杭州國(guó)際博覽中心多層大跨度超重鋼桁架安裝技術(shù)研究

林 波 朱學(xué)亮 曹 旺 董繼勇 裴世赟 梁思遠(yuǎn)

(1.中建八局鋼結(jié)構(gòu)工程公司,， 上海 200125； 2.中建安裝工程有限公司,， 南京 210046)

摘 要：杭州國(guó)際博覽中心工程是一種典型的空間桁架結(jié)構(gòu)形式,。平面桁架是其主體框架體系的主要組成部分，桁架尺寸最長(zhǎng)達(dá)8.77 m,，跨度最大達(dá)54 m,，分布于會(huì)展區(qū)域1～3層，單榀桁架質(zhì)量最大達(dá)到184 t,。綜合考慮制作,、運(yùn)輸,、施工空間、施工工期等多方面因素,，制定出大跨度多層重型桁架的快速安裝技術(shù),，從而為類(lèi)似工程提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：桁架,； 快裝式支撐系統(tǒng),； 方案； 同步,； 應(yīng)用

1 工程概況

杭州國(guó)際博覽中心工程占地面積約19萬(wàn)hm2,，位于鵬起路與奔競(jìng)二路交匯處，南鄰七甲河,，西距錢(qián)塘江800 m,，總建筑面積約85萬(wàn)m2。鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為14萬(wàn)余噸,，其中平面鋼桁架共計(jì)667榀,，總質(zhì)量4萬(wàn)余噸，約占總用鋼量的25%,。

本工程由會(huì)議會(huì)展,、上蓋物業(yè)、屋頂花園,、地下商業(yè),、地下車(chē)庫(kù)及機(jī)房共五大功能區(qū)組成。設(shè)計(jì)平面劃分為九個(gè)區(qū)：I區(qū)為會(huì)議部分(①-⑧軸到②軸),，II-V區(qū)為會(huì)展部分(②-⑤,、⑤-⑦、⑦-⑨,、⑨-⑩軸)，VI-VIII區(qū)為上蓋物業(yè)A,、B,、C塔樓，IX區(qū)為下沉廣場(chǎng),，如圖1所示,。本工程±0.000 m以下為一整體，不設(shè)伸縮縫,，±0.000 m以上根據(jù)建筑使用功能,、結(jié)構(gòu)體系、溫度區(qū)段的要求,，將其劃分為結(jié)構(gòu)獨(dú)立單元,，各結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)防震縫,。

1-上蓋物業(yè)A；2-會(huì)議I區(qū),；3-屋頂花園,；4-球殼；5-飄帶,；
6-上蓋物業(yè)B,；7-上蓋物業(yè)C；8-會(huì)展Ⅱ-Ⅴ區(qū)
圖1 建筑結(jié)構(gòu)分布示意

本工程平面桁架的高度均在3.6 m以上,，跨度主要為18,，27，36,，54 m(會(huì)議區(qū)域),，單榀桁架最大質(zhì)量達(dá)184 t。桁架的安裝主要分布于會(huì)展區(qū)域標(biāo)高為15.770,，29.770,，43.800 m的3層結(jié)構(gòu)及會(huì)議區(qū)域的標(biāo)高為27.000 m及屋頂?shù)?層結(jié)構(gòu)。同時(shí),， 54 m跨桁架分布于會(huì)議區(qū)域,。

從圖2-圖4可以看出，本工程桁架在立面上為2層或3層,，同時(shí)平面布置主要為18 m×27 m,、36 m×27 m框架結(jié)構(gòu)，層數(shù)多,、跨度大,。

1-Ⅰ區(qū)；2-Ⅱ區(qū),；3-Ⅲ區(qū),；4-Ⅳ區(qū)；5-Ⅴ區(qū)
圖2 會(huì)議會(huì)展桁架豎向布置示意

圖3 會(huì)議會(huì)展桁架平面布置示意

a-立面,； b-軸側(cè)
圖4 36 m×27 m會(huì)展區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)示意

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 方案的選擇

考慮桁架結(jié)構(gòu)的形式,、現(xiàn)場(chǎng)的施工空間及施工工期的要求，對(duì)桁架的安裝方案進(jìn)行了對(duì)比(表1),。

