一種 環(huán)形大跨度雙曲面屋蓋管桁架安裝新技術(shù)
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作者；張毅
1 工程概況
天津國際金融會議酒店位于天津濱海新區(qū)于家堡金融區(qū)起步區(qū)一期03 -04地塊。該工程地下2層，地上12層，總高約62m。其中屋蓋的整體造型呈∞形，最大高度達62m，跨中最大厚度達7.5m，端部結(jié)構(gòu)的厚度逐漸變?yōu)?。為滿足建筑造型與受力合理性的要求，采用雙向桁架體系，將2個塔樓連接為整體。利用8個核心筒和內(nèi)環(huán)框架柱作為豎向支撐，使大跨度懸挑屋蓋形成穩(wěn)定的連體結(jié)構(gòu)。屋蓋兩側(cè)分別布置有露天游泳池及高爾夫球館，在其周邊的平面桁架上通過局部三角桁架進行轉(zhuǎn)換形成下沉空間（見圖1）。
2 施工難點分析
1)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)桿件較多，現(xiàn)場場地狹小
屋蓋鋼結(jié)構(gòu)部分主、次桁架共327榀；桁架間水平系桿約2 700根；現(xiàn)場散裝牛腿5 400根，以上桿件的組對、拼裝需要大量的場地，而現(xiàn)場可利用的在塔式起重機工作范圍內(nèi)的場地極少，這樣，給屋蓋桿件的大量組對、拼裝造成極大困難。
2)屋蓋焊接節(jié)點多、焊接復雜
屋蓋桁架為薄壁管桁架，為增加屋蓋管桁架結(jié)構(gòu)面內(nèi)剛度，采取交叉支撐體系布置，主要以腹桿與弦桿直接焊接，這種焊接方法對現(xiàn)場焊接質(zhì)量要求高，尤其在每個節(jié)點相貫口數(shù)量都超過3個，同時屋蓋管桁架通過鋼管柱柱頭與結(jié)構(gòu)外框柱相連，每個球節(jié)點需焊接下弦桿、水平撐桿、腹桿、交叉的系桿，且該節(jié)點焊接屬高空作業(yè)，焊接精度要求高，給工人高空作業(yè)帶來很大困難。
3)屋蓋結(jié)構(gòu)整體跨度大，部分區(qū)域為懸挑結(jié)構(gòu)
屋蓋結(jié)構(gòu)水平投影長232m，四周為懸挑結(jié)構(gòu)，最小懸挑距離11m，最大懸挑距離22m，且該部位為室外部分，距離室外地面55m，懸挑部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝、定位、焊接難度都比較大，同時工人的安全作業(yè)難以保證。
3 主要施工方法
3.1 分區(qū)分段安裝
首先將屋蓋部位分成5個施工區(qū)，再將每個施工區(qū)劃分成若干吊裝分塊，采取南北對稱施工、對稱安裝的施工順序（見圖2）。
3.2現(xiàn)場拼裝
根據(jù)現(xiàn)場塔式起重機的吊重及布置情況將屋蓋結(jié)構(gòu)共分成43個吊裝分塊，同時在12層樓板上布置拼裝胎架，每個分塊桁架都會在布置好的胎架上安裝及焊接（見圖3），分塊高度由胎架上的支撐點控制，支撐點的標高會在單榀桁架吊裝前進行復測，保證桁架的高度準確無誤，在吊裝整體完成之后會對整體的桁架標高進行再次復測，確保桁架在安裝和焊接過程中標高未有變動。在標高控制無誤的前提下，對整個分塊的桁架焊接質(zhì)量進行超聲波探傷檢測，確保焊縫質(zhì)量能夠符合要求，在確認無誤后進行單元分塊吊裝。
3.3 臨時支撐胎架設(shè)置
屋蓋桁架周圈都是外懸挑結(jié)構(gòu)，最大外懸挑量達22m，每個分塊桁架在吊裝到高空時都是一個單元體，獨立存在，只有靠根部與核心筒或內(nèi)框柱頭焊接的方式才能固定，在橫向延伸方向未進行高空對接，由于每個分塊外懸挑量大，所以應(yīng)在外懸挑桁架端部下布置臨時支撐，確保屋蓋桁架在整體高空焊接完成之前單組分塊桁架的穩(wěn)定。
臨時胎架是桁架拼裝及焊接過程中最主要的工序，主要根據(jù)桁架的位置、起拱高度、支撐位置等因素進行合理布置，一旦臨時胎架出現(xiàn)問題，很容易產(chǎn)生嚴重的質(zhì)量、安全事故，必須確保定位胎架的位置準確，固定牢靠后再進行施工。該工程根據(jù)屋蓋結(jié)構(gòu)形式及特點，施工采用的是格構(gòu)式支撐和單管支撐形式（見圖4）。
3.4鋼屋蓋分片吊裝就位控制
該工程采用分片高空散裝及散裝吊裝相結(jié)合的方法。所以，吊裝前應(yīng)對支撐架的定位進行控制。根據(jù)鋼屋蓋分片的吊裝分段尺寸，劃出支撐架的十字線，將預先制作好的支撐架吊上支架基礎(chǔ)，定對十字線。把十字線駁上支撐架的頂端面和側(cè)面，敲上洋沖，并加以明顯標記。用全站儀檢測支撐架頂標高是否控制在預定標高之內(nèi)。鋼屋蓋分片吊裝定位全部采用全站儀進行精確定位，通過平面控制網(wǎng)和高層控制網(wǎng)進行坐標轉(zhuǎn)換，在吊裝過程中對構(gòu)件兩端進行測量定位，發(fā)現(xiàn)誤差及時處理。
3.5焊接施工
