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1、超大型鋼結構工程施工方案選擇介紹了青島*機場擴建、青島*會展中心等幾個大型工程屋蓋鋼結構施工方案的選擇和工程實踐。通過對滑移、扒桿整體提升與其他方案的分析比較，得出了下部與周邊為混凝土結構、屋面為鋼結構的工程，在選擇鋼結構施工方案時應遵循的一些原則。0前言機場航站樓、體育場館等大型公共建筑為了滿足建筑和結構上的需要，大多采用下部混凝土結構，屋面為大跨、造型復雜的鋼結構形式，此類工程往往質量要求高、工期緊，且難以在混凝土結構上使用大型機械進行拼裝和吊裝作業。因此，在鋼結構施工方案選擇時，存在諸多需要綜合考慮的技術問題，如：為保證工程的總工期，在鋼結構施工期間，安裝、裝飾及周邊的混凝土結構能否同步2、施工鋼結構安裝方法是否影響到其自身結構、混凝土結構，以及施工作業的安全；鋼結構施工方法對質量、安全、施工速度的影響程度如何：上述問題均需圍繞整個工程的總體目標，統籌考慮，以便選擇合理的鋼結構施工方案。1工程實例11青島*機場擴建工程工程概況青島*機場擴建工程共分2期，其中期于20XX年竣工，二期于20XX年竣工。2期工程建筑面積17萬m2，地下12層，地上3層，鋼屋面最高處標高為26.796m，整個工程平面為曲線(見圖1、2)。其中屋蓋鋼結構工程主要分為候機大廳、指廊、陸側大雨棚等部分，鋼結構的總重量約為6020t。一期候機大廳鋼屋蓋的面積為30900m2，平面呈扇形，扇形上弦長197m，下弦3、長154m，跨度72m，平面分為B和C兩個區。屋面采用大型管桁架(BHJ)。材料為Q345B無縫鋼管，所有節點均為焊接，管桁架平面呈V型，兩端分別安裝在標高23.498m和標高21.223m的混凝土柱上，其高差為2275m，見圖2。整個候機大廳屋蓋共6榀主桁架，每榀重量約84t，有弦桿共36根，腹桿792根。112方案選擇該工程一、二期均采用了高空累積一整體曲線滑移的方案，并取得了較好技術經濟效果。下面以一期工程為例對方案進行分析比較。(1)跨外兩側使用大型機械在地面或樓板上拼裝、起吊的施工方案。地面單元組裝，分多段吊至樓板進行對接，需使用2臺大型起重機械抬吊就位。施工準備期較短，但需占用候機4、樓四周的場地，高架橋、+126m樓板、設備安裝及其他工序無法施工，不能保證總體工期：施工作業的安全性較好，但拼裝時對混凝土結構的安全性影響較大。需使用2臺以上300t大型起重設備，并需加固混凝土樓板，成本過高。(2)地面單元組裝、分段吊裝、高空對接、曲線滑移的施工方案。地面單元組裝，使用一臺大型起重設備分2段吊至柱頂的滑移軌道，高空對接，累積一一整體高空曲線滑移，頂升就位，見圖3。僅占用10、G軸線外側的場地，高架橋、+126m樓板、安裝及其他工序可同時施工，能夠保證工程的總工期；鋼結構施工速度較快，并可以減少高空作業，有利于保證施工質量和安全使用的大型起重設備較少，僅需增加滑移鋼粱及滑移設備5、的費用，施工成本較低。高空曲線滑移技術難度較大，施工準備期較長。根據上述對比，只要解決了高空曲線滑移的關鍵施工技術，并將滑移箱梁、軌道等準備工作穿插于其他工序中，采用地面單元組裝、分段吊裝、高空對接、曲線滑移的施工方案，既能縮短鋼結構的施工工期、降低工程成本，又能保證工程的總工期。二期工程鋼結構方案的實施效果全部鋼結構工程自20XX年4月1O月完成，其主要部分候機大廳鋼結構的拼裝、滑移20XX年5月12曰6月10曰完成。鋼結構施工期間，高架橋、砌體、安裝等分項均同步施工，內外裝修、場區等分項提前3個月開始，工程總工期縮短了4個月。由于在地面上拼裝，減少了材料運輸、提高了工效和質量、鋼結構拼裝、6、滑移的速度為45d榀，施工期間未發生安全事故。