表1 桁架安裝方案對(duì)比

方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)方案一地面拼裝,整體提升1)高空作業(yè)少,較安全2)質(zhì)量能更好地控制1)場(chǎng)地受限,只能單拼拼裝2)多層施工,桁架平移困難3)移動(dòng)提升裝置需多次移位和拼裝,效率太低方案二采用快裝式支撐架系統(tǒng),高空散裝1)便于吊裝2)兩層同時(shí)施工,同層桁架同時(shí)施工,施工效率高,滿(mǎn)足工期要求1)高空作業(yè)量大,安全防護(hù)要做到位2)后期拆除難,同時(shí)影響Ⅱ區(qū)頂部結(jié)構(gòu)安裝

鑒于本工程的現(xiàn)場(chǎng)空間情況及工期要求,，最終選用方案二：采用快裝式支撐架系統(tǒng)，高空散裝,。

2.2 快裝式支撐體系設(shè)計(jì)

2.2.1 快裝支撐架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

桁架支撐體系設(shè)計(jì)時(shí),，主要考慮支撐系統(tǒng)能承載兩層桁架并能保證同1單元的5榀桁架同時(shí)施工，設(shè)計(jì)最大荷載考慮3 400 kN。故支撐體系結(jié)構(gòu)穿過(guò)桁架豎向?yàn)橐惑w,，底部設(shè)置在地下結(jié)構(gòu)柱上及梁,。每個(gè)桁架下弦與支撐系統(tǒng)間預(yù)留調(diào)整和頂緊裝置安裝空間，便于卸載和頂緊,。

桁架安裝用臨時(shí)支撐通長(zhǎng)設(shè)置,，采用截面為2 400 mm×2 400 mm的格構(gòu)柱，材質(zhì)為Q345B,。安裝用臨時(shí)支撐體系如圖5所示,。

a-結(jié)構(gòu)；b-應(yīng)用
1-穿桁二層架,；2-穿桁一層架
圖5 安裝用臨時(shí)支撐體系示意

2.2.2 快裝支撐架結(jié)構(gòu)布置

本工程桁架根據(jù)運(yùn)輸要求,，其最大構(gòu)件長(zhǎng)度為18 m，最大高度為3.8 m,，故27 ,，36 m桁架居中分段，54 m桁架分為3段,。桁架的支撐設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)口處,，如圖6、圖7所示,。

1-ZC-TR2-3,，ZC-TR2-4
圖6 27，36 m桁架支撐體系平面布置示意

圖7 桁架支撐體系立面布置示意

2.2.3 快裝支撐架的驗(yàn)算

為保證快裝支撐架體系的承載能力和安全性能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求,，需要對(duì)其穩(wěn)定性,、安全性進(jìn)行驗(yàn)算。

計(jì)算軟件采用通用有限元軟件ANSYS 13.0,，結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用Beam 188空間梁?jiǎn)卧M,，千斤頂采用Link 10受壓?jiǎn)卧M，受拉時(shí)失效,。

計(jì)算中利用了ANSYS單元“生死”的功能模擬施工全過(guò)程,；計(jì)算時(shí)，首先殺死未安裝的單元以模擬未安裝的桿件,；當(dāng)完成上一施工步進(jìn)行下一施工步時(shí),，激活將要安裝的單元，以此來(lái)考慮安裝過(guò)程中由于桿件變形鎖定的內(nèi)力和變形的累積效應(yīng),。

計(jì)算方法采用二階彈性大變形算法，考慮了鋼構(gòu)件幾何非線性的影響,，因而考慮了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性穩(wěn)定性,。

荷載取值：1.2G(自重)，考慮節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及加勁措施的影響(考慮節(jié)點(diǎn)加勁及構(gòu)造措施的影響乘以系數(shù)1.2)。

安裝過(guò)程中,，桁架與格構(gòu)柱的整體的應(yīng)力和豎向變形如表2所示,，應(yīng)力與施工步的關(guān)系如圖8所示，最大豎向位移與施工步的關(guān)系如圖9所示,。安裝過(guò)程中最大壓應(yīng)力為-63 MPa,，最大豎向變形為-7.1 mm，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形均滿(mǎn)足要求,。

表2 單榀桁架及格構(gòu)柱安裝過(guò)程

最大應(yīng)力和豎向位移

施工步壓應(yīng)力/MPa拉應(yīng)力/MPa豎向位移/mm1-12.95.1-1.72-15.56.2-1.83-28.911.8-3.44-34.614.2-3.55-37.715.5-3.56-39.316.3-3.67-45.114.0-3.78-45.813.7-3.79-50.512.4-3.710-52.211.9-3.911-53.313.1-4.112-57.711.0-4.613-58.311.0-4.714-61.110.5-5.515-62.111.9-5.816-63.013.1-6.017-57.253.8-7.1

