藺軍 劉華 丁建強(qiáng) 周永明

摘 要：作為僅次于國家大劇院的中國第二大現(xiàn)代化大劇院，江蘇大劇院鋼結(jié)構(gòu)工程由音樂廳、戲劇廳、歌劇廳、綜藝廳及公共大廳等5個(gè)主要部分組成，主要單體的屋面鋼結(jié)構(gòu)由斜柱、搖擺柱、中環(huán)梁、頂環(huán)梁以及內(nèi)凹頂蓋的鋼拉梁與環(huán)梁等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成。屋面空間鋼結(jié)構(gòu)曲面造型新穎，構(gòu)件制作及施工難度大。本文主要對其極富特色的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工安裝過程進(jìn)行了說明，著重闡述了其中的重要結(jié)構(gòu)部位吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)措施、結(jié)構(gòu)卸載工藝控制措施及其結(jié)構(gòu)施工全過程的有限元數(shù)值分析等重點(diǎn)內(nèi)容，可供同類大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)與施工參考。

關(guān)鍵詞：江蘇大劇院；大型空間；鋼結(jié)構(gòu)；內(nèi)凹頂蓋；施工安裝；數(shù)值分析

1 工程結(jié)構(gòu)概況

江蘇大劇院地處長江之濱的南京河西新城核心區(qū)，河西中心區(qū)東西向文體軸線西端，是一個(gè)集演藝、會(huì)議、展示、娛樂等功能為一體的大型文化綜合體，包括音樂廳、戲劇廳、歌劇廳、綜藝廳及公共大廳等5個(gè)主要部分，其中音樂廳2300座、戲劇廳1000座、歌劇廳1500座，綜藝廳包括一個(gè)3000人的會(huì)議廳和一個(gè)900座的國際報(bào)告廳，公共大廳包括一個(gè)300座的多功能廳及其他附屬配套設(shè)施。項(xiàng)目總建筑面積27萬m2，建筑高度47.3m。建筑空間造型如同4顆晶瑩的“露珠”，分別容納了歌劇廳、戲劇廳、音樂廳、綜藝廳等主要功能，坐落在一個(gè)公共活動(dòng)平臺(tái)之上?！奥吨椤眹@70m×60m的橢圓形室外中心廣場均勻分布，形成半圍合的空間形態(tài)；室內(nèi)共享大廳處于居中位置，橫跨東西并正對文體軸線，將4個(gè)廳聯(lián)系起來，整體建筑效果如圖1所示。作為僅次于國家大劇院的中國第二大現(xiàn)代化大劇院，結(jié)構(gòu)用鋼量約為國家大劇院的4倍，2016年建成啟用后將與北京的國家大劇院形成南北呼應(yīng)的格局。

本工程主體鋼結(jié)構(gòu)的施工范圍主要為屋面鋼結(jié)構(gòu)部分，包括4個(gè)大廳的外罩鋼結(jié)構(gòu)和公共大廳的屋蓋部分；次要鋼結(jié)構(gòu)為各大廳的樓面和外罩內(nèi)小屋面的鋼結(jié)構(gòu)、公共大廳12m平臺(tái)連廊鋼結(jié)構(gòu)，及外罩幕墻的龍骨、檁條及等。音樂廳、戲劇廳、歌劇廳和綜藝廳等4個(gè)單體的外罩鋼結(jié)構(gòu)由斜柱、搖擺柱、中環(huán)梁、頂環(huán)梁以及內(nèi)凹頂蓋的鋼拉梁與環(huán)梁等主要構(gòu)件組成。斜柱柱底為鑄鋼件節(jié)點(diǎn)，支承于下方鋼骨混凝土框架柱柱頂上，混凝土柱頂設(shè)大截面混凝土環(huán)梁拉結(jié)形成框架體系。斜柱采用變截面的箱型構(gòu)件，柱底標(biāo)高12m（綜藝廳為6m）。部分區(qū)域設(shè)圓管截面搖擺柱以支撐斜柱，搖擺柱柱底擱置于下方混凝土框架柱或剪力墻上。標(biāo)高27m處和頂部弧面邊緣分別設(shè)大截面圓管的中環(huán)梁和頂環(huán)梁，并在外罩表皮內(nèi)布置斜撐和屋面系桿，形成空間受力的單層網(wǎng)殼體系。內(nèi)凹頂蓋采用徑向布置的H型截面鋼拉梁和若干道圓管截面環(huán)梁組成，鋼拉梁與頂環(huán)梁采用鉸接連接。此外，斜柱沿各樓層高度設(shè)置牛腿和滑動(dòng)支座，用以擱置室內(nèi)混凝土樓面。