12青島*會展中心工程2工程概況青島*會展中心展廳部分為預應力混凝土框架結構，二層主展廳屋面為144m60m鋼結構屋蓋，形成了總面積約8600m2的無柱大空間結構，以滿足展廳使用功能的需要。鋼屋蓋承重結構為60m跨的空間鋼管桁架，桁架間距12m，主桁架共12榀，單榀重量約為40t，邊桁架共24榀，單榀重約6t，屋面鋼結構總重量約900t。鋼結構平面布置見圖4。鋼管桁架兩端支撐在邊桁架上，邊桁架為H型鋼平面桁架由E軸至S軸連續設置，邊桁架的支座采用過渡板與混凝土主體結構的預埋件相連。主桁架為變高度、變寬度的倒三角形截面空間鋼管桁架，桿件均采用Q3457、B無縫鋼管制作，上弦273mm，下弦直徑299mm，腹桿的直徑為273mm、140mm，節點為直接相貫焊接連接節點，桁架拱頂最大安裝高度約為32m，單榀桁架的結構形式見圖5。工程特點及難點(1)鋼結構總量不大，但造型獨特、復雜，為大跨度空間管桁架。(2)工期緊。工程于20XX年年底開工，20XX年5月全部展廳和會議中心的部分區域即要交付使用。(3)展廳鋼結構屋面位于建筑平面的中間，四周均為混凝土結構，樓面為大體積預應力混凝土結構，大跨度鋼結構安裝比較困難，見圖4。方案選擇由于鋼結構屋面位于混凝土結構的中央，如采用在跨外兩側吊裝或原位散拼的方案，將影響四周混凝土結構，以及裝修、安裝等工序的穿插施8、工，造成總工期的延長。另外，因主桁架的造型對稱、重心低、結構穩定，適合于滑移，而且在混凝土梁上鋪設滑移軌道較為方便，因此經過比較選擇了在S軸線一側的場地拼裝，分段吊裝至2615m標高后，再整體拼裝向E軸線一側累積一一整體滑移的方案。起重機械的選擇。如采用單榀桁架整體吊裝的方案，則重量達40t的主桁架，安裝高度32m，回轉半徑達24m，需要采用300t以上的吊車。為此選擇了主桁架地面整體組裝，分三段吊裝的方法。最大的吊裝單元僅為14t，選擇160t汽車式起重機即可滿足要求。為了保證起重機的回轉半徑，U軸線外側的混凝土結構須待鋼結構吊裝完成后方可施工：SU軸線間的2615m標高以上的混凝土結構作為9、主桁架二次拼裝的場地，待滑移完成后方可施工。為了加快鋼結構屋面的施工速度，提前穿插屋面板的施工，選擇了過渡板的滑移方案。即：增加過渡鋼板，使滑移軌道的標高與主桁架的就位標高相同，滑移至平面位置后鋼結構可直接就位。實施效果鋼結構施工自2005年9月25日1O月3O日完成。鋼結構拼裝使用了2個胎架，單胎架的拼裝速度為3d榀，對接、滑移速度為2d榀，施工速度較其他方案提高了1倍。另外，滑移期間還穿插完成了部分鋼結構屋面；除S軸線外側剩余部分混凝土結構工程外，其余全部完成砌體、安裝、裝修等分項也按計劃穿插施工。由于上述原因，使工程總工期縮短了3個月。13青島*跳水館工程131工程概況青島*跳水館工程為10、十一屆全運會比賽場館，包括比賽館和商業區，總建筑面積46787m2，地下2層、地上1層為混凝土框架結構，其主要池體支撐在混凝土框架柱上，屋面為網架結構，造型似貝殼狀。工程工期緊，20XX年9月開工，20XX年3月竣工。鋼屋蓋結構型式為焊接空心球節點四角錐網架，網格尺寸為4m4m左右不等。南北向跨度為1012m，東西向跨度130m，最高處標高為3O7Om。最低處標高為一1O8m。網架投影面積為15041m2，展開面積為18000m2，網架矢高為4.2m，由中心向四周變薄。網架結構總重量約1600t，其中室內部分網架重量約為1100t。網架桿件最大為37728mm，最小為603mm；焊接球最大球徑11、為800mm，最小球徑為300mm。支撐型式為室內部分有42個周邊支撐柱，室外有4個落地支撐點。