方敏勇 曹玉林 袁自立 吳 博 林海軍

一、工程概況

2010年上海世博會(huì)西班牙國(guó)家展館方案是將一個(gè)空間分割成和以往的四方盒子形不同的籃子的形狀，建筑外立面酷似手工編織的籃子。展館俯瞰就像一個(gè)形狀獨(dú)特的籃子，鋼梁相交形成“籃子”狀外墻覆蓋柳條。

二、工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和難點(diǎn)

2010世博會(huì)西班牙館建筑立面呈現(xiàn)出柳條編織的籃子形狀，形態(tài)較復(fù)雜，存在多片水平和豎向的空間扭轉(zhuǎn)曲面 （圖3），結(jié)構(gòu)形式采用與立面形態(tài)相適應(yīng)的空間桁架結(jié)構(gòu)。空間桁架結(jié)構(gòu)豎向及水平向構(gòu)件沿建筑立面在不同部位發(fā)生扭曲，以與空間扭轉(zhuǎn)曲面相適應(yīng)。主體鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)豎向和水平構(gòu)件的分段連接節(jié)點(diǎn)采用高強(qiáng)螺栓法蘭連接的方式，以在保證連接強(qiáng)度的同時(shí)便于將來(lái)的拆卸。

圖1 2010年上海世博會(huì)西班牙國(guó)家館效果圖

圖2 2010年上海世博會(huì)西班牙國(guó)家館主體鋼結(jié)構(gòu)

1.為可拆卸結(jié)構(gòu)，鋼管桿件分段連接處采用法蘭螺栓連接，造成穿孔率要求高。

2.為了滿足建筑造型，單根鋼管多曲率彎弧。

3.水平系桿與立柱為半相貫，形成彎管偏心半相貫節(jié)點(diǎn)，加工難度大。

4.扭曲的平面及立面造型形成特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，樓梯梁多為雙曲的箱形構(gòu)件。

圖3 立面結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 彎弧構(gòu)件示意圖

圖5 彎管偏心半相貫節(jié)點(diǎn)

三、主體結(jié)構(gòu)加工制作

1.鋼管多曲率彎弧

弧形圓管主要為Φ152×6～Φ300×20，鋼管彎曲加工成型采取機(jī)械冷彎成型方法。由于同根鋼管多曲率，且曲率不一樣，我們通過(guò)對(duì)曲率轉(zhuǎn)換點(diǎn)的控制及木胎膜的復(fù)測(cè)技術(shù)有效的保證了多曲率鋼管的彎弧精度。

2.彎管偏心半相貫節(jié)點(diǎn)

圍護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的豎向桿件與水平連桿的節(jié)點(diǎn)。豎向桿件為主要受力構(gòu)件，且尺寸大于水平桿件，因此豎向桿件連續(xù)貫通，水平桿件與之半相貫焊接，如圖7所示。

圖6 鋼管多曲率彎弧

圖7 彎管偏心半相貫節(jié)點(diǎn)

彎管的偏心相貫線是先割后彎，還是先彎后割？如采用先割后彎，則鋼管的相貫線在彎管時(shí)將產(chǎn)生較大變形；而如果采用先彎后割，彎管的問(wèn)題解決了，但國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備又無(wú)法對(duì)彎管進(jìn)行半相貫切割。經(jīng)過(guò)公司技術(shù)人員的技術(shù)攻關(guān)及多次對(duì)比試驗(yàn)后，以下方法取得了不錯(cuò)的效果：彎管偏心半相貫節(jié)點(diǎn)采用六維相貫面數(shù)控切割機(jī)間歇式的先割除大部分，確定相貫面軌跡，然后煨彎，煨彎?rùn)z驗(yàn)合格后切除剩余小部分連接部。為解決半相貫節(jié)點(diǎn)的數(shù)控切割，公司還為此升級(jí)開(kāi)發(fā)了專用切割軟件。

3.法蘭盤節(jié)點(diǎn)

工程為世博會(huì)外國(guó)自建館，為便于上海世博會(huì)結(jié)束后業(yè)主單位將結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆卸運(yùn)回本國(guó)異地重建，圓鋼管在長(zhǎng)度方向采用法蘭盤拼接。為保證法蘭盤現(xiàn)場(chǎng)安裝需要，我們將立面桁架的下柱上法蘭廠內(nèi)焊接，上柱下法蘭現(xiàn)場(chǎng)焊接；水平系桿左端法蘭工廠內(nèi)焊接，右端法蘭現(xiàn)場(chǎng)焊接。

