1、超大型鋼結(jié)構(gòu)工程施工方案選擇介紹了青島*機(jī)場擴(kuò)建、青島*會展中心等幾個大型工程屋蓋鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、屋面為鋼結(jié)構(gòu)的工程，在選擇鋼結(jié)構(gòu)施工方案時應(yīng)遵循的一些原則。0前言機(jī)場航站樓、體育場館等大型公共建筑為了滿足建筑和結(jié)構(gòu)上的需要，大多采用下部混凝土結(jié)構(gòu)，屋面為大跨、造型復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)形式，此類工程往往質(zhì)量要求高、工期緊，且難以在混凝土結(jié)構(gòu)上使用大型機(jī)械進(jìn)行拼裝和吊裝作業(yè)。因此，在鋼結(jié)構(gòu)施工方案選擇時，存在諸多需要綜合考慮的技術(shù)問題，如：為保證工程的總工期，在鋼結(jié)構(gòu)施工期間，安裝、裝飾及周邊的混凝土結(jié)構(gòu)能否同步

2、施工鋼結(jié)構(gòu)安裝方法是否影響到其自身結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)，以及施工作業(yè)的安全；鋼結(jié)構(gòu)施工方法對質(zhì)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(biāo)，統(tǒng)籌考慮，以便選擇合理的鋼結(jié)構(gòu)施工方案。1工程實例11青島*機(jī)場擴(kuò)建工程工程概況青島*機(jī)場擴(kuò)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(biāo)高為26.796m，整個工程平面為曲線(見圖1、2)。其中屋蓋鋼結(jié)構(gòu)工程主要分為候機(jī)大廳、指廊、陸側(cè)大雨棚等部分，鋼結(jié)構(gòu)的總重量約為6020t。一期候機(jī)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(qū)。屋面采用大型管桁架(BHJ)。材料為Q345B無縫鋼管，所有節(jié)點均為焊接，管桁架平面呈V型，兩端分別安裝在標(biāo)高23.498m和標(biāo)高21.223m的混凝土柱上，其高差為2275m，見圖2。整個候機(jī)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(shù)經(jīng)濟(jì)效果。下面以一期工程為例對方案進(jìn)行分析比較。(1)跨外兩側(cè)使用大型機(jī)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(jìn)行對接，需使用2臺大型起重機(jī)械抬吊就位。施工準(zhǔn)備期較短，但需占用候機(jī)

4、樓四周的場地，高架橋、+126m樓板、設(shè)備安裝及其他工序無法施工，不能保證總體工期：施工作業(yè)的安全性較好，但拼裝時對混凝土結(jié)構(gòu)的安全性影響較大。需使用2臺以上300t大型起重設(shè)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(shè)備分2段吊至柱頂?shù)幕栖壍?，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(cè)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(jié)構(gòu)施工速度較快，并可以減少高空作業(yè)，有利于保證施工質(zhì)量和安全使用的大型起重設(shè)備較少，僅需增加滑移鋼粱及滑移設(shè)備

5、的費(fèi)用，施工成本較低。高空曲線滑移技術(shù)難度較大，施工準(zhǔn)備期較長。根據(jù)上述對比，只要解決了高空曲線滑移的關(guān)鍵施工技術(shù)，并將滑移箱梁、軌道等準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)方案的實施效果全部鋼結(jié)構(gòu)工程自20XX年4月1O月完成，其主要部分候機(jī)大廳鋼結(jié)構(gòu)的拼裝、滑移20XX年5月12曰6月10曰完成。鋼結(jié)構(gòu)施工期間，高架橋、砌體、安裝等分項均同步施工，內(nèi)外裝修、場區(qū)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(yùn)輸、提高了工效和質(zhì)量、鋼結(jié)構(gòu)拼裝、

6、滑移的速度為45d榀，施工期間未發(fā)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(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，二層主展廳屋面為144m60m鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，形成了總面積約8600m2的無柱大空間結(jié)構(gòu)，以滿足展廳使用功能的需要。鋼屋蓋承重結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)總重量約900t。鋼結(jié)構(gòu)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(xù)設(shè)置，邊桁架的支座采用過渡板與混凝土主體結(jié)構(gòu)的預(yù)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Q345