待分塊單元吊裝就位后進行焊接固定。在大桁架構(gòu)件的拼裝焊接中，由于結(jié)構(gòu)和節(jié)點復雜、焊接工作量大，必須采取合理的焊接工藝及焊接方法，對桁架構(gòu)件的變形收縮、焊接精度、焊接應(yīng)力的釋放有很大影響。該工程屋蓋管桁架焊接有幾種形式：管桁架與核心筒焊接、管桁架與外框斜鋼管柱焊接、管桁架與管桁架焊接。
對于節(jié)點復雜的桁架盡可能采用分塊焊接，即先局部后整體的順序，首先將每個單元分塊的主要受力桿件在胎架上進行焊接，每兩個單元分塊間的嵌補桿件吊裝就位后進行焊接，這樣可以大大降低高空焊接作業(yè)量。對于屋蓋桁架與外框斜鋼管柱連接節(jié)點，采取球形鋼管柱柱頭與屋蓋管桁架吊裝單元提前焊接、然后整體吊裝的施工方法，該方法充分考慮了屋蓋管桁架吊裝單元自重大，與鋼管柱連接的上、下弦桿及水平腹桿、連接系桿多且焊接工作量大等特點。通過采取鋼管柱柱頭與柱體分離，將鋼管柱柱頭與上、下弦桿、腹桿及次桁架進行預拼裝，鋼管柱柱體后焊接施工的方式，減少了高空焊接作業(yè)量，提高了焊接精度，降低了屋蓋管桁架與鋼管柱焊接難度大，保證了施工質(zhì)量及安全，加快了施工進度。
為將復雜問題簡單化，在支管與主管的夾角小于900時，將直管端部的相貫焊縫分為A，B，C，D4個區(qū)域（見圖5），其中A，B區(qū)采用坡口等強對接焊縫；D區(qū)采用角焊縫，焊縫高度為1.5倍支管壁厚；C區(qū)采用坡口角焊縫平滑過渡。在支管與主管相垂直時，支管端部的相貫焊縫分為A，B2個區(qū)域。
3.6鋼屋蓋合攏縫
考慮工程整體荷載分布、不均勻沉降等因素，結(jié)合屋蓋安裝分區(qū)和合攏縫設(shè)置數(shù)量不易過多等因素，本工程屋蓋安裝施工共設(shè)置4條合攏縫（見圖6）。
4 鋼屋蓋臨時支撐卸載
1)卸載原則在主結(jié)構(gòu)部分施工吊裝完成、達到設(shè)計驗收標準后，即開始結(jié)構(gòu)臨時支撐卸載施工。卸載是將屋蓋鋼結(jié)構(gòu)從支撐受力狀態(tài)轉(zhuǎn)換到自由受力狀態(tài)的過程，即在保證現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐體系整體受力安全前提下，主體結(jié)構(gòu)由施工安裝狀態(tài)順利過渡到設(shè)計狀態(tài)。本工程卸載方案遵循卸載過程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力與變形協(xié)調(diào)、均衡、變化過程緩和、結(jié)構(gòu)多次循環(huán)微量下降并便于現(xiàn)場施工操作，即“分區(qū)、分節(jié)、等量，均衡、緩慢”的原則來實現(xiàn)。
2)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換卸載方法 結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換卸載具體方法是通過分級拆除在支架或支撐頂部的胎架模板，按多次循環(huán)、微量下降的原則，來實現(xiàn)荷載的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。
3)卸載的步驟及方法 采用同區(qū)等距（局部不等距）、分步實施的方法來卸載。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐卸載是在屋蓋整體安裝結(jié)束后進行，首先卸載I區(qū)、Ⅱ區(qū)的臨時支撐；再卸載Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)的臨時支撐，卸載方向為從內(nèi)側(cè)向外側(cè)（見圖7）。
4)對卸載前后數(shù)據(jù)統(tǒng)計進行對比，結(jié)果符合設(shè)計及規(guī)范要求，成功卸載。
5 結(jié)語
通過對環(huán)型大跨度雙曲面屋蓋管桁架的深入分析與研究創(chuàng)新，極大地提高了現(xiàn)場的施工速度，順利完成了大跨度、多曲面鋼屋蓋施工，從構(gòu)件加工、預拼裝，到巨型大跨度屋蓋桁架分塊吊裝，整體拼裝成型，最后整體臨時胎架的順利卸載，全過程采用了靈活實用的施工工藝及創(chuàng)新的施工技術(shù)，降低了高空焊接的作業(yè)量，提高了焊接精度，確保了施工質(zhì)量及施工安全，加快了施工進度，為類似工程提供借鑒。
6[摘要]于家堡金融區(qū)起步區(qū)03 -04地塊工程屋蓋整體造型呈∞形，為復雜空間曲面，曲面輪廓呈馬鞍形，最大高度60. 000m,最小高度49. 123m，水平投影尺寸為237. 655m（長）×96. 299m（寬）。屋蓋結(jié)構(gòu)分主桁架、次桁架及環(huán)向桁架，主次桁架共327榀，桁架間水平系桿共2 700根；現(xiàn)場散裝牛腿5 400根。通過采用分塊吊裝、合理布置支撐胎架、有針對性的焊接工藝，解決了吊裝單元構(gòu)件重所帶來的安裝復雜、安裝精度難以保證、對結(jié)構(gòu)整體變形影響大等不利因素，降低了施工難度，加快了施工進度，保證了施工安全。