4.雙曲箱型構(gòu)件加工

弧形樓梯的樓梯梁采用箱型構(gòu)件，雙曲箱形梁的加工也是本工程的難點(diǎn)之一，首先應(yīng)根據(jù)箱

圖8 半相貫節(jié)點(diǎn)切割后的效果

圖9 法蘭盤節(jié)點(diǎn)

型梁的弧度及投影線線制作胎架，胎架模板上口水平度與理論尺寸的公差控制在1mm以內(nèi)，然后根據(jù)構(gòu)件鋼板與胎架的密貼程度及底腳線來(lái)控制鋼板的定位精度。最后進(jìn)行構(gòu)件的焊接，構(gòu)件焊接完成后吊上原胎架進(jìn)行復(fù)位，如有變形進(jìn)行火工校正，使之與胎架面吻合。雙曲箱形梁加工好后散件運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

圖10 雙曲樓梯示意圖

圖11 雙曲樓梯梁

四、主體結(jié)構(gòu)施工安裝

由于運(yùn)輸尺寸的限制，本工程豎向桁架柱等為單片平面桁架運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，由于花籃桁架基本上都為多曲率彎管，且為閉合的圓圈形狀，現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量的精度控制將直接影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的合攏。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體施工條件并結(jié)合本公司以往用于其它類似大型鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，我們采用了以下方案來(lái)完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的安裝。

1.豎向桁架柱的吊裝

辦公區(qū)和展廳1區(qū)外圍立面由倒L型平面桁架組成，采取分兩段吊裝就位，首先進(jìn)行下層單片桁架的吊裝，為定位方便，在桁架柱柱腳根部預(yù)先焊接定位固定件，將桁架柱插入固定件內(nèi)確保構(gòu)件吊裝準(zhǔn)確無(wú)誤，再進(jìn)行柱腳與預(yù)埋件的焊接。同時(shí)在外側(cè)桁架柱下部應(yīng)架設(shè)千斤頂，控制桁架柱不出現(xiàn)側(cè)斜。單片桁架安裝時(shí)同步進(jìn)行水平系桿的安裝。下層單片桁架及水平系桿安裝完成后進(jìn)行上層桁架的安裝，上層桁架安裝時(shí)在懸挑桁架投影下搭設(shè)鋼管支撐，與下層鋼柱采用法蘭盤高強(qiáng)螺栓連接。

圖12 倒L型桁架示意圖

圖13 柱腳定位示意圖

展廳2、展廳3區(qū)及入口外圍立面由S型平面桁架組成，采取分三段吊裝就位，采取自下而上遞進(jìn)、由外向內(nèi)合攏的安裝方法，在下段桁架形成穩(wěn)定的閉合圈后才進(jìn)行上圈桁架的安裝。因S型單片桁架懸挑段較長(zhǎng)，安裝就位時(shí)，懸挑側(cè)需搭設(shè)腳手架支撐，另外兩側(cè)拉設(shè)纜風(fēng)進(jìn)行固定。

圖14 S型桁架示意圖

2.樓面及屋面鋼梁安裝

樓面及屋面鋼梁與豎向桁架柱的連接大部分采用銷軸連接，而鋼梁基本為弧形不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這給鋼梁的吊裝對(duì)位帶來(lái)較大的難度，鋼梁吊裝時(shí)保持鋼梁的上下方向及水平方向，就位時(shí)及時(shí)夾好連接板，然后再用普通螺栓臨時(shí)連接測(cè)量校正無(wú)誤后進(jìn)行銷軸連接。

五、結(jié) 語(yǔ)

本工程出現(xiàn)了鋼管多曲率彎弧、彎管偏心半相貫節(jié)點(diǎn)及全法蘭連接等國(guó)內(nèi)少有的加工及安裝難題，但通過(guò)工廠加工及現(xiàn)場(chǎng)安裝的共同努力，各部位構(gòu)件加工及安裝無(wú)誤，達(dá)到了國(guó)外設(shè)計(jì)師所需的建筑及結(jié)構(gòu)要求，并一次性通過(guò)了鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收及上海市金鋼獎(jiǎng)評(píng)選，得到業(yè)主、監(jiān)理及相關(guān)單位的一致肯定，以事實(shí)證明上述關(guān)鍵技術(shù)的成功。

[1]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1998.第二版.

[2]侯兆欣，張海軍，季小蓮等.新加坡MEGA會(huì)展中心大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù).施工技術(shù)，2000，VOL.29，NO.9，PP15-17.

[3]吳欣之等.國(guó)家大劇院殼體鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù).第四屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.