厅穹顶钢结构的施工及管理

陈安龙

中化二建集团基础设施工程公司 山西太原 030000

2015—2016 年，中化二建集团基础设施工程公司承建了太重轨道交通实验室项目，该项目位于太原市太重轨道园区，施工区域为厂区的东南角预留场地。图1 为采用Tekla Structure 软件创建的项目结构整体图。

图1 项目结构整体图

项目整体分为三部分：实验区、企展厅、广场。企展厅位于该项目的核心部位。基础为混凝土环梁基础，上部主体结构采用半球肋形穹顶钢架结构[1]，主钢架为热轧H 型钢，12 个轴（30°均分），跨度36m，属于超过一定规模的危险性较大工程。材质为Q235B,单榀主钢架约为6t，建筑高度+18.31m，工程量约180t。整体结构以高强度螺栓紧固连接为主。建筑面积约1050m2，外围结构采用方管网格结构形式，矩形方管檩条依附于球面结构上焊接固定。檩条按地球仪经纬线方式布置，横向檩条共计23 层，纵向檩条72 道。23 层横向檩条为同心圆环（不同半径），72 道纵向檩条按5°均布（相同圆半径），外附钛锌板及玻璃幕墙围护。

本工程存在以下难点：工期紧；无施工案例可参照；施工场地狭小，可利用空地少，存在与土建争场地的问题，且仅有一个大门允许出入；土建砼结构与钢结构出现交叉施工情况；周边有绿化树木及草坪需要保护。

1 技术管理部分

1.1 采用tekla Structures 创建项目模型

1.1.1 创建钢结构的tekla 模型

要求施工方提供企展厅钢结构的tekla 模型。

（1）施工方依据企展厅钢结构图纸创建，采用tekla Structures14.0 创建模型，并制作详图主结构(GJ- x) 10 张，零件图11 张；

（2）创建矩形轴线，后旋转复制得到12 根同心轴线；

（3）导入钢构CAD 图，描图；

（4）绘制一榀主钢架，旋转复制得到6 榀。

1.1.2 创建2 套轴网体系（tekla Structures 下进行）

整体项目的土建结构创建为一个大轴网，企展厅设置为一个小轴网。

1.1.3 创建工程整体结构模型

项目部技术人员采用tekla Structures18.0 软件对工程整体结构进行模型创建，之后将企展厅钢结构模型导入，整合为一个整体模型。企展厅模型整体编制为一个状态（tekla 下），导入到整体土建结构大模型中，并移动至企展厅轴网控制点。详见图2。

图2 企展厅钢结构

1.2 专项方案设计及论证

根据建设部建质[2009]第87 号文[3]，本工程钢结构跨度36m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，必须进行专家论证。

先将1- 5 轴线和1- 11 轴线位置的钢架在地面拼装完毕，采用两台25t 吊车配合两台16t 吊车溜尾完成第一、二榀组合钢架的吊装任务，以形成十字支撑。剩余的单榀钢架安装采用单台25t 吊车进行吊装，直至完成主体结构施工任务。详见图3 和图4。

图3 第一、二榀组合钢架的吊装示意图

图4 剩余的单榀钢架吊装示意图

（1）利用tekla 模型导出材料表得出重量，计算单件钢结构吊重。

（2）利用Tekla 模型提取一部分结构表面积，计算吊装风载荷。并由风载荷计算并选用缆风绳。

（3）tekla 三维模型参与专家进行方案论证。

1.3 出现的问题

柱间支撑在创建模型时，未发现任何问题。但施工过程中发现，南北朝向小门顶部的剪刀撑太低，影响美观也影响行人通行。因此，现场变更为与其余大门等高。

1.4 结算

利用tekla 软件提取钢结构净重，方便结算。在tekla 软件中选用提净重材料模板，提取钢结构净重。

1.5 提取表面积

提取表面积，为防火涂料及其外部涂云石胶用量提供依据。

1.6 输出

可以输出初步、简易的模型渲染图。渲染效果会因电脑性能配置、渲染设置、电脑系统的不同而有较大差异。

2 施工管理部分

2.1 施工工艺流程

钢结构制作流程：Tekla Structures 深化设计→材料准备、定货→原材料（钢材、焊材、连接用紧固件等）检验→主要钢材煨弯→排料、拼接→放样与号料→切割、下料→制孔→构件装配→焊接→除锈、刷油→构件预拼装→构件编号、验收→出厂。

钢结构安装流程：构件检查→基础复查、中间交接及底面处理→1- 5、1- 11 轴整榀钢架组装→其余单榀钢架组装→1- 5、1- 11 轴整榀钢架吊装→1- 8、1- 2 轴单榀吊装→其余单榀吊装→支撑安装→方管檩条安装→隅撑安装→补漆→防火涂料涂刷。