2 鋼結(jié)構(gòu)的施工安裝

2.1 鋼結(jié)構(gòu)施工總體方案

根據(jù)屋蓋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將整體鋼結(jié)構(gòu)屋蓋進(jìn)行合理分段劃分，所有分段在廠內(nèi)進(jìn)行制作，再由特殊車輛運(yùn)到施工現(xiàn)場，通過塔吊和履帶吊進(jìn)行分段吊裝。根據(jù)分段位置設(shè)置臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐通過轉(zhuǎn)換梁與混凝土柱或梁相接，在混凝土柱或梁上設(shè)置預(yù)埋件，將轉(zhuǎn)換梁與預(yù)埋件焊接固定。分區(qū)安裝時(shí)采用2臺(tái)1400t行走式塔吊及2臺(tái)350t履帶吊作為主要吊裝機(jī)械。為滿足吊裝要求，塔吊行走通道及履帶吊吊裝通道均需設(shè)置在地下室頂面，利用混凝土結(jié)構(gòu)柱設(shè)置吊裝通道。為確?；炷两Y(jié)構(gòu)不受影響，對局部區(qū)域采用H型鋼及鋼管進(jìn)行加固。各單體從兩側(cè)對稱安裝，先安裝內(nèi)環(huán)梁，再安裝斜鋼柱和頂環(huán)梁分段，再將頂環(huán)梁分段對應(yīng)的頂蓋接梁安裝完成使結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定體系，最后再依次沿著環(huán)向?qū)ΨQ安裝直至整體結(jié)構(gòu)成形。

2.2 主要構(gòu)件施工技術(shù)措施

2.2.1 斜鋼柱分段安裝

根據(jù)斜鋼柱的分布位置，主要斜鋼柱劃分成3個(gè)吊裝分段，部分鋼柱劃分成兩個(gè)吊裝分段，斜鋼柱分段通過塔吊或履帶吊進(jìn)行吊裝，鋼柱落地端的鑄鋼支座與鋼柱下部分段焊接固定后作為一個(gè)整體吊裝分段。鋼柱分段起吊離開地面300mm左右停止起鉤，然后通過吊具上設(shè)置的手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)節(jié)使其吊裝角度接近就位的角度。

2.2.2 環(huán)梁分段安裝

環(huán)梁分段采用四點(diǎn)吊，首分段安裝時(shí)先將分段起吊離開地面300mm左右停止起鉤，然后通過吊具上設(shè)置的手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其吊裝角度接近就位的角度，吊裝時(shí)利用臨時(shí)支撐輔助安裝，采用全站儀精確測量定位，通過手拉葫蘆和千斤頂微調(diào)，定位完成后，將環(huán)梁首分段與臨時(shí)支撐點(diǎn)焊固定。從第二個(gè)分段開始，安裝時(shí)利用環(huán)梁分段兩端的定位對合線輔助定位，再采用全站儀配合進(jìn)行精確定位，定位完成后，相鄰兩個(gè)分段間通過擱排進(jìn)行臨時(shí)固定，另一端通過點(diǎn)焊與臨時(shí)支撐焊接固定。頂環(huán)梁最后兩節(jié)同攏段安裝時(shí)需要嚴(yán)格控制合攏溫度，合攏溫度控制在20℃±5℃，為了確保合攏段的安裝精度，在加工制作時(shí)每個(gè)合攏段考慮加長50mm，現(xiàn)場安裝時(shí)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)對合攏段進(jìn)行調(diào)整。

2.2.3 頂蓋拉梁安裝

由于頂蓋拉梁長度較長，因此采取分段辦法發(fā)運(yùn)到現(xiàn)場，再由現(xiàn)場拼接成整體進(jìn)行吊裝。拉梁采用3個(gè)吊點(diǎn)吊裝，安裝時(shí)通過兩端的定位對合線輔助定位，拉梁兩端與內(nèi)環(huán)梁和頂環(huán)梁間通過擱排臨時(shí)固定，通過全站儀進(jìn)行精確定位，利用千斤頂進(jìn)行微調(diào)，定位完成后將擱排與內(nèi)環(huán)梁和頂環(huán)梁上的牛腿焊接加固，如圖2所示。