132方案選擇為了保證工程的總工期及工程的質量、安全，對滑移、整體提升、高空散拼等幾個方案進行了研究論證，最終選擇了扒桿整體提升的方案。(1)由于結構造型復雜，難以劃分拼裝單元和布設滑移軌道，不宜采用滑移方案。(2)盡管架設滿堂腳手架進行高空散拼的方案，操作環境好，有利于安全生產，但施工速度慢，而且屋面以下的作業空間全被占用，鋼結構施工期間無法穿插砌體、安裝、裝修等分項的施工，將使工程的總工期延長34個月。(3)設置2O個格構式扒桿和部分獨腳扒桿實施網架的整體提升(見圖7)，施工難度大，對混凝土結構12、鋼結構及施工作業安全的影響大，但在網架提升過程中，可以穿插砌體、安裝、裝修等分項的施工，能夠縮短工程的總工期34個月。因此，只要解決扒桿提升的整體穩定性、同步性及扒桿支撐部位混凝土結構的安全等問題，則該方案是可行的。133扒桿整體提升室內部分選擇2O個格構式扒桿和部分獨腳扒桿分5步實施網架的整體提升。即：先拼裝00以下池體內的網架，提升至00再將該標高處的網架拼裝完，繼續提升至84m標高，擴大拼裝后再提升，并依次進行最后2步的提升，與室外的網架連接后，再進行整體網架的卸載和就位，見圖8。2對比分析21滑移方案211建筑造型及結構形式的分析(1)國內大型鋼結構滑移工程如：深圳機場、浦東機場一期13、廣州新白云機場、沈陽桃仙機場，以及上述2個工程的建筑造型上均有一個共同點，即建筑造型在一個方向上比較規則，呈直線或圓弧型，這樣可以方便的布設滑移軌道。否則，實施滑移方案將比較困難，應該考慮提升或其他方案。(2)采用滑移方案的工程，其結構形式的特點主要有：下部為混凝土結構或地下有混凝土結構，屋面為大跨度、造型復雜的鋼結構，使用大型起重設備在混凝土結構上進行拼裝和吊裝作業比較困難。建筑的周邊有混凝土結構，如：青島流亭機場候機樓外側的高架橋，青島*會展中心周邊的混凝土結構。采用大型起重設備拼裝或吊裝將推遲周邊混凝土結構的施工。212技術經濟分析(表1)。213其他方面的分析(1)過渡板滑移。減少了14、頂升就位的工序，可以避免鋼結構各單元之間的施工位移，降低了施工難度，加快施工速度：鋼結構滑移期間還可以穿插屋面施工，能夠縮短工程的總工期。(2)大型起重機械的選擇對成本影響較大。因此，除了考慮起吊重量、高度、回轉半徑等參數外，還要結合影響工期的關鍵環節和高空對接的難度來劃分地面拼裝單元。青島*會展中心工程將主桁架分為3個拼裝單元，僅使用了160t的吊車。如劃分為2個單元需使用200t以上的吊車，單榀整體吊裝需使用300t以上的吊車，則施工成本將明顯加大。由于決定滑移施工速度的關鍵點是地面拼裝，且該工程高空拼裝點為混凝土結構平臺，操作簡單，因此可以增加拼裝單元，以減小起吊重量。2.2扒桿提升方案15、(1)對于建筑造型上不適合滑移的，屋面為鋼結構尤其是網架或網殼結構的，下部為混凝土結構的工程，其屋面的鋼結構施工可采用扒桿整體提升的方案。(2)扒桿提升方案的技術經濟分析見表2。3結語下部和周邊為混凝土結構的屋面鋼結構工程，選擇鋼結構施工方案時應圍繞工程的總目標，綜合考慮質量、安全、工期、造價等因素來確定。經過對多個大型工程的實踐和方案選擇的分析可以得出：(1)建筑造型在一個方向為直線或圓弧時宜選擇滑移方案。否則，應考慮整體提升或其他方案。(2)屋面為鋼網架或網殼結構時，如不適合滑移方案時宜采用扒桿整體提升方案。(3)滑移方案對其他工序和混凝土結構施工的影響最小，對工程總工期最有利，扒桿整體提升方案次之。(4)過渡板滑移減少了頂升就位的工序，可以提前穿插屋面施工，有利于安全作業，并能夠加快施工速度。因此，采用滑移方案時應結合滑移方法優化鋼結構的支座。(5)滑移施工時，地面拼裝單元的劃分對大型起重機械的選擇和造價的影響較大。