7、B無縫鋼管制作，上弦273mm，下弦直徑299mm，腹桿的直徑為273mm、140mm，節(jié)點為直接相貫焊接連接節(jié)點，桁架拱頂最大安裝高度約為32m，單榀桁架的結(jié)構(gòu)形式見圖5。工程特點及難點(1)鋼結(jié)構(gòu)總量不大，但造型獨特、復(fù)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(qū)域即要交付使用。(3)展廳鋼結(jié)構(gòu)屋面位于建筑平面的中間，四周均為混凝土結(jié)構(gòu)，樓面為大體積預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝比較困難，見圖4。方案選擇由于鋼結(jié)構(gòu)屋面位于混凝土結(jié)構(gòu)的中央，如采用在跨外兩側(cè)吊裝或原位散拼的方案，將影響四周混凝土結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適合于滑移，而且在混凝土梁上鋪設(shè)滑移軌道較為方便，因此經(jīng)過比較選擇了在S軸線一側(cè)的場地拼裝，分段吊裝至2615m標(biāo)高后，再整體拼裝向E軸線一側(cè)累積一一整體滑移的方案。起重機(jī)械的選擇。如采用單榀桁架整體吊裝的方案，則重量達(dá)40t的主桁架，安裝高度32m，回轉(zhuǎn)半徑達(dá)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(jī)即可滿足要求。為了保證起重機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑，U軸線外側(cè)的混凝土結(jié)構(gòu)須待鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成后方可施工：SU軸線間的2615m標(biāo)高以上的混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(biāo)高與主桁架的就位標(biāo)高相同，滑移至平面位置后鋼結(jié)構(gòu)可直接就位。實施效果鋼結(jié)構(gòu)施工自2005年9月25日1O月3O日完成。鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)屋面；除S軸線外側(cè)剩余部分混凝土結(jié)構(gòu)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(yùn)會比賽場館，包括比賽館和商業(yè)區(qū)，總建筑面積46787m2，地下2層、地上1層為混凝土框架結(jié)構(gòu)，其主要池體支撐在混凝土框架柱上，屋面為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)型式為焊接空心球節(jié)點四角錐網(wǎng)架，網(wǎng)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(biāo)高為3O7Om。最低處標(biāo)高為一1O8m。網(wǎng)架投影面積為15041m2，展開面積為18000m2，網(wǎng)架矢高為4.2m，由中心向四周變薄。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)總重量約1600t，其中室內(nèi)部分網(wǎng)架重量約為1100t。網(wǎng)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(nèi)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(zhì)量、安全，對滑移、整體提升、高空散拼等幾個方案進(jìn)行了研究論證，最終選擇了扒桿整體提升的方案。(1)由于結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，難以劃分拼裝單元和布設(shè)滑移軌道，不宜采用滑移方案。(2)盡管架設(shè)滿堂腳手架進(jìn)行高空散拼的方案，操作環(huán)境好，有利于安全生產(chǎn)，但施工速度慢，而且屋面以下的作業(yè)空間全被占用，鋼結(jié)構(gòu)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(shè)置2O個格構(gòu)式扒桿和部分獨腳扒桿實施網(wǎng)架的整體提升(見圖7)，施工難度大，對混凝土結(jié)構(gòu)

12、、鋼結(jié)構(gòu)及施工作業(yè)安全的影響大，但在網(wǎng)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(wěn)定性、同步性及扒桿支撐部位混凝土結(jié)構(gòu)的安全等問題，則該方案是可行的。133扒桿整體提升室內(nèi)部分選擇2O個格構(gòu)式扒桿和部分獨腳扒桿分5步實施網(wǎng)架的整體提升。即：先拼裝00以下池體內(nèi)的網(wǎng)架，提升至00再將該標(biāo)高處的網(wǎng)架拼裝完，繼續(xù)提升至84m標(biāo)高，擴(kuò)大拼裝后再提升，并依次進(jìn)行最后2步的提升，與室外的網(wǎng)架連接后，再進(jìn)行整體網(wǎng)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(jié)構(gòu)形式的分析(1)國內(nèi)大型鋼結(jié)構(gòu)滑移工程如：深圳機(jī)場、浦東機(jī)場一期

13、、廣州新白云機(jī)場、沈陽桃仙機(jī)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(guī)則，呈直線或圓弧型，這樣可以方便的布設(shè)滑移軌道。否則，實施滑移方案將比較困難，應(yīng)該考慮提升或其他方案。(2)采用滑移方案的工程，其結(jié)構(gòu)形式的特點主要有：下部為混凝土結(jié)構(gòu)或地下有混凝土結(jié)構(gòu)，屋面為大跨度、造型復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，使用大型起重設(shè)備在混凝土結(jié)構(gòu)上進(jìn)行拼裝和吊裝作業(yè)比較困難。建筑的周邊有混凝土結(jié)構(gòu)，如：青島流亭機(jī)場候機(jī)樓外側(cè)的高架橋，青島*會展中心周邊的混凝土結(jié)構(gòu)。采用大型起重設(shè)備拼裝或吊裝將推遲周邊混凝土結(jié)構(gòu)的施工。212技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jī)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(zhuǎn)半徑等參數(shù)外，還要結(jié)合影響工期的關(guān)鍵環(huán)節(jié)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(guān)鍵點是地面拼裝，且該工程高空拼裝點為混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)尤其是網(wǎng)架或網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的，下部為混凝土結(jié)構(gòu)的工程，其屋面的鋼結(jié)構(gòu)施工可采用扒桿整體提升的方案。(2)扒桿提升方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析見表2。3結(jié)語下部和周邊為混凝土結(jié)構(gòu)的屋面鋼結(jié)構(gòu)工程，選擇鋼結(jié)構(gòu)施工方案時應(yīng)圍繞工程的總目標(biāo)，綜合考慮質(zhì)量、安全、工期、造價等因素來確定。經(jīng)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(yīng)考慮整體提升或其他方案。(2)屋面為鋼網(wǎng)架或網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yè)，并能夠加快施工速度。因此，采用滑移方案時應(yīng)結(jié)合滑移方法優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)的支座。(5)滑移施工時，地面拼裝單元的劃分對大型起重機(jī)械的選擇和造價的影響較大。