2.2 制作

（1）委托专业厂对主H 型钢进行中频煨弯，弯曲半径为18m。图纸设计要求H 型钢强轴方向弯曲。

（2）严格按照tekla Structures 制作的详图下料制作。

（3）创建数控文件NIC。顶部上下两个梅花头采用数控切割，保证了精度。而且采用的是整块钢板切割。

（4）零部件加工完成后，在加工厂内做预拼装，并留有视频存底备查。首先要将结构上部的梅花头先支撑好。各部分零件均为高强螺栓紧固。

2.3 对主结构外维护的方管檩条结构制作

设计图纸中对方管檩条（外维护）说明不够详细，通过与设计院沟通，确认每层按同心圆、角度布置。方管结构为双曲，整体为同心圆。

2.3.1 关键技术的科学性、先进性和创新性

（1）对方管檩条进行两个方向的煨弯控制，即可实现檩条的双曲结构。

（2）胎具一次加工成型后，通过调整半径和角度，可以加工出不同半径和角度的双方向弧面，从而减少了胎具的制作次数，减轻劳动强度，提高工作效率。并且该方法比冷弯成型效果好，截面无变形，不易回弹。另一方面，利用胎具可准确地制作双曲檩条，大大减小了尺寸偏差，避免二次制作，缩短了工期。可自动化连续生产一层的檩条（不同半径），节约了工期成本。

2.3.2 实施步骤

（1）在Tekla Structures、Auto CAD 图中对每层方管檩条放样，确定半径和倾斜角度。

（2）胎具制作：定制可旋转轴心，在轴心处（即圆心处）销轴固定一根钢管作为轴，并可调半径；在钢管端部制作方管截面专用卡具（可调角度），内部安放并固定液压千斤顶；采用中频加热技术对方管檩条加热，之后还要对檩条进行水冷却；由液压推进器控制推进檩条，推进速度由微电脑控制。

2.3.3 煨弯注意事项

（1）煨弯过程应每隔2m 测量倾斜角度。如果误差超过±1°，应停机检查胎具及中频加热装置。

（2）方管端头变形处应及时矫正。如无法矫正，应裁剪掉，不得使用。

（3）过程中应确保中频加热装置电源电压稳定，宜配备专用稳压器。

（4）过程中应确保中频加热装置水量及水压稳定。

2.4 标记移植

在柱底板、梁上喷涂构件编号，方便辨识及管理。然后利用tekla 模型、CAD 图纸进行模拟施工。

3 运输

（1）运输前，先汽车空载进行试运，然后确定行车路线，并按车中心位置撒上白灰线以便钢构件进场时汽车调整好倒车角度和位置。对转弯半径不足的地方，要进行修改。见图6。

（2）钢梁运输采用12m 拖板车，以便装载钢构件运输到现场。因市区道路管制，所以白天装车，分批次在夜间运输，早上进入工地现场，再由一台25t 吊车按编号顺序进行卸车。

4 施工协调

对混凝土砼结构与钢结构之间施工进度衔接进行协调，部分混凝土结构缓建。预留道路在实验区9- 12轴/ G- N 轴之间区域预留8m 的通道，所以该区域砼柱暂停施工，钢梁运输完成后砼柱再继续施工。具体实施办法如下：

（1）确定入口位置，实验区9- 12 轴/ G- N 轴之间区域预留出运输通道，砼柱的钢筋截断（预留出将来搭接倍数即可），刷素灰浆保护，用土方垫起，分层碾压。

（2）用土将出入口垫起，分层碾压，并做坡道，坡道两侧做好放坡。

（3）用白灰浆对通道处掩埋的钢筋作好保护。

（4）按照事先确定好的钢构件摆放位置图，预制存放平台，防止钢梁变形。

（5）待钢构件全部进场卸车后，将垫的土方挖出，砼柱、梁恢复施工。

5 安装过程

严格按照专家论证通过的方案进行施工。

（1）先安装两个轴，形成十字的支撑；安装稳固后，再安装其余柱。主体结构安装仅用2d 时间。

（2）安装柱间支撑。

（3）安装外部方管檩条（竖向布置方式为5°等分纬度；横向整体布置方式为经度同心圆）：先安装每层横檩条（同心圆布置），由下往上安装；纵向按角度等分安装；隅撑安装，并焊接好节点板。

（4）尽量避免高空作业，钢构在地面组装，并喷涂防火涂料。期间采用漆膜测厚仪测量跟踪，保证干漆膜厚度。

6 施工经验总结

（1）若钢结构吊装方案有瑕疵，容易导致结构侧向弯曲变形。更好的方案为：球心处做一个支架；先整体组装梅花头部分，并放至支架上；单片结构吊起后，与梅花头连接；形成整体后，卸掉荷载，撤掉支架。

（2）tekla 自带的碰撞检查出来的问题，应区别对待。因tekla 属于国外进口软件，软件本地化仍有差距，本身的缺陷不可避免。

（3）施工中发现，高强螺栓与圆弧（翼缘板与腹板接触处）距离过近，无法拧紧。tekla 模型中未即时体现出该处圆弧过渡。

（4）随着版本的迭代，软件会越来越智能化。目前，最新的2020 版软件已经支持构件模拟码放及运输。