2.2.4 送風(fēng)平臺(tái)安裝

送風(fēng)平臺(tái)位于頂蓋拉梁下方，由H型鋼栓焊接而成，通過H型鋼吊桿懸掛在頂蓋拉梁及頂環(huán)梁下方。送風(fēng)平臺(tái)安裝時(shí)采取分塊吊裝，在每個(gè)吊裝分塊下方設(shè)置臨時(shí)支撐點(diǎn)，分塊與分塊之間的散件作為嵌補(bǔ)桿。送風(fēng)平臺(tái)分塊吊裝時(shí)采用5點(diǎn)吊，利用全站儀進(jìn)行測量定位，通過吊具上的手拉葫蘆和千斤頂進(jìn)行微調(diào)，定位完成后將吊裝分塊與臨時(shí)支撐點(diǎn)焊接固定，等上部頂蓋拉梁安裝完成后，將吊桿與拉梁連接固定。

3 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的卸載施工工藝

3.1 本工程卸載施工區(qū)域主要為屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的臨時(shí)支撐，卸載作業(yè)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)

（1）支撐數(shù)量多，形式復(fù)雜，卸載點(diǎn)空間分布規(guī)律性不強(qiáng)

（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，卸載計(jì)算分析工作量大

3.2 屋面鋼結(jié)構(gòu)卸載施工的主要難點(diǎn)及所采取的相應(yīng)技術(shù)措施

3.2.1 施工協(xié)調(diào)指揮難度大

為了確保這個(gè)卸載過程按審批通過的方案實(shí)施，并且同卸載工況分析能夠相結(jié)合，對于不同區(qū)域和標(biāo)高位置的卸載能有序進(jìn)行，協(xié)調(diào)指揮的難度較大；采取的技術(shù)措施是：組織素質(zhì)較高的施工作業(yè)人員，在卸載前進(jìn)行詳細(xì)作業(yè)指導(dǎo)，在作業(yè)過程中采用獨(dú)立的信號(hào)（對講機(jī)使用統(tǒng)一頻道）進(jìn)行統(tǒng)一指揮。

3.2.2 卸載工況分析和實(shí)際結(jié)果可能存在差異

雖然在卸載前對卸載工況進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算，但實(shí)際卸載結(jié)果和理論數(shù)值必定會(huì)存在差異，對卸載過程中可能出現(xiàn)的意外情況必須作好充分準(zhǔn)備。采取的技術(shù)措施是：卸載部位的構(gòu)造措施要有足夠的釋放空間，在卸載過程中根據(jù)卸載測量控制點(diǎn)（如音樂廳和戲劇廳各布置9個(gè)點(diǎn)）進(jìn)行變形測量并匯總，確保卸載完成的狀態(tài)在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)。如在卸載實(shí)施過程中出現(xiàn)異常情況，暫停卸載，研究分析異常情況的原因，并制定相應(yīng)的對策，同時(shí)對較高的臨時(shí)支撐的變形進(jìn)行觀測，以確保安全。

3.2.3 卸載過程高空操作安全措施難度大

由于采用的是在支撐頂部進(jìn)行卸載的方式，幾乎所有工作均在不同層面的高空進(jìn)行，防止設(shè)備墜落及保障操作人員安全方面的措施是關(guān)鍵。采取的技術(shù)措施是：為防止器具和設(shè)備墜落，將所有高空設(shè)置的器具和使用的工具設(shè)備采用保險(xiǎn)繩的方式將其固定，以保證在發(fā)生特別情況時(shí)，可以確保器具不墜落；同時(shí)對所有施工作業(yè)人員進(jìn)行教育和安全交底，進(jìn)一步增強(qiáng)安全意識(shí)，并保證人員的作業(yè)平臺(tái)、通道、安全維護(hù)等安全措施全部落實(shí)到位，安全管理人員同時(shí)加強(qiáng)卸載過程中的安全管理。

4 結(jié)語

作為僅次于國家大劇院的中國第二大現(xiàn)代化大劇院，江蘇大劇院空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型多樣，構(gòu)造復(fù)雜，其節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)，構(gòu)件加工制作與結(jié)構(gòu)施工安裝具有相當(dāng)?shù)碾y度。本文主要對其極富特色的屋蓋空間鋼結(jié)構(gòu)的施工安裝過程進(jìn)行了說明，著重闡述了其中的重要結(jié)構(gòu)部位吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)措施，結(jié)構(gòu)卸載工藝控制措施及其結(jié)構(gòu)施工全過程的有限元數(shù)值分析等重點(diǎn)內(nèi)容，可供同類大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)與施工參考。

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（作者單位：江蘇滬寧鋼機(jī)股份有限公司）