潘 俊

（浙江東南網(wǎng)架股份有限公司，浙江 杭州 311209）

0 引言

目前國內(nèi)各類大型場館、綜合體、高鐵站房、航站樓等大量采用了大跨度空間結(jié)構(gòu)。其具有結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、造型優(yōu)美的特點(diǎn)，大跨度空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性對(duì)施工技術(shù)提出了很高的要求。梁凱等[1]認(rèn)為大跨度空間結(jié)構(gòu)施工條件的制約性、施工方法的多樣性和復(fù)雜性，造成了施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的復(fù)雜性和最終成型狀態(tài)結(jié)構(gòu)受力的可變性。其詳細(xì)介紹大跨度空間結(jié)構(gòu)的施工仿真驗(yàn)算技術(shù)。周觀根等[2]提出了大跨度鋼屋蓋在深化設(shè)計(jì)、加工制作、現(xiàn)場安裝及數(shù)字化信息管理等各階段關(guān)鍵施工技術(shù)，解決了鋼屋蓋施工技術(shù)難題。王策等[3]結(jié)合具體施工項(xiàng)目，綜合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全質(zhì)量控制、新技術(shù)應(yīng)用等方面內(nèi)容，提出異形屋蓋鋼結(jié)構(gòu)施工的優(yōu)化方案。

本文以實(shí)際案例為基礎(chǔ)，詳細(xì)介紹了大跨度空間結(jié)構(gòu)的施工制約條件，提出了網(wǎng)殼過程穿插拼裝，液壓累積提升，結(jié)合局部原位安裝相結(jié)合的綜合施工方案，對(duì)不同條件區(qū)域結(jié)構(gòu)采用與其施工條件及結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的施工方法。解決了現(xiàn)場各類不利條件，為項(xiàng)目的順利推進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 工程概況

海口國際免稅城（如圖1 所示）位于?？谖骱０?，是世界最大單體免稅店，免稅商業(yè)中心總建筑面積28.9 萬m2，地下2層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑面積約14 萬m2，地上4 層鋼框架支撐結(jié)構(gòu)，建筑面積約15 萬m2，5 層屋面為大跨度單雙層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)造型屋面。

圖1 ?？趪H免稅城項(xiàng)目

5 層造型屋面為大跨度鋼結(jié)構(gòu)輕型屋面，由5 塊穹頂網(wǎng)殼、2 個(gè)冷卻塔、綠植墻、一圈連續(xù)大跨度單雙層網(wǎng)殼屋面組成。屋面支承于下部結(jié)構(gòu)鋼管混凝土柱頂。其中主入口處為雙層網(wǎng)殼，熱帶雨林中庭為單層網(wǎng)殼，其余部分為單雙層結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼。如圖2、圖3 所示。

圖2 典型節(jié)點(diǎn)示意圖

圖3 主入口大門雙層網(wǎng)殼剖面圖

單雙層網(wǎng)殼根據(jù)設(shè)計(jì)要求，均采用鼓節(jié)點(diǎn)，鼓節(jié)點(diǎn)均垂直于大地，導(dǎo)致鼓節(jié)點(diǎn)上下端口需根據(jù)屋蓋結(jié)構(gòu)造型切割為斜切口。

項(xiàng)目施工條件復(fù)雜，現(xiàn)場采用了分塊吊裝、分區(qū)提升、局部滿堂架相結(jié)合的綜合施工方案。本文僅對(duì)主入口處雙層網(wǎng)殼的施工方案選擇及關(guān)鍵施工技術(shù)做詳細(xì)介紹。

2 施工重難點(diǎn)分析

2.1 現(xiàn)場施工條件復(fù)雜

造型屋面需在下部結(jié)構(gòu)施工完成后才能介入施工，導(dǎo)致現(xiàn)場主入口處場地條件異常復(fù)雜，地下室頂板外輪廓邊緣大，頂板邊緣至主入口網(wǎng)殼邊緣距離分別為31.7、74.5m，且正對(duì)面還存在未施工的地下連通道、下沉庭院，左右兩側(cè)均布置有汽車坡道，如圖4 所示，對(duì)大型機(jī)械行走及選擇影響大，現(xiàn)場的場地條件直接影響現(xiàn)場施工方案的選擇。

圖4 ?？趪H免稅城項(xiàng)目

2.2 構(gòu)件量大、相似度高、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，深化設(shè)計(jì)及加工難度大

