單雙層組合展廳的大跨度鋼桁架屋蓋施工技術*

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

中國博覽會會展綜合體展廳A1為單層展廳和雙層展廳的組合，屋蓋長約334.2 m，寬約308 m，采用大跨度倒三角空間鋼管桁架。單層展廳桁架跨度為108 m，間距18 m。雙層展廳桁架跨度為54 m，間距18 m，通過跨度36 m的轉換桁架承托。鋼屋蓋與混凝土柱頂采用鉸接與滑動結合的連接方式。桁架主要受力構件材質為Q345B，最大桿型為φ650 mm×30 mm。鋼結構總質量約8 860 t。

2 特點、難點分析

1）桁架截面超高、超寬，桁架分段超長、超重，構件制作、運輸難度大。主展廳屋蓋桁架為空間倒三角桁架，最大跨度達108 m，質量達180 t；桁架截面高4.00～6.50 m，寬4.50 m；吊裝分段超長，吊裝單元難以實現工廠加工制作完成后，直接運輸至現場高空安裝。

2）主展廳為單雙層組合結構，施工機械布置、臨時支撐設置難度大。

3）主展廳屋蓋無留縫構造，施工過程中的溫度應力控制難度高。

3 加工制作工藝

根據結構特點，空間管桁架超高、超寬、超長，無法實現工廠加工并運輸至現場吊裝的傳統工藝。現場制訂了“桁架桿件工廠預制、現場場外小拼、場內擴大組拼”的制作拼裝工藝。桁架吊裝單元立面分段如圖1所示。

圖1 標準段屋蓋桁架分段（立面）示意

桁架桿件、節點板均在加工廠放樣、下料、切割，散件發運至場外小拼場地進行拼裝。吊裝單元分成3～5段小拼單元，小拼單元長度控制在15 m，便于場內運輸。小拼單元采用場外臥拼，吊裝單元采用場內立拼。桁架小拼單元在場外拼裝場地進行拼裝，驗收合格后，采用平板車拖運至場內進行擴大組拼。如圖2所示[1,2]。

4 總體施工技術路線

大跨度空間倒三角桁架屋蓋總體施工技術路線為：單層展廳采用2臺6 000 kN履帶吊跨內分區域節間綜合安裝，雙層展廳采用2臺行走式12 000 kN·m塔吊跨內分區域節間綜合安裝；桁架分段用格構柱支撐體系擱置；大型起重機械邊吊邊退，至結構邊跨退出（圖3）。桁架腹內有風管、空調管線等，吊裝分段在場內大拼時，將相關管線在地面安裝固定至桁架腹內，隨桁架分段一起吊運至設計位置。

5 臨時支撐設置及卸載

大跨度鋼屋蓋施工采用分段節間綜合安裝法，非完整結構體系采用剛性支承架擱置，在結構形成區間穩定體系后，再分區域卸載，最終形成完整結構體系。

圖2 桁架現場拼裝場地平面布置示意

圖3 屋蓋安裝立面布置示意

單層展廳跨中剛性支撐采用格構式四方架，支架設計高度32 m；雙層展廳跨中剛性支撐采用格構式三角架，設計高度20 m；輔樓頂層采用H形短鋼柱。臨時支撐布置如圖4所示。

圖4 臨時支撐立面示意

屋蓋分4個區卸載，受綜合溫度變形和結構變形的影響，分區之間設置施工縫，分區間連系桿件與連系次桁架一端鉸接固定，待相鄰分區均卸載完成后，再予以終固。

6 結構溫度應力控制

鋼屋蓋施工工期跨度達1 a，溫度應力對結構的影響非常明顯，必須在施工過程中控制溫度應力對結構的不利影響。

除前述屋蓋分區施工、分區卸載、預留施工縫，以期達到溫度應力釋放的效果外，在結構支座的臨時約束和釋放上同樣予以控制，避免支座提前進入工作狀態[3-6]。

A1鋼屋蓋多跨連續桁架通過鉛芯橡膠支座以及雙向滑動支座與輔樓柱頂連接。為減小整個結構的溫度應力，在鉛芯橡膠支座錨定板表面鋪設四氟板，桁架下弦連接座底板鋪設不銹鋼板，并將鉛芯橡膠支座自鎖。安裝展廳鋼屋蓋時，桁架在支座表面可以自由滑移，從而釋放了部分溫度應力，且鉛芯橡膠支座處于自鎖狀態。在安裝過程中，鉛芯橡膠支座不參與工作。在支座錨定板兩側焊接固定限位鋼板，防止桁架在自由滑移中偏移過大，控制桁架沿其軸線方向自由滑移±40 mm，垂直于軸線方向自由滑移±10 mm。屋蓋分區卸載前，選擇合適的溫度，將連接板底座與錨定板圍焊固定，并拆除支座自鎖角鋼件，使鉛芯橡膠支座參與工作（圖5）。

圖5 橡膠支座安裝示意

7 結語

針對國展中心單雙層大跨度展廳工程的結構特點，采用了合理的施工工藝，在實際施工中得以成功應用，為類似大跨度空間鋼結構的施工提供了借鑒[7,8]。

1）針對截面超高、超寬，吊裝單元超長、超重構件的制作與運輸，提出了場外小拼、場內大拼的總體技術路線，解決了構件制作及運輸的難題；

2）針對單雙層展廳的結構特點，提出了單層展廳采用大型履帶吊在地坪跨內節間綜合安裝、雙層展廳采用行走式塔吊上16 m平臺跨內節間綜合安裝的技術方案。該技術方案成功實現了鋼屋蓋的整體安裝；

3）針對單雙層展廳結構特點，設置了合理的支撐形式，并結合施工縫的預留，科學地進行分區卸載；

4）針對大跨度鋼結構在施工過程中溫度應力大的問題，采用了施工過程中支座不參與工作，由桁架底座在支座錨定板上滑移來實現溫度應力釋放的方法，這種方法有效實現了結構在施工過程中溫度應力的釋放，效果良好。