圖8 施工過(guò)程中最大應(yīng)力的變化

圖9 施工過(guò)程中最大豎向變形的變化

從表2可以看出,，在第16步安裝完成、尚未拆除臨時(shí)桁架時(shí)應(yīng)力最大,，桁架自身的應(yīng)力分布如圖10所示,，格構(gòu)柱自身的應(yīng)力分布如圖11所示。

圖10 安裝完成時(shí)桁架的應(yīng)力分布

圖11 安裝完成時(shí)支撐的應(yīng)力分布

根據(jù)圖8-圖11可知,，安裝過(guò)程中,，格構(gòu)柱的最大應(yīng)力為-63 MPa，桁架自身最大應(yīng)力-12.755 MPa,。由表2可知,，拆除臨時(shí)支撐后，桁架的應(yīng)力重分布,，增加到-57.2 MPa,，桁架和格構(gòu)柱均滿(mǎn)足要求。

2.3 支撐體系的安裝

整個(gè)支撐體系的安裝順序?yàn)椋赫w單元底座→整體單元第一節(jié)及支座→整體單元穿第一桁架層及支座→整體單元穿第二節(jié)及支座→整體單元穿第二桁架層及支座→整體單元穿第三節(jié)上支座,，如圖12所示,。

2.4 支撐體系的拆除

施工中，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元當(dāng)上層桁架安裝完成,，準(zhǔn)備第三層桁架安裝時(shí),，下一層桁架支撐體系拆除。順序?yàn)椋旱诙予旒馨惭b完成→第一層桁架拆除→第三層桁架安裝完成→第二層桁架拆除→最后第三層桁架拆除,，保證受力傳遞到底部支撐架上,如圖13所示,。

a-第一層支撐安裝；b-穿第一層桁架支撐安裝,；c-第二層支撐安裝,；d-穿第二層桁架支撐安裝；e-第三層支撐架安裝
圖12 支撐體系安裝

圖13 支撐體系拆除示意

3 實(shí)施效果

1)將整體桁架施工周期縮短約2個(gè)月的施工時(shí)間,，節(jié)約了150 t履帶吊車(chē)約30個(gè)臺(tái)班,，減少了施工人工約2 000工日，同時(shí)成品支架可以在其他項(xiàng)目上繼續(xù)使用,。

2)加快了施工進(jìn)度,，保證了工程的整體施工進(jìn)度，得到了建設(shè)單位、監(jiān)理單位的好評(píng),，為進(jìn)一步開(kāi)拓市場(chǎng)打下了良好的基礎(chǔ),。

4 結(jié) 語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)中桁架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)，尤其是在場(chǎng)館類(lèi)建筑中,。而且隨著建筑規(guī)模的增大,， 造成桁架的尺寸、質(zhì)量也不斷增大,，研究,、總結(jié)桁架的相關(guān)安裝技術(shù)對(duì)提高施工質(zhì)量、降低施工成本有重大意義,。該項(xiàng)目對(duì)多層大跨度超重鋼桁架的成功安裝,，為今后類(lèi)似工程提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50661-2011 鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].

[4] GB 700-2006 碳素結(jié)構(gòu)鋼[S].

INSTALLATION TECHNOLOGY FOR MULTI-STORY OVERWEIGHT AND LONG-SPAN STEEL TRUSS OF HANGZHOU INTERNATIONAL EXPO CENTER

Lin Bo Zhu Xueliang Cao Wang Dong Jiyong Pei Shiyun Liang Siyuan

(1.China Construction Eighth Engineering Division Co.Ltd,， Shanghai 200125,， China;

2. Construction Installation Engineering Co.Ltd, Nanjing 210046, China)

ABSTRACT：Hangzhou International Expo Center project was a typical structure of exhibition building. The plane truss was the main component of its structure. The maximum length of truss was up to 8.77 m and its span was up to 54 m. They were distributed in each layer of the exhibition areas. The heaviest truss was over 184 t. Manufacturing transportation, the construction period and other factors should be taken into account. A kind of fast installation technology for multi-story overweight and long-span steel truss was developed.It also provided reference for similar projects.

KEY WORDS：truss； ready-package supporting system,； scheme,； synchronization； application

第一作者：林波,，男,，1973年出生，高級(jí)工程師,。

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收稿日期：2014 - 05 - 28

DOI：10.13206/j.gjg201501016