本項(xiàng)目雙層網(wǎng)殼均采用鼓節(jié)點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鼓節(jié)點(diǎn)角度為垂直于大地，導(dǎo)致鼓節(jié)點(diǎn)需根據(jù)結(jié)構(gòu)造型設(shè)置斜切口，節(jié)點(diǎn)尺寸大，構(gòu)造復(fù)雜，導(dǎo)致加工及拼裝難度進(jìn)一步提升；同時(shí)網(wǎng)殼上下封邊梁采用變截面箱型彎扭構(gòu)件深化設(shè)計(jì)和加工制作難度大。

2.3 大跨度連續(xù)多曲面造型屋面位形控制難

?？趪H免稅城主入口屋面造型呈多曲面狀，對(duì)項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)整體外形尺寸及桿件的安裝精度要求高。同時(shí)，由于曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在拼裝、焊接、施工、卸載階段結(jié)構(gòu)變形大，屋蓋位形控制難，位形控制要求高。特別是屋面桿件直接作為屋面鋁板結(jié)構(gòu)型材連接構(gòu)件，無檁條過渡作為調(diào)節(jié)，型材可調(diào)節(jié)空間僅20mm，部分構(gòu)件外露可視，對(duì)屋面結(jié)構(gòu)的感官及安裝精度要求非常高。

3 屋蓋施工關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 施工方案的選擇確定

考慮現(xiàn)場的場地條件，對(duì)地下連通道進(jìn)行臨時(shí)封堵并回填，連通道待主入口屋面網(wǎng)殼安裝完成后施工。因基坑邊緣與屋面結(jié)構(gòu)距離較大，采用大型吊機(jī)安裝經(jīng)濟(jì)性較低，采用常規(guī)施工方法措施投入極大，無法保證各專業(yè)穿插及施工工期。

綜合考慮屋面結(jié)構(gòu)造型及受力特點(diǎn)、周邊場地條件及屋面下部樓層情況，經(jīng)過反復(fù)討論研究，確定“網(wǎng)殼過程穿插拼裝，液壓累積提升，結(jié)合局部原位安裝”的綜合應(yīng)用來完成造型屋面的安裝。其中，拼裝一區(qū)在±0 標(biāo)高處拼裝，拼裝二、三區(qū)在二層樓面拼裝（標(biāo)高6.6m），如圖5 所示，利用液壓同步提升系統(tǒng)將拼裝一區(qū)整體提升約6.7m，暫停提升，與在標(biāo)高6.60m的拼裝二、三區(qū)單元對(duì)接，安裝連系桿件，連成整體后，繼續(xù)將整體提升到設(shè)計(jì)位置；原位拼裝區(qū)采用搭設(shè)腳手架在機(jī)房層屋面（標(biāo)高27.65m）直接拼裝安裝就位。最后嵌補(bǔ)提升區(qū)與原位拼裝區(qū)的桿件，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體卸載后，完成此區(qū)域的安裝[4]。

圖5 主入口屋面施工分區(qū)圖

3.2 網(wǎng)殼拼裝控制關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鼓節(jié)點(diǎn)角度為垂直于大地，導(dǎo)致鼓節(jié)點(diǎn)需根據(jù)結(jié)構(gòu)造型設(shè)置斜切口，即每個(gè)鼓節(jié)點(diǎn)呈不同空間位置及不同角度，為保證整個(gè)屋面造型的準(zhǔn)確性，同時(shí)保證與鋁板幕墻和玻璃幕墻施工精度相匹配，每個(gè)鼓節(jié)點(diǎn)及每根桿件的安裝精度至關(guān)重要。下面以下層網(wǎng)殼拼裝為例說明。

3.2.1 放樣及胎架設(shè)計(jì)

分塊組裝時(shí)控制點(diǎn)應(yīng)取在鼓節(jié)點(diǎn)處，以每個(gè)鼓型節(jié)點(diǎn)的下端面為節(jié)點(diǎn)控制面。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)下端面上取四點(diǎn)并投影至地面，其交點(diǎn)即為該鼓節(jié)點(diǎn)端面的中心點(diǎn)的投影。然后根據(jù)該中心投影點(diǎn)進(jìn)行胎架的放置，如圖6 所示，胎架的支撐面應(yīng)根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)下端面傾斜角度統(tǒng)一放置。

圖6 胎架設(shè)計(jì)

3.2.2 桿件拼裝

在每個(gè)鼓節(jié)點(diǎn)處劃出桿件定位線，現(xiàn)場根據(jù)定位線進(jìn)行桿件的拼裝，使組裝間隙偏差控制在±1.0mm 之間。合格后進(jìn)行定位焊。

3.2.3 網(wǎng)殼焊接變形控制

現(xiàn)場每個(gè)節(jié)點(diǎn)均為全熔透一級(jí)焊縫，總體焊接量大，同時(shí)焊接平面尺寸，焊接變形控制直接影響網(wǎng)殼的整體安裝精度。所有桿件組裝完成并復(fù)查合格后，先焊環(huán)向桿件，再焊腹桿，焊接采用對(duì)稱施焊，如圖7 所示。

圖7 網(wǎng)殼焊接順序示意圖

針對(duì)每根桿件，先焊桿件兩端上的腹板焊縫，再焊下翼緣焊縫，最后進(jìn)行上翼緣焊縫的焊接。

對(duì)稱施焊：一個(gè)節(jié)點(diǎn)上有左右兩根桿件時(shí)，或一根桿件上有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，采用對(duì)稱于節(jié)點(diǎn)軸線同時(shí)對(duì)稱施焊，如圖8所示。

圖8 桿件對(duì)稱焊接

3.3 提升點(diǎn)布置及設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

（1）提升支架及吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

為最大限度地使提升結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)接近于使用狀態(tài)，盡量利用原結(jié)構(gòu)鋼柱作為提升點(diǎn)，即在主入口4 根鋼柱頂設(shè)置提升支架，但此時(shí)提升區(qū)塊網(wǎng)殼無法形成穩(wěn)定受力體系，故在網(wǎng)殼懸挑處設(shè)置2 個(gè)臨時(shí)提升點(diǎn)，以滿足結(jié)構(gòu)整體提升的要求，如圖9 所示。

圖9 提升吊點(diǎn)設(shè)置

采用SAP2000 軟件建立提升區(qū)塊三維模型，對(duì)整個(gè)提升過程網(wǎng)殼、提升支架和上下吊點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，確保整個(gè)施工過程中結(jié)構(gòu)均處于設(shè)計(jì)及規(guī)范允許范圍內(nèi)，根據(jù)計(jì)算值最終設(shè)計(jì)確定提升支架及吊點(diǎn)的設(shè)置及做法。

采用液壓同步提升設(shè)備吊裝大跨度鋼結(jié)構(gòu)，需要設(shè)置合理的提升上下吊點(diǎn)。在提升上吊點(diǎn)即提升平臺(tái)上設(shè)置液壓提升器。液壓提升器通過專用鋼絞線與提升鋼結(jié)構(gòu)上的對(duì)應(yīng)下吊點(diǎn)相連接。本項(xiàng)目共設(shè)2 種類型提升架。

臨時(shí)塔架設(shè)計(jì)：臨時(shí)塔架采用門型格構(gòu)架，提升支架高度為44m，臨時(shí)塔架平面尺寸為1.8m×1.8m，主肢截面為P299mm×16mm， 腹桿截面均為P114mm×4mm，腹桿間隔1.8m。臨時(shí)塔架頂部的分配梁截面規(guī)格為400mm×400mm×20mm，平面尺寸為2.2m×2.2m。提升大梁截面規(guī)格為650mm×350mm×20mm。頂部分配梁和提升大梁接觸面設(shè)置30mm 厚的鋼墊板。材質(zhì)均為Q355B。構(gòu)件之間均采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)二級(jí)，加勁板采用角焊縫焊接，焊縫尺寸hf=0.7t。臨時(shí)塔架如圖10 所示。

圖10 臨時(shí)提升點(diǎn)上吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

柱頂提升架設(shè)計(jì)：提升平臺(tái)利用屋蓋鋼結(jié)構(gòu)支撐柱柱頂設(shè)置，采用四肢格構(gòu)柱形式，底部焊接于網(wǎng)殼支撐鋼柱臨時(shí)牛腿處，支架高度約3m，主肢規(guī)格P351mm×20mm，腹桿規(guī)格P159mm×6mm，分配梁截面規(guī)格為□650mm×400mm×16mm。提升大梁截面規(guī)格為650mm×300mm×16mm，加固斜桿P219mm×8mm。構(gòu)件之間均采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)二級(jí)。柱頂提升架如圖11 所示。

圖11 臨時(shí)提升支架設(shè)計(jì)

提升吊點(diǎn)設(shè)計(jì)：根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及提升工藝的要求，下吊點(diǎn)采用臨時(shí)吊具的形式。專用鋼絞線連接在液壓提升器和提升底錨之間，兩端分別錨固，用于直接傳遞垂直提升反力。底部鋼梁采用□400mm×200mm×16mm，通過短柱及外置加勁板與網(wǎng)殼連接。

提升支架計(jì)算分析：上述提升支架的設(shè)計(jì)均通過計(jì)算分析確定，結(jié)合提升反力及臨時(shí)措施自身應(yīng)力及變形，確定了構(gòu)件規(guī)格及措施結(jié)構(gòu)形式。提升架最大應(yīng)力為0.704，滿足相關(guān)規(guī)范要求，如圖12、13 所示。

圖12 提升反力計(jì)算

圖13 提升支架應(yīng)力分析

（2）提升加固設(shè)計(jì)

因提升塔架落地位置位于地下室頂板處，在格構(gòu)柱落點(diǎn)處設(shè)置轉(zhuǎn)換鋼梁平臺(tái)，將提升塔架受力傳遞至混凝土柱或主梁處，如圖14 所示。轉(zhuǎn)換梁采用H400mm×300mm×10mm×16mm，局部加強(qiáng)設(shè)置加勁板。

圖14 轉(zhuǎn)換平臺(tái)

本工程屋面網(wǎng)殼各桿件的內(nèi)力，在施工過程中會(huì)發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致桿件出現(xiàn)拉壓桿的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致桿件失穩(wěn)或者超應(yīng)力。經(jīng)過計(jì)算分析，在提升點(diǎn)位置采用加固桿件的方式對(duì)桿件進(jìn)行加固。加固桿件截面規(guī)格為H200mm×200mm×8mm×12mm，如圖15 所示。

圖15 臨時(shí)提升吊點(diǎn)加固及分析計(jì)算（虛線為加固桿件）

因主入口處鋼柱為獨(dú)立柱，高度達(dá)32m，提升過程中穩(wěn)定性欠缺，且4 根鋼柱處的提升反力及附加水平力較大，經(jīng)過整體施工過程分析計(jì)算，為確保施工過程安全可靠，對(duì)鋼柱進(jìn)行水平拉結(jié)加固，為充分利用現(xiàn)場材料，采用了臨時(shí)鋼梁和臨時(shí)桁架相組合的形式，如圖16 所示。待網(wǎng)殼提升到一定高度時(shí)，加固措施需進(jìn)行拆裝施工。

圖16 鋼柱臨時(shí)加固措施

3.4 施工測量控制

本項(xiàng)目造型屋面為大跨度、大懸挑變厚度異形多曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，為全焊接連接形式，測量控制技術(shù)主要應(yīng)用在網(wǎng)殼樓面拼裝、提升區(qū)域的整體提升監(jiān)測，網(wǎng)殼桿件高空散裝定位測量等。本項(xiàng)目為空間網(wǎng)殼體系，測量技術(shù)是控制施工質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)。

整個(gè)造型屋面所有桿件及鼓節(jié)點(diǎn)均具有唯一性，每根桿件均需測量定位。根據(jù)深化設(shè)計(jì)模型，提取每個(gè)單元的三維模型，將三維坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為樓面拼裝形態(tài)的坐標(biāo)控制值，采用全站儀對(duì)拼裝胎架、提升過程進(jìn)行全程跟蹤測量，所有構(gòu)件待校正后再進(jìn)行固定。項(xiàng)目在網(wǎng)殼的拼裝、安裝、提升過程標(biāo)高控制、卸載，均應(yīng)用了精確的測量控制技術(shù)。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目通過對(duì)結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)及現(xiàn)場場地條件的詳盡分析，在確保項(xiàng)目工期及多專業(yè)穿插施工的條件下，確定了“網(wǎng)殼過程穿插拼裝，液壓累積提升，結(jié)合局部原位拼裝”的綜合施工方案，特別針對(duì)項(xiàng)目提升施工的要求，提出了以下關(guān)鍵技術(shù)：

（1）網(wǎng)殼拼裝胎架設(shè)計(jì)技術(shù)；

（2）網(wǎng)殼拼裝焊接變形控制技術(shù)；

（3）提升吊點(diǎn)及塔架設(shè)計(jì)技術(shù)；

（4）施工仿真驗(yàn)算等。

通過理論與實(shí)踐相結(jié)合，解決了?？趪H免稅城主入口網(wǎng)殼的施工技術(shù)難題，結(jié)果表明施工安全可靠，質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求也為后續(xù)類似結(jié)構(gòu)施工提供了借鑒和參考。